Thiết kế tàu cỡ nhỏ chạy nhanh

Số lượng không nhỏ tàu trong nhóm đang là những tàu khách cao tốc, phần lớn tàu nhỏ chạy nhanh làm các nhiệm vụ tuần tra, bảo vệ nguồn lợi thủy hải sản, tàu thể thao, huấn luyện và cả tà

TRẦN CÔNG NGHỊ

TÀU CỠ NHỎ

CHẠY NHANH

Trang để trống

TRẦN CƠNG NGHỊ

ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐÓNG TÀU VÀ CÔNG TRÌNH NỔI

THIẾT KẾ TÀU CỠ NHỎ CHẠY

NHANH

Thành phố Hồ Chí Minh 10/2001

Trang này để trống

MỤC LỤC

Mở đầu

CHƯƠNG 1: TÀU NHỎ CHẠY NHANH

2 Thủy động lực học tàu lướt

3 Thiết kế tàu nhỏ chạy nhanh

4 Hình dáng tàu chạy nhanh

5 Ảnh hưởng đường hình đến tính năng hàng hải

6 Giới thiệu những mẫu tàu cỡ nhỏ

CHƯƠNG 2: SỨC CẢN TÀU CHẠY NHANH MÁY ĐẨY TÀU

1 Sức cản tàu nhỏ chạy nhanh

4 Công suất cần thiết để tàu đạt vận tốc tính toán

5 Thiết kế máy đẩy tàu chạy nhanh

6 Bố trí buồng máy tàu

CHƯƠNG 3: TÀU TRÊN CÁNH NGẦM

1 Tàu trên cánh ngầm

2 Động lực học cánh

3 Sức cản tàu trên cánh

4 Ổn định tàu trên cánh

5 Thiết kế tàu trên cánh

Tài liệu tham khảo

Mở đầu

Môn học “Thiết kế tàu” gồm các phần: (1) Lý thuyết thiết kế tàu, (2) Mỹ thuật thiết

kế tàu và (3) Thiết kế các tàu chuyên dùng Hai phần đầu đã được chuyển đến bạn đọc trong

lần phát hành trước Phần thứ ba gồm những chuyên đề liên quan đến các kiểu tàu thông dụng:

• Tàu vận tải đi biển, chủ yếu đề cập tàu chở hàng khô, tàu hàng thùng, tàu dầu, tàu chở hàng rời/ hàng tổng hợp, tàu chở sà lan

• Tàu khách

• Tàu kéo, đẩy

• Tàu công trình

• Tàu cỡ nhỏ, chạy nhanh

• Tàu cánh ngầm

• Tàu sông

• Tàu đánh cá

Mỗi chuyên đề được trình bày trong tài liệu riêng, sẽ cung cấp bạn đọc quan tâm đến chuyên đề này những thông tin, hướng dẫn cần cho thiết kế tàu chuyên dùng

Những tư liệu dùng trong biên soạn chúng tôi trích từ các nguồn có điều kiện tiếp xúc

Tư liệu từ các Viện thiết kế , ngày nay gọi là các cơ quan tư vấn – thiết kế , từ Đăng kiểm Việt nam và các thiết kế do Khoa Đóng tàu và Công trình nổi trường Đại học Giao thông Vân tải Tp Hồ Chí Minh thực hiện chúng tôi xin phép được đưa vào tài liệu làm cơ sở cho các thiết kế của đồng nghiệp Những người viết xin chân thành cám ơn sự đóng góp hữu hiệu trên

Tài liệu in lần đầu này chắc còn nhiều thiếu sót về nội dung và hình thức Chúng tôi rất mong các bạn đồng nghiệp từ khắp miền đất nước góp ý xây dựng, giúp chúng tôi hoàn chỉnh tài liệu Chúng tôi rất mong bạn đọc bổ sung, cùng chúng tôi hoàn thiện tài liệu chuyên ngành cần thiết này

Mọi góp ý xây dựng đề nghị gửi về Khoa đóng tàu và Công trình nổi , Đại học GTVT tp Hồ Chí Minh

CHƯƠNG 1

TÀU NHỎ CHẠY NHANH

1 Tàu nhỏ chạy nhanh

Tàu cỡ nhỏ, chạy nhanh (high-speed crafts) được dùng phổ biến trong quân sự và dân

sự Tàu dạng này có mặt tại hầu hết các lĩnh vực kinh tế biển Số lượng không nhỏ tàu trong nhóm đang là những tàu khách cao tốc, phần lớn tàu nhỏ chạy nhanh làm các nhiệm vụ tuần tra, bảo vệ nguồn lợi thủy hải sản, tàu thể thao, huấn luyện và cả tàu thuyền đua tài Tàu nhỏ chạy nhanh được sử dụng như tàu tuần tra, tàu phóng ngư lôi, tàu làm các nhiệm vụ đặc biệt khác của các lực lượng vũ trang

Ngày nay, trong đội tàu đang hoạt động chúng ta có thể nhận thấy các nhóm tàu kết cấu khác nhau, làm việc trên những nguyên lý khác nhau Trong phần bàn về lý thuyết tàu bạn đọc hẵn còn nhớ cách chia nhóm của tàu dựa vào nguyên lý làm việc Nhóm thứ nhất gồm các tàu nổi với đặc tính lượng chiếm nước của tàu không đổi khi tàu thay đổi vận tốc Theo nguyên lý Archimedes, lực nổi tác động lên tàu trong trạng thái tĩnh tính bằng tích của trọng lượng riêng nước với thể tích phần chìm mà thân tàu chiếm chỗ trong nước Các tàu nhóm này được coi là tàu nổi hay gọi bằng tiếng Anh như người ta vẫn dùng trong ngành đóng tàu là tàu displacement Vận tốc tuyệt đối các tàu nhóm tàu nổi có khi đến 25 – 30 HL/h Nhóm thứ hai có thể coi là nhóm tàu làm việc theo nguyên lý thủy động lực học, khác với nguyên lý tĩnh học, mang tên gọi tàu họ Bernoulli Sức nâng nhóm tàu này làm việc hoàn toàn theo trạng thái động Từ chuyên ngành chỉ cách xác định lực nâng tàu trong trường hợp này là hydrodynamic support Trong nhóm này chúng ta thường gặp các tàu mà lượng chiếm nước D = γV của nó lớn nhất khi đứng yên, khi chạy, tùy thuộc vận tốc lớn hay nhỏ lượng chiếm nước giảm đến mức đáng kể Trong những trường hợp ấy phần chìm trong nước của thân tàu V còn rất nhỏ, D bị nhỏ theo Những tàu đặc trưng của nhóm thứ hai này là tàu đáy phẳng (planing hull), tàu trên cánh ngầm (hydrofoils) Vận tốc tuyệt đối tàu planning đạt đến 30 – 40 HL/h mặc dầu chiều dài tàu khá khiêm tốn Tàu cánh ngầm thường khai thác ở vận tốc tuyệt đối 35 – 60 HL/h

Nhóm thứ ba tuy mang tên gọi là “tàu thủy” song phần lớn thời gian hoạt động nó

“bay” trong không khí Đây là nhóm tàu làm việc trên nguyên lý khí động học, aerostatic support Tàu thường gặp của nhóm là tàu trên đệm khí (air cushion craft) và tàu trên đệm bọt khí (captured air bubble) Vận tốc tàu nhóm gần “máy bay” này thông thường từ 80 đến

100 HL/h

Tàu cỡ nhỏ có thể bao gồm các tàu dài đến 40m

Tùy thuộc vận tốc tương đối của tàu có thể xếp tàu trong nhóm thành các nhóm nhỏ sau đây:

Tàu nổi, hoạt động theo nguyên lý Archimedes: FnV ≤ 1

Tàu chạy ở trạng thái quá độ về vận tốc: 1 ≤ FnV ≤ 3

Tàu trên đệm khí rất nhẹ, khi chưa bay toàn thân đã được nâng lên cao khỏi mặt nước

nhờ “gối khí” dưới tàu, che chắn bằng váy Gối khí này có áp lực trong lòng thấp, do các quạt nâng tạo ra Váy che chắn gối khí được sản xuất từ vật liệu “mềm” song đủ bền Tàu với váy mềm mang tên gọi “tàu trên gối khí – air cushion vehicle”, viết tắt ACV Trường hợp thay “váy” bằng vách cứng của tàu khi bảo vệ gối khí chúng ta gặp kết cấu tàu trên đệm bọt khí, người Anh viết là captured air bubble vehicle – CAB

Tàu trên cánh, dựa hoàn toàn trên các cánh rất giống cánh máy bay, được thiết kế

theo hai nhóm nhỏ, tàu trên các cánh ngầm (submerged foils) và tàu đặt trên cánh trượt (surface piercing)

Tàu đáy bằng là nhóm đa dạng, đang trên đà phát triển Từ kỹ thuật chuyên ngành

gọi đây là những planing boats Mặt cắt ngang thân tàu nhóm này thường có dạng hình chữ V Đáy tàu phẳng khi lướt trong nước chẳng khác nào như cánh dạng tấm đang “bay” trong môi trường chất lỏng, hậu quả của hiện tượng này là lực nâng được sinh ra, tàu được đỡ từ dưới lên Nhờ lực nâng, thân tàu trồi lên, thể tích phần chìm thân tàu khi chạy sẽ nhỏ hơn nhiều so với trường hợp đứng yên Lực Archimedes bị giảm còn lực thủy động Bernoulli tăng lên Tàu nhóm này còn có tên gọi tàu họ Bernoulli để phân biệt với họ Archimedes vừa nêu

Thủy động lực học tàu lướt

Lực nâng và lực cản tấm phẳng

Từ cách phân nhóm nêu trên có thể viết phương trình cân bằng lực cho tàu ở các trạng thái làm việc Với các tàu chạy chậm và tàu thuộc nhóm tàu nhanh song đang đứng

1 Tàu lướt được hiểu theo cách dùng của người Nga, người Pháp: glisseur Trong các tài liệu nước ngoài các tàu này được xếp vào nhóm planing crafts nếu xét cấu hình đáy tàu, hoặc gọi chung là tàu cao tốc, high-speed

yên trên nước phương trình cân bằng lực được viết dưới dạng trọng lượng toàn tàu đúng bằng lực nổi

W = γV (1.2) Trong đó W – trọng lượng tàu, trong hệ metric thường đo bằng tấn (1000 kG), V – thể tích phần thân tàu choán chỗ trong nước, gọi là thể tích phần chìm, thể tích choáng chỗ (displacement volume), đo bằng m3, còn γ - trọng lượng riêng của nước Trong tính toán, thiết kế những người sử dụng hệ metric áp dụng thứ nguyên t/m3 hoặc kG/m3 cho trọng lượng riêng2

Tàu đã chạy, khi sang giai đoạn quá độ lực nâng bắt đầu tham gia vào thành phần các lực tác động lên tàu, phương trình cân bằng sẽ mang dạng:

Trong đó V1 – thể tích phần chìm của thân tàu trong trạng thái tàu đang chạy đủ nhanh, trong mọi trường hợp V1 < V; L – lực nâng, trong hệ metric đo bằng tấn (1000kG) hoặc kG

Tàu chạy càng nhanh, lực L càng lớn, V1 nhỏ dần song phương trình (1.3) luôn được cân bằng

Lực nâng xuất hiện trong quá trình thân tàu chạy lướt trong nước được giải thích như trường hợp lực nâng tấm lướt Trên hình 1 chúng ta có dịp quan sát hình ảnh tấm lướt đó Dưới tác động của ngoại lực tấm đang nghiêng với góc tấn α, “bay” với vận tốc v trên mặt nước Khi bay tấm làm một việc rất tự nhiên, thay đổi hướng dòng Vận tốc dòng chảy đến tấm chia dòng làm hai phần, phần dưới và phần trên Dễ nhận thấy từ đây, với đường dòng

bị chia, vận tốc cũng chia thành âm dương, và phải tồn tại điểm tại đó v = 0 Trên hình điểm

O nằm tại ranh giới giữa hai miền đó được gọi là điểm giới hạn Từ định luật Bernoulli có thể xây dựng đường phân bố áp lực thủy động, giá trị lớn nhất của đường này phải rơi đúng vào vị trí của O

Từ hình ảnh vừa có người ta có thể xây dựng các cách tính xác định lực thủy động tác động lên tấm đang lướt Tổng cộng tất cả lực pháp tuyến đến tấm trên hình 1 có thể qui tụ thành lực F tác động vuông góc với tấm Để giúp việc tính toán thuận lợi chúng ta sẽ tiếp tục phân F thành các thành phần cấu thành mang ý nghĩa thực tế Hình 2 tiếp dưới đây được vẽ lại từ hình 1 song có đề cập các chi tiết phụ cận của tấm cùng đường dòng trước và sau tấm

Lực F có thể phân thành hai thành phần Fy và Fx, theo hướng trục Oy và Ox tương ứng Cần giải thích ngay, trong kỹ thuật thành phần Fx chính là lực cản chuyển động của tấm

2 Lưu ý người đọc về cách viết công thức và sử dụng thứ nguyên trong tài liệu bằng tiếng Nga xuất bản sau

những năm chín mươi như sau Công thức vừa nêu được người Nga viết Dg = γV, với D – khối lượng tàu, đơn vị

trong nước, thường ký hiệu bằng R (tiếng Anh: Resistance) hoặc D (tếng Anh: Drag) Thành phần Fy thường được gọi là lực nâng, tiếng Anh viết là Lift, ký hiệu L

Công suất kéo cần thiết, theo cách gọi trong ngành tàu được hiểu là:

A = Px.v = R.v = Fsinα.v (1.4) Bỏ qua năng lượng tạo sóng lúc chuyển động có thể cho rằng toàn bộ năng lượng được dùng cho việc đẩy tấm về trước đã giành cho việc tạo các tia nước bắn tung ra sau Tiếng Anh gọi các tia nước bị bắn tung tóe này là sprays Vận tốc dòng dạng này phải bằng tổng vecto của vận tốc tấm đang lướt và vận tốc dòng so với tấm

vp = 2v cosα/2

Trong khi đó khối lượng nước bị ném về trước trong quá trình chuyển động của tấm, tính bằng ρδv, với ρ - mật độ nước, tính bằng kg/m3, δ - chiều dầy dòng các tia nước bị phun (spray), m

Động năng của dòng bị phun tung tóe (spray) có thể tính :

AS = ½ mvp2 = ½ ρδv (2vcosα/2)2 = 2ρδv3cos2α/2 (1.5)

So sánh (1.4) và (1.5) có thể viết:

Fvsinα = 2ρδv3cos2α/2 (1.6) Từ đó:

( /2) (sin /2)cos

2

2/cos2sin

2/cos

2

2 2

αα

αρδ

2

2

αα

ρδα

αα

ρδα

ctg v F

F

D

ctg v F

2

4 α

π

trong đó l – chiều dài mặt ướt (wetted length)

Hình ảnh dòng chảy dưới tấm phẳng (flat planing surface) cùng các ghi chú được giới thiệu tại hình 3 tiếp theo Hình 4 phía phải giới thiệu phân bố vận tốc dòng, áp lực thủy động lên tấm Trên hình 3 và 4 các ghi chú bằng tiếng Anh có thể giúp bạn đọc làm quen với cách gọi phổ thông, đang sử dụng rộng rãi trên sách báo nước ngoài

Dòng nước bị bắn ngang dưới khối trụ đáy V được minh họa tại hình 5a Hướng đường dòng và vận tốc được trình bày tại hình 5b Với tấm phẳng đang lướt, phân bố áp suất theo chiều ngang đáy đựơc giới thiệu tại hình 6 a, còn phân bố dọc của áp suất được trình bày tại 6b

L R

Với các góc tấn nhỏ, công thức (1.11) được viết lại gọn hơn:

Điều có thể rút ra từ công thức (1.12), sức cản toàn bộ của tấm lướt gồm hai thành

phần, sức cản ma sát – sức cản tĩnh, và sức cản động hay là sức cản thủy động

Áp dụng điều vừa trình bày cho tàu planing (tài liệu tiếng Nga gọi là tàu lướt) có thể viết biểu thức tính sức cản tàu khi tàu đã chuyển sang chế độ chạy nhanh

Chính xác hơn, khi xác định sức cản tàu planing trong thành phần sức cản thủy động ngoài thành phần sức cản do tạo các dòng spray còn kể đến sức cản tạo sóng (wave making) mà tàu chạy nhanh nào cũng phải gánh chịu

Tại đây bạn đọc có thể nhớ các công thức tính sức cản tàu chạy nhanh chúng ta đã làm quen trong tài liệu chuyên ngành “Sức cản vỏ tàu” của cùng tác giả Trong tài liệu đó chúng ta đã sử dụng công thức Daniel Savitsky có dạng chung với (1.13) song thể hiện như sau:

Δ+

=

Δ

2 2 2

C tg

trong đó Δ ≡ W – lượng chiếm nước của tàu, tính bằng đơn vị trọng lượng: tấn, kG trong hệ metric hoặc lb trong hệ thống đo Anh_Mỹ; λ - chiều dài mặt ướt, b – chiều rộng tấm Hệ số sức cản ma sát Cf tính theo biểu thức do Schoenher đề nghị Theo cách dẫn giải vừa nêu công thức (1.14) có thể viết thành:

2 / 1 1 , 1

408,0

b tg

Ảnh hưởng góc nghiêng hông

Như đã thảo luận, phần lớn các tàu planing chạy nhanh, nếu không nói là tất cả tàu nhóm này, đều sử dụng đáy tàu dạng tấm gập thành hình chữ V Độ cất của chữ V đáng nhớ này, gọi là góc nghiêng hông (dead rise) có ảnh hưởng nhất định đến tính năng của tàu, đặc biệt đến sức cản Góc nghiêng tính từ mặt cơ bản qua đáy đến độ nghiêng tấm mạn có thể từ giá trị nhỏ nhất 0° đến góc lớn nhất đang dùng 60°

Ảnh hưởng của góc nghiêng đến tính năng tàu được Shoemaker tổng kết và biểu thị tại hình

Hiệu quả giảm sức cản tàu, tính theo quan hệ Δ/R, được rút ra rừ thực tế thống kê như sau:

8,5 với góc nghiêng hông 10°

6,3 với góc nghiêng hông 20°

5,0 với góc nghiêng hông 30°

Ảnh hưởng đáng nói của góc nghiêng này là khi góc lớn, chỉ số chất lượng giảm Tuy nhiên với góc tấn khá lớn, ví dụ từ 40° hệ số chất lượng K, điều chúng ta sẽ làm quen ngay sau mục này, gần như không đổi, với K = 4

Còn một thực tế nữa, với góc hông lớn, khoảng trên 40°, trong phạm vi tốc độ thực tế mà các tàu cỡ này đang khai thác, khó có thể đưa phương tiện sang chế độ lướt

Một điều có thể lưu ý người đọc, nếu tấm đáy không phải là tấm phẳng mà có cấu hình dạng lồi hoặc lõm, hình 8, tại những góc hông lớn cấu hình lồi hoặc lõm này làm tăng tính êm của tàu và tăng giá trị K

Hệ số chất lượng thủy động lực tấm phẳng

Một trong những tiêu chuẩn đánh giá chất lượng các lực thủy động tác động lên tấm trong quá trình lướt là hệ số miêu tả quan hệ giữa lực nâng Fy và lực cản Fx Quan hệ này được ký hiệu bằng K, thể hiện bằng biểu thức:

R F

Quan hệ giữa các hệ số mΔ = f(λ, FnB ) và CDL/α = f(λ, FnB) được trình bày tại hình 11

Hình 11

2 Thiết kế tàu nhỏ chạy nhanh

Các dạng tàu thường gặp

Trước khi thiết kế tàu cỡ nhỏ chạy nhanh cần thiết thấy rằng không phải tàu nào đạt FnV ≥ 3 cũng chuyển sang chế độ lướt Trong khi đó nhiệm vụ người thiết kế là phải đưa tàu sang chế độ lướt nhằm giảm bớt công suất máy đẩy tàu Một trong những cách làm đó là chọn đường hình tàu thỏa đáng, có khả năng “bay” khi chạy nhanh Muốn “bay” tàu phải hết sức nhẹ, công suất máy làm chức năng đẩy phương tiện đủ mạnh Cách làm nhẹ tàu lúc “bay” là sử dụng đường hình tàu có khả năng tạo lực nâng L lớn khi chạy Đáy tàu dạng tấm phẳng (planing) hoặc tấm gập hình chữ V (Vee hoặc deep Vee), phần mũi hơi hếch còn phần lái hếch tí ít thỏa mãn điều kiện chọn lựa này Để tạo các dòng spray về phía sau khi chạy, mạn tàu gẫy khúc hoặc hơi nhọn, còn đuôi tàu phải là dạng xé nước Không phải lạ nếu

trên các tàu chạy nhanh này người ta chỉ sử dụng loại đuôi vát dạng transom mà không dùng đuôi tuần dương hạm

Bạn đọc khảo nghiệm điều vừa trình bày qua các hình ảnh thực tế sau Hình 12 trình bày tàu cỡ nhỏ, chạy nhanh đơn giản nhất và thường gặp nhất Đường hình tàu tàu có một đường gẫy khúc, tạo góc gẫy đột ngột tại mạn Đáy tàu phẳng, góc vát rất nhỏ Vách đuôi kiểu transom chiếm gần hết chiều rộng và chiều chìm tàu Đáy tàu không có bậc tạo điều kiện dòng chảy thông từ mũi đến lái Đường dòng bị ngắt tại hai vị trí gẫy đột ngột như nguyên lý nêu trên Vùng gạch chéo trên hình, ghi bằng chữ S là vùng sẽ lướt trên nước khi tàu “bay”

Hai mẫu tàu tiếp theo tại hình 13 cùng cỡ với tàu trên hình 12 song đáy tàu và mạn tàu được cải biên nhằm tăng tính ngắt dòng Tàu tại hình trên của 13 có một bậc gẫy khúc tại đáy, đánh số 3, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho ngắt dòng tại đây Từ kỹ thuật bằng tiếng Anh gọi bậc gẫy này là step, người Nga dùng từ được phát âm là “redan” chỉ bậc nhảy này Khi tàu “bay” đáy tàu chỉ chạm nước tại hai vùng SA và SF

Hình 13

Một cách tăng cường bậc nhảy được đặt ra là làm thêm phần phao nối mạn Phao mạn trên thực tế là phần không tách rời của thân tàu song chỉ kéo dài khoảng 1/3 chiều dài tàu Thân phao hình gẫy khúc Bằng cách đó khi chạy chỉ phần diện tích SA và SF chấm nước, hình 13b

Ở những vùng xứ lạnh nơi mặt đất được phủ đầy tuyết trong mùa đông, người ta thường làm các xe trượt tuyết làm phương tiện vui chơi, giải trí hoặc vận chuyển người, hàng

Xe trượt tuyết đã trở thành hình mẫu cho những nhà thiết kế tàu nhanh Một trong những đường hình tàu dạng xe trượt tuyết được giới thiệu tại hình 14 Trong những tàu dạng này chiều rộng tàu không đổi song đáy tàu được chế tác lõm vào nhằm nâng cao khả năng làm việc

Hình 15 giới thiệu hai tàu nhỏ trong nhóm vừa nêu, tàu ở hình trên không có step, tàu hình dưới mang một step tại vùng giữa tàu Mặt cắt ngang tiêu biểu của các tàu trên được trình bày tại các vị trí đặc trưng

Phân loại tàu cỡ nhỏ chạy nhanh

Tàu cỡ nhỏ chạy nhanh được phân thành các nhóm tùy thuộc công dụng của chúng Thường gặp trong cuộc sống tàu làm các việc cụ thể sau: tàu công vụ (work boats), tàu du lịch, tàu thể thao, tàu hải quan, tàu tuần tra, tàu phục vụ nuôi trồng thủy sản, tàu cứu thương, cứu hộ vv

Tùy thuộc hình dáng vỏ tàu có thể phân nhóm các tàu theo cách thông dụng

• Tàu hông tròn với đường sườn lượn đều, hình lồi, hình lõm, hình chữ S .,

• Tàu đáy lõm hình vòm, dạng xe trượt tuyết trên biển,

• Tàu một thân

• Tàu nhiều thân: catamaran, trimaran,

• Tàu với đáy nhiều bậc (nhiều step),

• Tàu đáy chữ V rõ nét (deep Vee),

• Tàu kết hợp các kiểu hình khác nhau

Hình 16 giới thiệu hai kiểu tàu đặc trưng , hình a tàu “ba nêm”, đáy gẫy khúc, tàu b được gọi là xe trượt của Fox, gồm ba thân do đó còn có tên trimaran

Tổng kết các dạng hình đang tồn tại của các tàu cỡ nhỏ, chạy nhanh chúng ta có thể hình dung, thân tàu có thể có hình dạng đơn giản hoặc rất đơn giản song ở một số tàu mới xuất hiện đường hình thuộc dạng phức tạp hoặc rất phức tạp Hình 17 dưới đây giới thiệu cách phân loại có thể chấp nhận được Phần a giới thiệu các sườn tàu dạng đơn giản, gồm vỏ hông tròn, võ gẫy khúc

Đường hình đơn giản song dạng sườn không đơn giản có thể phân biệt thành sườn lõm, sườn lồi và sườn lồi – lõm, hình b

Trong nhóm hình tàu phức tạp có thể phân làm hai nhóm nhỏ, nhóm đáy vòm và đáy hình đặc biệt Trong nhóm đáy vòm chúng ta có thể gặp hình ảnh xe trượt tuyết vừa miêu tả, tàu ba thân, tàu trimaran dạng xe trượt Fox, sườn “ba điểm”, và tàu hai thân thông dụng, được gọi là catamaran, hình c

Nhóm hình đặc biệt chúng ta bắt gặp sườn tàu “Cathedral”, hình ba nêm (tricline), hình tàu mang tên Blegg, Bercout – M, hình “dao biển”, hình d

Chọn kích thước chính

Lượng chiếm nước của tàu

Trọng lượng tàu được hiểu W = D tại trạng thái tàu chưa chạy, trong giai đoạn thiết kế ban đầu được tính theo cách thường dùng như đã quen trong lý thuyết thiết kế tàu

W = WH + WM + WFO + Wpass + Wcargo + Wequi + WR

Trong đó: WH – trọng lượng vỏ tàu (hull), WFO – trọng lượng dnhiên liệu và dầu bôi trơn dùng cho các máy trên tàu (fuel oil and lub oil), Wpass - trọng lượng hành khách trên tàu và Wcargo – trọng lượng hàng hóa, nếu có, Wequi - trọng lượng trang thiết bị của tàu , WR - dự trữ toàn tàu

Xác định các thành phần trọng lượng trên đây theo cách làm thông lệ bạn đọc đã làm quen trong lý thuyết thiết kế Dưới đây chúng tôi cung cấp thêm những dữ liệu thu nhận từ các phép tính thống kê từ các tàu đã đóng, đề cập trọng lượng thân tàu Trong giai đoạn thiết kế sơ bộ các giá trị của chỉ số:

H B L

W

H = × × , tính bằng kG/m3, có thể nhận theo bảng sau

Tàu xuồng nhỏ đi biển, vỏ thép 110 – 140

Xuồng đua làm bằng gỗ và hợp kim nhôm 35 – 45

Xuồng với đường sườn “ba điểm”, làm từ gỗ và nhôm 22 – 26

Xuồng đáy chữ V làm từ gỗ và hợp kim nhôm 9 – 12

Xuồng, cano chạy sông làm từ gỗ và hợp kim nhôm 20 – 30

Xuồng đua, du lịch làm từ gỗ hoặc vật liệu composite 25 – 45

Xuồng bằng vật liệu composite sườn dạng trimaran, kathedral 35-45

Tàu, xuồng cabin kín nội địa 35 – 60

Kích thước chính

Thiết kế tàu cỡ nhỏ chạy nhanh có thể bắt đầu từ chọn kích thước có vai trò quan trọng nhất là L, theo đó toàn bộ công việc bố trí tàu, trang trí phương tiện chịu ảnh hưởng trực

Trong những trường hợp đặc biệt, đại lượng cần xác định đầu tiên cho tàu loại này là chiều rộng B Thông số ảnh hưởng lớn đến quyết định chọn B là hệ số CDL, gọi là hệ số tải trọng động

Hai đại lượng L và B thông lệ được thể hiện qua các quan hệ kích thước chính L/B, B/d hoặc (B/T), L/D (L/H)

Công thức gần đúng, rút ra từ kết quả thống kê xác định L/B mang dạng:

2

002,045,1

L = −

Công thức này được cải biên cho tàu nhỏ, ca nô, xuồng đóng vào những năm gần đây:

25,0)3,21,0(/B= L+ ±

L

Đồ thị tại hình 19 trình bày quan hệ giữa L/B và chiều dài tàu L, xây dựng cho các tàu đã đưa vào sử dụng trong những năm cuối thế kỷ XX Tại hình đường đánh dấu bằng 1 và 2 chỉ đường giới hạn trên và dưới cho quan hệ này Đường 3 xây dựng như đường mang giá trị trung bình

Các chữ số đề ngay bên cạnh dấu hiệu o chỉ vận tốc tàu, tính bằng km/h Những dấu ghi bằng X chỉ rõ đây là những tàu có hông tròn

Với tàu đáy nhiều bậc nên chọn tỷ lệ L/B tùy thuộc vận tốc tuyệt đối của phương tiện Theo ý những chuyên gia lớn tuổi tỷ lệ L/B thích hợp nên như sau:

Vận tốc tàu đến 11 m/s L/B ≤ 3

Vận tốc tàu 11 m/s - 16 m/s L/B = 3 ÷4

Vận tốc tàu 17 m/s – 28 m/s L/B ≥ 4

Tỷ lệ L/B có ảnh hưởng lớn đến chọn chiều rộng B của tàu Như đã nêu trong các phần trước, chiều rộng B có ảnh hưởng quyết định đến tính năng tàu Tàu có B lớn chất lượng động lực học K sẽ lớn Tuy nhiên kết luận trên chỉ đúng cho trường hợp tàu cân bằng trên nước tĩnh, trong phạm vi nhất định của tải trọng động CDL Như chúng ta thấy từ biểu thức xác định CDL, khi B tăng, mẫu số trong biểu thức tăng rất nhanh và hệ số này giảm theo nhịp độ đó Điều này cho thấy độ ổn định chuyển ộng dọc trở nên xấu, tàu nhảy cóc trên nước Điều có thể hình dung tiếp là sức cản tàu có khả năng tăng, theo đó K sẽ giảm

Chiều rộng tàu B không quá lớn trên tàu loại này làm cho việc cân bằng dễ hơn, ổn định chuyển động tốt hơn và có thể mong đơị, hệ số K khá hơn trên tàu với B rộng quá

Chiều rộng B nhỏ đưa đến những điều tệ hại cho phương tiện B nhỏ quá không đảm bảo ổn định ban đầu như mong đợi, ổn định động của tàu sẽ rất kém Tàu với B quá hẹp sẽ làm cho lực nâng tấm đáy khi tàu chạy không đủ độ lớn và hậu quả của nó tàu không nâng nổi mình lên mặt nước dù cố chạy nhanh Trong trường hợp này tàu chỉ dừng ở mức “tàu Archimedes” Tàu không nâng nổi mình không thể nào chuyển sang trạng thái lướt Tuy nhiên

ưu điểm của dạng này là ổn định dọc khá tốt, tính êm của tàu cũng tốt

Từ những điều vừa đề cập có thể nêu ý kiến rằng chọn chiều rộng B cho tàu cỡ nhỏ chạy nhanh là công việc mang tính dung hòa, theo đó B được chọn trên cơ sở thỏa mãn rất nhiều điều kiện khá ngược nhau Từ kết quả thống kê có thể thấy B thích hợp nên chọn trong phạm vi định trên đồ thị hình 20

Ví dụ minh họa cách sử dụng đồ thị Giả sử rằng xuồng có lượng chiếm nước Δ = 1000

kG, trọng tâm tàu cách vách transom LCG = 3m, góc nghiêng hông β = 5°, phát huy vận tốc v

= 12,5 m/s

Hệ số tải trọng tính theo công thức:

014,0

2 2 2

=

LCG v

LCG Có thể nêu thêm trong trường hợp này K = 6,9

Giả sử tiếp theo, B = 1m thoả mãn điều kiện của chủ tàu, trong phạm vi này có thể lắp đặt máy chính, thiết bị, người ở vv Nếu vậy công việc tiếp theo sẽ là kiểm tra tính ổn định tàu theo dạng, chiều rộng B vừa tính phải lớn hơ hoặc bằng chiều rộng tối thiểu Bmin.

Chiều rộng Bmin xác định theo tài liệu thống kê, trên cơ sở xem xét kỹ các yêu cầu ghi trong các qui phạm đóng tàu:

β

01,0465,010

trong đó D tính bằng kG, góc nghiêng hông β, đo bằng độ

Trường hợp ví dụ này Bmin tí`nh bằng 0,885m

Như vậy B = 1 > Bmin, thỏa mãn các yêu cầu về ổn định tàu

Kiểm tra ổn định tàu chạy nhanh theo tiêu chuẩn Schtolz như sau:

LCG/B = 0,017P + 0,85

Trong đó

β3

628,0

B

D

P= - hệ số Stolz

Nếu tỷ lệ LCG/B trong thực tế lớn hơn giá trị vừa tính, tàu nhanh này được coi là ổn định khi lướt

Thực tế cho thấy tỷ lệ LCG/B trong mọi trường hợp phải lớn hơn 1,25 để đảm bảo tàu khai thác ở trạng thái ổn định

Đồ thị tại hình 21 giúp bạn đọc xác định chiều rộng B tối ưu cho xuồng chạy nhanh Các bước thực hiện như sau:

Chọn ba giá trị của B, giá trị chính bằng trị giá chiều rộng từ phép tính sơ bộ, hai giá trị kia lệch so với B vừa nêu khoảng ±30%,

Với mỗi giá trị vừa chọn của B xây dựng ít nhất ba phương án cân bằng,

Tính toán các đặc trưng thủy động lực cho tất cả phương án, với D = const và v = const,

Xây dựng đường cong K = f(LCG/B) và lập đường Kopt – giá trị tối ưu cho K

Vẽ đường thẳng đứng qua LCG/B = 1,25, cắt Kopt, xác định giá trị lớn nhất của chất lượng thủy động, với điều kiện đảm bảo ổn định cho tàu đang được thiết kế,

Xây dựng đồ thị thay đổi đặc tính thủy động và góc tấn theo quan hệ với B, hình 21 Góc tấn tối ưu xác định trên đường tối ưu , đường cách quảng trên đồ thị

Cần lưu ý thực tế sau, nếu B tính từ phép tính tối ưu như trên không thỏa mãn yêu cầu về ổn định tàu, cần thiết tăng chiều rộng tàu mặc dù sẽ kéo theo hạ thấp giá trị K

Tỷ lệ B/T Hệ số đầy thể tích

Tỷ lệ B/T theo lý thuyết tàu có ảnh hưởng lớn đến sức cản dư trong giai đoạn đầu của chuyển động tàu Điều này ảnh hưởng đến thời gian và độ dài quảng đường ds9ể chuyển sang chế độ chạy lướt B/T lớn đưa tàu nhanh chóng chuyển sang chế độ lướt, mặc dầu cấu hình này dẫn đến tình trạng xấu nếu xét về mặt lắc

Kết quả thống kê cho thấy rằng tỷ lệ B/T các tàu đang hoạt động nằm trong phạm vi rộng từ 4 đến 10 Tàu biển có dãy tỷ lệ thấp, tàu sông thuộc hệ B/T lớn Có thể hình dung tỷ lệ B/T trên các kiểu tàu không vượt quá dữ liệu thống kê sau

Trimaran, xe trượt, cano chạy sông 9,5 – 10,5

Ca nô công tác trên sông, hồ 7,5 – 8,5

Xuồng đua, đáy có bậc 6 – 7

Thuyền đua chạy biển 5 – 5,5

Hệ số đầy thể tích CB tàu xuồng lớp này thay đổi trong giải rộng, từ 0,30 đến 0,60 Cụ thể hơn, các xuồng đua có CB trong vòng 0,42 – 0,43 còn xuồng du lịch 0,36 – 0,37 Các xuồng với đáy có bậc hệ số này nằm trong giới hạn 0,47 – 0,48

Giữa các đại lượng CB và B/T có mối quan hệ gần gũi sau

CB = 0,28 −0,234

T B

B/T = 12,6(CB + 0,234)2

Tỷ lệ L/H hoặc L/D Chiều cao mạn H (D)

Tỷ lệ L/H, viết theo cách mới là L/D với D – depth moulded, có ảnh hưởng lớn đến độ bền chung tàu Với tàu cỡ nhỏ, vấn đề liên quan độ bền chung không quá phức tạp, trong thực tế tỷ lệ L/H tàu nhóm này mang giá trị thấp, khoảng từ 5,5 đến tối đa 11 Công thức kinh nghiệm sau đây giúp xác định tỷ lệ L/H tùy thuộc chiều dài L của tàu:

L/H = 2/3 L + a

Giá trị a được tổng kết từ tàu đang hoạt động

Xuồng chạy sông, hồ dài khoảng 3 – 8m 3 – 6

Thuyền đua dài khoảng 7 – 12m 2 – 3,5

Thuyền chạy biển 11 – 17m 1 – 0,5

Chiều cao tàu H (hoặc viết theo kiểu hiện đại D) là đại lượng đi liền với tỷ lệ L/H

Hình dáng tàu chạy nhanh

Tàu chạy nhanh, theo cách dùng của nhiều nhà đóng tàu nói tiếng Anh là high-speed crafts, có thể phân thành các nhóm tàu làm việc theo nguyên lý tàu nổi chịu tác động lực Archimedes, nhóm tàu hoạt động trên nguyên lý thủy- khí động và nhóm tàu làm việc trên cơ sở các nguyên lý khí động lực

Tàu nhóm đầu gồm tàu một thân và tàu nhiều thân Tàu một thân trong nhóm tàu

chạy nhanh có hông tròn , thuật ngữ chuyên ngành bằng tiếng Anh là round-bottom hull, hoặc

đáy phẳng, có mép bẻ góc tại hông, thành phẳng, tiếng Anh gọi là hard-chine planing Thân

tàu kiểu sau này có mặt cắt ngang dạng chữ V

Tùy thuộc vận tốc tàu, các tàu chạy ở trạng thái “chậm”, không khác gì tàu thông dụng chúng ta đã làm quen trong các phần thiết kế tàu họ Archimedes, khi nhanh hơn tàu chuyển sang giai đọan quá độ chuẩn bị cho trạng thái lướt Giai đoạn sau cùng của tàu nhóm này là tàu chạy ở chế độ “lướt” Trong giai đoạn này chỉ một phần thân tàu chìm trong nước, phần còn lại nổi hoàn toàn trên mặt nước Nhờ giảm bớt diện tích tiếp nước của vỏ tàu, sức cản tàu trong giai đoạn này thay đổi đáng kể so với giai đoạn trước đó

Các kiểu tàu chạy nhanh một thân

Tàu nhiều thân trong nhóm tàu chạy nhanh biến tướng từ catamaran hoặc trimaran

Tàu đáy bằng (không có bậc gẫy)

Chúng ta tìm hiểu kỹ hơn nhóm tàu có mặt cắt ngang hình V hình 24, đáy tàu phẳng (không có bậc gẫy khúc) Giới thiệu đầy đủ hơn có thể thấy hình dáng nét cắt ngang đáy, đường sườn của tàu không giống nhau trên các kiểu Thông thường hai cạnh của đáy chữ V thẳng, tuy nhiên trong thực tế chúng ta thấy trên nhiều tàu chữ V biến dạng Cạnh của chữ V có thể lõm như hình b, trên, bên phải, hoặc lồi như tại hình c, d, e Hình f giới thiệu mẫu hình kết hợp cả lồi và lõm Góc giữa chữ V lớn, tương ứng góc nghiêng hông nhỏ, β ≤ 8°, như vẫn thấy trên phần lớn tàu, được ghi lại tại hình a, b, e song góc giữa chữ V có thể nhỏ, còn góc nghiêng hông lớn, β ≥ 20 - 30°, như tại hình f Trường hợp cuối trong chuyên ngành người ta gọi là cấu hình dạng deep Vee

Đặc trưng thủy động lực tàu phụ thuộc vào góc nâng hông khá rõ nét Tổng quát có thể phát biểu, góc β lớn đặc tính thủy động lực giảm Vì lẽ đó người ta thường chọn cách thiết kế để đáy tàu gần phẳng Xin nhắc lại, với tàu chạy sông góc này chỉ vào khoảng 6 - 10°, tàu xuồng trên hồ góc có thể đạt 12 - 15° Tàu đua đi biển có góc nghiêng hông đến 20° hoặc hơn, hình 25

Đường ki chính tàu chạy nhanh gần như giống nhau cho các kiểu tàu trong nhóm Ki chỉ cong một phần thuộc mũi tàu, phần cón lại dưới dạng đoạn thẳng kéo đến vách transom Vách đôi dạng transom gần như là kiểu độc nhất trên tàu nhóm này Khi hoạt động trong nước đuôi transom trở thành công cụ tạo thêm “chiều dài ảo” cho tàu Phần a trên cùng của hình 26 trình bày hình dáng ki chính và đoạn sống mũi tàu cỡ nhỏ chạy nhanh thường gặp

Đường gẫy khúc trên đường hình khi thể hiện tại mặt chiếu ngang có thể thấy tại hình

b Nhận xét chung đường gẫy khúc mạn bắt đầu từ sống mũi, kết thúc rất sớm trong phạm khu khu vực mũi tàu Các đường này thông lệ thuộc kiểu đường lồi – lõm nếu chiếu về mặt chiếu ngang

Trong mặt chiếu bằng các đường gẫy khúc thường đóng vai trò giới hạn đoạn ống trụ thân tàu, tính đến vách đuôi, tỏ ra đa dạng trên các kiểu tàu Hình chiếu các đường tại đáy luôn là đường dạng lõm, chiều rộng của cung này chiếm tới 80% - 90% chiều rộng tàu Để tăng tính hàng hải tàu, tại phần đuôi tàu hình chiếu các đường này tóp vào

Tàu với đường đáy có bậc (step)

Đáy tàu nhóm này có ít nhất là một bậc gẫy khúc, thông thường nằm tại vùng giữa chiều dài tàu Trong thức tế chíng ta gặp những tàu có rất nhiều bậc gẫy khúc tại đáy, hình

Hình 27 Mặt chiếu các bậc gẫy khúc tại mặt bằng khá đa dạng, hình b

Những thông số từ tàu có đáy nhiều bậc cần cho công việc tính toán , thiết kế như sau Vị trí bố trí bậc gẫy, tính từ vách đuôi lp ( theo cách ký hiệu của người Nga, p ký tự mở đầu của redan, như chữ cái Nga) là đại lượng cần được quan tâm hàng đầu Chiều chìm mũi

Tf và chiều chìm đuôi ký hiệu bằng Ta Hìng dáng và vị trí của đường gẫy khúc mũi, lái, góc tấn bước gẫy mũi và lái ký hiệu α1, α2, hình dáng bậc gẫy mũi là những thông số được quan tâm khi thiết kế

Như đã đề cập, cân bằng tàu đóng vai trò quan trọng trong thiết kế tàu chạy nhanh Điều kiện cân bằng tàu được trình bày trong phần tĩnh học, phải là:

trong đó L1, L2 - lực nâng các bậc mũi và lái

Tùy thuộc độ lớn các lực L1, L2 có thể phân biết ba dạng tàu với đáy có bậc gẫy sau đây:

Bố trí bậc mũi

Bậc mũi với cấu tạo như một nêm đặt trong nước, khi tàu chạy sẽ gây ra ra hện tượng nhiễu dòng Dòng chảy bị nhiểu này tiếp tục chảy qua bậc sau, làm cho các đặc tính thủy lực của bậc sau bị xấu đi Trong thiết kế cố gắng hạn chế ảnh hưởng xấu này bằng cách kéo dài khoảng cách giữa hai bậc

Trong thực tế, đặc tính thủy động lực bậc trước luôn cao hơn nếu so với bậc sau Nếu vậy người thiết kế cần tìm cách áp đặt phần lớn tải trọng mà tàu phải gánh chịu lên bậc trước Về mặt kết cấu chúng ta có thể điều chỉnh bậc trước theo cách tăng chiều rộng tấm đáy Tuy nhiên nếu làm theo cách đó, điều bắt buộc kèm theo là phải giảm khoảng cách giữa các bậc Bài toán thực tế do vậy chỉ có thể giải bằng con đường thỏa hiệp

Khoảng cách bậc trước, tính từ vách đuôi, trên các tàu đang hoạt động nằm trong giới hạn 0,35L đến 0,6L Giá trị có thể áp dụng khi thiết kế tàu như sau:

Chiều chìm các mép dưới của bậc gẫy

Chiều chìm này thường tính theo chiều rộng tàu Trên các kiểu tàu chiều chìm Tf có thể là Tf = 0,08 – 0,1B Chiều rộng tàu được hiểu trong trường hợp cụ thể là chiều rộng phần mũi Giới hạn thấp dùng cho tàu đua vô cùng nhẹ, giới hạn trên cho tàu đi biển, kích cỡ lớn hơn Bạn đọc lưu ý đến điều này, tàu chìm đuôi nhiều quá, giống hiện tượng người

nặng nề quá, rất khó thoát khỏi cảnh tù túng để “bay” Tuy vậy trong thực tế có những tàu đã đưa vào hoạt động vẫn mang giá trị Tf = 0,13B

Chiều chìm sau Ta xác định góc nghiêng mép bậc nhảy αcr

Trên các tàu đáy chỉ một bậc gẫy góc này chỉ vào khoảng từ 0 đến 1°, hình Góc trên đây cũng có thể mang giá trị từ 0 đến -1° với tàu bố trí kiểu tandem Tàu lướt kiểu thứ nhất như nêu trên đây có thể có αcr từ 2 đến 8°

Góc tấn tấm đáy dưới bậc

Góc tấn tấm làm chức năng “step” phụ thuộc vào tải trọng tác động lên nó, chiều dài tương đối tấm trượt Với tải trọng lớn, chiều dài tấm ngắn góc này lớn Nói chung, mỗi kiểu tàu lướt có góc tấn phù hợp tương thích với nó Chọn góc tấn chính xác luôn là vấn đề khó và phức tạp Bước đầu nên chọn góc tấn trung bình cho step mũi theo công thức kinh nghiệm:

αm0 = alp + b

trong đó lp - khoảng cách từ step mũi đến transom, tính bằng % so với L

Các hệ số a và b công thức cuối chọn theo bảng sau

Tàu lướt với step mũi chịu tải chính 11,5 -1,45

Tàu lướt với tep lái chịu tải chính 7,8 -0,45

Tàu lướt dạng “tandem” 3,7 -0,73

Góc tấn dùng cho step lái được chọn với giá trị bé hơn khoảng 30 – 40’ so với góc tương ứng dùng cho bậc nhảy phía mũi

Chiều cao bậc gẫy

Chiều cao bậc nhảy phải đảm bảo dòng chảy “bứt” khỏi phần lớn tấm đáy sau nó mà không phải “tràn” khắp vùng vừa nêu Chiều cao này tại mạn tàu còn phải đảm bảo để khí dễ dàng thâm nhập vào vùng sau step Thông lệ chiều cao step không bé hơn 50mm

Tùy thuộc vào chiều rộng bậc nhảy, nên nhận chiều cao vào khoảng 0,05Bp Chiều cao tính theo tỷ lệ với chiều dài tàu, nên nằm trong phạm vi sau đây:

Tàu lớn 0,008 – 0,01L

Tàu cỡ nhỏ:

Tính tại mặt dọc giữa tàu 0,011 – 0,17L Tính tại đường gẫy khúc 0,010 – 0,20L

Hình dáng bậc gẫy

Hình dáng của bậc nhảy trong thực tế rất đa dạng: phẳng, lồi, lõm, nghiêng … Với tàu cỡ nhỏ, dùng làm phương tiện đua góc nghiêng hông nên vào khoảng 4 - 6°

Với tàu lớn hơn, step dạng lồi – lõm hỗn hợp nên được dùng với góc nghiêng hông đến 15° Điều cần nhớ là, cần tạo mọi điều kiện để không khó dễ xâm nhập vào vùng đáy dưới bậc nhảy Theo hướng này mặt cắt ngang thân tàu sau vùng đặt ậc nhảy có thể vo tròn, xem hình 28

Dạng thườøng gặp của bậc nhảy phía mũi thuộc cấu hình thẳng, hình nêm, hoặc nêm đảo, hình 31

Bậc thẳng dễ chế tạo nên trong thực tế được sử dụng rộng rải Bậc hình nêm tăng khả năng chống lắc, nâng cao tính êm song giảm tính ổn động động Bậc nhảy hình nêm đảo làm tăng tính ổn định động song không tạo thuận lợi cho tách dòng Các minh họa nêu bên trái, hình 31 trình bày tay đòn ổ định động cho những trường hợp tiêu biểu vừa được đề cập

Những lợi và hại của các kiểu dáng step đan xen nhau trong một tàu, người thiết kế phải cân nhắc rất kỹ trước khi chọn hình dáng và kích thước của các bậc nhảy này

Hình dáng của tàu deep Vee

Các tàu thuyền nhỏ trong lĩnh vực thể thao, du lịch thường được thiết kế dạng deep Vee cùng step dọc Cần nói rõ hơn, các tàu thuyền làm các chức năng khác không chọn phương án này khi thiết kế đường hình dáng vì độ ổn định của nó kém hơn các tàu khác, lắc khá mạnh và vận tốc lúc chạy trên nước tĩnh không cao

Bản thân kết cấu tàu dạng chữ V này tạo nhiều thuận lợi cho công nghệ chế tạo vì tính đơn giản Thiết kế tàu với các sườn dạng deep Vee không khác với thiết kế tàu đường hình gẫy khúc đơn giản Góc nghiêng mạn giành cho đuôi transom có thể nhận bằng góc nghiêng hông đang dùng cho mặt cắt ngang giữa tàu Trong thực tế góc nghiêng tại transom có thể nhỏ hơn tí ít so với góc này dùng cho mặt giữa tàu Góc nghiêng tại transom không nên quá 4 - 5°

Một trong những vấn đề khó của thiết kế tàu chạy nhanh dạng này là chọn hệ số đầy thể thích thích hợp cho phần mũi Hệ số đầy phần mũi nhỏ có nghĩa tàu có vẻ nhọn giúp làm giảm tải trọng song mũi tàu dạng này dễ đưa mũi tàu “vùi” vào khôi nước do sóng đánh Ngược lại mũi tàu “béo” với tính nổi khác cao khó cho phép mũi vùi đầu vào sóng Trên các tàu hiện đại góc nghiêng ki tại sống mũi đạt đến 35 - 45°

Ngày nay chúng ta sử dụng các bậc nhảy dọc, từ chuyên môn được dùng nhiều nơi gọi

là các thanh hướng dòng nhằm tăng tính năng hàng hải của tàu Điều có thể nói được về các

thanh hướng dòng này là, khi có mặt step này cường độ dòng chảy cục bộ tại đây thay đổi Hậu quả của đổi thay trên là phát sinh vùng áp lực bổ sung tại đáy, ngay tại vị trí đặt step dọc, hình 32 Áp lực bổ sung còn được tăng thêm nếu tính cả ảnh hưởng lực li tâm do chuyển động vòng của nước tại khu vực có bậc nhảy dọc, xem hình 32 Có thể nhận thấy thêm điều này trên bức tranh miêu tả dòng chảy dưới đáy tàu có hướng dòng, sau bậc nhảy qua gò cao do hướng dòng tạo ra, dòng nước “bỏ qua” một mảng trôùng tại đáy, và như vậy tổng diện tích mặt ướt của tàu có hướng dòng, khi tàu chạy nhỏ hơn mặt ướt tính toán ban đầu Điều này có lợi thiết thực cho sức cản vỏ tàu Kết cục, vỏ tàu dạng đang đề cập sẽ cho

phép tạo lực nâng lớn hơn khi chạy, đặc tính thủy động lực cao hơn tàu thông thường Kết luận khá “nghịch lý” sau đây rút ra từ thực tế minh chứng cho cách tạo dáng đương đại Đặc tính thủy động lực tàu được nâng cao theo chiều tăng góc nghiêng hông và vận tốc tàu Theo số liệu đo được từ bể thử, vỏ tàu với góc nghiêng hông β = 25°, tại vận tốc tương đối FnD = 3,57, khi có hướng dòng sẽ làm tăng đặc trưng chất lượng thêm 17%

Những dữ liệu thống kê sau đây giúp vào việc chọn cấu hình các hướng dòng Chiều cao tối thiểu 10 – 12mm Giới hạn trên của đại lượng này tùy thuộc kích thước chính của tàu Trên đáy ca nô nhỏ, lượng chiếm nước không quá 800 – 1200 kG, chiều rộng xuiàng không quá 2m, chiều cao hướng dòng không nên quá 30mm Chiều rộng hướng dòng phải tương xứng với chiều cao vừa chọn Thông lệ, với đáy tàu có độ nghiêng hông khoảng 25° tỷ lệ chiều rộng trên chiều cao của step này vào khoảng 2,5

Số lượng hướng dòng phụ thuộc vào chiều rộng đáy tàu Thông lệ người ta bố trí hai đôi hoặc bốn đôi hướng dòng trên đáy tàu Dữ liệu thống kê nêu lên rằng, khoảng cách giữa hai hướng dòng kề nhau nên vào khoảng 300 – 350mm nếu chiều cao step 25 – 30mm; Khoảng cách này còn lại 100 – 150mm nếu chiều cao hướng dòng chỉ là 10 – 12mm

Hình dáng tàu kiểu mới

Tàu chạy nhanh đang là sản phẩm được ưa chuộng do vậy thiết kế tàu chạy nhanh luôn được đổi mới Kiểu dáng tàu thay đổi chóng mặt Góp phần thay đổi kiểu dáng, đường hình không chỉ các nhà đóng tàu chuyên nghiệp mà còn là công việc của rất động những nhà naval architect không chuyên Tại hình 17 bạn đọc có dịp làm quen với một số tên tuổi lạ cùng các đường hình không kinh điển Những hình ảnh tập họp tại hình chỉ nêu được phần nào thực tế ngoài đời

Phần tiếp theo của tài liệu bạn đọc làm quen thêm những thiết kế tiêu biểu của hai thập niên cuối thế kỷ XX

Hình 35 giới thiệu đường hình tàu nhỏ có tên “tridin” với đáy tàu ba bậc nhảy đặt ngang, phần mũi nhọn, hướng dòng đặt giữa Tàu chạy nhanh và rất êm kể cả trên sóng thấp

Hình 36 giới thiệu mẫu tàu thuộc họ deep Vee có gắn thêm các cụm tăng lực nổi và diện tích trượt

Hình 37 đưa bạn quay lại với xuồng kiể dáng cũ song lắp máy đẩy dạng chữ Z hiện đại

Ảnh hưởng đường hình đến tính năng hàng hải

Tàu với đường hình giản đơn Tính hàng hải của tàu chạy nhanh với đường hình

giản đơn biến thiên trong giải rộng Đường hình giản đơn, hình 38, ngăn cản nước bắn theo phương ngang, điều này tạo lợi thế so với tàu cùng nhóm là lực va đập vào mũi, đáy không quá lớn, lắc dọc không lớn khi tàu chạy trên sóng Điều bất lợi của dạng này, mặt ưiớt vỏ tàu rộng, sức cản tàu không giảm nhiều nếu so với tàu dạng kinh điển Một trong những

biện pháp cải thiện dòng chảy dưới đáy tàu là bố trí các thanh hướng dòng đủ và đúng Có thể hạ sức cản 5 – 10% khi áp dụng hướng dòng đúng cách

Thiết kế tàu với đường hình giản đơn dạng deep Vee ngày nay vẫn đang chiếm tỷ lệ khá lớn trong đội tàu chạy nhanh

Tàu với đường hình lõm Ngược với cách làm việc của tàu đáy phẳng, đáy chữ V,

đường hình lõm, hình 39, cản trở dòng chảy ngang đáy tàu của nước Tình hình này làm tăng lực nâng thủy động tại phần giữa và phía lái tàu Điều này tạo ra lợi thế hiếm có cho người thiết kế, tàu ít bị chúi lái hơn nếu so với tàu đáy phẳng Đường hình dạng này cho phép hạ thấp lực cản của tàu ở vận tốc cao, đặc biệt trong giai đoạn quá độ để chuyển sang “lướt”

Hình dạng với các đường lõm đặc trưng của sườn tàu làm cho tàu có sức cản chuyển động ngang (dạt) khá lớn Nhờ tính chất này tàu giữ tính ổn định khá cao trong quá trình chạy lướt, tính ăn lái và giữ hướng đi của tàu khá tốt

Dạng đường hình này họat động tốt trên nước tĩnh song tính năng của tàu trên sóng kém hơn tàu đường hình khác kiểu Tàu bị lắc nhiều, nước tràn boong đến mức nguy hiểm khi tàu làm việc trong vùng chiều cao sóng đạt đến 0,10 – 0,15 chiều dài thân tàu

Nhìn chung tàu với đường hình lõm đòi hỏi trang bị máy công suất nhỏ hơn so với các tàu dạng đường hình khác, song tàu chỉ nên hoạt động trong những vùng nước yên tĩnh

Đường sườn lồi Đặc điểm của dạng đáy không “phẳng” mà còn lồi này, hình 40, là

không hề cản trở dòng chảy ngang đáy Trong một chứng mức nhất định, đáy lồi này vô tư với tác động dòng chảy khi tàu chạy ở tốc độ chưa cao Lực nâng tàu trong giai đoạn đầu của chế độ chạy nhanh rất thấp song tính năng này thay đổi rất nhiều khi tàu chuyển sang chế độ chạy lướt

Ổn định hướng của tàu có đường sườn lồi khi lướt trên nước tĩnh hoặc trên sóng biên độ thấp không khác tàu sườn lõm nêu trên, trong khi độ dạt ngang trong chuyển động quay vòng lớn hơn so với tàu khác kiểu

Các sườn phía mũi tàu được chế tạo dưới dạng sườn lồi đảm bảo cho tàu cắt sóng tốt Những đặc tính vừa nêu làm cho tàu đường sườn lồi thích hợp với tàu trang bị máy công suất mạnh, tốc độ tàu lớn, hoạt động trong những vùng có sóng nước vừa phải

Đường sườn lồi và lõm (hình chữ S) Khu vực gần với sống chính đường sườn thuộc

dạng “lồi”, ra xa hơn cho đến tận mạn sườn chuyển sang dạng “lõm”, hình 41 Tàu với đường sườn tổng hợp này mang ưu điểm của cả hai dạng sườn, lồi và lõm đang đề cập, đồng thời một số khiếm khuyết của sườn tàu lõm hoặc lồi đơn phương bị mất đi

Đường sườn dạng này đảm bảo cho tàu có tính giữ hướng khá tốt, trong khi đó tính quay trở không tồi Tàu lướt trên sóng nhẹ nhàng và thanh thoát, các tia nước bắn từ dưới thân tàu ra ngoài ít hơn những tàu khác kiểu

Tàu với đường sườn lồi – lõm được dùng cho tàu chạy nhanh trang bị máy công suất lớn cũng như tàu lắp máy công suất vừa phải Tàu có khả năng hoạt động trong vùng sóng khá cao

Thiết kế thân tàu dạng đường sườn này không tách rời việc sử dụng các hướng dòng hợp lý

Đường hình trimaran đường hầm Tên gọi này được ghép từ hai cấu hình thường

dùng trong ngành tàu nhỏ, trimaran – tàu ba thân, còn đường hầm (tunel) chỉ vòm đáy tàu dạng cong như đường hầm trên bộ mà chúng ta vẫn gặp trên các đường giao thông qua đèo, núi Nhóm tàu ba thân này trong thực tế có cấu hình khá phong phú Dạng thông thường trong không khác xe trượt tuyết, ngoại trừ hai đường hầm đối xứng qua sống dọc, hình 42 Nhờ kết cấu kỳ lạ này tàu tránh được nguy cơ lật trên nước khi lướt, tăng tính ổn định và ổn định hướng đi của tàu

Xe trượt Fox Đường hình tàu mang tên nhà đóng tàu nghiệp dư Fox (Cáo) trong thực

tế là một trong các dạng tàu ba thân, hình 43 Phần thân tàu chìm trong nước được chế tạo theo dạng của đôi hài vạn dặm người ta thường nhắc trong các truyện cổ tích Nguyên thủy, chiều rộng “đế giày” chiếm khoảng 1/10 chiều rộng đáy tàu Ngày nay chiều rộng này thay đổi chút ít theo sở thích của người dùng

Trên nước tĩnh tàu dạng xe trượt “con cáo” làm việc không hơn trimaran đường hầm song trên sóng tính năng hàng hải của Fox hơn hẵn tàu kia

Điểm nổi trội của “con cáo” là cắt sóng rất tốt trong bất cứ hoàn cảnh nào, tại bất cứ góc sóng nào Tàu dạng này có thể tránh được hiện nước phủ boong song bộ mặt tiếp sóng của tàu lớn quá cỡ làm cho tàu không tránh được va đập của sóng

Thân tàu “ba điểm” Bạn đọc sẽ cảm thấy chưa thỏai mái nếu chưa được giải thích

khái niệm “ba điểm” trên thân tàu kiểu này Chúng ta có thể tìm hiểu các điểm (chính xác hơn là ba vùng) được đánh dấu đậm trên hình 44 Tàu dạng này đã được giới thiệu tại hình , trang Theo cách nghĩ của những nhà đóng tàu khai sinh kiểu tàu này, nhờ có gắn thêm hai kết cấu đặc biệt bên mạn, nằm tại phần trước của tàu, khi tàu nổi để lướt, phần thân chính phía trước tàu bị bốc lên, điểm tựa của tàu chỉ có thể là hai “phao phụ” này Nhờ có hai điểm đó cùng điểm tựa thứ ba là phần sau cùng của tàu, tàu yên tâm tựa trên “kiềng ba chân” Người ta hy vọng rằng tính ổn định tàu sẽ tốt hơn tàu không có phao phụ, va đập sóng vào thân tàu sẽ dịu dàng hơn vv… Trong thực tế với kết cấu khá cồng kềnh này tàu chạy chậm hơn, lắc ngang , lắc dọc cũng khốc liệt hơn và tệ hơn nữa tính giữ hướng không tốt bằng các dạng tàu khác dạng tàu này được sử dụng khá nhiều trong chế tạo các tàu thuyền đua tài nghiệp dư

Tàu hai thân (catamaran)

Tàu hai thân cỡ nhỏ khác nhiều nếu so với tàu hai thân thông dụng Một trong các đường hình tàu hai thân được trình bày tại hình 45 Đặc trưng rõ nét nhất của catamaran cỡ

nhỏ là tính không đối xứng của thân tàu Đường hình thân tàu thường thuộc dạng đường giản đơn Đường hầm giữa hai thân thường khá rộng

Tàu hai thân không phát huy khả năng cao trong miền tốc độ thấp nếu không nói tính năng tàu trong gia đọan này thua xá các tàu khác kiểu Tuy nhiên khi chạy ở vận tốc cao tàu hai thân phát huy đến mức tốt nhất tính năng hàng hải và các đặc tính thủy động lực Tính ổn định của tàu rất cao, tính giữ hướng tốt Tính quay trở tàu luôn nằm trong phạm vi thỏa mãn yêu cầu của người dùng

Chiều rộng đường hầm tàu hai thân cỡ nhỏ thường nằm trong khoảng 0,4 – 0,7B, chiều cao tại vách đuôi có khi đạt đến 0,15L

Tàu hai thân vừa nêu được dùng nhiều trong sản xuất tàu đua tài trên nước

Trimaran Cathedral Tàu dạng này, tạm dịch là tàu ba thân mang dáng dấp của cathedral

(nhà thờ lớn) được trình bày tại hình 46 Thực ra cathedral tại đây là một dạng cải biên của tàu ba thân có hai đường hầm vừa đề cập Cathedral có độ ổn định ban đầu thấp hơn trimaran thông dụng song tại góc lớn, tính ổn định tàu này không thua bạn bè

Tính năng tàu cathedral được phát huy hết cỡ chỉ ở tốc độ cao khi chạy trên nước tĩnh hoặc trên sóng Một trong những tính năng quí của “nhà thờ lớn” đang đề cập là tính quay trở cao trong mọi hoàn cảnh làm việc

Thân tàu ba nêm Chúng ta có thể sử dụng tàu ba thân dạng “ba nêm” như trình bày

tại hình 47 Tàu dạng này cho phép người thiết kế tăng diện tích boong, thay đổi chiều rộng các đường hầm, chiều cao vách đuôi theo ý muốn trong khi vẫn giữ lại đầy đủ ưu việt của tàu

ba thân: tính ổn định cao, giảm bắn nước, chạy nhanh vv…

Thân tàu Blegg Tàu ba thân mang tên Blegg với đưòng hình cầu kỳ có nhiều tính tốt

nổi bật Tính ổn định tĩnh và ổn định động tàu trong mọi trường hợp đều tốt hơn những tàu cùng họ Tính giữ hướng của tàu trong khai thác rất cao Điều đặc biệt nữa, tính quay trở của tàu này tốt hơn những mẫu tàu khác Tàu chịu được tác động sóng biển và tỏ ra thích hợp cho việc vượt sóng, phát huy tốc độ cao

Ca nô “Viking”

Đường hình tàu Blegg được dùng cho tàu chạy nhanh, trang bị máy đủ mạnh, hoạt động tại những vùng sóng cao

Hình

Hình Ca nô tuần tra

7 Kết cấu tàu nhỏ

7.1 Vật liệu làm tàu nhỏ

Thép đóng tàu

Thép là vật liệu thông dụng làm tàu Trong đội tàu cỡ nhỏ, chạy nhanh thép vẫn có chổ đứng tuy không phải là vật liệu phổ biến nhất Thép được dùng làm vỏ thuộc nhóm thép các bon thông thường, dễ hàn Theo phân loại của các Đăng kiểm, thép đóng tàu được phân thành năm cấp (grade) mang ký hiệu A, B, C, D và E Cả năm cấp đều có giới hạn bền, độ kéo dài tương đối gần như nhau Thép cấp D và E ngoài thử uốn như các cấp khác còn phải chịu thử va đập

Độ bền kéo của thép đóng tàu vào khoảng 400 – 500 MPa, giới hạn chảy khoảng 220 –

250 MPa

Thép cán dùng đóng tàu chạy nhanh phải thỏa mạn các yêu cầu sau đây, theo qui định của người Nhật và chúng ta được phép sử dụng tài liệu đó

Thử kéo Cấp thép

Giới hạn chảy (N/mm 2 ) Độ bền kéo (N/mm 2 )

A B D E 235 400 – 490

A32 D32 E32 F32 315 440 – 590

A36 D36 E 36 F36 355 490 – 620

A 40 D40 E 40 F40 390 510 – 650

Thép độ bền cao ít được sử dụng trong tàu cỡ nhỏ

5 HợÏp kim nhôm

Vật liệu truyền thống làm tàu cỡ nhỏ, chạy nhanh là hợp kim nhôm Trên thị trường

quốc tế giá vật liệu từ hợp kim nhôm cao hơn 10 lần thép cùng trọng lượng Trọng lượng riêng của nhôm thực ra chỉ bằng 35% trọng lượng riêng của thép, do vậy giá thành tính cho đơn vị thể tích vật liệu, gía hợp kim nhôm chỉ cao hơn thép 4 lần Điều có thể nói, nếu coi giới hạn bền của hợp kim nhôm không cách xa nhiều so với thép thường, về mặt lý thuyết có thể tiết kiệm 65% trọng lượng vật liệu nếu thay thép bằng nhôm Trong thực tế giới hạn bền của nhôm thấp hơn thép do vậy mức giảm trọng lượng tối đa khi thay thép bằng nhôm chỉ không đến 50%

Hợp kim nhôm dùng đóng vỏ tàu thường chứa mangan như chất bổ sung chính Hợp kim này chịu được tác động của nước biển, trong khi đó độ bền của nó khá cao Theo phân loại dùng tại UK hợp kim nhôm dùng trong đóng vỏ tàu (marine aluminium alloys) được phân thành 5 nhóm chính, ký hiệu N4, N5, N6, N8 và H30, tương ứng cách phân loại của ISO là AlMg2, Al Mg3-5, Al Mg5, Al Mg4-5 Mn và AlSiMgMn

Đặc tính cơ học hợp kim nhôm vừa nêu như sau: module đàn hồi E = 69 GPa, module cắt G = 25 GPa Độ bền kéo nhóm N4: 160 – 225 MPa, nhóm N8: 125 – 270 MPa, và của H30:

120 – 240 MPa

Theo cách phân loại của Nga, hợp kim nhôm – mangan được chế tạo theo các mã AMg2, AMg3, AMg6, AMg61 và các mã khác3 Đặc tính cơ học các tấm cán từ hợp kim nhôm sản xuất tại Nga được xác định theo tiêu chuẩn nhà nước ΓOCT 261631, (GOST 261631) Theo tiêu chuẩn này hợp kim AMg2 có các tính chất: độ bền kéo σU = 176,4 MPa, Giới hạn chảy σY = 147 MPa, giãn dài tương đối a = 7% Hợp kim AMg3 có các tính chất: độ bền kéo σU = 186,2 MPa, Giới hạn chảy σY = 78 - 196MPa, giãn dài tương đối a = 12 -

15% Hợp kim AMg4 có các tính chất: độ bền kéo σU = 235 MPa, Giới hạn chảy σY = 98 MPa, giãn dài tương đối a = 12%

Theo qui định ghi trong qui phạm đóng tàu vỏ hợp kim mnhôm của DNV đặc tính cơ học tối thiểu áp dụng cho vật liệu làm vỏ tàu phải là

Vật liệu Độ bền kéo,

MPa Giới hạn chảy, MPa

Thành phần hóa học các hợp kim này phải nằm trong phạm vi sau

Tiêu chuẩn tương đương Thành phần hóa học, % Vật liệu

ISO 4 AA 5 Si Mg Mn Chất khác

AlMg4 AlMg4 5086 max0,5 3,5-4,6 max0,8

AlMg3Mn

AlMg4,5Mn

AlMg3Mn AlMg4,5Mn

5454

5083

max0,5 max0,5

2,4-3,4 4,0-4,9

0,3-1,0 0,3-1,0 AlMgSil AlMgSil max0,5 0,4-1,0

Cu: 0,1 Fe:0,5 Cr:0,35 Zn:0,20 Ti:0,20 Cấp và cơ tính hợp kim nhôm cán dùng làm vỏ tàu chạy nhanh ghi trong TCVN5968-3:1997 được trích dẫn tại bảng dưới đây Lưu ý bạn đọc, mã hiệu được cơ quan có thẩm quyền Việt nam dùng cho hợp kim nhôm phải được hiểu theo hoàn cảnh cụ thể Trong bảng sau, nếu không giải thích thêm ký hiệu bằng số không khác ký hiệu được tổ chức AA sử dụng Ký hiệu chữ đi sau số phải được đối chiếu với giải thích do cơ quan có thẩm quyền nêu

Ứng suất trong bảng tính bằng MPa

Hợp kim nhôm Thử kéo

Vật liệu cơ bản Liên kết hàn Nhóm Cấp Chiều dầy t,

mm Ưùng suất thử Độ bền kéo Độ bền kéo

5052P-O ≤ 75 65 min 175 ~ 215 Nhóm 5052

5052P-H34 ≤ 12 175min 235~285 5052S-O ≤ 130 70min 175~245 5052S-H112 ≤ 130 70min 175min 5053P-O ≤ 40 125~195 275~355 5053P-H132 ≤ 12 215~295 305~380 5053P-H321 ≤ 40 215~295 305~385 5053S-O ≤ 38 120min 275~355 Nhóm 5083

25<t≤ 50 110min

245min

245min Nhóm 5086

5086S-H112 ≤ 130 95min 240min 240min Cả hai loại vật liệu truyền thống này khi làm vỏ tàu đòi hỏi qui trình bảo dưỡng rất nghiêm ngặt Tàu phải được cạo hà sơn lườn thường xuyên, bề mặt vỏ tàu phải đảm bảo nhẵn gần với mức khi xuất xưởng để tàu có thể phát huy tốc đô tính toán Thực tế cho thấy , vỏ tàu thép có sức hấp dẫn với các sinh vật biển trong môi trường nhiệt đới và điều này làm cho bề mặt vỏ tàu bị nhám rất nhanh Đã có trường hợp tàu cao tốc vỏ thép có vận tốc thiết kế 28 HL/h, chỉ sau thời gian đậu tại bến ba tuần đã bị hà bám làm tăng sức cản vỏ tàu đến mức khi chạy lại vận tốc tàu không vượt qua được 15HL/h

Gỗ

Gỗ dùng trong đóng tàu rất đa dạng Tính chất cơ học của vật liệu này khác nhau rất nhiều giữa các nhóm gỗ Dữ liệu nêu tiếp đây được tính theo giá trị trung bình Trọng lượng riêng của gỗ thay đổi từ gỗ nhẹ, ví dụ thông: 600 – 650 kg/m3 đến 900 kg/m3 cho gỗ cứng Độ bền kéo dọc thớ vào khoảng 50 – 60 MPa

Vật liệu composite

Vật liệu composite FRP đã dùng có kết quả lâu nay gồm nhựa polyester không no và sợi thủy tinh Vật liệu này thường được viết tắt từ tiếng Anh kiểu Mỹ là FRP hoặc theo cách

viết của người Anh là GRP Những thông tin về vật liệu do các hãng sản xuất nước ngoài cung cấp, thông tin về công nghệ làm vật liệu composite được các trường đại học Anh, Mỹ và tổ chức nông lương thế giới FAO tại Rome, cùng chi nhánh của tổ chức này tại ASEAN cung cấp Các mẫu tàu chạy nhanh thông dụng làm từ vật liệu composite được các nhà máy làm tàu chuyên dụng của hãng Transfield (Úc), tổ hợp công nghiệp quốc phòng Hunting (Vương quốc Anh), Robert Allan (Canada), Simonneau (Pháp), Công ty cùng nhà máy Kan Nam