HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM PHÂN TÍCH THỰC NGHIỆM LẮC NGANG VÀ RUNG ĐỘNG TRONG THIẾT KẾ HÌNH DÁNG TÀU NHỎ DÙNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN Lê Tất Hiển, Lê Đình Tn Bộ mơn Kỹ Thuật Tàu Thủy, Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP HCM TÓM TẮT Nghiên cứu loại hình phương tiện thủy cơng cộng phát triển nhanh chóng nhằm phát triển du lịch đường sông giải vấn đề ùn tắc giao thông đường Với ưu điểm hệ thống sơng ngòi mỹ quan thị, khu vực TP HCM có tiềm tốt để phát triển phương tiện giao thông thủy nội địa phục vụ du lịch vận chuyển hành khách Trong giai đoạn thiết kế hình dáng tàu, tiêu chí tính hàng hải phương tiện thủy, cụ thể tính lắc ngang độ rung thân tàu cần xem xét đánh giá Mục tiêu nghiên cứu báo cáo phân tích thực nghiệm ảnh hưởng thơng số hình dáng tàu cỡ nhỏ sử dụng động điện xét đến lắc ngang rung động, từ bổ sung giá trị thực nghiệm vào toán thiết kế Từ khóa: phương tiện thủy nội địa, lắc ngang, rung động, thiết kế hình dáng GIỚI THIỆU Hiện nay, thiết kế kỹ thuật cho phương tiện thủy chở khách cỡ nhỏ phụ thuộc nhiều vào có mặt số liệu thống kê, tàu mẫu thu thập nước, vào khả người thiết kế, vào khả tiến hành thí nghiệm cần thiết Lựa chọn kích thước hình học tàu thực chất trình đánh giá mối tương quan tỷ số kích thước phù hợp cho tàu thiết kế theo sở liệu kết hợp với số liệu thực nghiệm từ tàu mẫu thiết kế [1, 2] Hình Phân loại phương tiện thủy chở khách Tàu dài tính quay trở Chiều dài tàu bị hạn chế trực tiếp bến cảng luồng lạch Chiều rộng thân tàu có quan hệ với bố trí tàu, tính ổn định, sức cản tính hàng hải tàu Giảm chiều rộng mức làm ảnh hưởng xấu đến ổn định ban đầu khiến tàu bị chòng chành Hiện nay, thuyền dân gian chưa có phân tích khoa học hình dáng phương tiện thủy phù hợp Bên cạnh đó, phương tiện chở khách cỡ nhỏ sử dụng đa phần tàu cao tốc, sử dụng động xăng diesel dẫn đến rung động cao [3, 4] Hình Khảo sát kích thước phương tiện thủy chở khách (Cần Thơ) Trang 43 HỘI NGHỊ KH&CN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM Do vậy, tiến hành tham khảo số liệu thống kê kích thước hệ số hình dáng tàu mẫu cỡ nhỏ ngồi nước để phân tích, đánh giá phù hợp yêu cầu thiết kế điều cần thiết (Hình 2, 4) nghiêng hình học tàu tính theo cơng thức kinh nghiệm sau [5] Chu kỳ lắc ngang: T4 C B GM t đó, GM t chiều cao tâm ổn định ban đầu, C hệ số kinh nghiệm rút từ thực tế Hệ số C tính từ cơng thức kinh nghiệm sau: H2 C (0,6 0,7) * B Hình Mối quan hệ kích thước L-W Kết tính tốn lý thuyết thể chu kỳ lắc tàu tính theo cơng thức thực nghiệm T = 3,1 s Ngoài ra, số MSI (motion sickness incident) phương tiện thủy đối chiếu với tiêu chuẩn ISO 2631/31985 cơng trình nghiên cứu trước [6] Báo cáo tập trung tính tốn trường hợp lắc ngang cho tàu khách mớn nước thiết kế Giới hạn số MSI 10% tương ứng 10% hành khách cảm thấy khó chịu có biểu nơn ói khoảng thời gian xảy dao động Bảng Kết tính tốn giá trị MSI Hình Hệ số hình dáng thiết kế tàu Trong giai đoạn thiết kế sơ bộ, mẫu tàu phân tích đánh giá có thơng số kỹ thuật sau Phổ sóng Chiều cao sóng [m] Chu kỳ dao động sóng [s] Gia tốc dao động tàu [m/s2] MSI sau 2h dao động (Lloyd,1998) [%] JONSWAP 1,88 6,25 0,7636 8,8604 Chiều dài thiết kế: Ltk = 7,69 m Chiều rộng thiết kế: Btk = 2,15 m Chiều chìm: T = 0,36 m Chiều cao: D = 1,1 m Trong trình thiết kế sơ ban đầu, người kỹ sư thiết kế cần lưu ý phân bố trọng tâm tải trọng phù hợp đảm bảo tính an tồn giảm dao động tàu Lượng chiếm nước: ∆ = 3,4 2.2 Ảnh hưởng rung động Số lượng người: 12 người Để đánh giá tính dao động tàu, mức độ dao động thực thụ vị trí trọng yếu đo đạc đánh giá suốt trình thử tàu Công việc bao gồm thủ tục đo dao động liên quan đến thiết bị đo, điều kiện đo vị trí đo, xử lý số liệu báo cáo đo đạc [7] Sơ đồ đánh giá tổng trình dao động tàu thủy tổng quát trình bày Hình PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến lắc ngang Nghiên cứu tính tốn thơng số lắc tàu trình nghiên cứu động lực học phương tiện thủy theo phương ngang nhằm cải thiện tính hàng hải tàu thoải mái hành khách Chu kỳ biên độ lắc tàu ảnh hưởng thông số chiều rộng tàu độ cao tâm Trang 44 HỘI NGHỊ KHCN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM Hình Chòng chành tàu thời gian thử Hình Sơ đồ đánh giá rung động Đo đạc mức độ dao động thực thụ vị trí trọng yếu suốt q trình thử tàu Dữ liệu thu dạng phổ gia tốc theo thời gian Gia tốc tích phân phân tích phổ tần số Thiết bị đo dao động chuyên dùng bao gồm: PCD-300B (Kyowa) kênh; cảm biến gia tốc kế loại AS-2GB; miền đo 020 m/s2, độ nhạy 605 V/V Hình Sơ đồ bố trí điểm đo KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Góc lắc ngang tàu q trình thử nghiệm có biên độ cực đại 2.5 độ, không sai lệch đáng kể so với tính tốn lý thuyết (Hình 6) Hình Phân tích rung động chạy tốc độ thiết kế điểm đo số Trang 45 HỘI NGHỊ KH&CN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM Trong nghiên cứu này, động điện bố trí khu vực khoang máy, nằm gần vách đuôi tàu Các thông số liên quan đến động điện khảo sát liệt kê sau TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Eric Tupper, Introduction to Naval Architecture, Butterworth Heinemann, 2002 Động điện: 48V, DC Vòng quay định mức: 3800 rpm for efficiency and economy, Butterworth Dòng điện định mức: 100 A Heinemann, 1998 Công suất tối đa: 6.5 kW Thông số đo ban đầu cài đặt sau: tần số lấy mẫu fs = 2000 Hz, số mẫu đo N = 4096 Theo Hình 8, kết đo thu trực tiếp khu vực khách ngồi (số 4) khoang máy (số 6), phổ gia tốc theo thời gian (Hình 8a b), phổ vận tốc theo thời gian từ kết tích phân gia tốc (Hình 8c), cuối phổ tần số vận tốc từ kết phân tích Fourier nhanh phổ vận tốc theo thời gian (Hình 8d) Trên phổ gia tốc này, ta xác định giá trị lớn ứng với tần số xác định theo điểm đo định trước [2] H Schneekluth and V Bertram, Ship design [3] Subrata Chakrabarti, “Empirical calculation of roll damping for ships and barges”, Ocean Engineering 28 (2001), 915–932 [4] Quy chuẩn phân cấp đóng phương tiện thủy nội địa, QCVN 2013 [5] Nguyễn Đức Ân – Nguyễn Bân – Hồ văn Bính – Hồ Quang Long – Trần Hùng Nam – Trần Cơng Nghị – Dương Đình Ngun, Sổ tay Kỹ thuật đóng tàu thủy tập 1, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [6] N A Tuan, Tat-Hien Le, “Study of motion KẾT LUẬN sickness incidence in ship motion”, T,udy Kết đo đạc thực nghiệm thơng số hình học mẫu tàu khảo sát đáp ứng tốt với lắc ngang MSI phương tiện thủy Các giải pháp giảm lắc ngang đề xuất giai đoạn thiết kế sơ cách điều chỉnh bố trí chung phân bố trọng lượng toàn tàu Ngoài ra, dao động tồn tàu thấp hình dáng tàu mẫu chở khách cỡ nhỏ sử dụng động điện so với mẫu tàu truyền thống sử dụng động xăng diesel ofPhát trif mKhoa hrifCông nghf, 18, 2015 Trang 46 [7] L D Tuan, Tat-Hien Le, “Về tiêu chuẩn dao động áp dụng kiểm soát dao động tàu du lịch cỡ nhỏ sử dụng động điện”, Hội nghị KH&CN toàn quốc khí – động lực, 2016 HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM EXPERIMENTAL ANALYSIS OF ROLL MOTION AND VIBRATION OF A SMALL BOAT DESIGN USING ELECTRIC MOTOR ABSTRACT In order to develop a river tourism waterway and solve the problem of road traffic jam, a public inland waterway of vehicle is studied With the advantages of the river system and urban beauties, Hochiminh city has a great potential to develop an inland waterway for transportation and tourism During an initial stage of ship design, roll motion and ship vibration should be considered The aim of this paper is to experimental analysis the effect of a hull form of small boat using electric motor on roll motion and vibration, thereby adding experimental values to the design process Keywords: inland waterway vehicle, roll motion, vibration, ship hull-form design Trang 47 ... có biểu nơn ói khoảng thời gian xảy dao động Bảng Kết tính tốn giá trị MSI Hình Hệ số hình dáng thiết kế tàu Trong giai đoạn thiết kế sơ bộ, mẫu tàu phân tích đánh giá có thơng số kỹ thuật sau... thiết kế sơ cách điều chỉnh bố trí chung phân bố trọng lượng tồn tàu Ngồi ra, dao động toàn tàu thấp hình dáng tàu mẫu chở khách cỡ nhỏ sử dụng động điện so với mẫu tàu truyền thống sử dụng động. .. NGHIÊN CỨU Góc lắc ngang tàu q trình thử nghiệm có biên độ cực đại 2.5 độ, không sai lệch đáng kể so với tính tốn lý thuyết (Hình 6) Hình Phân tích rung động chạy tốc độ thiết kế điểm đo số Trang