Nghiên cứu động lực học chuyển động của xuồng chữa cháy rừng tràm tt

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP NGUYỄN THÁI VÂN NGHI N CỨU ĐỘNG CỦ U NG CH C HỌC CHUY N ĐỘNG CHÁY RỪNG TRÀ Chuyên ngành: Kỹ thuật khí Mã số: 62520103 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội, 2017 Luận án hoàn thành tại: TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Dương Văn Tài PGS.TS Cao Hùng Phi Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường vào lúc: …… ngày … tháng … năm 201… Trường Đại học Lâm nghiệp Có thể tìm hiểu luận án tại: Thư viện Quốc gia Việt Nam Thư viện Trường Đại học Lâm nghiệp Ở ĐẦU Tính cấp thi t củ vấn đ nghi n cứu Việt Nam có khoảng 500.000 rừng tràm, chủ yếu tập trung v ng đồng sơng Cửu Long, đặc điểm khí hậu khu vực sinh thái rừng tràm mà nguy cháy rừng cao, hàng năm xảy hàng chục vụ cháy, điển hình vụ cháy rừng tràm Vườn quốc gia U Minh Thượng U Minh năm 2002 đ thi u hủy hàng nghìn rừng tràm nguyên sinh Hiện việc chữa cháy rừng chủ yếu biện pháp thủ công dẫn đến suất hiệu dập lửa thấp, tốn nhiều công sức thời gian Năm 2008, Trường Đại học Lâm nghiệp chủ trì đề tài trọng điểm cấp nhà nước: “Nghi n cứu công nghệ thiết kế chế tạo thiết bị chuyên dụng chữa cháy rừng”, mã số KC07.13/06-10 đ thiết ế chế tạo xuồng chữa cháy rừng tràm Tuy nhi n đề tài chủ yếu tập trung vào khâu thiết kế chế tạo, chưa nghi n cứu sâu động ực học xuồng Trong q trình sử dụng xuồng chữa cháy rừng tràm cịn số hạn chế cần phải hồn thiện à: vận tốc di chuyển xuồng kênh có nhiều chướng ngại vật (bèo tây) cịn thấp, từ ảnh hưởng đến thời gian tiếp cận đám cháy, xuồng ổn định hướng chuyển động vừa di chuyển vừa phun nước chữa cháy ổn định (dễ bị lật) xuồng quay vịng rẽ sang kênh vng góc Để có sở lý thuyết cho việc hồn thiện xuồng chữa cháy rừng tràm cần phải nghiên cứu động ực học chuyển động, ổn định hướng chuyển động chống lật xuồng, để từ xác định thơng số hợp lý xuồng nhằm hồn thiện n ng cao hiệu sử dụng xuồng chữa cháy rừng tràm Xuất phát từ lý nêu trên, luận án chọn thực đề tài: “Nghiên cứu ng h hu n ng xuồng chữa cháy rừng tràm” Mục tiêu nghiên cứu luận án Xây dựng mơ hình, thiết lập hệ phương trình vi ph n hảo sát yếu tố ảnh hưởng đến động lực học chuyển động xuồng chữa cháy rừng tràm Việt Nam chế tạo, để àm sở khoa học cho việc hoàn thiện kết cấu chế độ sử dụng hợp lý, nhằm nâng cao tốc độ ổn định chuyển động, đáp ứng yêu cầu xuồng chữa cháy rừng tràm Những đóng góp luận án  Về khoa h c - Luận án đ x y dựng m hình động ực học đ thiết lập phương trình vi ph n chuyển động thẳng xuồng tr n nh có nhiều chướng ngại vật (bèo t y), phương trình vi ph n ổn định hướng chuyển động xuồng vừa di chuyển vừa phun nước chữa cháy phương trình vi ph n ổn định chống lật xuồng quay vòng rẽ sang kênh vng góc - Luận án đ hảo sát ảnh hưởng số thông số đến ti u đánh giá khả hoạt động xuồng, kết khảo sát đ xác định số thông số kết cấu hợp lý xuồng à: góc đặt trục ch n vịt hợp lý α1 =16.6 độ; biên dạng mặt cắt ngang mũi xuồng dạng hình nêm; góc đặt vịi phun nước βx < 45 độ; vị tr đặt vòi phun nước chữa cháy cách tọa độ trọng t m ph a bánh lái a3 = 1.5 m; bề rộng tối thiểu xuồng B = 1.5m chiều cao tọa độ trọng tâm tối đa h = 0.4 m Kết nghiên cứu đóng góp sở khoa học cho tính tốn thiết kế xuồng chữa cháy rừng - Luận án đ x y dựng phương pháp th nghiệm để đo xác định: hệ số ực cản xuồng chuyển động kênh có bèo tây, lực vịi phun nước chữa cháy, góc nghiêng ngang giới hạn xuồng quay vịng, góc lắc ngang xuồng hoạt động chữa cháy rừng Kết nghiên cứu thực nghiệm đóng góp cho việc xác định đại ượng động lực học xuồng chữa cháy rừng tràm  Về th ti n Kết nghiên cứu luận án đ sử dụng cho việc hồn thiện thiết kế, t nh tốn tối ưu cho xuồng chữa cháy rừng tràm, đồng thời xác định chế độ làm việc hợp lý xuồng có Chương : T NG QU N V VẤN Đ NGHI N CỨU 1.1 Khái quát v rừng tr m v t nh h nh chá rừng tr m Việt N m 1.1.1 i n t h s ph n rừng tràm Ở Việt Nam có khoảng 500.000 rừng tràm phân bố chủ yếu đồng sông Cửu Long 1.1.2 Đặ i m ênh m ng hu v rừng tràm K nh mương hu vực rừng tràm có nhiều bèo tây (lục bình) sinh trưởng phát triển với mật độ dầy đặc mặt kênh, mực nước nông Đây trở ngại ảnh hưởng đến khả di chuyển xuồng Khi xuồng di chuyển mặt đáy xuồng ma sát với bèo tây, nên tạo lực ma sát lớn, từ tăng hệ số lực cản, dẫn đến tốc dộ di chuyển xuồng thấp h ng đáp ứng yêu cầu nhanh chóng tiếp cận đám cháy 1.1.3 Tình hình cháy rừng tràm Vi t Nam Theo thống kê Cục Kiểm m, hàng năm hàng chục vụ cháy rừng tràm lớn nhỏ xảy hầu hết địa phương có rừng tràm, địa phương hay xảy cháy rừng tràm vườn quốc gia U Minh Hạ thuộc tỉnh Cà Mau, U Minh Thượng thuộc tỉnh Ki n Giang vườn quốc gia Tràm Chim thuộc tỉnh Đồng Tháp 1.2 T ng qu n c ng tr nh nghi n cứu v động c học củ xuồng nhỏ ng tr nh nghiên ứu ng h hu n ng ủ uồng nhỏ th gi i Trên giới có nhiều cơng trình nghiên cứu động ực học ổn định tàu nhỏ, cơng trình chủ yếu tập trung nghi n cứu giải ổn định tàu, cơng trình nghiên cứu động ực học chuyển động xuồng nhỏ xuồng chữa cháy hi di chuyển nh có nhiều vật cản cịn hạn chế Chưa áp dụng vào nghiên cứu động lực học chuyển động xuồng chữa cháy rừng tràm ng tr nh nghiên ứu ng h hu n ng ủ uồng nhỏ i tN m Ở Việt Nam có nhiều c ng trình nghi n cứu ổn định dao động tàu điều iện hác Các cơng trình chủ yếu tập trung nghiên cứu tàu lớn di chuyển sông biển Chưa có c ng trình nghi n cứu động ực học chuyển động xuồng chữa cháy rừng điều iện đặc th rừng tràm, với điều kiện kênh rạch có nhiều chướng ngại vật khu vực rừng tràm đồng sông Cửu Long 1.4 Nội dung nghiên cứu 1.4 Nghiên ứu thu t - Xây dựng m hình động ực học chuyển động xuồng với ba toán bao gồm: + Xuồng chuyển động thẳng tr n nh có chướng ngại vật; + Xuồng vừa di chuyển vừa phun nước chữa cháy rừng; + Xuồng quay vòng rẽ sang kênh vng góc - Lập phương trình vi ph n chuyển động xuồng chữa cháy rừng cho ba trường hợp nêu - Khảo sát ảnh hưởng số yếu tố đến ti u đánh giá khả hoạt động xuồng chữa cháy rừng - Xác định số thơng số hợp ý để hồn thiện xuồng chữa cháy rừng 1.4.2 Nghiên cứu th c nghi m - Xác định thơng số hình học, trọng ượng, tọa độ trọng t m, m men quán t nh, diện t ch mặt cắt ướt, để phục vụ cho việc xác định thông số đầu vào toán lý thuyết 6 - Xác định hệ số cản, góc nghiêng ngang, lực vịi phun nước, vận tốc xuồng hi chuyển động chữa cháy rừng, để kiểm nghiệm kết tính tốn theo mơ hình lý thuyết - Xác định ực đẩy chân vịt hi xuồng chuyển động chữa cháy rừng để phục vụ cho việc hoàn thiện xuồng chữa cháy rừng tràm 1.5 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu xuồng chữa cháy rừng tràm đề tài trọng điểm cấp Nhà nước “ Nghiên cứu công nghệ thiết kế chế tạo thiết bị chuyên dụng chữa cháy rừng”, mã số KC 07.13/06 - 10 thiết kế chế tạo, sử dụng vườn quốc gia U Minh Thượng tỉnh Ki n Giang 1.6 Phương pháp nghi n cứu - p dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết t nh toán tàu thủy, dao động tàu thủy, học lý thuyết - Áp dụng phương pháp đo ường đại ượng h ng điện điện để xác định thông số đầu vào thông số đầu Chương ÂY D NG Ơ HÌNH ĐỘNG C HỌC CHUY N ĐỘNG CỦ U NG CH CHÁY RỪNG TRÀ 2.1 ác định thành phần l c tác dụng lên xuồng xuồng chu n động chữ chá rừng tr m Khi xuồng chuyển động chịu tác dụng lực bao gồm: Lực cản chuyển động, lực đẩy chân vịt, lực ly tâm xuồng quay vòng, lực vòi phun nước, lực cản quay xuồng quay vịng, lực mơ men phục hồi Các lực ảnh hưởng đến khả di chuyển, ổn định hướng chuyển động góc nghiêng ngang xuồng, sơ đồ tổng quát lực tác lên xuồng trình chữa cháy rừng thể hình (2.1)(2.2)( 2.3.) Hình 2.1 Mơ hình động lực học xuồng trình vừa chuyển động vừa phun nước chữa cháy mặt phẳng XOY Hình 2.2 Mơ hình động lực học xuồng trình chuyển động mặt phẳng XOZ phun nước chữa cháy Hình 2.3 Mơ hình động lực học xuồng trình chuyển động mặt phẳng XOZ xuồng quay vịng, rẽ sang kênh nhánh Trong đó: Fc - Lực cản chuyển động tổng hợp xuồng; Fcv - Lực đẩy chân vịt xuồng; Fcq - Lực cản xuồng quay vòng; N - lực (lực đẩy Ac-si-met); Fvp - Lực đẩy vòi phun nước tác dụng lên xuồng chữa cháy; My - Mô men quay xuồng lực tác dụng vòi phun nước; Fbl - Lực dòng nước tác dụng vào bánh lái; Flt - Lực ly tâm xuồng quay vòng 2.3 Xây d ng mơ hình thi t lập phương tr nh vi phân chuy n động xuồng chữa cháy rừng tràm 2.3.1 Xây d ng mơ hình thi t lập ph ng tr nh ng l c h c xuồng chuy n ng thẳng 2.3.1.1 Xây dựng mơ hình Giả thiết xây dựng mơ hình: - Lực cản tổng hợp tác dụng lên xuồng đặt điểm A phân thành thành phần XA YA (trong điểm A lực tác động lực cản đặt tâm diện tích cản xuồng, lực phụ thuộc vào góc nghiêng dọc (góc n ng mũi xuồng) φ, chiều chìm xuồng, vận tốc xuồng…và ứng với trạng thái khác vị trí điểm đặt A khác giá trị lực cản tổng hợp Fc xác định khác nhau) - Vận tốc xuồng thấp nên bảo qua lực cản khơng khí, lực cản gió; - Xuồng hoạt động kênh nhỏ mực nước nông nên bỏ qua lực cản sóng; - Do xuồng có ch thước nhỏ chạy kênh nhỏ, mực nước nơng nên lực xạ tính thơng qua lực cản tổng hợp; - Khi chuyển động thẳng bỏ qua mơ men phục hồi M hình động lực học xuồng chuyển động thẳng thể hình 2.4 ình 2.4 Mơ hình động lực học chuyển động uồng chuyển động thẳng Các ký hiệu hình 2.4: - trọng tâm xuồng chữa cháy rừng tràm; - tâm hệ trục chân vịt; - điểm đặt lực cản chuyển động tổng hợp xuồng; - tâm chân vịt; - lực cản chuyển động tổng hợp theo phương đặt điểm A; - lực cản chuyển động tổng hợp theo phương đặt điểm A; - lực đẩy (phản lực) chân vịt theo phương ; - lực đẩy (phản lực) chân vịt theo phương ; - lực (lực đẩy Ac-si-met) xuồng chữa cháy Lực đẩy nước tác dụng vào cánh ch n vịt thu t m C ch n vịt có thành phần ực cản điểm C: (hình 2.4) Trong đó: ực đẩy ch n vịt xác định th ng qua m men trục ch n vịt M men trục ch n vịt ch n vịt xác định từ điều iện c n m men trục đ đ đ ̇ (2.1) Trong đó: - m men động đẩy xuồng; i - tỉ số truyền hộp giảm tốc; - c ng suất động cơ; - hệ số hiệu dụng hộp giảm tốc; ̇ - vận tốc góc trục ch n vịt Các thành phần ực (gồm ực cản tổng hợp nước tác dụng vào th n xuồng ực tác dụng n cánh ch n vịt) có độ ớn xác định thực nghiệm trường phụ thuộc vào m i trường nước trạng thái chuyển động 9 2.3.1.2 p phư ng trình vi ph n chuyển động thẳng Áp dụng phương trình Lagrange oại II, luận án đ x y dựng hệ phương trình sau: ( ) ̈ ( ( ) ̈ ( ( ) ̈ ( đ ( ) ̈ ( ( ) ) ̇ ) ̇ ( ( ) ̈ ) ̇ ̇ ( ̈ ) ̈ ( ) ̇ ̇ ( ) ) (2.2) ) ̈ ( ) ̇ Nhận t ệ phương trình vi ph n hi xuồng chuyển động thẳng h ng phun nước chữa cháy hệ phương trình vi ph n phi tuyến h ng có hệ số phụ thuộc vào th ng số ết cấu hệ hối ượng (m 1, m2) ch thước hình học (ai, xi), m men quán t nh i, góc ệch O1C so với trục xuồng (góc đặt trục chân vịt) Vế phải phụ thuộc vào ực: ực cản tổng hợp m i trường nước, ực đẩy ch n vịt c ng suất động (XA, YA, XC, YC Nđc) Để hảo sát đánh giá chuyển động xuồng, àm sở cho việc cải tiến hoàn thiện ết cấu sử dụng hợp ý xuồng này, cần phải tiến hành giải hệ phương trình vi ph n tr n theo điều iện hác ết cấu xuồng dạng ực tác dụng từ nước vào th n xuồng Độ ớn t nh chất ực phải xác định thực nghiệm trường hu rừng tràm ngập nước vườn quốc gia U Minh Thượng tỉnh Ki n Giang 2.3.2 ng m h nh ng h n nh h ng hu n ng ủ uồng hi vừ h vừ phun n hữ h 2.3.2.1 Xây dựng mơ hình động lực học chuyển động xuồng vừa chuyển động thẳng vừa phun nước chữa ch y rừng Giải thiết xây dựng mơ hình: - Xuồng vừa chuyển động thẳng với vận tốc định, vừa phun nước chữa cháy rừng - Góc bánh h ng quay ( ); 10 ình 2.5 Mơ hình động lực học uồng vừa di chuyển vừa phun nước chữa ch y mặt phẳng đứng dọc XOY ình 2.6 Mơ hình động lực học uồng vừa di chuyển vừa phun nước chữa ch y mặt phẳng n m ngang XOZ Các ký hiệu hình 2.5 2.6: - lực vòi phun nước chữa cháy rừng tràm; - lực vòi phun nước chữa cháy rừng tràm theo phương OX OZ; - góc lệch hướng vòi phun nước chữa cháy so với trục dọc ( ) trục ngang ( ) thân xuồng 2.3.2.2 p phư ng trình vi ph n n định hướng chuyển động uồng vừa di chuyển vừa phun nước chữa ch y Từ m hình động ực học tr n hình 2.5 hình 2.6 Áp dụng phương trình Lagrange loại II, luận án xây dựng hệ phương trình sau: ( )̈ ( ) ̈ ( )̈ ( ) ̈ ( ) ̇ ( ) ̇ ( ( ) ̈ ( ( ) ̇ ̇ ( ( )̈ ) ( ( ) ) ̈ (2.3) )̇ ̇ ) ( ( ̈ ( đ (2.3) ) ) ̇ ̈ ) ̈ ̇ ̇ 11 Nhận t ệ phương trình vi ph n hi xuồng vừa chuyển động thẳng vừa phun nước chữa cháy hệ phương trình vi ph n phi tuyến h ng có hệ số phụ thuộc vào th ng số ết cấu hệ hối ượng (m1, m2), ch thước hình học (ai, xi) m men quán t nh ( i), góc (góc lệch đường tâm trục chân vịt với trọng tâm xuồng so với phương OX mặt phẳng đứng dọc), góc ệch vòi phun nước chữa cháy so với phương chuyển động OX mặt phẳng nằm ngang Vế phải phụ thuộc vào ực: ực cản tổng hợp m i trường nước g y ra, ực đẩy ch n vịt, ực vòi phun nước chữa cháy c ng suất động (XA, YA, XC, YC, XD, YD , Fvp Nđc) Để hảo sát đánh giá ổn định hướng chuyển động xuồng hi vừa di chuyển vừa phun nước chữa cháy, uận án cần phải tiến hành giải hệ phương trình vi ph n tr n theo điều iện hác ết cấu xuồng ực tác dụng vòi phun, góc đặt vịi phun, vận tốc xuồng 2.3.3 ng mơ hình n nh h ng ật hi uồng qu v ng r s ng ênh vu ng g 2.3.3.1 Mơ hình c học chuyển động quay v ng uồng chữa ch y rừng tr m Để lập m hình học, luận án cơng nhận số giả thuyết sau: - Các trục chân vịt, trục bánh liên kết với thân xuồng khớp quay, chúng có chuyển động quay tương đối quanh trục đó; - Bánh cố định vị trí với góc lệch ; - Trục ch n vịt quay với vận tốc góc h ng đổi ̇ ; - Lực cản m i trường nước dịch chuyển thu tâm miền tiếp xúc nước với thân xuồng bánh ái, có độ lớn tỉ lệ với bình phương vận tốc diện t ch cản trực diện Theo giả thuyết m hình học biểu diễn tr n hình 2.7, hình 2.8 hình 2.9 Hình 2.7 Mơ hình động lực học xuồng quay vịng mặt phẳng XOZ 12 Hình 2.8 Mơ hình động lực học xuồng quay vịng mặt phẳng YOZ Y X 0 Hình 2.9 S đồ lực t c dụng lên b nh l i uồng quay v ng Các ký hiệu hình 2.7, hình 2.8 hình 2.9 : O0X0Y0 - hệ trục cố định (quán tính); O1X1Y1 - hệ trục động (gắn với khối tâm thân xuồng O1); O1, O2, O3 - tọa độ khối tâm thân xuồng, trục ch n vịt trục bánh lái; - góc quay tương đối trục bánh lái, góc mặt bánh lái với O1X1; - góc xoay thân xuồng quanh trục thẳ ứng O1Y1; 𝜓 - góc xoay thân xuồng quanh trục dọc O1X1 (góc nghiêng ngang) ; Flt - Lực ly tâm xuồng quay vòng L2, h2, L3, h3 - khoảng cách theo phương ngang thẳng đứng từ O1 đến O2 O3 Gọi lực đặt vào bánh lái Fbl có cường độ là: (2.4) Trong đó: - hệ số cản phụ thuộc vào chất m i trường nước nơi xuồng di chuyển; - diện tích bề mặt bánh lái; - vận tốc trực diện nước tác dụng lên bề mặt lái: (̇ ) với ̇ - vận tốc th n xuồng theo phương OX; - vận tốc tịnh tiến dòng nước ch n vịt đẩy 2.3.3.2 p phư ng trình vi ph n chuyển động quay v ng uồng chữa ch y Áp dụng phương trình Lagrange oại II, luận án xây dựng hệ phương trình sau: 13 ( ) ̇ ( ̇ )̈ ) ̈ ( ( )̇ ̇ ( ( ) ̈ )̇ ( ̇ )̇ ( (2.5) )̈ ̇ ̇ ( )̈ ( ̇ ) ̇ ( )̈ ( ̇ ̇ )̇ Nhận t Mơ hình chuyển động quay vòng xuồng chữa cháy rừng hệ có vật rắn di chuyển mặt phẳng nằm ngang biểu diễn hình 2.7 hình 2.8 với lực tác dụng quan hệ động học hình 2.9 Phương trình vi ph n chuyển động quay vịng xuồng (2.5) hệ phương trình phi tuyến, khơng có hệ số phụ thuộc vào thông số kết cấu bao gồm diện t ch mặt cắt ngang Sn , chiều cao tọa độ t m h0 h3, hoảng cách mặt phẳng nằm ngang từ tọa độ t m xuồng đến t m trục ch n vịt t m bánh L2, L3 đại ượng động lực học hệ bao gồm vận tốc chuyển động xuồng, góc đánh Để có sở cải tiến kết cấu cho xuồng xác định chế độ quay vòng hợp lý luận án phải tiến hành hảo sát hệ phương trình động ực học đ ập tr n, việc hảo sát hệ phương trình vi ph n (2.5) thực phần mềm chuy n d ng Kết hảo sát trình bày chương Chương KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦ ỘT S THÔNG S ĐẾN CHUY N ĐỘNG VÀ N ĐỊNH CỦ U NG CH CHÁY RỪNG TRÀ 3.1 Sơ đồ mô hệ phương tr nh vi phân chu n động xuồng chữa cháy rừng ình S đồ kh o s t động lực học chuyển động uồng 14 K t khảo sát phương tr nh động c học củ uồng chữ chá t qu h o s t ph ng tr nh vi ph n hu n ng thẳng ủ 3.4.1.1 nh hư ng lực c n đến v n t c uồng uồng Van toc (km/h) 12 10 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Luc can (daN) ình nh hư ng c c gi trị lực c n đến v n t c uồng Nhận x t: Lực cản tổng hợp ớn vận tốc xuồng thấp, ực cản phụ thuộc vào diện t ch cản mũi xuồng chìm nước, phụ thuộc vào ết cấu xuồng, bi n dạng mũi xuồng, đặc biệt chướng ngại vật tr n nh (b o tây) Để n ng cao vận tốc xuồng, giải pháp phải giảm ực cản 3.4.1.2 nh hư ng g c đặt ch n vịt đến v n t c uồng 16 Van toc (km/h) 14 12 10 4 10 12 14 16 18 20 22 24 26 Goc dat chan vit (Do) ình 3 nh hư ng g c đặt ch n vịt đến v n t c uồng Nhận x t: Quan hệ góc đặt trục ch n vịt với vận tốc xuồng hàm phi tuyến, hi góc đặt trục ch n vịt tăng từ 15 độ đến 20 độ vận tốc tăng ớn nhất, hi góc đặt trục ch n vịt tăng từ 20 độ trở n vận tốc xuồng giảm Kết hảo sát cho thấy góc đặt ch n vịt tốt nắm hoảng từ 15÷20 độ 3.4.1.3 nh hư ng g c n ng m i uồng (g c nghiêng dọc đến v n t c uồng 15 16 Van toc (km/h) 14 12 10 4 10 12 14 16 18 20 Goc nang mui xuong (Do) ình nh hư ng g c n ng m i uồng (g c nghiêng dọc đến v n t c uồng Nhận x t: Quan hệ góc n ng với vận tốc xuồng phi tuyến, hi góc n ng ớn ực cản giảm dẫn đến vận tốc xuồng tăng n Khi xuồng chuyển động, góc n ng ớn àm cho ực cản chuyển động giảm nh hư ng hình dạng mặt c t ngang m i uồng đến v n t c uồng k = 0.0316 k = 0.0226 k = 0.0171 12 Van toc (km/h) 10 0 Thoi gian (s) ình nh hư ng hình dạng mặt c t ngang m i uồng đến v n t c Nhận x t: Từ ết hảo sát cho thấy ết cấu mũi xuồng có bi n dạng hình n m cho hệ số cản thấp, từ dẫn đến vận tốc xuồng ớn Nguy n nh n phần ớn b o t y rẽ sang hai b n mạn xuồng n n ực cản giảm t qu h o s t ph ng tr nh vi ph n n nh h ng hu n ng ủ uồng hi phun n hữ h 3.4.2.1 nh hư ng g c đặt v i phun nước chữa ch y đến n định hướng chuyển động 16 Goc lech huong (Do) 30 25 20 15 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Goc phun nuoc chua chay (Do) ình nh hư ng g c đặt v i phun nước chữa ch y đến n định hướng chuyển động Nhận x t: Góc đặt vịi phun nước chữa cháy ớn góc ệch hướng chuyển động xuồng ớn Để đảm bảo hiệu chữa cháy hi xuồng hoạt động tr n nh có bề rộng từ 3m đến 5m h ng bị đ m vào bờ vận tốc v < m h, xuồng cần phải ổn định hướng chuyển động với góc < 20 độ góc đặt vịi phun βx ≤ 45 độ 3.4.2.3 nh hư ng v n t c di chuyển uồng đến n định hướng chuyển động uồng phun nước chữa ch y Goc lech huong (Do) 30 25 20 15 10 0 10 Van toc (km/h) ình nh hư ng v n t c uồng đến n định hướng chuyển động phun nước chữa ch y Nhận x t: Vận tốc xuồng ớn góc ệch hướng chuyển động xuồng nhỏ Căn vào y u cầu chữa cháy vận tốc xuồng phải nhỏ km/h, với vận tốc xuồng ổn định hướng hi có can thiệp góc t qu h o s t ph ng tr nh vi ph n n nh h ng ật ủ uồng hi qu v ng r nh nh s ng ênh vu ng g 3.4.3.1 nh hư ng v n t c di chuyển uồng đến g c nghiêng ngang uồng quay v ng rẽ sang kênh vuông g c 17 Goc nghieng ngang (Do) 25 20 15 10 0 2.5 7.5 10 12.5 15 17.5 20 Van toc (km/h) Goc nghieng ngang (Do) ình nh hư ng v n t c uồng đến g c nghiêng ngang uồng quay v ng rẽ sang kênh vuông g c Nhận x t: Khi vận tốc xuồng nhỏ 15 m h, xuồng ổn định Khi vận tốc xuồng ớn 18 m h, góc nghi ng ngang xuồng ψ >20 độ nước có tràn qua mạn vào xuồng Đối với xuồng chữa cháy nghi n cứu, góc nghi ng ngang ớn ψmax = 23 độ nước tràn qua mạn xuồng 3 nh hư ng tiết diện ngang Sn đến g c nghiêng ngang 40 35 30 25 20 15 0.25 0.5 0.75 1.25 1.5 1.75 Be rong xuong (m) Goc nghieng ngang (Do) ình nh hư ng tiết diện ngang Sn đến g c nghiêng ngang Nhận x t: Khi bề rộng xuồng nhỏ, góc nghi ng ngang xuồng ớn Để xuồng ổn định, bề rộng tối thiểu xuồng B 1.5m 3.4.3.3 nh hư ng chi u cao tọa độ t m đến g c nghiêng ngang uồng 70 60 50 40 30 20 10 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 Cao tam (m) 0.8 0.9 ình 10 nh hư ng chi u cao tọa độ trọng t m đến g c nghiêng ngang 18 Nhận x t: Chiều cao tọa độ trọng t m ớn góc nghi ng ngang xuồng ớn, từ ổn định chống ật m Kết hảo sát cho thấy hi cao độ trọng t m 0.4m góc nghi ng ngang xỉ 20 độ nước có tràn vào xuồng Vì để đảm bảo ổn định chống ật cho xuồng chữa cháy, chiều cao tọa độ trọng t m xuồng nhỏ 0.4m 3.5 ác định th ng số ho n thiện uồng chữ chá rừng tr m 3.5 h ng s t u ủ uồng hữ h rừng Căn vào ết hảo sát, uận án xác định số th ng số để hoàn thiện ết cấu xuồng chữa cháy rừng tràm sau: - Góc đặt trục ch n vịt: để tạo ực đẩy tổng hợp tốt gi p xuồng chuyển động, đồng thời tăng góc n ng cho xuồng nhằm giảm ực cản chuyển động Căn vào đồ thị hảo sát hình 3.3, hi góc đặt trục ch n vịt nằm hoảng từ vận tốc xuồng đạt giá trị ớn - Bi n dạng mũi xuồng: để rẽ b o t y hi xuồng chuyển động, bi n dạng mũi xuồng phải có dạng hình n m, hi b o t y dạt sang hai b n mạn xuồng àm giảm ực cản chuyển động Căn vào đồ thị hảo sát hình 3.5, mũi xuồng có bi n dạng hình n m vận tốc xuồng đạt giá trị ớn - Bề rộng tối thiểu xuồng chữa cháy rừng: vào đồ thi hảo sát hình 3.9, hi bề rộng xuồng có giá trị ớn 1.5m góc nghi ng ngang ớn 21 độ, nhỏ góc nghi ng giới hạn cho ph p (ψmax = 23 độ), để xuồng ổn định chống ật trạng thái bề rộng tối thiểu xuồng B =1.5m - Chiều cao tọa độ trọng t m: vào đồ thị hảo sát hình 3.10, để xuồng ổn định h ng bị nước tràn vào qua mạn xuồng trạng thái chiều cao tọa độ trọng t m xuồng ớn h = 0.4m 3.5 h ng s s ng ủ uồng hữ h rừng tràm Căn vào ết hảo sát, uận án xác định số th ng số sử dụng để hoàn thiện xuồng chữa cháy rừng tràm sau: - Xác định vận tốc xuồng hi vừa di chuyển vừa phun nước chữa cháy: vào đồ thị hảo sát hình 3.7, vận tốc xuồng km/h góc ổn định hướng chuyển động xuồng đạt = 16 độ, hi ết hợp với điều hiển cấu xuồng ổn định hướng chuyển động Theo y u cầu c ng nghệ chữa cháy rừng vận tốc tối đa cho ph p v = m h Như để đáp ứng điều iện ổn định hướng c ng nghệ chữa cháy vận tốc hợp ý xuồng nằm hoảng từ đến m h 19 - Xác định góc đặt vịi phun nước chữa cháy: vào đồ thi hảo sát hình 3.6, hi góc đặt vịi phun βx = 45 độ thì góc ổn định hướng chuyển động xuồng đạt = 20 độ, hi ết hợp với điều hiển cấu xuồng ổn định hướng chuyển động Theo y u cầu c ng nghệ chữa cháy rừng góc đặt vịi phun nước chữa cháy βx = 90 độ tốt Như để đáp ứng điều iện ổn định hướng chuyển động c ng nghệ chữa cháy góc đặt vịi phun hợp ý βx = 45 độ - Xác định vận tốc hi quay vòng rẽ nhánh vào nh vu ng góc: vào đồ thi hảo sát hình 3.8, vận tốc xuồng v = 18 m h góc nghi ng ngang đạt ψ = 20 độ, nhỏ góc nghi ng ngang giới hạn ψmax = 23 độ, để xuồng h ng bị nước tràn vào hi quay vịng vận tốc ớn cho ph p v = 18 m h Chương NGHI N CỨU TH C NGHIỆ ục ti u v nhiệm vụ củ nghi n cứu th c nghiệm tiêu nghiên ứu th nghi m Xác định giá trị số số đại ượng, số hệ số phương trình vi ph n chuyển động xuồng chữa cháy rừng để phục vụ cho việc hảo sát chuyển động xuồng mà m hình tốn đ ập chương 2 Kiểm nghiệm số ết t nh tốn ý thuyết từ đánh giá mức độ tin cậy phương trình tốn học đ ập Xác định số th ng số hợp ý xuồng àm sở để hoàn thiện xuồng chữa cháy rừng Nhi m v nghiên ứu th nghi m Để đạt mục ti u tr n, nhiệm vụ nghi n cứu thực nghiệm sau: - Xác định tọa độ trọng t m xuồng ( , b, h); - Xác định m men quán t nh ( ); - Xác định ực cản (R/XA); - Xác định ực đẩy ch n vịt ( cv); - Xác định ực đẩy vòi phun nước chữa cháy ( vp); - Xác định độ chịng chành (góc nghiêng ngang) xuồng (ψ); - Xác định góc nghi ng ngang giới hạn xuồng (ψmax); - Xác định vận tốc xuồng (v) - Xác định góc ổn định hướng chuyển động hi xuồng vừa di chuyển vừa phun nước chữa cháy (𝜃) 4.3 T chức v ti n h nh thí nghiệm 4.3 Đo n hu n ng ủ uồng 20 Th nghiệm tiến hành tr n nh có nhiều rong, b o, ục bình …với mật độ định vườn quốc gia U Minh Thượng tỉnh Ki n Giang, sử dụng xuồng có c ng suất ớn để o xuồng chữa cháy rừng tràm (xuồng th nghiệm) th ng qua sợi d y cáp dài 60 m với vận tốc y u cầu xuồng chữa cháy 15 m h Cảm biến đo ực o ết nối với thiết bị đo DMC P us máy t nh, ết đo ưu tr n máy t nh Quá trình đo thể tr n hình 4.1 ình h nghiệm đo lực c n Để bảo đảm độ tin cậy số iệu th nghiệm đạt 95 , theo phương pháp đ biết, uận án đ xác định số ần ặp ại th nghiệm Hình 4.2 đồ thị ực cản chuyển động xuồng chữa cháy rừng ứng với vận tốc 15 m h Kết th nghiệm xử ý phần mềm DMC Labp us Catman ình thị đo lực c n chuyển động uồng chữa ch y 4.3.2 Đo g nghiêng ngang (g ật) ủ uồng hi quay vịng Th nghiệm đo góc nghi ng ngang thực trường, trình đo sau: hi vận tốc xuồng đạt đến giá trị quy định, tiến hành đánh thật nhanh 21 đến góc ớn xuồng quay vịng, giá trị góc nghi ng ngang tăng nhanh đến hi góc nghi ng ngang xuồng đạt đến giá trị ổn định hình 4.3 ình 4.3 h nghiệm đo g c nghiêng uồng quay v ng với g c l i lớn nh t Sử dụng thiết bị đo góc nghi ng ngang ghi ại giá trị đo Kết th nghiệm xử ý phần mềm DMC LapP us, Catman thể tr n hình 4.4 ình ết qu đo g c nghiêng ngang uồng chữa ch y 4.4 K t nghi n cứu th c nghiệm 4.4.1 nh h s n hu n ng giữ uồng v i h ng ng i vật ênh ng ệ s c n chuyển động uồng với c c chướng ngại v t kênh Hệ số cản k ứng với vận tốc khác nh u Trạng thái củ k nh km/h Km/h 12 Km/h 15 Km/h Nước h ng có b o 0.0168 0.0171 0.0214 0.0240 B o 0.0189 0.0229 0.0236 0.0262 B ot y 0.0241 0.0258 0.0264 0.0271 ỗn hợp 0.0225 0.0231 0.0261 0.0266 22 ng ệ s c n chuyển động uồng ứng với c c biên dạng m i uồng kh c Trạng thái củ k nh Hệ số cản k ứng với i n ạng m i uồng khác ình n m ình e ip ình thang Nước h ng có b o 0.0240 0.0274 0.0316 B o 0.0262 0.0296 0.0331 B ot y 0.0271 0.0319 0.0358 Hỗn hợp 0.0266 0.0305 0.0346 4.4.2 vt h nh vận t ủ uồng hữ h rừng ứng v i g ặt tr h n nh u ng n t c uồng ứng với c c g c đặt trục ch n vịt kh c Các góc đặt trục chân vịt Thơng số đo TT Vận tốc xuồng ( m h) 4.4.3 nh g ng TT Th ng số đo 4.4.4 ng 100 150 200 250 9.3 10.8 12.4 12.8 11 nghiêng ng ng (góc lật) xuồng quay vịng c nghiêng ngang g c l t uồng quay v ng rẽ nh nh Góc nghiêng ngang ứng với vận tốc khác nh u km/h 10 km/h 15 km/h Góc nghiêng ngang giới hạn 5.6 9.2 13.7 23 Góc nghiêng ngang (độ) 50 nh g n nh h ng chuy n ng c lệch hướng chuyển động uồng chữa ch y ứng với c c t c độ kh c TT Th ng số ác định Góc ệch hướng 𝜃 (độ) 4.5 So sánh k t tính tốn 4.5.1 So sánh vận t c chuy n ng i vật km/h 16.5 Vận tốc củ uồng km/h km/h 14.2 11.3 thu t với th c nghiệm ng ủ uồng hi i hu n ênh 10 km/h 6.6 h ng 23 ng So s nh v n t c chuyển động uồng t nh theo mơ hình l thuyết v thực nghiệm Vận tốc chu n động km h TT Trạng thái so sánh Kết khảo sát lý thuyết Kết thực nghiệm Sai số ( ) Góc đặt ch n vịt (α1 = 50) 10.5 9.3 11.4 Góc đặt ch n vịt (α1 = 100) 12.5 11.2 10.4 Góc đặt ch n vịt (α1 = 15 ) 14.1 12.8 9.2 Góc đặt ch n vịt (α1 = 200) 14.0 12.5 10.7 Góc đặt ch n vịt (α1 = 250) 11.8 11.0 6.8 Nhận x t: Từ ết thực nghiệm nhận tr n có số nhận x t sau: - Sai ệch ết xác định vận tốc chuyển động xuồng tr n nh có nhiều chướng ngại vật; độ ổn định xuồng th ng qua góc ệch hướng chuyển động góc nghi ng ngang ψ (góc ật) xuồng hi quay vịng rẽ sang nh vu ng góc thực nghiệm so với t nh theo ý thuyết nằm phạm vi cho ph p (sai ệch 15 ) chấp nhận được, m hình động ực học chuyển động xuồng theo ý thuyết x y dựng chương tin cậy Sự sai ệch ết toán ý thuyết thực nghiệm q trình thực nghiệm cịn số yếu tố ảnh hưởng có tác động ẫn mà nghi n cứu ý thuyết chưa ể đến tác động KẾT UẬN VÀ KIẾN NGHỊ K t uận Tr n sở nghi n cứu ý thuyết thực nghiệm động ực học chuyển động xuồng chữa cháy rừng tràm, uận án đ đạt số ết sau: Xuồng chữa cháy rừng tràm thiết bị đề tài trọng điểm cấp nhà nước thiết ế chế tạo sử dụng có hiệu đơn vị chữa cháy rừng thuộc hu vực Đồng s ng Cửu Long, nhi n thiết bị cịn số tồn cần phải hồn thiện để đáp ứng y u cầu c ng nghệ chữa cháy rừng Luận án đ thiết ập m hình phương trình vi ph n chuyển động thẳng xuồng (2.2), phương trình vi ph n hi xuồng vừa di chuyển vừa phun nước chữa cháy (2.3), phương trình vi ph n hi xuồng quay vịng rẽ nhánh vào nh vu ng góc (2.5) Luận án đ tiến hành hảo sát phương trình vi ph n đ ập chương 2, ết hảo sát đ xác định số th ng số ết cấu hợp ý xuồng chữa cháy rừng tràm bao gồm: góc đặt trục ch n vịt hợp ý từ 15 ÷ 20 độ , tiết diện mặt cắt 24 ngang mũi xuồng có dạng hình n m để rẽ b o giảm hệ số cản xuồng, góc đặt vịi phun hợp ý βx ≤ 45 độ; chế độ sử dụng hợp ý bao gồm vận tốc xuồng hi vừa di chuyển vừa phun nước v = 3÷5 m h, vận tốc ớn hi quay vịng rẽ vào nh vu ng góc v = 18 m h xuồng h ng ổn định ( h ng bị nước tràn qua mạn xuồng) Luận án đ x y dựng phương pháp nghi n cứu thực nghiệm xác định số th ng số động ực học bao gồm: tọa độ trọng t m, m men quán t nh, hệ số cản ứng với bi n dạng mũi xuồng tr n nh có nhiều chướng ngại vật hác nhau, ực đẩy ch n vịt, ực vòi phun nước chữa cháy; đ tiến hành so sánh ết t nh tốn theo m hình ý thuyết thực nghiệm, ết so sánh cho thấy sai số nằm phạm vi cho ph p (sai số nhỏ 15 ), từ hẳng định m hình tốn ý thuyết đ x y dựng chương đáng tin cậy Bằng nghi n cứu thực nghiệm, uận án đ tiến hành xác định số th ng số ết cấu chế độ sử dụng hợp ý nhằm hồn thiện xuồng chữa cháy rừng tràm bao gồm: góc đặt trục ch n vịt tốt α1 = 16.6 độ, vị tr đặt vòi phun nước chữa cháy cách tọa độ trọng t m xuồng 1.5 m ph a bánh ái, góc đặt vịi phun nước chữa cháy βx = 45 độ, vận tốc hi xuồng vừa di chuyển vừa phun nước chữa cháy v = ÷ m h, vận tốc xuồng hi quay vòng rẽ sang nh vu ng góc v =15km/h Các thơng số xuồng rút từ kết nghiên cứu đ hắc phục tồn xuồng sử dụng đáp ứng yêu cầu công nghệ kỹ thuật xuồng chữa cháy rừng à: vận tốc di chuyển xuồng lớn để tiếp cận đám cháy, ổn định hướng chuyển động xuồng vừa di chuyển vừa phun nước chữa cháy ổn định chống lật xuồng quay vòng rẽ sanh kênh nhánh vng góc Ki n nghị Nghi n cứu động ực học chuyển động xuồng chữa cháy rừng vấn đề ớn cần có thời gian nghi n cứu dài Do để đề tài hoàn thiện, uận án iến nghị cần nghi n cứu tiếp số nội dung sau đ y: Nghi n cứu dao động xuồng để hạn chế ảnh hưởng đến sức hỏe cán chữa cháy chất ượng hoạt động thiết bị chữa cháy Nghi n cứu s u bi n dạng mũi xuồng tuyến hình xuồng để hệ số cản nhỏ đảm bảo ổn định chế độ hoạt động xuồng Nghi n cứu s u hệ số cản ma sát bề mặt vỏ xuồng với chướng ngại vật tr n nh (b o t y) để giảm hệ số cản Nghi n cứu m hình động ực học xuồng hi xuồng vượt cạn tời o 25 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG B Dương Văn Tài, Cao ng Phi, ThS Nguyễn Thái Vân (2013), Tính tốn n định xuồng chữa cháy rừng tràm, Tạp ch Cơ h Việt Nam – Số 12 năm 2013, trang 65 ÷70 Nguyễn Thế Lục, Nguyễn Thái Vân (2014), L p phư ng trình chuyển động xuồng tuần tra, chữa cháy rừng ng p nước theo lý thuyết c học hệ nhi u v t, Tạp chí Nơng nghiệp Phát triển nơng thơn – Số 11 năm 2014, trang 78 ÷ 82 Dương Văn Tài, Nguyễn Thái Vân (2016), Mơ hình động lực học xuồng chữa cháy rừng Tràm quay vòng, - Tạp chí Khoa học cơng nghệ lâm nghiệp – Số năm 2016, trang 103 ÷ 108 Nguyễn Thái Vân, Dương Văn Tài, Kh o sát yếu t nh hư ng đến chuyển động n định quay vòng xuồng chữa cháy rừng Tràm, - Tạp chí Khoa học cơng nghệ lâm nghiệp, Số năm 2016, trang 116 ÷ 123 Nguyễn Thái Vân, Dương Văn Tài, Nguyễn Quang Tuyến, Kh o sát yếu t nh hư ng đến n định hướng chuyển động xuồng vừa chuyển động vừa phun nước chữa cháy rừng -Tạp chí Khoa học cơng nghệ lâm nghiệp, Số năm 2017, trang 94 ÷ 101 Dương Văn Tài, Nguyễn Thái Vân, Nguyễn Quang Tuyến, Kết qu nghiên cứu thực nghiệm đo thông s động lực học xuồng chữa cháy rừng tràm -Tạp chí Khoa học công nghệ lâm nghiệp, Số năm 2017, trang 74 ÷ 79 ... xuồng chữa cháy rừng tràm 1.5 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu xuồng chữa cháy rừng tràm đề tài trọng điểm cấp Nhà nước “ Nghiên cứu công nghệ thiết kế chế tạo thiết bị chuyên dụng chữa. .. vịng, góc lắc ngang xuồng hoạt động chữa cháy rừng Kết nghiên cứu thực nghiệm đóng góp cho việc xác định đại ượng động lực học xuồng chữa cháy rừng tràm  Về th ti n Kết nghiên cứu luận án đ sử... nghi n cứu động ực học chuyển động xuồng chữa cháy rừng điều iện đặc th rừng tràm, với điều kiện kênh rạch có nhiều chướng ngại vật khu vực rừng tràm đồng sông Cửu Long 1.4 Nội dung nghiên cứu 1.4