Trờng Đại học Hàng Hải Khoa Đóng tàu thiết kế tàu Chơng V: Tổ môn: Lý thuyết Hạ Thủy tàu Bài 5.1 Khái niệm chung Hạ thủy: trình công nghệ phức tạp để đa tàu xuống nớc giai đoạn trình đóng đại tu tàu Các phơng pháp hạ thủy bao gồm: Hạ thủy mặt phẳng nghiêng dới tác dụng trọng lực, hạ thủy ụ (đốc), hạ thủy nhờ máy móc (cần cẩu, xe triền) Hạ thủy mặt phẳng nghiêng gồm hạ thủy dọc (end launching) hạ thủy ngang (side launching) hạ thủy dọc, tàu chuyển động song song với mặt phẳng đối xứng; hạ thủy ngang, tàu chuyển động song song với mặt phẳng sờn Thiết bị hạ thủy: đợc chia làm hai phần: Phần cố định: gồm triền, đờng trợt cố định với triền, thiết bị hãm, tời Phần chuyển động: gồm nhiều máng trợt chuyển động với tàu xuống nớc tàu lên hoàn toàn tách khỏi tàu Hệ trục Oxyz chuyển động với tàu đợc sử dụng để tính toán hạ thủy Đặc trng phần cố định: Góc nghiêng triền : Là góc mặt triền phơng nằm ngang 1 ữ (do coi nhỏ nên tg = sinβ = β) 12 24 1 NÕu triÒn có độ cong: tg = ữ 17 24 Trong hạ thủy dọc: tg = Mép triền: Là điểm kết thúc triền Độ ngập sâu triền (To): độ sâu đo từ mép triền đến mặt nớc Khoảng cách từ mép triền đến mớn nớc (l): chiều dài phần ngâm nớc triền *Mối quan hệ đặc trng: = To (5.1) Nếu triền có độ cong bán kính cong vào khoảng ữ 25 km Triền cong có u điểm giảm chiều dài đờng trợt, giảm khả đổ tàu, nhợc điểm khó công nghệ Đặc trng phần chuyển động Môn học: tĩnh học tàu Chuyên ngành: vỏ tàu thủy 145 Trờng Đại học Hàng Hải Khoa Đóng tàu thiết kế tàu Tổ môn: Lý thuyết Chiều dài phần trớc khung trợt L1: Là khoảng cách từ mép trớc khung trợt đến đờng qua trọng tâm tàu song song với trục z Chiều dài phần sau khung trợt L2: khoảng cách từ mép sau khung trợt đến đờng thẳng Chiều rộng tổng cộng khung trợt b Góc đặt tàu a: Là góc nghiêng sống phơng nằm ngang Khoảng cách c từ sống đến mặt triền đo theo phơng qua trọng tâm tàu song song với Oz Chiều dài khung trợt L = L1 + L2, L =(50 ÷ 100)%Lpp z xg α L1 G β λ mí n n c To mơc n c c1 L1 c c2 x H×nh 5.1 Các đặc trng thiết bị hạ thủy hạ thđy däc MÐp sau khung trỵt 4.TriỊn Khung trỵt MÐp triỊn MÐp tríc khung trỵt Đờng trợt Bài 5.2 Lực tác dụng lên tàu trình hạ thủy Xét trình hạ thủy dọc: Các lực tác dụng lên tàu hạ thủy dọc bao gồm: Trọng lợng hạ thủy: gồm trọng lợng tàu D trọng lợng phần thiết bị hạ thủy chuyển động với tàu p (D = D + p) Phân tích lực thành hai thành phần lực tiếp tuyến (lực gây chuyển động tàu đờng trợt D0) lực pháp tuyến với đờng trợt (áp lực lên triền Dc) Phản lực bao gồm thành phần lực pháp tuyến N (bằng trọng lực tàu tác dụng xuống nền) thành phần lực tiếp tuyến (lực ma sát) F = fN (f hệ số ma sát) Môn học: tĩnh học tàu Chuyên ngành: vỏ tàu thủy 146 Trờng Đại học Hàng Hải Khoa Đóng tàu thiết kế tàu Tổ môn: Lý thuyết áp lực nớc tác dụng lên phần tàu thiết bị hạ thủy bắt đầu xuống nớc Trong hệ tọa độ chọn đợc chia thành ba thành phần: - thành phần dọc: sức cản nớc chuyển động tịnh tiến tàu - thành phần ngang: việc tàu bị nghiêng ngang gây - thành phần thẳng đứng: lực Sức cản không khí Lực hãm thiết bị chuyên dùng để giữ tàu Qua việc phân loại lực tác dụng lên tàu trình hạ thủy dọc thấy để thể xác phơng pháp động học Hiện nay, việc nghiên cứu động học hạ thủy dọc gặp nhiều khó khăn phơng pháp tĩnh học toán tơng đối đơn giản đủ để áp dụng rộng rãi thực tế Bài 5.3 Phân chia giai đoạn trình hạ thủy dọc Dựa theo nguyên tắc kết thúc giai đoạn (có kể đến thay đổi lực chuyển động tàu) ta phân chia hạ thủy dọc thành giai đoạn sau: Giai đoạn 1: Tính từ tàu bắt đầu chuyển động đến mép trớc khung trợt chạm vào nớc Trong giai đoạn tàu chuyển động tịnh tiến song song với mặt triền Lực tác dụng lên tàu gồm: - Trọng lợng hạ thủy - Phản lực Giai đoạn 2: Tính từ xuất áp lực nớc đến xảy tợng lên tàu Tàu chuyển động song song với đờng trợt Lực tác dụng lên tàu gồm: - Trọng lực - Phản lực - áp lực nớc Môn học: tĩnh học tàu Chuyên ngành: vỏ tàu thủy 147 Trờng Đại học Hàng Hải Khoa Đóng tàu thiết kế tàu Tổ môn: Lý thuyết giai đoạn xảy tợng đổ trọng tâm tàu đến mép triền (hình 5.2) Đó tợng tàu quay quanh trục nằm ngang qua mép triền Khi tàu tiếp tục xuống nớc xảy tợng (hình 5.3) Đó tợng tàu quay quanh trôc M1=M'w-M'D0 w D L 2+xg-xw G Nd=Dc-W A L2 Dc Hình 5.3 Hiện tợng hạ thủy dọc Giai đoạn 3: Bắt đầu từ cuối giai đoạn đến tàu tách khỏi triền Tàu vừa trợt theo triền vừa quay quanh mép sau khung trợt Lực tác dụng lên tàu gồm: - Trọng lực - Phản lực - áp lực nớc - Lực hãm (nếu có) Giai đoạn 4: Bắt đầu từ kết thúc giai đoạn đến tàu dừng lại hoàn toàn Lực tác dụng lên tàu gồm: - Trọng lực - áp lực nớc - Lực hãm Môn học: tĩnh học tàu Chuyên ngành: vỏ tàu thủy 148 Trờng Đại học Hàng Hải Khoa Đóng tàu thiết kế tàu Tổ môn: Lý thuyết Phân tích thành phần lực tác dụng lên tàu giai đoạn trình hạ thủy 5.3.1 Giai đoạn Trong giai đoạn cần xác định điều kiện tự chuyển động ban đầu tàu tìm tốc độ cuối giai đoạn Trọng lợng hạ thủy đợc phân thành phần: - Thành phần song song Dc sin Dc : gây chuyển động tịnh tiến tàu - Thành phần vuông góc Dc cos Dc : áp lực tác dụng lên triền Do đó, xuất lực ma sát ngợc với chiều chuyển động tàu F = f s Dc cos β ≈ f s Dc Điều kiện ban đầu để tàu tự chuyển động triền là: Dc > f s Dc Suy ra: β >fs (5.2) VËy ®iỊu kiƯn tù chun ®éng tàu góc nghiêng tàu(rad) phải lớn hệ số ma sát tĩnh (f s= 0,03 ữ 0,07) Sau tàu bắt đầu chuyển động, hệ số ma sát nhỏ dẫn đến tốc độ chuyển động tàu tăng, tàu tịnh tiến xuống dới với gia tốc dơng Trong giai đoạn hệ số ma sát động fđ < (1,5 ữ 2) fs 5.3.2 Giai đoạn Trong giai đoạn này, trọng lực phản lực có thêm lực Lực nổi: γ W = γ (aBV + v -v') (5.3) Trong ®ã: γ = ρg ; W : thĨ tÝch ng©m nớc tổng cộng aB : hệ số kể đến phần nhô tàu( nh bánh lái, chân vịt ) V : thể tích phần tàu chìm xuống nớc v : thể tích phần thiết bị hạ thủy chìm xuống nớc v' : thĨ tÝch tỉn thÊt lùc nỉi xm • Thể tích phần tàu chìm xuống nớc: V = dx (xác định đồ xd thị Bonjean) (5.4) Tỉn thÊt lùc nỉi γ v' xt hiƯn ®êng trợt kéo dài xuống phần triền ngâm nớc Vì lực tổng cộng giảm lợng trọng lợng khối nớc tích lăng trụ, đáy lăng trụ có dạng tam giác hay hình thang, chiều cao lăng trụ chiều rộng tổng cộng đờng trợt (hình 5.4) Môn học: tĩnh học tàu Chuyên ngành: vỏ tàu thủy 149 Trờng Đại học Hàng Hải Khoa Đóng tàu thiết kế tàu Tổ môn: Lý thuyết - Khi mÐp tríc khung trỵt xng níc, nÕu l < λ th×: γ bβ l γ v1' = (5.5) - Khi mép sau khung trợt đến mớn nớc, mép trớc khung trợt đến mép triền (l =λ) th×: γ bβ l (5.6) γ v 2' = - Khi mép khung trợt gần đến mÐp triỊn th×: γ b l ( 2λ − l ) γ v3' = (5.7) Víi l lµ chiỊu dài phần khung trợt chìm dới nớc nằm đờng trợt z L2 L1 N=Dc-W xc G r a β x l S λ H×nh 5.4 ThĨ tÝch ®Ĩ tÝnh tỉn thÊt lùc nỉi Tõ 3.2 vµ 3.4 suy l = th× tỉn thÊt lùc Mô men lực tổn thất với gốc tọa độ có dạng sau: m1' (5.8) 2l = γ v1' a + xG + λ − m2' λ = γ v 2' a + xG + m3' 3λ − 2l = γ v3' a + xG + l 2λ − l (5.9) (5.10) Trong ®ã: a trọng tâm tàu đến mép triền (a dơng tàu khỏi mép triền) Môn học: tĩnh học tàu Chuyên ngành: vỏ tàu thủy 150 Trờng Đại học Hàng Hải Khoa Đóng tàu thiết kế tàu Tỉ m«n: Lý thut S γ v'2= γβλ L1+L2+λ L1+L2 mÐp tríc khung trỵt ë mín níc mÐp tríc khung trù¬t ë mÐp triỊn ë mín níc mÐp sau khung trỵt mÐp sau khung trỵt ë mÐp triền Khi viết công thức (5.5) - (5.10) ta giả thiết khung trợt liên tục dọc theo chiều dài tàu, khung trợt gián đoạn phải tính thêm hệ số c, trị số phụ thuộc vào vẽ công nghệ khung trợt Biểu thức (5.7) (5.8) (5.10) sử dụng để tính toán hạ thđy däc tµu lµ nhá so víi kÝch thíc triền Các trờng hợp khác tính tổn thất lực cực đại theo biểu thức (5.6) (5.9) áp dụng công thức cần xác định theo ®iỊu kiƯn: λ < S < L1 + L2 (S quãng đờng mà tàu đợc giai đoạn 2) Tổn thất lực bắt đầu có S = vµ hÕt S = λ + L1 +L2 ViƯc tÝnh to¸n theo (5.5) - (5.7) kh¸ phøc tạp thay đổi tổn thất lực giai đoạn phụ thuộc vào quãng đờng tàu lấy gần theo dạng đồ thị hình 5.5 Hình 5.5 Sự thay đổi tổn thất lực phụ thuộc vào quãng đờng tàu qua Việc tăng hay giảm tổn thất lực hạ thủy đợc giả thiết theo dạng phụ thuộc tuyến tính gần so với biểu thức (5.5) (5.7) Hoành độ điểm đặt lực W tÝnh theo c«ng thøc: xw = (5.11) M + m − m' V + v − v' M«n häc: tÜnh học tàu Chuyên ngành: vỏ tàu thủy 151 Trờng Đại học Hàng Hải Khoa Đóng tàu thiết kế tàu Tổ môn: Lý thuyết Với: M = Vxc momen tĩnh thể tích phần ngâm nớc tàu với mặt phẳng tọa độ yOz m momen tĩnh thể tích phần thiết bị hạ thủy chuyển động với tàu mặt phẳng yOz Với độ xác ®đ dïng thùc tÕ cã thĨ dïng c«ng thøc: xw = M − m' V − v' (5.12) Hoµnh độ điểm đặt trọng lợng hạ thủy xDc = xG áp lực tàu lên triền giai đoạn lµ: N = Dc - γ W (5.13) Coi điểm đặt có hoành độ: W x N = ( xG − xW ) N + xG (5.14) Biết trị số lực tác dụng lên tàu giai đoạn điểm đặt lực chuyển sang xét tợng đặc trng giai đoạn a Hiện tợng đổ Đó tợng đợc xác định so sánh momen lực momen trọng lực mép triền Điều kiện để tợng đổ không xảy là: M w' > M D' (5.15) M'W vµ M'D lµ momen cđa lực momen trọng lực mép triÒn M'W = -γ W(xw - xG - a) (5.16) M'D = -Dca (5.17) a=S--L (5.18) Để xác định tợng đổ ta xét vị trí hợp lực N víi mÐp triỊn NÕu hỵp lùc cha vỵt khái mép triền tợng đổ không xảy ra, ngợc lại xảy Từ (5.14) suy hợp lực nằm phần sau khung trợt Nhng tàu chuyển động xuống theo mặt triền vị trí hợp lực thay đổi cách phức tạp so với mép triền Khoảng cách từ hợp lực N đến mép triền là: Môn học: tĩnh học tàu Chuyên ngành: vỏ tàu thủy 152 Trờng Đại học Hàng Hải Khoa Đóng tàu thiết kế tàu Tổ môn: Lý thuyÕt r = - (a + xG - xN) (5.19) Khi r > tợng đổ xảy ra, r < hợp lực khỏi mép triền Trị số nhỏ môđun r đợc gọi khoảng cách giới hạn hợp lực đến mép triền, vị trí tơng ứng tàu đợc gọi vị trí giới hạn Điều kiện để không xảy tợng đổ đợc xác định trị số dơng khoảng cách giới hạn Hiện tợng đổ xảy tàu quay quanh mép triền, phản lực lúc tập trung mép triền có trị số lớn phá huỷ vỏ bao tàu Mặt khác tàu vừa quay vừa trợt xuống tỳ lên mép triền phá huỷ mép triền, đờng trợt, khung trợt Vì tợng trợt nguy hiểm, cần phải tránh trình hạ thủy dọc Để tránh tợng đổ cần tăng phần ngâm nớc triền, sử dụng thiết bị để tăng lực bổ sung cho tàu, dịch chuyển trọng tâm tàu phía mũi giảm khoảng cách tàu triền b Hiện tợng Hiện tợng quay tàu quanh mép sau khung trợt Thời điểm bắt đầu xảy tợng tất lực tác dụng lên tàu mép sau khung trợt hợp lại không Mw - MD = (5.20) hay: MN = (5.21) víi Mw, MD, MN lµ momen cđa lùc nỉi, träng lùc vµ hỵp lùc N víi mÐp sau khung trỵt Mw = gW(L2 + xG - xw) (5.22) MD = gDcL2 (5.23) MN = N(L2 + xG - xN) (5.24) Tõ (5.21) (5.24) suy điều kiện lên tàu lµ: xN = L + x G (5.25) Nã phù hợp với vị trí hợp lực đặt mép sau khung trợt c áp lực cạnh Cuối giai đoạn 2, bắt đầu nổi, hợp lực N bằng: Nd = Dc - γ WB γ WB lµ lùc nỉi cuối giai đoạn hai bắt đầu giai đoạn ba (là lúc xảy tợng nổi) Khi xảy tợng nổi, hợp lực Nd (hình 5.3) tập trung mép sau khung trợt gọi áp lực cạnh Trị số N d lớn gây nguy hiểm độ Môn học: tĩnh học tàu Chuyên ngành: vỏ tàu thủy 153 Trờng Đại học Hàng Hải Khoa Đóng tàu thiết kế tàu Tổ môn: Lý thuyết bền nh xuống tàu Muốn giảm trị số dịch chuyển trọng tâm tàu phần trớc khung trợt, giảm góc đặt tàu, tăng chiều dài phần sau khung trợt, giảm trọng lợng tàu hạ thủy Để xác định trị số gần áp lực cạnh ta cân momen hồi phục tàu chúi phản lực nền: N d = Dc H c (α + ψ c )( L2 − x fc ) (5.26) Víi : Hc, xfc, yc tơng ứng chiều cao tâm chúi, hoành độ tâm diện tích đờng nớc góc chúi tàu trạng thái hạ thủy Trị số xác áp lực cạnh xác định theo đờng cong hạ thủy d Độ ngập sâu lớn mép trớc khung trợt (Tlmax) Trị số cần xác định để kiểm tra xem tàu có bị đập va xuống đáy sông không Tlmax = SB (5.27) Trị số Tlmax SB xác định từ đờng cong hạ thủy e Độ ngập nớc boong lái Khi mép trớc khung trợt đạt độ ngập sâu lớn nhất, cần biết boong đuôi có ngập nớc hay không xác định độ đảm bảo kín nớc tàu Khi xảy tợng nổi, mạn khô đuôi tàu bằng: Fđ = Hđ - Tđmax (5.28) Trong đó: Hđ chiều cao mạn khô đo đuôi tàu Tđmax độ ngập sâu lớn đuôi tàu Tđmax = TlmaxLđ(L1 - xG) - c - (Lđ - xG) (5.29) Lđ: chiều dài lớn phần đuôi tính từ mặt phẳng sờn Trị số Fđ cần dơng, âm cần thay đổi thông số tàu, thiết bị hạ thủy 5.3.3 Giai đoạn Giai đoạn ba góc đặt tàu góc chúi tàu = c Tàu xuống, lực tăng, phản lực tức áp lực cạnh giảm dần giai đoạn ba bắt đầu có lực hãm nhờ thiết bị chuyên dùng Khi tính toán giai đoạn ba hạ thủy dọc cần kiểm tra độ ổn định ngang tàu Có thể tiến hành đơn giản nh sau: Giả định lúc lên tàu tì lên triền điểm A có toạ độ xA = L2 - xG yA = zA = - C2 Momen hồi phục trờng hợp xét có thĨ tÝnh nh momen cđa träng lùc vµ lùc nỉi điểm A (hình 5.6) Giới hạn góc nghiêng Môn học: tĩnh học tàu Chuyên ngành: vỏ tàu thủy 154 Trờng Đại học Hàng Hải Khoa Đóng tàu thiết kế tàu Tổ môn: Lý thuyết ngang nhỏ coi đờng nớc WLo WL1 ®êng níc t¬ng ®¬ng Ta cã: M h = M A = γW AB + GK − Dc AB ( ) z M h3 θ ygo θ zg G K Co N θ C1 zA y A B Dc H×nh 5.6 Xác định ổn định ngang tàu giai đoạn ba hạ thủy Vì nhỏ nên GK = AB b»ng GK = h3θ − yGo AB = ( z G − z A )θ + yGo Thay chóng vào công thức tính Mh ta có: Nd M h = ( Dc − N d ) h3 − ( z G − z A )θ − Dc y Go Dc − N d (5.30) Víi: h3 chiều cao tâm nghiêng tàu bắt đầu lên Nd áp lực cạnh yGo tung độ trọng tâm tàu Nd ( z G − z A ) = h coi lµ chiỊu cao Có thể coi yGo =0 Đại lợng h3 Dc N d tâm nghiêng ban đầu tàu giai đoạn Nó có trị số nhỏ bắt đầu giai đoạn ba vào lúc tợng bắt đầu xảy áp lực cạnh có giá trị lớn Môn học: tĩnh học tàu Chuyên ngành: vỏ tàu thủy 155 Trờng Đại học Hàng Hải Khoa Đóng tàu thiết kế tàu Tổ môn: Lý thuyết Nếu tính chiều rộng khung trợt coi không bị biến dạng để đánh giá ổn định ngang tàu, ta xét tàu quay quanh trục dọc qua điểm A (hình 5.7) Momen håi phơc tÝnh theo c«ng thøc: b M h = N d o + b1 − Dc y Go (5.31) Trong đó: b0 chiều dài khung trợt, b1 khoảng cách từ khung trợt dến trục đờng trợt z W G WL o ygo Co b1 Dc bo A y Hình 5.7 Xác định ổn định ngang tàu khung trợt không bị biến dạng Công thức (5.30) cóthể viết dới dạng: y Go bo N d M h = Dc + b1 − 2 Dc bo + b (5.32) Tõ ®ã thÊy r»ng momen håi phục có trị số dơng khi: y Go bo + b1 < Nd Dc (5.33) Điều kiện tàu không bị lật nhận đợc từ cân momen hồi phục momen nghiêng Bất đẳng thức (5.33) chứng tỏ dịch chuyển trọng tâm tàu sang bên mạn từ mặt phẳng đối xứng không đợc vợt trị số tơng đối áp lực cạnh Khi trị số Môn học: tĩnh học tàu Chuyên ngành: vỏ tàu thủy 156 Trờng Đại học Hàng Hải Khoa Đóng tàu thiết kế tàu Tổ môn: Lý thuyết Nd = tung độ trọng tâm tàu không đợc xa cách trục đờng trợt Dc khoảng lớn 1/3 khoảng cách từ khung trợt đến tâm trục đờng trợt Chia hai vế (5.33) cho chiều rộng B tàu biến đổi ta đợc: bo + b1 y Go Nd < B B Dc (5.34) Tõ (5.32) vµ (5.34) suy đánh giá ổn định ngang tàu có tính đến chiều rộng khung trợt, momen hồi phục nhỏ vào cuối giai đoạn ba áp lực cạnh nhỏ ổn định ngang tàu giai ®o¹n ba sÏ xÊu ®i nÕu cã sù biÕn d¹ng khung trợt đờng trợt Khi hạ thủy khung trợt không đờng trợt dẫn đến bị lật tàu Momen hồi phục trờng hợp (hình5.8) có dạng: z − zA − ∆ bo M h = ( Dc − N d ) h3 − N d G θ o + N d + b1 − Dc y Go Dc − N d (5.35) Với D độ biến dạng mép khung trợt qo góc nghiêng gây khung trợt biến dạng So sánh (5.30) (5.35) thấy kể đến khung trợt momen hồi phục tăng bo + b1 hạ thủy có xu hớng an toàn thêm lợng: N d Xác định ổn định ngang tàu khung trợt biến dạng: Tõ (5.32) vµ (5.35) suy r»ng cã sù biến dạng khung trợt momen hồi phục tăng lên giảm Momen hồi phục giảm dẫn đến chiều cao tâm nghiêng tàu thời điểm h âm ổn định ngang tàu giai đoạn ba xấu đi, nguy hiểm lúc cuối giai đoạn ba áp lực cạnh Khi gối mép sau khung trợt biến dạng xác định cách sử dụng khái niệm hệ số đàn hồi gối tựa đơn vị bề rộng khung trợt k= EF EI = S n bo S n (5.36) Trong ®ã: E mô đun đàn hồi dọc vật liệu làm khung trợt F diện tích khung trợt, F = bol Sn chiều cao khung trợt l chiều dài phần tiếp xúc khung trợt với đờng trợt Môn học: tĩnh học tàu Chuyên ngành: vỏ tàu thủy 157 Trờng Đại học Hàng Hải Khoa Đóng tàu thiết kế tàu Tổ môn: Lý thuyết Quan hệ yếu tố lực dp độ biến dạng gây ra: dp = kdy (5.37) biến lợng chiều cao khung trợt Trên hình 5.8 thấy góc nghiêng o nhỏ độ biến dạng = yo Nếu kể đến độ nén khung trợt, momen lực đàn hồi với trục dọc đờng trợt qua điểm A bằng: E o M = ∫ ydp = kθ o ∫ y dy = (5.38) ∫ y dF B B Sn F dF = ldy lµ u tè diƯn tÝch ∫B y dy = I n momen quán tính diện tích tiếp xúc khung trợt với đờng trợt trục dọc đờng trợt Công thức (5.34) có thĨ viÕt lµ: EIθ o M = (5.39) Sn MS n o = EI n Độ biến dạng mép khung trợt theo hình (5.8) là: b ∆ = b1 + o θ o 2 (5.40) Để tính o cần xác định momen M bổ sung vào momen ngoại lực trục dọc nằm mặt đờng trợt qua ®iĨm A M = DcyGo + Mn Víi Mn: momen nghiêng ngoại lực tác dụng lên tàu (gió, dòng chảy, lực hãm ) Tính đợc Mn M ta xác định góc nghiêng o độ dịch chuyển mép khung trợt Sau sử dụng (5.35) tìm momen hồi phục có kể đến biến dạng khung trợt Momen hồi phục ổn đinh ngang tàu giai Hình 5.8 Xác định ổn định ngang đoạn ba đánh giá theo công thức tàu khung trợt biến dạng (5.30) (5.31) Khi b1 = hạ thủy theo phơng án khung trợt Môn học: tĩnh học tàu Chuyên ngành: vỏ tàu thủy 158 Trờng Đại học Hàng Hải Khoa Đóng tàu thiết kế tàu Tổ môn: Lý thuyết Khi hạ thủy có nhiều khung trợt th×: b I n = ∑ i nj + b j + o F j j (5.41) Trong đó: j thứ tự khung trợt inj - momen quán tính diện tích tiếp xúc khung trợt thứ j với đờng trợt bj - khoảng cách từ khung trợt thứ j ®Õn trơc ®êng trỵt boj - chiỊu réng cđa khung trỵt thø j Fj - diƯn tÝch tiÕp xóc cđa khung trợt thứ j với đờng trợt 5.3.4 Giai đoạn Giai đoạn tàu tách khỏi triền tự Lực tác dụng lên tàu giai đoạn gồm trọng lực, áp lực nớc lực hãm Giai đoạn kéo dài đến tàu dừng lại kết thúc trình hạ thủy Khi tách khỏi triền chiều chìm tàu mép sau khung trợt ứng với vị trí cân tĩnh T2 = Tđ2 + C2 Trong đó: Tđ2 C2: chiều chìm tàu ứng độ cao sóng so với triền mép sau khung trợt Độ ngập sâu lớn mép sau khung trợt nhảy tàu tốc độ chuyển động tàu lúc tách khỏi triền gây Hiện tợng nhảy tàu xảy tàu tách khỏi triền, áp lực cạnh phần mũi tàu rơi xuống nớc Trị số bớc nhảy xác ®Þnh b»ng hiƯu sè T2 - To = Tn Sau tàu thực chòng chành sống chòng chành thẳng đứng Nếu To > T2 nghĩa độ ngập sâu mép triền lớn chiều chìm mũi tàu trạng thái hạ thủy ứng với mép sau khung trợt tợng nhảy mũi tàu không xảy ngợc lại Giả sử xG xf, độ dịch chuyển thẳng đứng mép sau khung trợt so với vị trí cân tĩnh là: = G + L2 Với G biên độ chòng chành thẳng đứng : góc chúi chòng chành sống Môn học: tĩnh học tàu Chuyên ngành: vỏ tàu thủy 159 Trờng Đại học Hàng Hải Khoa Đóng tàu thiết kế tàu Tổ môn: Lý thuyết Vậy G biên độ chòng chành thẳng đứng, biên độ chòng chành sống Đó dao động tự tắt dần tàu quanh vị trí cân tĩnh trạng thái hạ thủy Giả thiết hai trạng thái không phơ thc vµo ta cã: −µ t ξ G = e ( A cos nξ t + B sin n t ) Hình 5.9 Quỹ đạo (5.42) mép sau khung trà t ợt tách khỏi mép = e (C cos nψ t + D sin nψ t ) triền (5.43) đó: hệ số lực cản dao động tàu thiết bị hạ thủy nớc A, B, C, D số tích phân xác định điều kiện ban đầu n, n : tần số dao động sống dao động tự tắt dần Điều kiện ban đầu t = 0, tàu tách khỏi mép triỊn lµ: 0 T2 − To − ξ Go v β − vGo d ξG N Nd ;ψ = co = ; ψ o = ξ Go = δT = o ; vGo = (5.44) L2 L2 γS γS dt ξ ψ Trong ®ã: N So áp lực cạnh diện tích đờng nớc tác dụng thời điểm tàu tách khỏi triền Go vGo độ dịch chuyển tốc độ thẳng đứng tàu trớc nhảy o góc chúi tốc độ trớc nhảy vco tốc độ tàu thời ®iĨm t¸ch khái triỊn Víi c¸ch tÝnh ®iỊu kiƯn ban đầu (5.44) ta có số tích phân bằng: N T − To − ξ Go A= o ; B= ; C= ; o L2 γS µξ N d nξ vGo + o γ S D= [ v co β − vGo + µψ (T2 − To − Go ) n L2 ] Từ giáo trình chòng chµnh tµu ta cã nξ ≈ nψ = n Giả thiết = Khi biên độ chòng chành thẳng đứng mép sau khung trợt vị trí cân (hình 5.9) viÕt nh sau: ξ2 = e − µt (T2 − To ) cos nt + [ (T2 − T1 ) sin nt ] n (5.45) cã thĨ viÕt díi d¹ng: ξ = ξ m e − µt sin(nt + ε ) Môn học: tĩnh học tàu Chuyên ngành: vỏ tàu thủy (5.45) (5.46) 160 Trờng Đại học Hàng Hải Khoa Đóng tàu thiết kế tàu Tổ môn: Lý thuyết v β + µTn ξ m = T + co n T n v co + àT n Trong đó: m biên ®é dao ®éng tù b»ng: ε lµ ®é lƯch pha dao ®éng: tg ε = 2 n tèc độ vco nhận đợc từ tính toán động học hạ thủy dọc xét hạ thủy dọc phơng pháp tĩnh học, giả thiết v co = 0, ®ã: ξ m = Tn + γ ; γ = tg ε = (5.47) : hệ số lực cản không thứ nguyên ( < 1) n Khi từ công thức (5.46) suy độ ngập sâu lớn mép sau khung trợt tính theo nửa chu kỳ dao động tự tàu b»ng: ξ max = − Tn e −πγ (5.48) (5.47) cã thĨ viÕt lµ: ξ m = Tn ; = Độ ngập sâu lớn mép sau khung trỵt: T2max = T2 - ξ2max γ = 0,1 cã d¹ng T2max = T2 + 0,7 Tn NÕu tợng nhảy (Tn = 0, vco 0) th×: v β ξ m = co ; tgε = n (5.49) Tõ (5.49) thÊy r»ng kh«ng có tợng nhảy, bớc nhảy không Vị trí đạt độ ngập sâu lớn tính từ mép triền xác định biết tốc độ hạ thủy giai đoạn lmax = v4tmax (5.50) Trong đó: v4 tốc độ trung bình tàu hạ thủy từ lúc tách khỏi triền đến lúc mép sau khung trợt có độ ngập sâu lớn tmax: thời gian ®Ĩ ®Õn lóc mÐp sau khung trỵt cã ®é ngËp sâu lớn (trị số t max lấy gần nửa chu kỳ dao động sống (thẳng đứng) tàu giai đoạn cần kiểm tra ổn định tàu trạng thái hạ thủy để tính thiết bị hãm đặt điểm khác dọc chiều dài, chiều cao, chiều rộng tàu Để đánh giá ổn định ngang cần tính chiều cao tâm nghiêng ban đầu h4 với lợng hiệu chỉnh cần thiết h4 = r4 + rc - zG -∆h M«n häc: tĩnh học tàu Chuyên ngành: vỏ tàu thủy 161 Trờng Đại học Hàng Hải Khoa Đóng tàu thiết kế tàu Tổ môn: Lý thuyết Các đại lợng có "chỉ số 4" tơng ứng với giai đoạn xác định đờng cong thủy lực ứng với thể tích ngâm nớc Vc = Dc chiều chìm tàu tơng ứng Tc Bài 5.4 Đờng cong hạ thủy ý nghĩa việc tính toán hạ thủy xác định đợc thời điểm đặc trng trình hạ thủy, nh loại lực khác tác dụng lên tàu Kết tính toán cho phép đánh giá hạ thủy có an toàn thành công hay không Để đánh giá hạ thủy dọc cần biết: khả xảy tợng đổ; tợng nổi; áp lực cạnh; độ ngập sâu lớn mép trớc khung trợt; khả nớc ngập lên boong; ổn định ngang tàu sau đuôi lên; ổn định ngang mép sau khung trợt tàu tách khỏi triền Các vấn đề làm sáng tỏ phơng pháp tĩnh học Bằng phơng pháp tĩnh học tính toán giai đoạn hai hạ thủy dọc ta xây dựng đợc đờng cong biểu diễn mối quan hệ đại lợng đặc trng phụ thuộc vào vị trí tàu hạ thủy Việc tính toán sử dụng đến vẽ tuyến hình, vẽ triền việc bố trí tàu triền, tỷ lệ Bonjean hay đờng cong Firxốp Kết tính toán cho dạng đồ thị gọi đờng cong hạ thủy Tùy theo cách tính toán ngời ta chia đờng cong hạ thủy Anh đờng cong hạ thủy Pháp Đờng cong hạ thủy Anh gồm sáu đờng cong biểu diễn sáu đại lợng phụ thuộc vào quãng đờng S mà tàu qua giai đoạn hai, đại lợng sau: Trọng lợng hạ thủy Dc Đờng cong biểu diễn hàm Dc(S) đờng nằm ngang đờng thẳng Dc = const Lực W - đờng cong Momen trọng lợng mép triền M'D = - Dc a Đó đờng thẳng nghiêng cắt trục hoành S = λ + L1, øng víi lóc träng tâm tàu mép triền a = S − λ - L1 Momen cña träng lùc ®èi víi mÐp sau khung trỵt MD = - DcL2 Đó đờng thẳng nằm ngang Dc = const L2 = const Momen lực đối víi mÐp triỊn M'w = γ W(S - λ - L1+ xG xw) – ®êng cong Momen cđa lùc mép sau khung trợt Mw = W(L2 + xG - xw) đờng cong Môn học: tĩnh học tàu Chuyên ngành: vỏ tàu thủy 162 Trờng Đại học Hàng Hải Khoa Đóng tàu thiết kế tàu Tổ môn: Lý thuyết Mép trớc khung trợt mớn nớc Trọng tâm tàu mép triền Hiện tợng Hình 5.10 biểu diễn đờng cong hạ thủy Anh gồm sáu đại lợng thay đổi theo quãng đờng tàu giai đoạn hai Đờng cong hạ thủy Anh giới hạn quãng đờng tõ S = ®Õn S = SB, ®ã bắt đầu xảy tợng nổi, MD = Mw tàu bắt đầu quay quanh mép sau khung trợt Trên cho phép xác định quãng đờng SB Tại vị trí SB đồ thị đờng thẳng nằm ngang MD đờng cong Mw cắt nhau, đờng thẳng đứng vạch qua giao điểm giới hạn vùng áp dụng đờng cong hạ thủy Anh Hiệu số trọng lực D c lực W vị trí lên tàu (vị trí S B) cho ta trị số lớn áp lực cạnh Nd Biết quãng đờng tàu qua lên, cần tìm độ ngập sâu mép trớc khung trợt là: T1max = SB xét xem nớc có ngập khoang đuôi tàu không M D -M W Dc, γW MD,M'D, Mw,M'w MD Nd γW M'w Dc MD S M' W -M' D M'D SB Sg.h¹n S1=λ -L G Hình 5.10 Đờng cong hạ thủy Anh Về khả xảy tợng đổ xét tới vị trí tơng đối đờng cong M'w M'D đờng thẳng nghiêng Nếu đờng cong M'w nằm cao đờng thẳng nghiêng M'D tợng đổ không xảy ngợc lại Khi không xảy tợng đổ, hiệu số nhỏ M'w - M'D đặc trng cho vị trí giới hạn tàu Vị trí cần thiết để đánh giá độ an toàn hạ thủy dọc, tăng áp lực cục đờng trợt nh Môn học: tĩnh học tàu Chuyên ngành: vỏ tàu thủy 163 Trờng Đại học Hàng Hải Khoa Đóng tàu thiết kế tàu Tổ môn: Lý thuyết việc kiểm tra độ bền tàu Nhờ đờng cong hạ thủy Anh biết đợc trị số W, Nd SB, cho phép đánh giá ổn định tàu thời điểm bắt đầu Đờng cong hạ thủy Pháp cho mối quan hệ đại lợng đặc trng hạ thủy phụ thuộc vào độ ngập sâu mép trớc khung trợt T1 trình tàu xuống nớc (hình 5.11) T1 O l Khoảng cách giớ i hạn Dc L2 L1 O Đờng mép sau khung trợt Đờng nớc lúc tàu lên W Đờng mép trớc khung trợt T1 max Đờng qua G Dc. W Hình 5.11 Đờng cong hạ thủy Pháp Để xây dựng đờng cong hạ thủy Pháp cần giả thiết chuyển động ngợc lại nghĩa tàu đứng yên mực nớc thay đổi vị trí tơng đối so với tàu với đờng trợt, mép triền thay đổi Đờng cong hạ thủy Pháp gồm đờng cong sau biểu diễn mối quan hệ bốn đại lợng thay đổi theo T1 là: Trọng lợng hạ thủy Dc - đờng thẳng đứng Lực W - Dạng đờng cong Vị trí hợp lực N theo chiều dài tàu, tính từ trọng tâm tàu - đờng cong l Khoảng cách a từ mép triền đến phơng tác dụng trọng lực đờng thẳng nghiêng Để xác định vị trí cđa hỵp lùc N = D c - γ W dọc theo chiều dài tàu nên W + xG , khoảng cách a tính từ sử dụng biểu thức (5.10) lµ x N = ( xG − xW ) N T1 T1 = + L1 trọng tâm tàu qua mÐp triỊn c«ng thøc a = − λ − L1 Khi Môn học: tĩnh học tàu Chuyên ngành: vỏ tàu thủy 164 Trờng Đại học Hàng Hải Khoa Đóng tàu thiết kế tàu Tổ môn: Lý thuyết Thứ tự xây dựng đờng cong nh sau: trục tung đặt theo tỷ lệ chiều dài vị trí mép trớc mép sau khung trợt nh trọng tâm tàu dạng thẳng đứng Cũng theo tỷ lệ đó, sau đặt từ đờng thẳng đứng tơng ứng vị trí trọng tâm tàu, trị số l a tính đợc Từ ( xG x w )W (5.10) tính đợc l = D W Phía bên phải đờng trọng tâm đặt giá c trị dơng, bên đặt giá trị âm Đờng cong hạ thủy Pháp cho phép xác định độ ngập sâu T 1max mép trớc khung trợt bắt đầu xảy tợng theo điểm A (A giao ®iĨm cđa ®êng cong l cđa hỵp lùc N tõ đờng thẳng đứng đặc trng cho vị trí mép sau khung trợt) Khi l = L2 xảy tợng Biết T1max dễ dàng tìm đợc quãng đờng tàu đợc giai đoạn hai T max ®Õn lóc nỉi lªn S B = Qua ®iĨm A ta vạch đờng nớc lúc tàu lên Hiệu (Dc - W) ứng với độ ngập sâu T 1max mép trớc khung trợt, đờng nớc lên tàu cho trị số áp lực cạnh Nd thời điểm tàu bắt đầu Về khả xảy tợng đổ, đờng cong l không cắt đờng thẳng nghiêng a tợng đổ không xảy ra, nghĩa hợp lực N cha vợt mép triền Ngợc lại tợng đổ xảy Khoảng cách nhỏ đờng cong l đờng thẳng nghiêng a xác định vị trí giới hạn Đánh giá đại lợng khác hạ thủy dọc làm tơng tự So sánh đờng cong hạ thủy Anh đờng cong hạ thủy Pháp ta thấy hai cho thông tin đầy đủ nh Tuy nhiên đờng cong hạ thủy Anh trực quan thay đổi lực momen trình hạ thủy đại lợng thay đổi theo quãng đờng mà tàu đợc dọc theo đờng trợt Theo kết tính toán đờng cong hạ thủy yêu cầu để thay đổi đặc trng nó, sở biết quãng đờng mà tàu đợc đến tợng xảy ra, áp lực cạnh, độ ngập sâu mép trớc, mép sau khung trợt Bài 5.5 Hạ thủy ngang 5.5.1 Hạ thủy ngang Hạ thủy ngang tàu đợc hạ thủy mặt phẳng nghiêng dới tác dụng trọng lực chuyển động song song với mặt phẳng sờn Lực Môn học: tĩnh học tàu Chuyên ngành: vỏ tàu thủy 165 Trờng Đại học Hàng Hải Khoa Đóng tàu thiết kế tàu Tổ môn: Lý thuyết tác dụng lên tàu trình hạ thủy gồm trọng lợng thân tàu, phản lực áp lực nớc lên tàu Hạ thủy ngang tợng động học để mô tả hạ thủy ngang ta sử dụng phơng pháp động học 5.5.2 Thiết bị hạ thủy Gồm phần cố định với triền phần chuyển động với tàu Đặc trng thiết bị 1 Góc nghiêng triền Trị số tg = ữ không đổi dọc theo 12 triền Độ ngập sâu mép triền To dơng, âm (ở hình 5.12, To âm) Chiều dài phần ngâm nớc triền Nếu To = Góc đặt tàu : góc tạo trục Oz phơng thẳng đứng, thờng = tức tàu đặt thẳng đứng Độ cao sống so với triền mặt phẳng yOz kí hiệu c Chiều dài phần trớc khung trợt tính từ mặt phẳng đối xứng L1 Chiều dài phần sau khung trợt tính từ mặt phẳng đối xứng L2 5.5.3 Các giai đoạn hạ thủy z ngang: gồm giai đoạn (hình 5.13) Giai đoạn 1: G Tính từ lúc tàu bắt đầu chuyển động đến lúc bắt đầu xảy tợng đổ Trong giai đoạn tàu chuyển động y tịnh tiến mặt phẳng nghiêng Lực tác dụng lên tàu: gồm L2 L1 trọng lực thân phản lực Điều kiện tự chuyển động tàu > f's (f's hệ số ma sát khung trợt đờng trợt) Hiện tợng nguy hiểm giai đoạn chuyển động không đồng mũi đuôi Hình 5.12 Các đặc trng thiết bị hạ tàu hay lµ sù quay tµu quanh -T o λ =0 C - thđy ngang MÐp sau khung trỵt 3.MÐp tríc khung trợt Môn học: tĩnh học tàu Chuyên ngành: vỏ tàu thủy 166 Trờng Đại học Hàng Hải Khoa Đóng tàu thiết kế tàu Tổ môn: Lý thuyết trục vuông góc với mặt phẳng nghiêng triền Hiện tợng xảy hoành độ điểm đặt hợp lực ma sát khác hoành độ trọng tâm tàu khung trợt Giai đoạn 2: Tính từ lúc bắt đầu xảy tợng đổ đến lúc tàu hay khung trợt chạm nớc Trong giai đoạn tàu thực chuyển động phức tạp, vừa trợt theo triền vừa quanh quanh mép triền Nghiên cứu chuyển độngcủa tàu giai đoạn để xác định điều kiện xuống nớc tàu Giai đoạn 3: Nó kéo dài từ cuối giai đoạn đến lúc tàu tách khỏi triền Chuyển động tàu tơng tự giai đoạn Lực tác dụng lên tàu bao gồm: Trọng lực, phản lùc nỊn, ph¶n lùc cđa níc Nguy hiĨm nhÊt giai đoạn góc nghiêng động học cực đại, gây tợng đổ tàu quanh mép triền va đập mép trớc khung trợt xuống đáy sông Sự an toàn hạ thủy giai đoạn ba đợc đánh giá momen hồi phục phát sinh tàu có góc nghiêng lớn Giai đoạn 4: Tính từ lúc tàu tách khỏi triền đến lúc tàu dừng lại hoàn toàn Tàu thực chuyển động tự do: tịnh tiến theo phơng Oy (dạt) Oz (chòng chành thẳng đứng), quay quanh trục Ox (chòng chành mạn) Lực tác dụng lên tàu: Trọng lợng hạ thủy phản nớc Khi tàu lên hoàn toàn, góc nghiêng theo quán tính nghiêng phía ngợc lại (lắc mạn) làm tàu va vào triền Nếu triền cao tốc độ tịnh tiến tàu lớn, giai đoạn hai kết thúc tàu tách khỏi triền, giai đoạn ba kết thúc tàu xuống nớc Nh giai đoạn ba tàu rơi tự không khí trờng hợp Phơng pháp nghiên cứu: Hạ thủy ngang đợc nghiên cứu phơng pháp động học, sử dụng kết lý thuyết chòng chành tàu Phơng pháp gặp nhiều khó khăn, xác định lực thủy động chuyển động tàu lúc hạ thủy Môn học: tĩnh học tàu Chuyên ngành: vỏ tàu thủy 167 OF SHIP Tổ môn: Lý thuyết OF SHIP Trờng Đại học Hàng Hải Khoa Đóng tàu thiết kế tàu GROUND WAY END OF WAYS WATER LEVEL (3) WATER LEVEL OF SHIP END OF WAYS (2) OF SH IP (1) END OF WAYS WATER LEVEL (4) Hình 5.13 Mô tả trình hạ thủy ngang Tàu bắt đầu chuyển động Khi trọng tâm tàu qua mép nghiêng Tàu tách khỏi triền Tàu thực chòng chành ngang So sánh hạ thủy ngang hạ thủy dọc thấy rằng: hạ thủy ngang tợng luôn xảy tợng đổ cuối giai doạn Góc nghiêng hạ thủy ngang lớn gây nguy hiểm hạ thủy ngang có tợng tàu quay quanh trục vuông góc với mặt triền gây chuyển động không đồng mũi tàu đuôi tàu Môn học: tĩnh học tàu Chuyên ngành: vỏ tàu thủy 168 ... phức tạp thay đổi tổn thất lực giai đoạn phụ thuộc vào quãng đờng tàu lấy gần theo dạng đồ thị hình 5.5 Hình 5.5 Sự thay đổi tổn thất lực phụ thuộc vào quãng đờng tàu qua Việc tăng hay giảm tổn... tàu Tổ môn: Lý thuy t Mép trớc khung trợt mớn nớc Trọng tâm tàu mép triền Hiện tợng Hình 5.10 biểu diễn đờng cong hạ thủy Anh gồm sáu đại lợng thay đổi theo quãng đờng tàu giai đoạn hai Đờng cong... tàu đứng yên mực nớc thay đổi vị trí tơng đối so với tàu với đờng trợt, mép triền thay đổi Đờng cong hạ thủy Pháp gồm đờng cong sau biểu diễn mối quan hệ bốn đại lợng thay đổi theo T1 là: Trọng