Đặc điểm xác định các thông số chủ yếu của tàu đệm khí lưỡng cư cỡ nhỏ trong giai đoạn thiết kế ban đầu

Bài viết trình bày phương pháp xác định các thông số chủ yếu của tàu đệm khí cỡ nhỏ dựa trên cơ sở giải quyết các bài toán đặc thù trong thiết kế tàu đệm khí cỡ nhỏ. Áp dụng phương pháp đưa ra vào trong tính toán thiết kế một tàu đệm khí cụ thể.

CHÚC MỪNG NĂM MỚI 2016 ĐẶC ĐIỂM XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CHỦ YẾU CỦA TÀU ĐỆM KHÍ LƯỠ NG CƯ CỠ NHỎ TRONG GIAI ĐOẠN THIẾT KẾ BAN ĐẦU FEATURES OF DETERMINING THE MAIN CHARACTERISTICS OF THE SMALL HOVERCRAFT IN THE INITIAL DESIGN STAGE PGS.TS NGUYỄN HỒNG PHÚC, TS TRẦN NGỌC TÚ Trường ĐHHH Việt Nam Tóm tắt Bài báo trình bày phương pháp xác đinh ̣ các thơng số chủ yế u của tàu đệm khí cỡ nhỏ dựa sở giải quyế t các bài toán đặc thù thiế t kế tàu đệm khí cỡ nhỏ Áp dụng phương pháp đưa vào tính toán thiế t kế một tàu đệm khí cụ thể Abstract This article presents the determining method of the main chracteristics of small hovercrafts base on solving the specific problems in designing these crafts Apply the proposed method to design a certain hovercraft Từ khóa: Tàu đệm khí, váy mề m, áp suấ t nâng, vùng đệm khí Giới thiệu chung Tàu đệm khí loại lưỡng cư (sử dụng váy mềm) là loại tàu mà chuyển động phầ n thân tàu nâng lên hồn toàn khỏi bề mặt nước nhờ lự c nâng khí động sinh liên tục từ động phản lực lắp sau đuôi tàu đẩy vào vùng đệm khí dưới đáy tàu để nâng tàu lên bề mặt nước hay bề mặt cứng Do chúng chuyển động nước, băng mặt cứng Trong thiết kế tàu nói chung và tàu đệm khí nói riêng thì công việc đầ u tiên cầ n phải triể n khai đó là xác định thông số chủ yếu tàu bởi chỉ nào xác đinh ̣ đượ c thơng số thì người thiế t kế mới thự c hiện đượ c các công việc thiế t kế tiế p theo Đố i với tàu đệm khí, thì các thông số chủ yế u của nó cũng phương pháp xác đinh ̣ chúng có sự khác biệt so với các loại tàu truyề n thố ng khác Chính vì vậy khuôn khổ bài báo này nhóm tác giả xin giới thiệu về đặc điể m của các thông số cũng phương pháp xác đinh ̣ chúng sở giải quyế t các bài toán đặc thù lý thuyế t thiế t kế tàu đệm khi.́ Hình 1.1 Tàu đệm khí loại lưỡng cư (sử dụng váy mềm) Cơ sở lý thuyế t xác đinh ̣ thông số chủ yếu tàu đê ̣m khí Đố i với tàu đệm khí sử dụng váy mề m, các thông số chủ yế u của nó bao gồm: khố i lượ ng tàu; các thông số chiề u dài, chiều rộng và hin ̀ h dáng mặt đệm khi;́ áp suấ t nâng vùng đệm khi;́ các thông số của váy mề m; lưu lượ ng không khí cầ n thiế t đưa xuố ng vùng đệm khi;́ các thông số của phầ n thân cứng (chiề u dài, chiề u rộng, chiề u cao mạn, v.v…) Khối lượng tàu đê ̣m khí Khố i lượ ng tàu đệm khí là một những thông số quan trọng nhấ t số các đại lượ ng thiế t kế bởi nó quyế t đinh ̣ đế n giá tri ̣ của các thông số còn lại Trong giai đoạn thiế t kế ban đầ u khố i lượ ng tàu đệm khí đượ c xác đinh ̣ từ việc giải phương trình khố i lượ ng (1) [2] đó:     mi ()  m dl - Khối lượng toàn tải tàu; (1)  m () - Tổng thành phần khối lượng phụ thuộc i vào khối lượng toàn tải tàu; mdl – Các thành phần khối lượng độc lập (số lượng người, hàng hóa, v.v…) Đối với tàu đệm khí, thành phần khối lượng phụ thuộc vào khối lượng tồn tải tàu bao gồm: Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 45 – 01/2016 CHÚC MỪNG NĂM MỚI 2016  m ()  m  mtb  mht  mm  mđ  mnl  mv  md (2) đó: mv – Khối lượng phần thân cứng; mtb – Khối lượng thiết bị; mht – Khối lượng hệ thống; mm – Khối lượng hệ thống thiết bị lượng; mđ – Khối lượng thiết bị điện; mnl – Khối lượng nhiên liệu dự trữ; mv – Khối lượng váy; md – Khối lượng dự trữ lượng chiếm nước; mdl – Thành phần khối lượng độc lập Trong giai đoạn thiế t kế ban đầ u, thành phần khối lượng phụ thuộc vào lượng chiếm nước toàn tải tàu có thể đượ c xác đinh ̣ sơ bộ dự a vào các công thức bảng i v Bảng Các công thức xác đinh ̣  m () giai đoạn thiế t kế ban đầ u [2], [3] i Stt Tên các khố i lượng thành phầ n Công thức xác đinh ̣ Giá tri ̣ của khố i lượng đơn vi ̣ qi qv = (0,20 ÷ 0,25) Khố i lượ ng phầ n thân cứng mv = qvΔ Khố i lượ ng thiế t bi ̣ mtb = qtbΔ qtb = (0,015 ÷ 0,025) Khố i lượ ng hệ thố ng mht = qhtΔ qht = (0,02 ÷ 0,03) Khớ i lượ ng các thiế t bi ̣ điện mđ = qđΔ qđ = (0,01 ÷ 0,015) mm = qmN∑ qm = (0.015 ÷ 0,002) t/kW Khớ i lượ ng thiế t bi ̣ lượ ng Khố i lượ ng nhiên liệu dự trữ mnl = a1a2pnl N∑r/vtt mv = qvΔ Khố i lượ ng váy a1 = 1,1; a2 = 1,1; pnl = 0,21.10-3 t/(kW.h) qv = 0,025-0,04 md = qdΔ qtb = 0,07 Dự trữ lượ ng chiế m nước Ở đây: a1, a2 – lầ n lượt là hệ số có tính đế n dự trữ hàng hải và hệ số có tính đế n lượng nhiên liệu cặn két chứa nhiên liệu và lượng chi phí nhiên liệu bổ sung để làm nóng máy; vtt- là vận tố c tính toán của tàu (vtt = v – (3÷5) km/h với v là vận tố c thiế t kế ); N∑ - là tổ ng công suất hệ thống thiết bị lượng (N∑ được xác đinh ̣ sơ bộ dựa hình 2); r – là tầ m xa bơi lội Thành phần khối lượng độc lập mdl có thể bao gồm các thành phầ n khố i lượ ng sau: Khối lượng thuyền viên; mkh– Khối lượng hành khách; mnn – Khối lượng nước ngọt; mh – Khối lượng hàng hóa Từ phương trin ̀ h (1), (2) kế t hợ p với bảng ta thu phương trình khối lượng tàu biểu diễn dạng hàm số lượ ng chiế m nước sau: Δ = (qv+qtb+qht+qđ+qd + qv)Δ+ (qm+a1a2pnl r/vtt)(N∑/ Δ)Δ+ mdl (3) Giải phương trình (3) ta sẽ thu đượ c khố i lượ ng sơ bộ của tàu thiế t kế Đặc điể m xác đinh ̣ chiề u dài vùng đê ̣m khí Theo [2], [3] chiều dài vùng đệm khí tàu xác định theo cơng thức sau: Ldk  ldk ( /  ) (4) đó: ρ – Khối lượng riêng nước, t/m3; ldk – Chiều dài tương đối, xác định sở tàu mẫu (ldk = 4,8÷5,8) Đặc điểm xác định chiề u rộng vùng đệm khí Theo [1], [2], [3] chiều rộng vùng đệm khí xác định theo công thức sau: Bdk  Ldk / kL/ B (5) đó: kL/B – Là hệ số thể mối quan hệ tỷ số kích thước chiều dài đệm khí chiều rộng đệm khí (hệ số tàu đệm khí đại nằm dải từ 2,0 ÷2,5) Áp suất nâng vùng đệm khí Áp suất nâng cần thiết váy để tạo nên lực nâng vùng đệm khí tính theo cơng thức sau [3]: Pn  10k n  / S dk , kPa (6) đó: Δ – Khối lượng tồn tải tàu, t; Sdk – Diện tích vùng đệm khí, m 2; kn – Hệ số tổn thất (kn = 1,3) Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 45 – 01/2016 CHÚC MỪNG NĂM MỚI 2016 Ở tàu đệm khí đại cỡ nhỏ hình dáng mặt đệm khí tàu có hình dạng phổ biến hình [2], [5] Ldk /2 L dk /2 B dk B dk N Σ/, kW/t 180 160 140 120 100 80 60 40 20 20 /2 Series1 30 40 50 60 70 L dk 80 v , km/h Hình Đồ thị quan hệ tốc độ tàu với mức độ trang bị động lực riêng Hình Hình dáng mặt đê ̣m khí được áp dụng phổ biế n tàu đê ̣m khí cỡ nhỏ Chiều cao váy Theo [2, 3] chiều cao váy xác định dựa hai yếu tố: - Từ điều kiện đảm bảo ổn định cho tàu theo công thức sau: 0,1Bdk  hv  0,2 Bdk , m - (7) N/Dm, hp/t Từ điều kiện đảm bảo cho váy đệm khí khơng bị tốc lên gặp sóng: hv  (1,1  1,2)hs , m (8) đó: Bdk – Chiều rộng đệm khí; hs – Chiều cao sóng, m Lượng khơng khí cần thiết đưa xuống vùng đệm khí Lượng khơng khí cần thiết đưa xuống vùng đệm khí để trì lực nâng tính hàng hải cho tàu xác định theo công thức sau [2, 3]: Qn  (0.9)Sdk hv (9) Kích thước chủ yếu phần thân cứng Kích thước phần thân cứng ngồi việc đảm bảo tính nổi, tính ổn định, tính chống chìm, bố trí ghế ngồi, hệ thiết bị đẩy, v.v… chúng phụ thuộc nhiều vào kích thước hình dáng phần đệm khí điều kiện gắn váy vào thân tàu Do chế độ khai thác, toàn phần thân cứng tàu đệm khí nâng hồn tồn lên khỏi bề mặt nước nên hình dáng phần thân cứng tàu đệm khí khơng cần phải có dạng nước (để giảm sức cản nước lên chuyển động tàu) tàu có lượng chiếm nước Chính hầu hết phần thân cứng tàu đệm khí có hình dáng đơn giảm ponton để thuận tiện cho việc chế tạo chúng Trên sở thống kê hàng loạt tàu đệm khí, tác giả [2] thu giá trị tỷ số kích thước phần thân cứng sau: Ltc / Btc  1,7  3,0; Btc / T0  10  20; Htc / T0  1,  2,0 Trong đó: Ltc, Btc, Hct, T0- tương ứng chiều dài, chiều rộng, chiều cao mạn chiều chìm phần thân cứng trạng thái bơi Chiều cao mạn phần thân cứng tàu đệm khí xác định sở đảm bảo ổn định ngang xác định theo công thức sau: H tc  (0,30  0,33) Bdk (10) Ví dụ áp dụng Áp dụng sở lý thuyế t nêu ở mục vào tin ́ h toán thiế t kế các thông số chủ yế u của tàu đệm khí theo nhiệm vụ thư đượ c chỉ bảng Dự a số liệu thố ng kê các tàu mẫu hiện đại [1], [2] và [5], ta lự a chọn các giá tri ̣ các khố i lượ ng đơn vi:̣ qv = 0,22; qtb = 0,022; qht = 0,02; qd = 0,01; qd = 0,01; qv = 0,03; pnl = 0,21.10-3 t/(kW.h); qm = 0,0015 t/kW; a1 = 1,1; a2 = 1,1; ldk = 5; Ldk/Bdk =2,0 Áp dụng các công thức ở ta thu đượ c giá tri ̣ các thông số chủ yế u của tàu thiế t kế sở có sự tham chiế u chúng với các thông số của tàu mẫu “Neoteric Hovertrek” [5] bảng Hình dáng của tàu đệm khí thiế t kế và tàu mẫu đượ c thể hiện hình và Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 45 – 01/2016 CHÚC MỪNG NĂM MỚI 2016 Bảng Bảng thông số đầu vào để thiết kế tàu đệm khí Stt Hạng mục Đơn vị Ký hiệu Giá trị Vận tốc v km/h 55 Tầm xa bơi lội r km 100 Chiều cao sóng hs m 0,3 Sức chở (4 người) mng kg 320 Vùng hoạt động: Tàu chạy sông cấp VR - SII Hình Bố trí chung tàu đê ̣m khí thiế t kế Hình Tàu mẫu “Neoteric Hovertrek” chỗ ngồi Bảng Các thông số của tàu thiế t kế , và tàu mẫu Neoteric Hovertrek [5] Stt 10 11 12 Các thông số chủ yế u của tàu Tố c độ tàu Sức chở Khố i lượ ng toàn tải Chiề u dài vùng đệm khí Chiề u rộng vùng đệm khí Diện tích vùng đệm khí Áp suấ t nâng vùng đệm khí Chiề u cao váy Tổ ng công suấ t máy Chiề u dài thân phầ n cứng Chiề u rộng thân phầ n cứng Chiề u cao phầ n thân cứng Ký hiê ̣u v nng Δ Ldk Bdk Sdk Pn hv NΣ Ltk Btk Htk Đơn vi ̣ km/h kg kg m m m2 kPa m kW m m m Giá tri ̣ của các thông số Tàu thiế t kế Tàu mẫu 55,0 50 80 ? 320 340 600 600 4,10 4,166 2,00 2,24 8,04 8,96 0,97 0,87 0,2 48,0 55 3,207 3,650 1,40 1,5 0,60 0,65 Kết luận Bài báo đã thiế t lập đượ c phương pháp xác đinh ̣ các thông số chủ yế u của tàu đệm khí cỡ nhỏ sử dụng váy mề m giai đoạn thiế t kế ban đầ u Kế t quả thu đượ c ở ví dụ tính toán không có sự sai lệch lớn so với tàu thự c Do hạn chế khuôn khổ của bài báo nên nhóm tác giả chưa thể nêu lên đượ c hế t các bước thiế t kế tiế p theo sau thu đượ c các thông số chủ yế u của tàu tin ́ h toán các tính của tàu (tính nổ i, tin ̣ v.v…), tính toán kế t cấ u cũng việc nghiệm lại khố i ́ h di động, tính ổ n đinh, lượ ng tàu Tấ t cả các vấ n đề này sẽ đượ c nhóm tác giả giới thiệu ở các bài báo tiế p theo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Liang Yun and Alan Bliault.Theory and Design of Air Cushion Craft LONDON, 2000 year [2] Демешко Г.Ф Проектирование судов Амфибийные суда на воздушной подушке.(в 2-х книгах – 1) СПб: Судостроение, 1992 - 269с [3] Справочник по проектированию судов с динамическими приципами поддержания – Л.: Судостроение, 1980 472 с [4] Н.Б Слижевский, Ю.М Король и др.Расчет ходкости быстроходных судов и судов с динамическими приципами поддержания Под общей ред Проф Н.Б Слижевского, Николаев: НУК, 2006, 151с [5] http://www.christyhovercraft.ru Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 45 – 01/2016 ... t/m3; ldk – Chiều dài tương đối, xác định sở tàu mẫu (ldk = 4,8÷5,8) Đặc điểm xác định chiề u rộng vùng đệm khí Theo [1], [2], [3] chiều rộng vùng đệm khí xác định theo công thức sau: Bdk  Ldk... t lập đượ c phương pháp xác đinh ̣ các thông số chủ yế u của tàu đệm khí cỡ nhỏ sử dụng váy mề m giai đoạn thiế t kế ban đầ u Kế t quả thu đượ c ở ví dụ tính toán... cứng tàu đệm khí xác định sở đảm bảo ổn định ngang xác định theo công thức sau: H tc  (0,30  0,33) Bdk (10) Ví dụ áp dụng Áp dụng sở lý thuyế t nêu ở mục vào tin ́ h toán thiế t kế