Như đã nêu, ổn định là một trong những tính năng hàng hải quan trọng nhất của tàu. Tuy nhiên, bản chất “khĩ chịu” của tính ổn định là ở chỗ, những đại lượng đặc trưng hoặc thước đo của tính năng này như chiều cao trọng tâm ZG, các đặc trưng hình học và hình dáng của phần dưới nước và trên mặt nước của tàu, khơng thể tính kiểm tra một cách đơn giản. Việc nghiên cứu bối cảnh xảy ra tai nạn lật tàu do thiếu ổn định cho thấy, trong đa số các trường hợp tai nạn, thủy thủ đoàn hồn tồn khơng cĩ ngờ vực nào là tàu đang chuẩn bị lật. Do đĩ, đảm bảo ổn tính của tàu trong tất cả các tình huống khai thác là một trong các nhiệm vụ quan trọng trong quá trình thiết kế, nhất là khi chọn các kích thước chính của tàu. Vấn đề quan trọng đặt ra ở đây là sau khi đã tính tốn xong mức độ ổn định của tàu thiết kế, cần kiểm tra theo các tiêu chuẩn và qui phạm nào để cĩ thể đánh giá được là tàu đủ ổn định. Nĩi cách khác, tiêu chuẩn ổn định là chỉ tiêu, định mức dùng kiểm tra và đánh giá ổn định tàu, do đĩ việc lựa chọn được
các tiêu chuẩn ổn định hợp lý cĩ vai trị và ý nghĩa rất quan trọng. Cho đến hiện nay, các nước phát triển trên thế giới đều nghiên cứu ban hành nhiều Qui phạm về ổn định tàu nĩi chung và tàu đánh cá nĩi riêng, kể cả cho tàu cá cỡ nhỏ (15 mLTK 20 m). Tùy theo cách thiết lập, hiện đang cĩ hai dạng hệ tiêu chuẩn ổn định đối với các tàu đi biển là hệ tiêu chuẩn vật lý và hệ tiêu chuẩn thống kê
1.Hệ tiêu chuẩn vật lý
Hệ tiêu chuẩn vật lý xây dựng trên cơ sở đặt và giải quyết bài tốn lật theo mơ hình tốn trong đĩ các yếu tố đầu vào bao gồm các thơng tin về hình học và tải trọng tàu, sĩng, giĩ và điều kiện khí hậu liên quan, về tình huống điển hình gồm các chế độ tải trọng lựa chọn cụ thể, vị trí tương đối giữa tàu với sĩng giĩ, thời điểm tác dụng để lập phương trình chuyển động tàu. Từ các nghiệm tìm được, thực chất là quy luật chuyển động của tàu do kết quả tương tác giữa tàu với mơi trường, cĩ thể xác lập các điều kiện như là tiêu chuẩn, đảm bảo tàu khơng bị lật. Hệ tiêu chuẩn như vậy khơng chỉ cho phép lựa chọn hợp lý các tiêu chuẩn đảm bảo ổn định tàu đang xét theo hướng bài tốn thuận, mà cịn tạo cơ sở vững chắc trong giải quyết bài tốn chống lật tàu theo hướng nghịch, tức là thiết kế tàu chủ động đảm bảo yêu cầu ổn định đã cho. Từ các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm, cĩ thể viết phương trình nghiêng động của tàu trong điều kiện chịu tác dụng đồng thời của tải trọng động do sĩng và do giĩ giật đặt lên tàu, theo nguyên lý D’Lambert như sau :
Jx1 &θ& = M(t, ) + Ms(t) - M(,&θ&) - M() (2.32) trong đĩ : M(t,) - mơmen nghiêng do áp lực giĩ gây ra.
Ms(t) - mơmen cưỡng bức dao động do sĩng gây ra. M(,θ&&) - mơmen giật.
M() - mơmen hồi phục.
Jx1 - mơmen quán tính của khối lượng tàu (kể cả khối nước kèm) theo trục quán tính chính trung tâm dọc tàu.
, θ&, &θ& - lần lượt là gĩc nghiêng, tốc độ gĩc và gia tốc gĩc của chuyển động tàu.
Các nghiên cứu đều cố gắng đưa các thành phần mơmen ở vế phải phương trình (2.32) về quan hệ với gĩc nghiêng, nhằm dẫn về phương trình vi phân bậc hai theo gĩc nghiêng tàu. Tuy nhiên khi gĩc nghiêng động đủ lớn, cơng thức ổn định ban đầu
khơng cịn chính xác nữa nên mục đích xác lập biểu thức nghiệm, biểu diễn quan hệ phụ thuộc giữa gĩc nghiêng động với các yếu tố hình học, tải trọng tàu và yếu tố mơi trường, từ đĩ tìm kiếm tiêu chuẩn đảm bảo an toàn khơng lật tàu, như cách đặt vấn đề ban đầu cho đến hiện nay vẫn chưa thực hiện được. Do đĩ mặc dù cĩ thể xem là một hệ tiêu chuẩn khoa học cĩ thể áp dụng cho nhiều loại tàu nhưng cho đến hiện nay hầu như chỉ cĩ hệ tiêu chuẩn phản ánh quá trình nghiêng của tàu chứ chưa cĩ hệ tiêu chuẩn ổn định vật lý xây dựng theo đúng ý nghĩa vật lý của quá trình nghiêng.
2.Hệ tiêu chuẩn thống kê
Khác với hệ tiêu chuẩn vật lý, hệ tiêu chuẩn thống kê xây dựng dựa trên cơ sở thống kê các tai nạn lật tàu do thiếu ổn định, xác định nguyên nhân gây tai nạn và đưa thành tiêu chuẩn. Với cách đặt vấn đề như thế nên cĩ thể nhận xét hệ tiêu chuẩn thống kê khá phù hợp thực tế, nhưng khơng chỉ được nguyên nhân gây tai nạn và hạn chế việc sáng tạo những mẫu tàu mới. Một trong những hệ tiêu chuẩn ổn định thống kê nổi tiếng và cĩ uy tín do tổ chức biển quốc tế IMO (InteReational Martime Organization) xây dựng và cơng bố lần đầu tiên vào năm 1966, sau đĩ sửa đổi, bổ sung và cơng bố năm 1974, xây dựng dựa trên cơng trình nghiên cứu của nhà khoa học Hà Lan là I.A.Rakhol bằng cách thống kê đồ thị ổn định các tàu bị lật do thiếu ổn định, xác định đồ thị ổn định “giả định” tối đa trong tập hợp đồ thị ổn định các tàu tai nạn để đưa thành tiêu chuẩn đối với các đại lượng đặc trưng cho đồ thị ổn định tàu. Cơng trình nghiên cứu của Ơng được tiến hành từ việc tập hợp phân tích lớp tàu đang hoạt động hiện cĩ đồng thời thu thập thơng tin về lớp tàu bị lật trước đĩ, trên cơ sở đĩ Ơng vẽ và phân nhĩm các đường cong mơmen phục hồi của toàn bộ các tàu cĩ được. Sau khi vẽ lại, các đường cong ổn định tĩnh được Ơng phân biệt thành 3 nhĩm:
- Nhĩm 1: gồm các tàu được đánh giá là mất ổn định trong khai thác.
- Nhĩm 2: gồm các tàu được xem là khơng đảm bảo ổn định, nghĩa là cĩ khả năng mất ổn định từ một giai đoạn nào đĩ.
- Nhĩm 3: gồm các tàu làm việc an toàn cịn lại.
Từ kết quả thống kê cĩ được Ơng đã xây dựng nên một đường cong ổn định tĩnh trung gian đi qua các điểm giới hạn giữa ổn định và khơng ổn định và xem đĩ là đường chuẩn làm thước đo ổn định cho tàu. Theo Ơng, nếu những tàu đĩng ra cĩ đường cong ổn định tĩnh thấp hơn đường cong được Ơng thiết lập thì xem như tàu
khơng đủ ổn định, ngược lại thì được coi là đảm bảo ổn định. Đồ thị ổn định tiêu chuẩn của I.A.Rakhol [2] cĩ dạng:
Bảng 2.1. Dạng đồ thị ổn định tiêu chuẩn của Rakhol 0
θ 20 30 40
lθm 0,14 0,2 0,2
Trong đĩ: θ - là gĩc nghiêng của tàu tại vị trí đang xét.
lθ - cánh tay địn ổn định tĩnh của tàu tương ứng tại mỗi gĩc nghiêng đang xét.
Ngồi ra chiều cao tâm ổn định ban đầu h0 = 0,2m; cánh tay địn ổn định tĩnh cực đại ký hiệu lmax phải đạt được tại gĩc nghiêng θm = 35o; gĩc lặn của đồ thị - gĩc mà tại đĩ đồ thị cắt trục hoành là θ v ≥ 60o.
Phần dưới đây sẽ giới thiệu hệ tiêu chuẩn ổn định của TCVN 7111:2002 - Quy phạm phân cấp và đĩng tàu cá biển cỡ nhỏ của Việt Nam được áp dụng đối với loại tàu đánh cá cĩ chiều dài thuộc phạm vi LTK 20 m.
1. Tiêu chuẩn thời tiết
Tiêu chuẩn này dùng kiểm tra ổn định tàu trên cơ sở so sánh trực tiếp giá trị mơmen nghiêng Mng tác dụng lên tàu trong điều kiện khai thác cụ thể và giá trị mơmen giới hạn Mgh là mơmen lớn nhất tàu chịu được mà khơng bị lật dưới dạng bất đẳng thức: K = ng gh M M 1 (2.33)
Trong đĩ : Mgh -mơmen giới hạn – mơmen lật nhỏ nhất của tàu cĩ tính đến lắc và ảnh hưởng của gĩc vào nước θf được xác định ở những tình huống điển hình trong các chế độ tải trọng nguy hiểm nhất.
Tình huống điển hình theo tiêu chuẩn thời tiết của Đăng kiểm Liên Xơ được xem xét là tình huống bất lợi nhất đối với ổn định của tàu tại thời điểm giĩ giật tác động lên tàu nằm ngang sĩng, ngang giĩ trong điều kiện lắc ngang cộng hưởng (tức là tàu nghiêng về phía mạn chịu giĩ và cùng lúc đĩ cĩ giĩ giật).
Mng -mơmen do giĩ gây ra cĩ tính đến ảnh hưởng của sĩng trong điều kiện đang xét và được xác định bởi biểu thức sau:
Trong đĩ : 0,001 - hệ số qui đổi đơn vị từ Kg/cm2 sang Tấn . (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
S - diện tích hứng giĩ của tàu, m2 - phần diện tích hình chiếu phần khơ của tàu trên mặt phẳng đối xứng dọc tàu.
Z - cánh tay địn hứng giĩ (m) là khoảng cách thẳng đứng tính từ tâm hứng giĩ đến đường nước thực tế khi tàu ở tư thế thẳng trên nước tĩnh.
Pv - áp suất giĩ (Kg/cm2) được tra trong Qui phạm phụ thuộc vào độ cao tâm hứng giĩ theo bảng sau:
Bảng 2.2 .Áp suất giĩ (Pa)
Z(m) Vùng hoạt động
0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 Khơng hạn chế - 706 785 863 922 971 1010 1049 1079 1108 1138 1167 1196 1216
Hạn chế I 0,567 lần áp suất của vùng biển khơng hạn chế Hạn chế II 0,275 lần áp suất của vùng biển khơng hạn chế
Khi xem xét đến ổn định của tàu theo tiêu chuẩn thời tiết cơ bản nêu trên, cần phải tính đến mơmen nghiêng do giĩ gây ra cùng với ảnh hưởng của sĩng biển. Thơng số liên quan trực tiếp đến sĩng biển được xem xét liên quan đến biên độ chịng chành (lắc ngang) của tàu. Biên độ chịng chành của tàu được xác định theo cơng thức :
r = kr.X1.X2.Y
trong đĩ kr, X1, X2, Y là các hệ số được tra theo các bảng cho trong Qui phạm.
2.Tiêu chuẩn thống kê
Theo yêu cầu của Quy phạm phân cấp và đĩng tàu cá biển cỡ nhỏ TCVN 7111:2002, tiêu chuẩn thống kê bao gồm các yêu cầu đặt ra đối với đồ thị ổn định tĩnh ở các trạng thái tải trọng quy định phải kiểm tra ổn định như sau:
Chiều cao tâm ổn định ban đầu ho đã hiệu chỉnh ở các trạng thái tải trọng qui định, trừ trường hợp tàu khơng, khơng được nhỏ hơn 0,5m (ho 0,5 m).
Giá trị lớn nhất của của cánh tay địn ổn định tĩnh lmax ở các trạng thái tải trọng phải kiểm tra ổn định khơng được nhỏ hơn 0,22m (lmax 0,22 m).
Gĩc tại đĩ tay địn ổn định tĩnh đạt giá trị lớn nhất khơng được nhỏ hơn 300 (m 30o).
Giới hạn dương của đồ thị ổn định tĩnh (gĩc lặn) của tàu khơng được nhỏ hơn 600 (v 60o) .
Riêng đối với các tàu cĩ tỷ số B/D > 2 thì được phép giảm gĩc lặn v và gĩc m
ứng với tay địn lớn nhất của đồ thị ổn định tĩnh một lượng sau đây:
Đối với gĩc lặn v : giảm gĩc lặn một lượng v phụ thuộc vào tỷ số B/D - Nếu B/D 2,5 : v = 40o(B/D - 2).0,5 (độ)
- Nếu B/D > 2,5 : Chọn B/D = 2,5 Đối với gĩc m : lấy lượng giảm m = v/2.
Khi xét đến ảnh hưởng của gĩc vào nước f, đường cong ổn định tĩnh ở những gĩc nghiêng lớn hơn gĩc vào nước tàu được coi là mất ổn định hồn tồn và đồ thị ổn định tĩnh phải được ngắt tại các gĩc nghiêng đĩ. Những tàu cá cĩ giới hạn dương của đồ thị ổn định tĩnh khơng thỏa mãn do bị đứt đoạn ở gĩc vào nước chỉ được phép hoạt động ở vùng biển hạn chế sau khi đã kiểm tra tiêu chuẩn thời tiết căn cứ vào áp suất giĩ. Tuy nhiên cần đảm bảo giá trị dương giả định của đồ thị tính theo lỗ kín nước khơng được nhỏ hơn 600 và điểm gián đoạn của đồ thị ổn định tĩnh khơng được nhỏ hơn 400.
- Các trường hợp tải trọng điển hình
Phải kiểm tra ổn định của các tàu đánh cá trong điều kiện hành trình theo các trạng thái tải trọng sau đây:
Trường hợp 1 (No1) : Tàu ra ngư trường với 100% dự trữ và 100% nhiên liệu. Trường hợp 2 (No2) : Tàu từ ngư trường về cảng với 100% cá, 10% dự trữ và nhiên liệu.
Trường hợp 3 (No3) : Tàu từ ngư trường về cảng với 20% cá ,70% dự trữ và 10% nhiên liệu.
Trường hợp 4 (No4) : Tàu ở ngư trường với một mẻ cá và lưới ướt trên boong, 25% dự trữ nhiên liệu, 100% dự trữ.
Riêng đối với các tàu sử dụng lưới để đánh cá thì khi kiểm tra ổn định ở các trạng thái tải trọng 2, 3, 4 cần phải tính cả lưới ướt ở trên boong.