3.3.Xác định các đặc điểm hình học cho tàu.3.3.1.Mục đích. 3.3.1.Mục đích.
Xác định các đặc điểm chính của tàu: Các kích thước chính : LTK , BTK , T, H. Các tỉ số kích thước chính: BL ; TB ; HT . Các hệ số : α , β , δ . 3.3.2.Yêu cầu:
Phải phù hợp với nhiệm vụ thư. Phải đảm bảo tính năng tốt nhất.
Các kích thước chính chính phải đảm bảo yêu cầu kinh tế kĩ thuật cho tàu. 23
3.3.3.Cơ sở thiết kế.
Dựa vào yêu cầu của nhiệm vụ thư.
Tính tốn thiết kế dựa vào các cơng thức trong tài liệu tham khảo [1], các công thức kinh nghiệm đã được công bố cũng như phù hợp với các yêu cầu của quy phạm.
Sau khi tính ra các kích thước chính phải tối ưu các kích thước, đồng thời nghiệm lại các điều kiện để kiểm tra lại tính năng của tàu.
Hiệu chỉnh lại các thống số khi cần thiết để đảm bảo tính năng của tàu tốt nhất. Để đảm bảo tính chính xác, hiệu quả của quá trình thiết kế. Ta lựa chọn cách tính dựa vào các số liệu thống kê, thơng số kinh nghiệm từ các tàu mẫu có đặc trưng gần giống với tàu thiết kế. Để từ đó thơng qua q trình tính tốn, phân tích để chọn ra thơng số phù hợp nhất cho tàu.
3.3.4.Xác định lượng chiếm nước sơ bộ của tàu.
Ta có hệ số trọng tải dành cho tàu khách :
= (0.3 − 0.5) . Chọn : η = 0.3 .
Ta xác định sơ bộ lượng chiếm nước D bằng cách sử dụng hệ số trọng tải, tính bằng tỷ lệ giữa sức chở và lượng chiếm nước:
D1 =
Dw
η
Với:Dw= WPass+ WFO : Sức chở của tàu.
WPass: là trọng lượng hành khách và thuyền viên trên tàu cùng lượng dự trữ lương thực thực phẩm và hành lý mang theo.
WFO: là trọng lượng nhiên liệu và dầu bôi trơn dùng cho các máy trên tàu . Đối với tàu du lịch chở khách thì thời gian chuyến biển tối đa là một ngày đêm nên lượng dự trữ lương thực thực phẩm là rất ít nên ta chọn khối lượng của hành khách và thuyền viên cùng hành lý mang theo là 75 kg cho một người, khối lượng dự trữ lương thực thực phẩm và nước sinh hoạt cho mỗi người là 15 kg.
Từ nhiệm vụ thư thiết kế là tàu chở được 10 khách ta có thể xác định nhóm khối lượng này như sau:
Wpass= (0,075 + 0,015) x (i + n) (Tấn)
Với i: là số lượng hành khách trên tàu i = 10 người.
n: số lượng thuyền viên trên tàu n= 4 người. Wpass= 0,09 x (10+ 4) = 1,26 (Tấn).
Thời gian hoạt động của tàu trong một chuyến biển khoảng một ngày đêm, nên ta có thể sơ bộ chọn lượng dự trữ nhiên liệu và dầu bôi trơn cho tàu là:
WFO= 1,5 (Tấn).
Như vậy , ta xác định sơ bộ sức chở của tàu thiết kế là: DW = 1,26+ 1,5 = 2,76 (Tấn).
Suy ra: D1 = 2,76
0,3 = 9.2 (Tấn).
3.3.5.Xác định chiều dài sơ bộ.
Chiều dài tàu ảnh hưởng lớn đến vận tốc thiết kế của tàu, đến cân bằng dọc tàu, đến bố trí tồn tàu và đặc biệt ảnh hưởng đến giá thành chế tạo tàu. Nếu chiều dài lớn, việc bố trí chung, bố trí các trang thiết bị tàu dễ dàng hơn. Tuy nhiên, sẽ làm tăng khối lượng vỏ tàu lên tăng giá thành và ảnh hưởng đến tốc độ tàu.
Nếu L nhỏ làm cho việc bố trí các trang thiết bị trên tàu khó khăn hơn nhưng giá thành lại giảm. Cần xác định chiều dài tàu trên cơ sở thoả mãn nhiều điều kiện cùng lúc, đảm bảo sức cản tàu nhỏ nhất trong khi đảm bảo độ bền chung của tàu trong mọi trạng thái khai thác và đặc biệt giá thành chế tạo tàu phải thấp.
Theo công thức Nogid trong trong tài liệu tham khảo [1].
Ta có :
Lp
3D
Với : Lp: chiều dài giữa 2 đường vng góc. Vt: tốc độ của tàu hl/h. Suy ra : L p = 2.3x Mặc khác : L = 1.01Lp. Suy ra: L = 1.01Lp = 1.01x15.7 = 15.80m. 3.3.6.Xác định chiều rộng sơ bộ.
Chiều rộng B có ảnh hưởng quyết định đến tính năng của tàu. Nếu B lớn làm tăng dung tích các khoang, có lợi cho bố trí khơng gian làm cho việc cân bằng ngang dễ dàng hơn. Ổn định động khá tốt , tuy nhiên ổn định dọc sẽ giảm.
Chiều rộng B nhỏ không bảo đảm ổn định ban đầu cho tàu, ổn định động của tàu rất kém, đặc biệt là ổn định ngang. Tàu với B quá nhỏ làm cho lực nâng tấm đáy khi tàu chạy không đủ lớn. Kết quả tàu không thể “lướt” được, chạy hoàn toàn theo nguyên lý của định luật Archimedes. Tuy nhiên, ưu điểm của dạng này là ổn định dọc khá tốt. Để đưa ra B phù hợp thì:
- Theo cơng thức schokker trong tài liệu tham khảo [1]. Ta có :
B =
Lp
+3.66. 9
3.3.7.Xác định chiều cao mạn sơ bộ.
Theo công thức của nhà khoa học Watson trong tài liệu tham khảo [1].
Ta có: H = B
1−
.46 ( ft )
Suy ra:
3.3.8.Lựa chọn sơ bộ các hệ số cho tàu.
Xác định hệ số Froude: Fr =
Hệ số lăng trụ dọc :
= 0Fr.3250.5 = 00
..253250.5 = 0.66 .
Hệ số diện tích mặt đường nước α (Cw)
α =αxϕ2 / 3 = (a + ∆a)xϕ2 / 3 Với : a= 0.985. ∆a = ±0.075 . (3.7) (3.8) (3.9) (3.10) Suy ra: α = (0.98 5- 0.07 5)x0. 2/3
0.651. Hệ số đầy thể tích chiếm nước δ (Cb):
δ =0.77-0.78xFr = 0.77-0.78x0.25=0.505.
Hệ số diên tích mặt cắt ngang β (Cm).
β =1.68x(1− 0.428x
=1.68x(1− 0.428x
3.3.9.Kiểm tra phương trình trọng lượng.
Ta có : D = P = Pv+Pm+Pnl+Pbt+Ptb+ Ppass+Plttp+Pdt . Theo tài liệu [1]. Trong đó :
Pv : Trọng lượng vỏ tàu.
Pm : Trọng lượng máy tàu.
Pnl : Trọng lượng nhiên liệu và dầu bôi trơn.
Ptb : Trọng lượng thiết bị.
Pdt : Trọng lượng dự trữ toàn tàu.
Ppass : Trọng lượng hành khách và thuyền viên kể cả hành lí.
Plttp : Trọng lượng lương thực thực phẩm. a.Trọng lượng vỏ.
Ta có : Pv= qv.LBH Trong đó :
L,B,H là các kích thước chính của tàu.
qv=(0.025 ÷ 0.045) tấn/m3 là trọng lượng đơn vị vỏ tàu chọn qv=0.025 Suy ra: Pv= qv.LBH = 0.025x(15.8x5.4x3)= 6.399 Tấn. b.Trọng lượng máy và thiết vị buồng máy.
Ta có : Pm = qmxN.
N =
lượng.
C là hệ số hải quân tra theo tài liệu tham khảo [2]. Suy ra : Pm = 0.06x13.45 = 0.802 (T).
c.Trọng lượng nhiên liêu. Ta có : Pnl = knl.t.ge.r.N.
Trong đó : knl = (1.30 ÷ 1.45) là hệ số an tồn tính đến chi phí nhiên liệu trong trường hợp phải kéo dài thời gian hành trình do sự cố. Chọn knl = 1.3.
t = 24( h) là thời gian hành trình.
ge =(0.15 ÷ 0.19) (kg/kw.h) suất tiêu hao nhiêu liệu của động cơ. Chọn ge = 0.15. r =20 hl là khoảng hành trình. N = lượng. Suy ra : Pnl = 1.3x24x 0.15x10−3 x20x13.45=0.925 (T). 1.36
d.Trọng lượng dầu bơi trơn.
Ta có: Pbt = (0.02 ÷ 0.06)xPnl = 0.02x0.925 = 0.018 (T). e.Trọng lượng hành khách và thuyền viên.
Ta có: Wpass= 0.075 x (i + n)(Tấn) (3.3)
n: số lượng thuyền viên trên tàu n= 4 người. Suy ra: Wpass= 0,09 x (10+ 4) = 1,05 (Tấn).
f.Trọng lượng lương thực thực phẩm.
Đối với tàu khách nước ngọt sinh hoạt cho mổi người khoảng 12 kg/ngày đêm. Lương thực thực phẩm khoảng 3kg/người.
Suy ra : Plttp = (12+3)x(10+4) = 0.2 T. g.Trọng lượng thiết bị.
Ta có : Ptb = qtbxD.
Trong đó : qtb =(0.047 ÷ 0.07) (tấn/m3) trọng lượng đơn vị thiết bị. Suy ra: Ptb = 0.047x9.2 = 0.43 (T)
h.Trọng lượng dự trữ toàn tàu.
Trọng lượng dự trữ cần thiết để bù đắp vào các sai số trong suốt q trình tính tốn. Theo thống kê đối với tàu chở khách lượng dự trữ khoảng (1 ÷ 2%)D.
Suy ra: Pdt = 2%xD = 0.184 (T). h.Sức chở của tàu.
Dw = Pnl + Plttp + Ppass + Pbt + Pdt.
= 0.925+0.018+1.05+0.184+0.2 = 1.804(T).
Suy ra: D1 = Pv+ Pm+ Ptb+ DW = 6.399+0.802+0.43+2.39 = 9.435(T). Nhận thấy sai số giữa D1 và D2 : ∆D = D
2 − D
1 x100 = 9.435 − 9.2
x100 = 2.5%.
D2 9.435
Suy ra giá trị của D2 có thể chấp nhận được.
Kết luận : Dựa vào q trình tính tốn các kích thước kết hợp với bản vẽ bố trí chung sơ bộ và các tàu mẫu ta chọn các thông số cơ bản của tàu thiết kế như sau
Chiều dài lớn nhất:
Chiều rộng lớn nhất:
Chiều cao mạn:
Hệ số diện tích mặt đường nước:
Hệ số diện tích mặt cắt ngang:
Hệ số đầy thể tích chiếm nước:
3.4.Thiết kế tuyến hình thuyền buồm thiết kế.3.4.1.Khái niệm. 3.4.1.Khái niệm.
Bản vẽ đường hình là bản vẽ biểu diễn hình dáng hình học bên ngồi của bề mặt vỏ tàu.
Bản vẽ đường hình là tài liệu thiết kế cơ bản. Nó là cơng cụ mơ tả, thơng tin và tính tốn các tính năng hàng hải của tàu, để lập sơ đồ bố trí chung v.v…
Hình dáng bề mặt vỏ tàu được mơ tả trên bản vẽ bằng cách chiếu thẳng góc lên các mặt phẳng chiếu cơ bản.
3.4.2.Đặc điểm.
Bản vẽ đường hình được thể hiện trên 3 hình chiếu:
Hình chiếu đứng: thể hiện các mặt cắt dọc trên mạng lưới gồm các đường nước và đường sườn.
Hình chiếu bằng: thể hiện các mặt đường nước trên mạng lưới gồm các mặt cắt dọc và đường sườn.
Hình chiếu cạnh (cịn gọi là mặt mắt ngang): thể hiện các khung sườn trên mạng lưới gồm các đường nước và đường cắt dọc.
Khi thực hiện bản vẽ đường hình, người ta phối hợp vẽ hình chiếu đứng và hình chiếu bằng, sau đó vẽ hình chiếu cạnh và ngược lại.
Theo nguyên tắc chiếu, mỗi điểm trên bề mặt vỏ tàu sẽ được thể hiện trên cả ba hình chiếu nên giữa ba hệ thống hình chiếu của bản vẽ đường hình lý thuyết tàu phải tương ứng phù hợp lẫn nhau. Các hình chiếu chỉ thể hiện hình dáng thật của tàu trên các mặt phẳng chiếu song song với chính nó, cịn trên hai hình chiếu cịn lại sẽ chuyển thành các đường thẳng, tạo thành lưới chữ nhật của bản vẽ.
3.4.3.Trình tự vẽ đường hình tàu bằng phương pháp truyền thống.
Sau khi thiết lập xong bản vẽ (tức là tạo khung bản vẽ, khung tên...), ta tiến hành tạo mạng lưới, vẽ đường cơ bản rồi phân chia sườn lý thuyết, mặt đường nước và cắt dọc.
Số sườn lý thuyết thường được bố trí cách đều với số lượng 11 hoặc 21, phụ thuộc vào chiều dài tàu và sự phức tạp về hình dáng của tàu và được đánh số theo thứ tự là 0, 1, 2 …, tính từ đi đến mũi. Đối với tàu vỏ thép thường có chiều dài lớn, tổng số sườn lý thuyết thường vào khoảng 21 sườn, có thể nhiều hơn hoặc ít hơn nhưng phải là số lẻ để ln có một sườn trùng với mặt cắt ngang giữa tàu. Đối với tàu có chiều dài nhỏ như tàu vỏ gổ hay tàu composite, tổng số sườn lý thuyết vào khoảng từ 9 đến 15 sườn. Do vỏ tàu tại mút mũi và đi thay đổi nhiều nên để biểu diễn chính xác sườn khu vực này dùng thêm các mặt cắt giữa các mặt cắt chính và ký hiệu thêm 1/2, ví dụ 1 1/2 (đi) hoặc 91/2, 101/2 (mũi). Vị trí sườn giữa được kí hiệu
bằng dấu .
Các mặt đường nước thường cũng hay được bố trí cách đều nhau với số lượng khoảng từ 4 -10, phụ thuộc vào chiều cao tàu và sự phức tạp về hình dáng của tàu và được ký hiệu là ĐN0, ĐN1, ĐN2 …,hay ĐNa, ĐN2a,…(a:khoảng cách mặt đường nước) tính từ dưới đáy lên. Mặt đường nước trên cùng thường khơng vượt q boong chính.
Số lượng các mặt cắt dọc thường nằm trong khoảng từ 2 đến 6, phụ thuộc vào chiều rộng tàu và sự phức tạp về hình dáng của tàu và thường được ký hiệu là CD0, CDI, CDII …, tính từ mặt cắt dọc giữa tàu ra hai bên mạn tàu.
Vẽ các đường bao: Việc vẽ đường bao của tàu nhằm định dạng hình dáng của tàu trước khi thực hiện các bước tiếp theo.
Vẽ đường be chắn sóng và đường dọc tâm ở hình chiếu đứng, đường be chắn sóng ở hình chiếu bằng, đường be chắn sóng và sườn giữa ở hình chiếu cạnh tương ứng theo các sườn, đường nước và cắt dọc đã phân chia. Sau đó vẽ các đường biên dạng ở mũi và đuôi tàu theo tàu mẫu hoặc theo kinh nghiệm.
Vẽ các đường cịn lại:
Có thể vẽ các đường sườn trên bản vẽ chiếu cạnh, từ đó khai triển các đường cắt dọc trên bản vẽ chiếu đứng và các đường nước trên bãn vẽ chiếu bằng hay có thể thực hiện trên hình chiếu đứng và hình chiếu bằng trước rồi suy ra hình chiếu cạnh.
Do tính chất đối xứng nên chỉ biểu diễn nửa mặt cắt ngang, bên trái bố trí các mặt cắt ngang đi và bên phải bố trí các mặt cắt ngang mũi. Tương tự chỉ biểu diễn nửa mặt đường nước .
Tiến hành chỉnh sửa các đường nét cho trơn đều và kiểm tra độ chính xác của các giao điểm tương ứng trên ba hình chiếu.
Vẽ đường kiểm tra:
Để kiểm tra biên dạng của vỏ tàu có trơn đều hay khơng ta có thể vẽ đường kiểm tra, thực hiện như sau: trên bản vẽ chiếu cạnh dựng đường thẳng a và b bất kì cắt đường DT và ĐCB sao cho đường thẳng a đi qua nhiều sườn nhất và đi qua đoạn cong của các sườn (thường đi qua hông tàu).
Trên đường thẳng a, b đo khoảng cách từ O (giao điểm của đường kiểm tra và đường DT) đến giao điểm với các sườn và lấy các khoảng cách đó làm chiều cao tương ứng trên các sườn ở hình chiếu đứng, nối các điểm này lại ta được đường kiểm tra trên hình chiếu đứng.
Để biên dạng của vỏ tàu trơn đều thì đường kiểm tra cũng phải trơn đều. Nếu đường kiểm tra bị gãy khúc tại khoảng sườn nào đó ta hiệu chỉnh lại cả ba hình chiếu tai khu vực khoảng sườn đó cho đến khi có được đường kiểm tra theo ý muốn.
Ghi các chú thích cần thiết vào bản vẽ như: số sườn, ĐN, CD, be chắn sóng, boong chính, boong dâng,…
Ghi các kích thước cần thiết như: khoảng cách sườn , ĐN, CD, khoảng cách từ be chắn sóng đến boong, từ vách đi đến sườn 0, từ mũi đến sườn cuối cùng,…
Đo trên đường hình đã vẽ để xây dựng bảng toạ độ đường hình và thường đặt ở góc trên bên trái của bản vẽ.
3.4.4.Trình tự vẽ đường hình bằng phần mềm autoship.3.4.4.1.Xử lý trong autocad. 3.4.4.1.Xử lý trong autocad.
Dựng các đường sườn 2D trong autocad.
Sau đó chuyển các đường sườn 2D này sang dạng 3D.
Lưu file mơ hình autocad 3D vừa tạo sang dạng file.dxf để import vào autoship phục vụ cho công tác tiếp theo.
3.4.4.2.Xử lý trong autoship.
Nhập mơ hình autocad 3D vào phần mềm autoship. Dựng mơ hình vỏ tàu trong autoship.
Chỉnh trơn mặt vỏ tàu vừa dựng.
Phóng dạng tàu theo kích thước đã tính tốn. Điều chỉnh các hệ số hình dáng.