CÁC ĐẶC TÍNH CƠ BẢN CỦA TÀU THUYỀN
Bài 2: CÁC ĐẶC TÍNH HOẠT ĐỘNG CỦA TÀU THUYỀN 2.1 Tính lắc
2.1.1 Khái niệm:
Lắc là sự dao động trên trên sóng ứng với tần số và biên độ nhất định.
2.1.2 Phân loại:
Có 3 loại cơ bản như sau:
- Lắc ngang: là dao động của thân tàu quanh trục dọc (đường mũi lái).
- Lắc dọc: là sự dao động của thân tàu quanh trục ngang
- Lắc đứng: là sự dao động của thân tàu theo phương thẳng đứng làm cho tàu luôn thay đổi mớn nước.
2.1.3 Ảnh hưởng của lắc:
Lắc là hiện tượng không có lợi, nó ảnh xấu đến nhiều mặt khác nhau. Cụ thể là:
- Làm cho thuyền viên và hành khách khó chịu.
- Nếu không chằng buộc chắc chắn, khi tàu lắc hàng hoá sẽ di chuyển làm ảnh hưởng tới vỏ tàu, thế vững hoặc làm hư hỏng hàng hoá.
- Lắc làm ảnh hưởng tới kết cấu tàu và máy móc lắp trên tàu.
- Ổn định hướng đi kém.
- Làm tăng sức cản và giảm tốc độ của tàu, tốn nhiên liệu.
- Nếu tàu lắc ngang nhiều, góc nghiêng lớn thì có nguy cơ lật tàu.
- Nếu lắc dọc lớn, chân vịt có thể bị nhấc lên khỏi mặt nước và quay trên không làm tổn hại tới máy cái và trục láp.
- Trên các tàu chiến, bắn không chính xác; trên tàu chở máy bay, máy bay hạ cánh khó khăn.
2.1.4 Biện pháp làm giảm lắc ngang:
Nếu xếp hàng nặng ở trên, hàng nhẹ ở dưới, trọng tâm G của tàu sẽ cao, kết quả là tàu lắc từ từ và êm dịu hơn, chu kỳ lắc ngang tăng lên. Nếu xếp hàng để trọng tâm G của tàu quá thấp, chiều cao khuynh tâm GM của tàu quá lớn, làm giảm chu kỳ lắc ngang, tàu sẽ lắc mạnh, không có lợi. Để làm giảm lắc
ngang người ta dùng nhiều cách khác nhau như:
- Ki hông (vây cá): Là bộ phận giảm lắc được ứng dụng rộng rãi nhất, bằng cách hàn vào phần chìm dưới nước hai bên mạn tàu một tấm thép khoảng 30-40%
chiều dài của tàu, đường chạy của vây cá phải song Vây cá
tăng. Vây cá làm tăng sức cản nên giảm được biên độ lắc khoảng 50% nhưng không làm thay đổi chu kỳ lắc của tàu. Đối với tàu hàng, nên thiết kế chiều dài vừa phải để khỏi nhô lên mặt nước khi tàu chạy không tải.
- Hàn vào dưới ki tàu một tấm thép gọi là ki giả, ki giả có tác dụng giống như vây cá.
- Trên một số tàu người ta sử dụng con quay ổn định giữ cho tàu thăng bằng. Con quay quay với tốc độ rất nhanh quanh trục a-a’, trục này gắn trên một giá cố định trên trục b-b’. Con quay có khả năng giữ hướng của trục
a-a’ không thay đổi trong không gian. Nhưng khi tàu lắc ngang do hiện tượng tiến động của con quay làm cho thân tàu lắc dọc chút ít quanh trục b-b’ đồng thời gây trở lực cho sự lắc ngang của tàu làm cho tàu có xu thế ổn định ở thế cân bằng ban đầu.
- Hiện nay cũng có một số tàu sử dụng vây cá di động, đó là hai cánh ngầm đặt ở hai mạn. Hai cánh này có thể thu vào, xoè ra và quay quanh trục của nó.
Khi không có gió, mặt nước yên lặng thì thu vây cá di động (2 cánh ngầm) vào trong thân tàu, khi có sóng gió thì xoè cánh ngầm ra. Nếu cánh ngầm nghiêng một góc nào đó so với dòng nước chảy qua cánh, do sức cản của nước làm cho cánh có sức nâng. Sức nâng này hướng lên trên hoặc xuống dưới xuống dưới phụ thuộc vào góc nghiêng của cánh xuống dưới hoặc lên trên. Do đó, điều khiển cánh ngầm nghiêng lên nghiêng xuống quanh trục của nó theo chu kỳ bằng chu kỳ lắc ngang của tàu sao cho mô men do cánh ngầm gây nên ngược chiều với mô men lắc ngang của tàu. Hiệu quả sử dụng vây cá di động này rất cao, nó giảm được biên độc lắc khoảng 90%, nhưng có nhược điểm là khi tốc độ tàu giảm thì hiệu suất của nó cũng giảm.
Con quay oồn ủũnh Vây cá di động
a'
a b b'
Ki giả
2.2 Tính chống chìm
2.2.1 Khái niệm:
Tính chống chìm của tàu là khả năng của con tàu có thể nổi trên mặt nước và giữ được tính năng đi lại khi bị thủng một hay nhiều khoang và nước tràn vào.
Đối với tàu hàng, yêu cầu về chống chìm khác nhau, mức độ chống chìm phụ thuộc trước hết vào chức năng của của con tàu và độ lớn của tàu.
2.2.2. Hậu quả của sự ngập khoang:
- Tôn vỏ tàu, phần dưới đường nước có tải bị thủng làm cho nước vào trong tàu và ngập một hoặc một số khoang, làm cho chiều chìm tăng, có thể xuất hiện sự nghiêng, chúi cũng như tính ổn định thay đổi (thường là giảm).
- Sự tăng chiều chìm phụ thuộc khối nước tràn vào trong tàu, đồng thời phụ thuộc vị trí hư hỏng mà xuất hiện chúi mũi hay chúi lái, nếu có vách dọc tàu nghiêng một bên mạn. Tăng chiều chìm đồng thời với sự nghiêng, chúi làm giảm chiều cao mạn khô và dẫn đến boong kín nước nằm dưới mặt nước làm tàu chìm.
- Trường hợp tàu chìm nhưng không mất tính ổn định, với khối lượng nước vào nhiều nhưng chậm có thể kéo dài vài giờ. Nhưng nếu mất ổn định thì tàu chìm rất nhanh.
- Do đó trương hợp tàu bị thủng, nước tràn vào, nhiệm vụ chính của thuyền viên là không để cho tàu mất tính ổn định để tàu chìm chậm, ta có đủ thời gian áp dụng mọi biện pháp để chống thủng.
2.2.3. Biện pháp làm tăng tính chống chìm:
Để tăng tính chống chìm của tàu người ta dùng nhiều biện pháp như:
- Làm nhiều vách ngăn kín nước chia thân tàu ra nhiều ngăn sao cho khi một ngăn nào đó bị thủng, mớn nước của tàu tăng lên nhưng không vượt quá đường mớn nước tối đa.
- Dùng hệ thống bơm nước có công suất lớn để bơm nước ra ngoài.
- Thiết kế tàu đáy đôi (tàu hai đáy).
2.3 Tính điều khiển
Tính điều khiển là khả năng của tàu giữ được hướng đi thẳng hoặc chuyển sang hướng đi mới khi cần thiết theo ý muốn của người điều khiển.
Điều đó có nghĩa là con tàu phải có khả năng chuyển động theo hướng thẳng, cũng như có khả năng thực hiện các loại quay trở cần thiết. Vì vậy, tính điều khiển bao gồm: tính quay trở và tính định hướng liên hệ mật thiết với nhau.
Ta thấy rằng tính ổn định hướng và tính quay trở là hai tính tương phản nhau.
Một con tàu có tính ổn định hướng tốt thì tính quay trở kém. Ngược lại, tàu có tính quay trở tốt thì tính định hướng sẽ kém đi. Do đó, khi thiết kế phải biết dung hoà hai tính chất trên, phải ưu tiên tính nào cần thiết hơn đối với con tàu cần thiết kế.
2.4 Tính quay trở:
2.4.1 Khái niệm về tính quay trở:
Tính quay trở là khả năng chuyển hướng của tàu khi bẻ lái một góc nào đó làm cho tàu quay trở linh hoạt, nhanh chóng, bán kính quay trở nhỏ. Đặc tính này rất cần thiết khi điều động tàu ra vào cảng, chạy trong luồng lạch hẹp, chạy trong vùng nước nguy hiểm.
2.4.2 Khái niệm về vòng quay trở:
Vòng quay trở của tàu là quỹ đạo chuyển động của trọng tâm tàu vẽ trên mặt nước trong quá trình tàu quay trở ở một tốc độ nào đó.
Vòng quay trở của tàu ban đầu có dạng hình xoắn ốc, khi tàu đã đi vào vòng quay ổn định thì vòng quay trở là một hình tròn không thay đổi.
Vòng quay trở phụ thuộc vào các yếu tố như: tốc độ tàu, góc độ bẻ lái, hình dáng thân tàu, bánh lái, độ nghiêng, chúi, độ sâu và điều kiện khí tượng thủy văn:
sóng, gió, dòng chảy…
2.5 Tính định hướng:
Là khả năng duy trì hướng đi của tàu theo hướng đã định trước. Nếu tàu có tính định hướng tốt thì ít bị đảo mũi, nhưng khả năng quay trở kém. Ngược lại, nếu tính quay trở tốt thì đường kính quay trở nhỏ, linh hoạt nhưng ổn định hướng kém.
Đây là đặc tính của tất cả các tàu, thiếu tính ổn định hướng, tàu tự lệch hướng, làm tăng sức cản của tàu bởi bánh lái phải nghiêng, tốc độ trung bình giảm và tăng lượng nhiên liệu tiêu thụ.
Trong thực tế, nếu gió cấp 3, trong một phút chỉ cần bẻ lái 3-4 lần, mỗi lần 2- 30 để tàu đi thẳng thì đươc coi như tàu có tính định hướng tốt.
2.6 Tính bền
2.6.1 Khái niệm:
Tính bền là khả năng thân tàu và các chi tiết cấu trúc của nó chịu được các nội, ngoại lực tác động mà không bị biến dạng trong phạm vi cho phép. Tính bền phụ thuộc vào kết cấu của tàu.
2.6.2 Các lực tác dụng lên tàu:
a) Nội lực: Trọng lượng của bản thân tàu, các kết cấu của tàu, máy móc, trang thiết bị, hàng hoá và các thành phần khác.
b) Ngoại lực: Lực tác động của sóng, gió, dòng, lực đẩy của nước,…
2.6.3 Phân loại sức bền:
Sức bền thân tàu chia làm hai loại:
a) Sức bền cục bộ: Là sức bền mà chỉ có một phần kết cấu của thân tàu tham gia, liên quan đến việc chất xếp hàng hoá.
b) Sức bền chung: Là sức bền mà phần lớn các bộ phận kết cấu của thân tàu tham gia. Sức bền toàn bộ được chia làm sức bền dọc và sức bền ngang. Do bề ngang của tàu nhỏ nên trong hầu hết các trường hợp sức bền ngang của tàu đều đảm bảo. Vấn đề cần quan tâm nhất để đảm bảo an toàn kết cấu tàu là sức bền dọc vì chiều dài con tàu lớn hơn nhiều so với chiều ngang và dọc thân tàu có nhiều kết cấu không liên tục nên ảnh hưởng đáng kể đến sức bền dọc.
2.7 Tính chạy nhanh 2.7.1 Khái niệm:
Tính chạy nhanh là khả năng chạy nhanh của con tàu mà không cần tăng thêm công suất máy. Tính chạy nhanh phụ thuộc vào lực cản thân tàu.
2.7.2 Khái niệm về lực cản:
Lực cản của tàu là những lực sinh ra khi tàu chuyển động mà hợp lực của chúng có chiều ngược với chiều chuyển động.
Khi chuyển động, tàu gặp hai loại sức cản là: nước và không khí. Sức cản do nước tạo nên là rất rất lớn, lớn hơn nhiều so với sức cản của không khí. Do vậy, khi thiết kế tàu thủy phải đặc biệt quan tâm đến vấn đề này.
2.7.3 Các loại lực cản thân tàu:
Để xác định công suất máy phù hợp theo yêu cầu tốc độ của tàu, chúng ta phải biết sức cản của tàu khi chạy. Nói chung, sức cản của nước là thành phần sức cản chủ yếu, sức cản này phụ thuộc vào trị số hình dáng và tốc độ của tàu.
- Khi tàu chuyển động thì xuất hiện những con sóng ở đằng mũi và đằng lái, sóng này càng lớn khi tốc độ tàu càng lớn. Nguyên nhân là do chuyển động của tàu làm tăng áp lực tác dụng lên nước ở mũi tàu đồng thời làm giam áp lực nước ở lái tàu được gọi là sức cản sóng RS.
- Thành phần thứ hai là lực cản ma sát xuất hiện do cọ sát trực tiếp của dòng nước bao quanh thân tàu. Lực cản ma sát phụ thuộc vào diện tích bề mặt vỏ tàu bao bọc xung quanh thân tàu, phụ thuộc vào đặc tính tuyến hình của vỏ tàu (độ trơn thon) và tốc độ của tàu. Ký hiệu là Rms.
- Vậy thành phần lực cản sóng và lực cản ma sát trong lực cản toàn bộ của tàu thì phụ thuộc vào hình dạng và tốc độ của tàu. Lực cản sóng đối với tàu cở lớn chạy chậm thì chỉ chiếm khoảng 20% lực cản toàn bộ, còn đối với tàu chạy rất nhanh thì lực cản sóng chiếm tới 70% lực cản toàn bộ của con tàu.