Chọn cơng nghệ khuơn tiếp xúc, trát bằng tay:
Khi dùng khuơn trát tay, khuơn cĩ thể sử dụng mặt ngồi (gọi là khuơn đực) hoặc mặt trong (khuơn cái). Vật liệu hỗn hợp gồm sợi thủy tinh, nhựa nền và các chất phụ gia đã định được trát theo từng lớp trên bề mặt khuơn. Vật liệu tự đơng cứng sau đĩ mà khơng cần gia nhiệt hoặc áp lực. Để nhựa được thấm đều vào sợi và khơng cĩ bọt khí, trong quá trình thao tác chúng ta thường dùng các loại cọ hoặc con lăn.
Trang 17
Chương 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ 3.1. THIẾT KẾ TUYẾN HÌNH [1], [5], [7], [9]
3.1.1 Xây dựng nhiệm vụ thư
Ở Việt Nam hiện nay, tàu cánh ngầm chưa được thiết kế, chế tạo. Cịn trên thế giới, loại tàu này đã được chế tạo, thử nghiệm và cũng đã thành cơng. Đĩ là cơ sở để nhĩm thực hiện đề tài xây dựng nhiệm vụ thư và lựa chọn phương pháp thiết kế và chế tạo thử nghiệm tàu cánh ngầm phù hợp với điều kiện ở Việt Nam.
Tàu cánh ngầm thuộc loại tàu dùng trong các hoạt động thể thao và du lịch với những đặc điểm chính như sau:
- Cơng dụng : tàu sử dụng trong du lịch. - Khu vực hoạt động : Biển hạn chế 3. - Sức chở : 108 người.
- Hoạt động : thân tàu được nâng lên khỏi mặt nước với sức quay của chân vịt. - Qui phạm áp dụng:
Qui phạm phân cấp và đĩng tàu biển vỏ thép TCVN 6259 (2003).
Qui phạm kiểm tra và chế tạo các tàu làm bằng chất dẻo cốt sợi thủy tinh (TCVN
6282 : 2003).
Qui phạm trang bị an toàn tàu biển, TCVN 6278 : 2003.
3.1.2 Phương pháp thiết kế [1] 3.1.2.1 Các phương pháp thiết kế
Thiết kế tàu gồm cĩ 3 phương pháp thiết kế:
- Thiết kế theo tàu mẫu
- Phương pháp thiết kế khơng theo tàu mẫu
- Phương pháp thiết kế tối ưu
Trong các phương pháp trên thì chúng tơi lựa chọn phương pháp thiết kế theo tàu mẫu làm phương pháp thiết kế cho tàu cánh ngầm mà chúng tơi đang thiết kế.
3.1.2.2 Các giai đoạn thiết kế
Thiết kế tàu nĩi chung thường gồm bốn giai đoạn là thiết kế sơ bộ và thiết kế kỹ thuật thiết kế cơng nghệ, thiết kế hồn cơng. Thiết kế sơ bộ bao gồm các cơng việc gắn liền với việc xác định các đặc tính của tàu thiết kế. Trong giai đoạn thiết kế sơ bộ, cần phải xây dựng được phương án xuất phát nhằm đáp ứng các yêu cầu của nhiệm vụ thư, tiếp sau là hàng loạt phương án về các kích thước và hệ số hình dáng. Phương án kích thước và hình dáng của tàu thiết kế cần được phân tích và lựa chọn hợp lý dựa trên cơ sở các tiêu chuẩn đã cĩ và phương án xuất phát được coi là tàu mẫu gần với tàu thiết kế. Cĩ thể hình dung các cơng việc chính của thiết kế sơ bộ qua sơ đồ mơ tả trên hình 2.1.
Trang 18
Hình 3.1 : Quá trình thiết kế sơ bộ
Quá trình thiết kế sơ bộ bao gồm các cơng việc, được tiến hành theo trình tự sau : (1) Từ các yêu cầu đặt ra trong nhiệm vụ thư, tính sơ bộ lượng chiếm nước tàu D thỏa mãn phương trình trọng lượng đã biết P = D = γ.V(3.1)
(2) Xác định sơ bộ các kích thước chính gồm chiều dài, chiều rộng, chiều cao, mớn nước và các hệ số hình dáng của tàu
(3) Thiết kế đường hình phù hợp các kích thước và hệ số hình dáng đã xác định. (4) Thiết kế sơ bộ bố trí chung.
(5) Thiết kế kết cấu.
(6) Tính trọng lượng và trọng tâm tàu dựa trên cơ sở bố trí chung và các bản vẽ kết cấu ban đầu đã xây dựng được.
Riêng với tàu cánh ngầm, ngồi các nội dung trên như với các tàu thơng thường cịn cĩ thêm nội dung thiết kế cánh, tính tốn động lực học cánh và tốc độ cất cánh.
Thiết kế kỹ thuật chỉ sử dụng kết quả của một trong số rất nhiều các phương án từ thiết kế sơ bộ mà được cho là hợp lý nhất. Trên cơ sở đường hình tàu đã cĩ, bố trí chung đã ổn định, thiết bị, máy mĩc đã chọn, các bộ phận thiết kế tiến hành các cơng việc thiết kế chi tiết và cụ thể hơn, mối liên hệ giữa các bộ phần trên tàu trở thành hiện thực hơn. Trong giai đoạn này các sơ đồ lắp ráp được hồn thiện, các thiết kế kết cấu triển khai đến chi tiết, từ đĩ sử dụng cho việc triển khai chế tạo và lắp ráp. Thiết kế cơng nghệ là từ thiết kế kỹ thuật chúng ta bĩc tách kỹ các chi tiết. Thiết kế hồn cơng là sau khi chế tạo những chi tiết được sửa lại trong quá trình là việc sẽ được chỉnh sửa lại vào bản vẽ hồn cơng.
Trang 19 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.1.3 Xác định đặc điểm hình học của tàu cánh ngầm [1],[7] 3.1.3.1. Xác định lượng chiếm nước của tàu cánh ngầm D
Lượng chiếm nước D là thơng số quan trọng đầu tiên cần xác định khi thiết kế. Riêng đối với tàu cánh ngầm, lượng chiếm nước đĩng vai trị rất quan trọng vì ảnh hưởng lớn đến khả năng bay trên mặt nước của tàu khi chạy. Về lý thuyết, lượng chiếm nước được xác định theo phương trình trọng lượng của tàu cánh ngầm viết dưới dạng tổng quát như sau :
D = γΔ= PHull + PFoil + PEQ + PFur + PM + DW + ΔD (3.2) Trong đĩ : PHull - trọng lượng thân tàu
PFoil - trọng lượng hệ thống cánh PEQ - trọng lượng thiết bị tàu PFur - trọng lượng trang thiết bị PM - trọng lượng buồng máy DW - trọng tải của tàu
ΔD - lượng chiếm nước dự trữ
Trong trường hợp tổng quát, các thành phần trọng lượng cĩ trong phương trình trọng lượng sẽ được tính theo cơng thức kinh nghiệm hoặc theo các số liệu thống kê. Tuy vậy, do tàu cánh chỉ mới được chế tạo thử nghiệm nên cĩ thể tính các thành phần trọng lượng dựa theo tàu mẫu cụ thể như sau:
D=10+7,56+112+7+6+0,5=143( tấn) Tàu khơng 112 Nhiên liệu 6 Nước ngọt 7 Hàng hĩa 10 Tàu viên 0.5 Hành khách 7.56
3.1.3.2. Xác định các kích thước chính và hệ số hình dáng thân tàu
Kích thước chính của tàu cánh ngầm tính chọn phải thỏa mãn phương trình trọng lượng, dung tích tàu và các tính năng tàu như sức cản nhỏ, ổn định tốt v..v… Phương trình trọng lượng được viết dưới dạng tổng quát :
D = γΔ (3.3)
Trong đĩ : -γ trọng lượng riêng của nước, lấy γ = 1,04 tấn/m3.
-Δ thể tích chiếm nước của tàu, m3
Δ= CB LBT (3.4)
Do đĩ phương trình trọng lượng của tàu được trình bày dưới dạng hàm các kích thước chính của tàu như sau :
D =γ CB LBT (3.5) Trong đĩ:
T: Chiều chìm B:Chiều rộng tàu L: Chiều dài thiết kế
Trang 20 γ: Khối lượng riêng của nước
Với tàu cánh ngầm, các kích thước chính của tàu như L, B, H, T và hệ số đầy thể tích CB
được xác định dựa trên cơ sở phân tích thống kê cụ thể như sau: Chiều rộng tàu B
Chiều rộng B của đa số tàu nĩi chung cĩ mối quan hệ chặt chẽ với bố trí chung trên tàu, các tính năng về ổn định, sức cản và một số tính năng hàng hải khác của tàu. Do đĩ chiều rộng tàu B được lựa chọn phải đủ lớn nhằm làm tăng tính ổn định tàu nhưng cần phải đảm bảo sao cho sức cản của tàu là nhỏ nhất trong điều kiện cho phép.
Tỷ lệ L/B nĩi chung cĩ ảnh hưởng lớn đến sức cản và tính giữ hưởng của tàu. Nếu L/B nhỏ, tức cĩ thể chiều dài tàu L ngắn hoặc chiều rộng tàu B lớn sẽ làm sức cản lớn hơn và tính giữ hướng kém đi, ngược lại tỷ lệ này lớn sẽ kéo theo chiều dài tàu lớn nên khơng cĩ lợi cho việc tiết kiệm chi phí vật tư đĩng tàu và làm tăng giá thành tàu. Thực tế cho thấy tỷ lệ L/B của các tàu cánh ngầm thay đổi trong phạm vi khá rộng, tùy thuộc vào kiểu loại tàu và kinh nghiệm riêng của từng nhà thiết kế tàu cánh ngầm.
Tỷ lệ B/T ảnh hưởng rất lớn đến tính ổn định, tính lắc và cả sức cản của tàu. Đối với các tàu cánh ngầm chạy biển tỷ lệ này thường nằm trong khoảng (4,5 ÷ 5,0), với tàu cánh nơng chạy sơng tỷ số này nằm trong khoảng khá rộng là (3,5 ÷ 10,0) nhưng thực tế cho thấy tỷ số này thường chỉ tập trung trong phạm vi khoảng (8 ÷ 10). Tỷ lệ này lớn sẽ tạo cảm giác tàu rất ổn định nhưng thực tế nếu chiều cao tâm ổn định lớn sẽ làm cho tàu cứng, chu kỳ lắc ngang nhỏ, gia tốc lắc lớn gây nguy hiểm cho tàu. Đối với tàu cánh ngầm, tàu cĩ thể bị lắc mạnh gây nguy hiểm nên chúng tơi quyết định chọn tỷ lệ B/T của tàu nằm gần giới hạn dưới B/T = 4,5.
Hệ số CB và hệ số lăng trụ cĩ vai trị quan trọng nhất khi đánh giá sức cản tàu. Mặt
khác, khi xác định hệ số đầy thể tích chiếm nước CB cần lưu ý đến các yếu tố như tốc độ, dung tích chở hàng, bố trí khoang máy nhất là với tàu cĩ buồng máy ở đuơi.
Hệ số béo CB của tàu cánh ngầm chạy biển thường nằm trong khoảng (0,40 ÷ 0,45). Trong trường hợp đặc biệt tàu cĩ kết cấu đáy kiểu nhiều bậc, hệ số này giảm đáng kể chỉ khoảng (0,28 ÷ 0,30), ngược lại với tàu chạy sơng CB bằng 0,5 thậm chí lớn hơn. Tàu cánh ngầm, chạy ở biển với lượng chiếm nước cao. Kết hợp với các phân tích nêu trên, chọn hệ số đầy thể tích chiếm nước nhỏ, CB = 0,4.
Từ đĩ cĩ thể xác định các kích thước chính của tàu như sau:
D = γ CB LBT= T T T B B L CB 3 143 2 ) ( 35 , 1 2 m T B B L C D T B B=B.T/T = 8 (m) L=L.B/B = 34 (m)
Trang 21
D=γ CB LBT=146 tấn
Khơng sai lệch nhiều nên kết quả là đúng Trong đĩ: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
T: Chiều chìm B:Chiều rộng tàu L: Chiều dài thiết kế
γ: Khối lượng riêng của nước
3.1.4. Thiết kế đường hình tàu [9]
Hiện tại ở Việt Nam chưa cĩ ai thiết kế được tàu cánh ngầm nên việc tìm hiểu thiết kế là rất khĩ khăn, nên nhĩm đã lựa chọn phương pháp là sử dụng tuyến hình tàu mẫu từ một con tàu cao tốc dưới viện nghiên cứu chế tạo tàu thủy để làm tàu mẫu thiết kế đường hình tàu cánh ngầm.
Tuyến hình mẫu
Dựa vào thơng số cơ bản và tham khảo hình ảnh cũng như thực tế tàu cánh ngầm trong nước để thiết kế ra được tuyến hình phù hợp như sau.
Trang 22
Tuyến hình thiết kế tàu cánh ngầm
Trang 23
Trang 24
Hình 3.5 : Chuyển tuyến hình qua autoship để tính nhanh các yếu tố thủy tĩnh.
Trang 25
3.1.5 Thiết kế cánh ngầm [4], [10], [11]
3.1.5.1. Thiết kế phần cánh của tàu cánh ngầm
Kết cấu tàu cánh ngầm gồm hai phần là thân và cánh ngầm dạng cánh máy bay, làm nhiệm vụ nâng tồn bộ tàu khỏi mặt nước và đảm bảo ổn định khi tàu làm việc. Tàu cánh ngầm cĩ hai chế độ làm việc chính, thứ nhất là đứng yên hoặc chạy chậm, tàu cánh ngầm làm việc như tàu nổi thơng thường, chịu tác động của lực Archimedes, cịn khi chạy nhanh, lực nâng tạo ra từ các cánh sẽ nâng thân tàu lên khỏi mặt nước, lúc này thân tàu sẽ “bay” trong khơng khí, chỉ cịn các cánh của tàu “bay” trong nước, nhờ đĩ lực cản của nước tác dụng lên thân tàu sẽ giảm xuống và tốc độ tàu tăng lên.
3.1.5.1.1. Lựa chọn cách bố trí và dạng kết cấu của hệ thống cánh ngầm
Tàu cĩ hai hệ thống cánh, hệ thống trước (cánh mũi) và hệ thống sau (cánh lái). Hệ thống cánh ngầm cần phải được sắp xếp, bố trí một cách hợp lý nhằm đảm bảo cho tàu cĩ được tính năng thủy động lực cao, tính năng hàng hải và ổn định hướng đi tốt. Tải trọng phân bố trên cánh tùy thuộc trọng tâm và cách bố trí hệ thống các cánh, trong đĩ theo chiều ngang cánh cĩ thể bố trí liên tục hay khơng liên tục từ trái qua phải cịn theo chiều dọc, các cánh ngầm cĩ thể được sắp xếp, bố trí theo các dạng ở hình 3.7 gồm cĩ ba dạng chính là cấu hình máy bay (aeroplane) cĩ cánh chính nằm phía trước, trọng tâm tàu nằm gần về phía mũi tàu (hình 3.7a), cấu hình dạng vịt trời (canard) cĩ cánh chính nằm phía sau, cịn trọng tâm tàu nằm gần về phía đuơi tàu (hình 3.7b) và dạng tandem cĩ cánh trước và sau gần giống nhau, trọng tâm nằm giữa tàu (hình 3.7c). Mỗi loại cấu hình đều cĩ ưu nhược điểm riêng nhưng để thuận lợi cho việc bố trí, chúng tơi chọn kiểu
Conventional
(a) (b) (c)
Hình 3.7: Cấu hình tàu cánh ngầm
Kết cấu cánh của tàu cánh ngầm thường cĩ các dạng cụ thể như sau :
1. Hệ thống cánh chìm nơng (thấp)
Hệ thống này dùng trên tàu cánh ngầm của Nga thời chiến tranh thế giới thứ hai, với hệ thống các cánh được gắn chặt vào phía dưới thân tàu nhưng khơng đặt quá sâu, dẫn đến khoảng cách giữa bề mặt thân tàu và hệ thống cánh ngầm là khơng lớn lắm. Tỷ lệ giữa
Trang 26
chiều rộng cánh b và chìm cánh h nằm trong phạm vi 0,1 < = h/b < 0,5 thích hợp cho các tàu cánh ngầm chạy ở những vùng khơng cĩ sĩng cao như sơng, hồ. Do tàu hoạt động ở vùng ít sĩng nên thân tàu ít chịu va đập thủy lực và do đĩ kết cấu cánh ngầm dễ thực hiện theo dạng lý tưởng là sải cánh dài và liên tục (hình 3. 8).
Hình 3.8: Tàu cánh ngầm cĩ cánh chìm nơng 2. Hệ thống cánh trung bình (hệ thống Supramar)
Hệ thống cánh chìm trung bình là do hãng Supramar của Thụy Điển phát triển, chìm ở mức trung bình, cĩ đặc tính gần giống cánh nơng và cĩ khả năng tự điều chỉnh. Mặt cắt ngang của cánh thường cĩ dạng hình chữ V, hình thang hoặc hình cánh cung. Tàu thiết kế theo hệ thống này cĩ tính ổn định tốt và thích hợp vùng ven bờ (hình3. 9).
Hình 3.9 : Tàu cánh ngầm cĩ cánh chìm trung bình 3. Hệ thống cánh tầng (hệ thống Bell – Baldwin)
Hệ thống cánh này làm theo dạng thang leo nhiều bậc thay cho cánh một cấp. Tùy theo các tải trọng tác động lên hệ thống cánh khi tàu thay đổi tốc độ chuyển động, hệ thống cánh này cho phép cĩ nhiều hoặc ít tầng cánh chìm trong nước (hình 3.10). Tốc độ chuyển động của tàu càng nhanh, số tầng cánh ngầm chìm trong nước càng ít và nĩ đĩng vai trị thiết bị điều chỉnh lực nâng cánh.
Trang 27 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 3.10: Tàu cánh ngầm cĩ hệ thống cánh tầng 4. Hệ thống cánh thủy lực (Hydrofin system)
Hệ thống cánh này cĩ sử dụng cơ cấu để điều khiển gĩc tấn của các cánh ngầm, với bộ phận chính là que thăm dầu (feeler) và hệ thống cơ khí như mơ tả trên hình 3.12. Khi tàu khơng hoạt động, cánh chìm trong nước, phao nổi lên nên làm tăng gĩc tấn. Khi tàu chạy, mớn nước hạ xuống, phao rơi xuống làm giảm gĩc tấn cánh.
Hình 3.11: Hệ thống cánh thủy lực 5. Hệ thống Aquavion
Hệ thống này do hãng Aquavion thiết kế, sản xuất trang bị trên tàu cánh ngầm. Hệ thống cánh ngầm của Aquavion gồm đơi phao ở mũi gánh chịu khoảng (10 – 15)% trọng lượng tàu (hình 3.12b), phần cịn lại do cánh ngầm phía sau gánh chịu (hình 3.12a). Hệ thống cánh này tỏ ra ưu việt cho tàu cỡ nhỏ, tính đi biển của tàu cải thiện rất nhiều.
Trang 28
(a) Hệ thống cánh sau (b) Hệ thống cánh trước
Hình 3.12: Hệ thống cánh Aquavion
Ngồi các hệ thống cánh ngầm nêu trên cịn cĩ một số hệ thống cánh ngầm khác như hệ thống cánh trượt Canada kết hợp của hai hệ thống Supramar và Aquavion. Hoặc hệ thống cánh tự điều chỉnh của Mỹ điều khiển cánh bằng điện tử và thủy lực, trong đĩ cĩ bộ phận cảm biến tiếp nhận tín hiệu đầu vào đưa vào bộ xử lý (hộp đen) và đưa ra tín hiệu phản hồi điều khiển cơ cấu thủy lực để làm thay đổi gĩc tấn của cánh. Do tàu cánh ngầm