Các kích th−ớc của tμu thiết kế tr−ớc hết cần đảm bảo diện tích vμ không gian cần thiết để bố trí hμnh khách, hμng hoá, nhiên liệu, thiết bị năng l−ợng, trang thiết bị vμ các thμnh phần dự trữ khác. Chúng cần có giá trị tối thiểu, vì rằng trọng l−ợng tμu, giá thμnh đóng mới có quan hệ trực tiếp với các kích th−ớc chủ yếu.
Các kích th−ớc chủ yếu của tμu cũng cần phải thoả mãn giới hạn của các tỷ số giữa chúng nhằm đảm bảo các chỉ tiêu hμnh hải vμ khai thác.
Ng−ời thiết kế th−ờng thừa nhận chiều dμi tμu thiết kế mμ nó đ−ợc xác định từ điều kiện bố trí chung lμ kích th−ớc chính. Tuy nhiên, đôi khi ng−ời ta cũng thừa nhận cả chiều rộng của tμu mμ nó đ−ợc xác định từ điều kiện hệ số tải trọng CD lμ kích th−ớc chủ yếu. Nhờ xác định đ−ợc các kích th−ớc chính (L hoặc B), thông qua tỷ số kích th−ớc chính L/B, B/T vμ L/H ta có thể dễ dμng nhận đ−ợc các kích th−ớc còn lại.
Tỷ số L/B, chiều rộng tμu. Trên H 3.1 đã chỉ ra mối quan hệ của tỷ số L/B với chiều dμi tμu đối với các nhóm tμu l−ớt khác. Từ hình vẽ ta nhận thấy rõ tính quy luật của sự tăng giá trị L/B với sự tăng chiều dμi tμu. Đối với giá trị thống kê trung bình, quy luật nμy đ−ợc biểu diễn theo công thức thực nghiệm 2 002 , 0 45 , 1 L L B L = − (3.4)
Đối với các nhóm tμu cỡ nhỏ mối quan hệ L/B = f(L) đ−ợc biểu diễn chính xác hơn theo công thức khác
L/B = (0,1L+2,3)±0,25 (3.5)
Trong các điều kiện cụ thể ng−ời thiết kế cần tính toán tốc độ, tính đi biển, hình dáng tμu, trọng tâm của chúng.
Đối với ca-nô có kết cấu re-đan phụ thuộc vμ0 tốc độ mμ tỷ số L/B sẽ đuợc xác định nh− sau:
≈11 m/s ...L/B ≤ 3 11ữ16 m/s ... L/B = 3-4 17ữ28 m/s ...L/B ≥ 4
Lựa chọn tỷ số L/B thực chất lμ lựa chọn chiều rộng của tμu thiết kế, đại l−ợng nμy có ảnh h−ởng đáng kể đến chất l−ợng tμu l−ớt. Về mặt lý thuyết, chiều rộng của tμu cμng lớn chất l−ợng thuỷ động K cμng cao. Tuy nhiên, điều nμy đúng chỉ trong điều kiện trọng tâm của tμu ở trạng thái n−ớc tĩnh đ−ợc xác định đúng vμ chỉ ở một giá trị xác định của đại l−ợng hệ số tải trọng động CD. Sự tăng một cách quá mức chiều rộng của tμu sẽ dẫn tới sự giảm hệ số CD vμ do vậy lμm ảnh h−ởng đến tính ổn định h−ớng khi chuyển động. Trong tr−ờng hợp nμy lực cản của tμu sẽ tăng còn chất l−ợng thuỷ động sẽ bị giảm. Khi chiều rộng của diện tích mặt l−ớt vừa đủ lớn ta sẽ dễ dμng thực hiện việc cân bằng tμu vμ dễ dμng đảm bảo chuyển động ổn định
của tμu vμ cuối cùng tμu sẽ có chất l−ợng thuỷ động cao hơn so với tr−ờng hợp tμu có chiều rộng lớn.
Giảm chiều rộng quá mức cũng có thể lμm ảnh h−ởng xấu đến ổn định ban đầu vμ ổn định ngang động cũng nh− lμm cho tμu khó đạt đến chế độ l−ớt (vì lμm xuất hiện “b−ới” trên đ−ờng cong sức cản. Tuy nhiên trong tr−ờng hợp nμy lại cải thiện đ−ợc tính ổn định dọc vμ nâng cao đ−ợc chất l−ợng hμnh hải nhờ giảm đ−ợc một phần tải trọng động do sự va đập của thân tμu vμo sóng.
Chiều rộng có lợi nhất của tμu thiết kế có thể đ−ợc lựa chọn theo đồ thị trên H 3.2.
Giả thiết rằng chiều rộng B= 1m thoả mãn điều kiện bố trí động cơ, hμnh khách, hμng hoá. Trong tr−ờng hợp nμy cần so sánh nó với chiều rộng tối thiểu cho phép từ điều kiện ổn định ngang (B ≥ Bmin).
Giá trị tối thiểu của chiều rộng xuất phát từ điều kiện ổn định đ−ợc xác định sơ bộ theo công thức
0 5 min 0,465 0,01 10 47 ⎥⎦⎤− β ⎢⎣ ⎡ + = D B (3.6)
ở đây D- l−ợng chiếm n−ớc toμn bộ, kg; β0- góc nghiêng mép ngoμi của đáy.
Vậy trong tr−ờng hợp trên
m B 0,465 0,01 0,47 0,465 0,01.5 0,885 10 1000 . 47 0 5 min =⎢⎣⎡ + ⎥⎦⎤− β = + − =
Nh− vậy, chiều rộng B =1>BOPT, có nghĩa lμ nó thoả mãn điều kiện ổn định.
Nếu chiều rộng B =1 không thoả mãn ta cần thay đổi nó đến giá trị cần thiết vμ sau đó cần tiến hμnh kiểm tra ổn định, tính toán các yếu tố thuỷ
động, xác định chất l−ợng thuỷ động. Có thể tiến hμnh kiểm tra ổn định ở chế độ l−ớt của tμu theo công thức sau:
XG/B = 0,017 P+ 0,85, 2 0 . 628 , 0 β B D F = (3.7) lμ hệ số Stolx
Nếu nh− trọng tâm t−ơng đối thực tế (XG/B) lớn hơn giá trị tính theo công thức (3.7) tμu coi nh− đảm bảo ổn định ở chế độ l−ớt vμ ng−ợc lại.
Nhờ sử dụng hệ số Stolx trong các ph−ơng án tính toán mμ ta có thể tin rằng chế độ ổn định l−ớt của tμu luôn luôn đảm bảo khi XG/B ≥ 1,25. Chỉ tiêu nμy th−ờng đ−ợc lựa chọn khi xác định chiều rộng vμ trọng tâm tμu thiết kế.
Nh− vậy, chiều rộng tối −u của tμu có thể đ−ợc chọn theo trình tự sau đây:
Sau khi xác định sơ bộ các yếu tố kích th−ớc chính, l−ợng chiếm n−ớc vμ trọng tâm tμu cần thực hiện những b−ớc tiếp theo:
Lấy 3 giá trị của chiều rộng-giá trị chính nhận đ−ợc trong giai đoạn gần đúng ban đầu, vμ 2 giá trị biên sẽ khai thác so với giá trị trên xấp xỉ 30%.
ứng với mỗi chiều rộng ta tiến hμnh tính toán không d−ới 3 ph−ơng án toạ độ trọng tâm:
Tiến hμnh tính toán các yếu tố thuỷ động( khi D=const, v= const) cho tất cả các ph−ơng án chiều rộng vμ trọng tâm;
Xây dựng đ−ờng cong K=f(XG/B) vμ đ−ờng cong giá trị cực đại của hệ số K( Xem hình 3.3.a-đ−ờng cong 1). Điểm cắt nhau của đ−ờng cong giá trị cực đại K với đ−ờng thẳng đứng đi qua trọng tâm t−ơng đối XG/B=1,25 sẽ xác định giá trị cực đại của chất l−ợng thuỷ động.
Xây dựng đồ thị cho sự thay đổi hiện t−ợng thuỷ động vμ góc tần phụ thuộc vμo chiều rộng( xem hình 3.3.b).
Điểm giao nhau của đ−ờng cong K=f(XG/B) với đ−ờng thẳng nằm ngang ứng với chất l−ợng thuỷ động cực đại khi B= ... sẽ cho phép xác
định giá trị tối −u của B: Điểm cắt của đ−ờng cong K so với đ−ờng thẳng đứng đi qua điểm ứng với giá trị tối −u của B sẽ cho phép xác định giá trị tối −u của góc tần α. T−ơng ứng với l−ợng chiếm n−ớc. Tốc độ trọng tâm XG=1.25 vμ chiều rộng tối −u đã biết. Nếu giá trị BOPI không thoả mãn điều kiện bố trí vμ ổn định thì cần phải tăng chiều rộng đạt đến tốc độ lớn cần thiết.
Tỷ số B/T, hệ số béo chung. Đối với tμu l−ớt ảnh h−ởng của tỷ số B/T đến độ lớn của sức cản d− chỉ ở giai đoạn đầu của chuyển động( ở chế độ bơi vμ chế độ chuyển động) vμ đến độ dμi của thời gian tăng tốc. Chỉ số B/T cμng lớn thì tμu sẽ cμng nhanh chóng đạt đến chế độ l−ớt khi tất cả các điều kiện khác lμ nh− nhau mặc dù trong tr−ờng hợp nμy chất l−ợng hμng hải sẽ bị kém đi.
Đối với các tμu đã đóng tỷ số B/T=4-10. Giá trị lớn của tỷ số nμy sẽ phù hợp với các tμu l−ớt chạy sông. Còn giá trị bé sẽ phù hợp với các tμu chạy hồ vμ chạy biển. Tuy nhiên trong thực tế có thể gặp một số tr−ờng hợp tμu sông có giá trị của tỷ số trên thấp hơn tμu biển. D−ới đây sẽ giới thiệu một vμi số liệu thống kê về giá trị trung bình của tỷ số B/T đối với các loại tμu đã đóng.
Tμu l−ớt 3 thân, tμu l−ớt chạy biển, chạy hồ ... 9,5-10,5. Ca nô l−ớt không có kết cấu re-đan, thuyền l−ớt có ...
Công dụng khác nhau ... 7,5-8,5. Ca nô đua có kết cấu re-đan ... 6-7. Ca nô đua thể thao chạy biển ... 5-5,5. Ca nô l−ớt chở khách chạy biển ... 4,5-5,0. Các kích th−ớc chính vμ l−ợng chiếm n−ớc của tμu ở chế độ bơi có liên hệ chặt chẽ với ph−ơng trình lực nổi mμ từ đó khi L.B vμ δ đã đ−ợc cho tr−ớc thì có thể xác định chiều chìm T, vμ ng−ợc lại. Khi cho biết tỷ số B/T ta sẽ
xác định đ−ợc T = B:(B/T) vμ sau đó từ ph−ơng trình lực nổi hệ số béo chung
δ sẽ đ−ợc xác định.
Hệ số nμy đối với tμu l−ớt thực tế không phải lμ thông số đặc tr−ng vμ cũng không mang ý nghĩa quan trọng nh− đối với tμu có l−ợng chiếm n−ớc thông th−ờng vμ bởi vậy, nó sẽ không đ−ợc xem xét trong các công trình nghiên cứu lý thuyết.
Khi khảo sát các số liệu thống kê ta nhận thấy rằng, giá trị δ giao động trong phạm vi khá rộng từ 0,300 - 0,600. Đối với các ca nô l−ớt chở khách chạy biển giá trị trung bình của hệ số nμy sẽ lμ 0,360 - 0,370: Đối với các ca- nô l−ớt - đua chạy biển-0,420-0,430; Đối với ca-nô có kết cấu re-đan 0,470- 0,480.
Giữa các đại l−ợng δ vμ tỷ số B/T th−ờng tồn tại mối quan hệ sau:
δ=0,28
Hình 3.3 Ví dụ lựa chọn chiều rộng tối −u của ca-nô l−ớt: a- biểu đồ thay đổi chất l−ợng thuỷ động góc tân với B vμ XG khác nhau: b-đồ thị xác định chiều rộng tối −u.
l-đ−ờng cong chất l−ợng thuỷ động cực đại phụ thuộc vμ0 XG/B: 2- đ−ờng cong các giá trị cực đại của hệ số K phụ thuộc vμ0 B --- K: ...
α:
D- 1000kg: v= 12,5m/s.
Tỷ số L/H, chiều cao mạn. Tỷ số L/H đặc tr−ng cho độ bền chung thân tμu. So với tμu cỡ lớn có l−ợng chiếm n−ớc thông th−ờng, các tμu l−ớt có tỷ số L/H nhỏ vμ
B/T = 12,6(δ + 0,234) (3.9)
th−ờng nằm trong giới hạn từ 5,5ữ11,0. Để lựa chọn tỷ số nμy ta có thể sử dụng mối quan hệ sau đây trên cơ sở các số liệu thống kê:
L/H = 2/3L + a (3.10)
ở đây L- chiều dμi tμu, m; a - đại l−ợng mμ sự thay đổi của nó sẽ đặc tr−ng cho giới hạn thực tế của tỷ số L/H khi chiều dμi đã biết.
Trị số a Ca-nô l−ớt chạy sông vμ chạy hồ, thuyền l−ớt có công dụng
khác nhau với chiều dμi từ 3 - 8m... 3 - 6 Ca-nô l−ớt chạy biển có kết cấu boong hở vμ không có buồng ở, với chiều dμi 8 -12m ... 2 - 3,5 Tμu l−ớt chạy biển chở khách có kết cấu th−ợng tầng với chiều dμi từ 11 - 17m... 1- 0,5 Các giá trị của đại l−ợng a đ−ợc nêu ra ở bảng trên chỉ ra rằng đối với các tμu hiện có, đặc biệt đối với các tμu chạy sông vμ chạy hồ tỷ số L/H dao động trong phạm vi rộng.
Khi sử dụng các số liệu thống kê đ−ợc nêu ra ở trên ta cần tính đến các đặc điểm sau:
Giảm chiều cao mạn (tăng tỷ số L/H) sẽ lμm giảm dự trữ lực nổi, tăng sự hắt n−ớc lên tμu khi có gió ng−ợc, giảm dung tích, lμm xấu đi điều kiện đảm bảo độ bền chung cho tμu. Tuy nhiên, trong tr−ờng hợp nμy cao độ trọng tâm của tμu, khối l−ợng tμu vμ diện tích mặt hứng gió sẽ đ−ợc giảm. Những yếu tố nμy lại có ảnh h−ởng tốt cho tính ổn định, tính quay trở vμ cho cả tốc độ.
Tăng chiều cao mạn (giảm tỷ số L/H), ng−ợc lại sẽ lμm tăng dự trữ lực nổi, dung tích vμ độ bền chung cho tμu nh−ng lại lμm xấu đi tính quay trở vμ tốc độ.
Nh− vậy, trong mỗi tr−ờng hợp cụ thể việc lựa chọn chiều cao mạn cần phải xuất phát từ nhũng yêu cầu chủ yếu phụ thuộc vμo kiểu vμ công dụng của tμu. Đối với ca-nô du lịch chạy biển th−ờng −u tiên cho dung tích, mức độ an toμn khi tμu hoạt động, còn đối với tμu l−ớt đua thể thao chạy sông ta
có thể lấy giá trị tối thiểu của hai đại l−ợng nêu trên. Sự giảm khối l−ợng thân tμu vμ sức cản không khí trong tr−ờng hợp nμy tỏ ra có ảnh h−ởng đáng kể đến tốc độ cực đại.
Các yêu cầu về kiến trúc thẩm mỹ cũng đóng vai trò lớn trong việc lựa chọn chiều cao mạn cho tμu thiết kế.