Thiết kế canô kéo dù bay phục vụ du lịch trên vịnh nha trang

1

LỜI NĨI ĐẦU
Trong những năm gần đây, ngành cơng nghiệp tàu thuỷ nước ta đang từng bước
phát triển và dần chiếm được vị trí trong nước và cũng như khu vực. Trước đây con
tàu đóng ra với mục đích là phương tiện vận chuyển hàng hố là chủ yếu thì bây giờ
mục đích sử dụng của con tàu được đa dạng lên rất nhiều.
Hiện nay đội canô cao tốc đang phát triển rất mạnh trên toàn quốc và hoạt động
trong rất nhiều lĩnh vực như : du lịch, quân sự, tìm kiếm cứu nạn…
Ở Nha Trang từ khi có đội canô cao tốc hoạt động trong lĩnh vực đưa khách du
lịch đi thăm quan các hịn đảo ở ngồi khơi, phục vụ vui chơi, khám phá Đại
Dương… hàng năm đem lại nguồn thu đáng kể cho các doanh nghiệp.
Đối với canơ, đặc điểm hình học bao giờ cũng là yếu tố quan trọng ảnh hưởng
đến tính năng hàng hải của canơ nói chung và tốc độ của ca nơ nói riêng, đặc điểm
hình học bao gồm các kích thước chính và bản vẽ đường hình.
Đặc điểm hình học ngồi yếu tố ảnh hưởng quyết định đến tốc độ, nó cịn là yếu
tố quyết định tới vị trí buộc dây để kéo dù, do đó việc xác định đặc điểm hình học
của canơ có vai trị và ý nghĩa quan trọng đặt ra đầu tiên phải đạt được khi thiết kế
ca nô kéo dù.
Từ các vật liệu truyền thống như : gỗ, thép, nhơm, đều là những vật liệu dùng để
đóng tàu. Tuy nhiên, đối với canơ người ta ít dùng gỗ, thép mà người ta dùng nhôm
để đảm bảo được các yêu cầu của nó về tốc độ, thẩm mỹ, sức chở, khả năng chống
chịu môi trường…Với vật liệu nhôm người ta đã đóng ra những chiếc ca nơ mang
những tính năng tốt. Tuy nhiên, hiện nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật,
vật liệu mới đã ra đời, vật liệu Composite mang những ưu điểm nổi bật như có độ
bền cao, nhẹ, trơ với mơi trường nước biển, phương pháp thi công đơn giản, giá
thành rẻ… Với những ưu điểm trên, vật liệu Composite đang dần thay thế vật liệu
truyền thống, ưu điểm của vật liệu mới cũng góp phần lớn vào việc giải quyết bài
tốn tốc độ.

2

Trước những yêu cầu trên, để tạo điều kiện tiếp cận thực tế, làm quen với việc
giải quyết vấn đề một cách cụ thể, sau thời gian học tập em đã được nhà trường giao
thực đề tài: Thiết kế canô kéo dù bay phục vụ du lịch trên vịnh Nha Trang.
Qua thời gian tìm hiểu được sự hướng dẫn tận tình của thấy giáo TH.S
PHẠM THANH NHỰT, cùng với sự động viên và giúp đỡ tận tình của bạn bè và
người thân, em đã hoàn thành nội dung của đề tài.
Nội dung đề tài gồm bốn phần :
Chương 1: Đặt vấn đề.
Chương 2: Yêu cầu kỹ thuật đối với ca nô kéo dù bay và xây dựng nhiệm vụ thư
Chương 3: Tính tốn thiết kế (đường hình, bố trí chung, kết cấu, ổn định, tốc độ)
Chương 4: Thảo luận và kiến nghị.
Tuy nhiên vì thời gian và kiến thức có hạn nên trong khi thực hiện không thể
tránh khỏi thiếu sót. Kính mong được sự góp ý của các thầy để em được hoàn thiện
hơn về kiến thức.
Sinh viên thực hiện
Tống Văn Hai


3

CHƯƠNG I
ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1.TỔNG QUAN.
Như chúng ta đã biết trong những năm gần đây, ngành du lịch của tỉnh
Khánh Hoà phát triển rất mạnh mẽ, đặc biệt là thành phố Nha Trang, với thiên nhiên
ưu đãi nơi đây có một quần thể các đảo, những bãi tắm tuyệt đẹp với lịng biển chứa
rừng San Hơ khoảng 350 lồi và có hơn 350 lồi sinh vật biển vịnh Nha Trang
khơng chỉ giàu tài nguyên, đẹp cảnh quan mà còn gắn liền với những nét đẹp của

văn hóa biển và những địa chỉ văn hóa - du lịch như Tháp bà Ponagar, Viện Pasteur
Nha Trang, bảo tàng A.Yersin, bảo tàng biển lớn nhất Đơng Dương.... Chính vì lý
do trên nên vịnh Nha Trang được công nhận là một trong 29 vịnh đẹp của thế giới.
Khách du lịch đến Nha Trang không chỉ tắm biển mà còn muốn chinh phục
Đại Dương vươn ra các hòn đảo, chơi nhiều trò chơi với cảm giác mạnh như: đi
môtô nước, bay dù kéo bằng ca nô…
Xuất phát từ những nhu cầu thực tế trên, em đã được giao thực hiện đề tài với
nội dung: Thiết kế canô kéo dù bay phục vụ du lịch trên vịnh Nha Trang.
Thực tế nhận thấy, một trong những yếu tố quan trọng và khó khăn khi thiết kế
chế tạo ca nô là phải đạt được tốc độ cao. Về mặt lý thuyết có rất nhiều yếu tố ảnh
hưởng đến tốc độ: Đặc điểm đường hình, bố trí chung, hệ thống động lực…Do đó
thiết kế ca nơ là một bài tốn phức tạp và có ý nghĩa quan trọng.
Ở nước ta hiện nay ca nô chủ yếu được thiết kế dựa trên những ca nơ mẫu có
tốc độ cao và có tính năng tốt được thử nghiệm.
Vì vậy trong đề tài này, chúng tơi cũng dựa trên những ca nơ có sẵn nhưng có sự
phân tích và lựa chọn nhằm mục đích đưa ra mẫu ca nơ phù hợp về mặt tính năng,
tốc độ, phù hợp điều kiện kinh tế- kỹ thuật- công nghệ nước ta hiện nay.


4

* Đặc điểm địa hình và khí hậu vịnh Nha Trang
Vịnh Nha Trang có diện tích khoảng 507 km 2 bao gồm 19 hịn đảo, trong đó Hịn
Tre là đảo lớn nhất, diện tích 3.250 ha; đảo nhỏ nhất là Hịn Nọc, chỉ 4 ha. Vịnh
Nha Trang có khí hậu hai mùa rõ rệt. Mùa khô kéo dài từ tháng riêng đến tháng
tám, mùa mưa từ tháng chín đến tháng mười hai, Nhiệt độ bình qn là 26 độ C,
nóng nhất 39 độ C, lạnh nhất 14,4 độ C, gió với tần suất khác nhau, mùa đơng
hướng gió Tây Bắc và Bắc Đông Bắc, chiếm tới tần suất 80 90 %. Về mùa hạ
hướng gió là Tây và Tây Nam chiếm tần suất trên 50%. Tốc độ gió trung bình vào
khoảng 2 – 2,5 (km/h). Những đặc điểm khí hậu trên rất thuận lợi cho tham quan du

lịch biển.
1.2. GIỚI THIỆU CÁC VẬT LIỆU DÙNG TRONG CHẾ TẠO CANÔ.
Gỗ là loại vật liệu phổ biến và từ lâu đã được sử dụng trong việc đóng tàu
thuyền ở Việt Nam cũng như trên thế giới vì dễ thực hiện cùng với nguồn cung cấp
dồi dào và giá rẻ. Ở nước ta hiện nay vẫn cịn dùng nhiều gỗ để đóng và sửa chữa
đội tàu đánh cá dân gian và tàu vận tải trên sông. Ngày nay với sự phát triển về dân
số làm cho nguồn gỗ ngày càng cạn kiệt, nếu đóng nhiều tàu gỗ thì nguy cơ phá
rừng cao, gây hại cho môi trường. Thép là loại vật liệu được sử dụng rộng rãi nhất
trong đóng tàu, nhờ có những đặc tính ưu việt của thép về tính năng cơ học, giá
thành hợp lý…mà người ta có thể đóng những con tàu dài đến 500m trọng tải trên
đưới 1/2 triệu tấn trong khi đó vật liệu gỗ chỉ đóng được con tàu trên dưới 50 ÷
60m.
Tuy nhiên, cả hai vật liệu truyền thống này khi làm vỏ tàu đòi hỏi quy trình bảo
dưỡng rất nghiêm khắc. Tàu vỏ gỗ phải kéo lên bờ định kỳ, tàu vỏ thép cũng phải
đưa vào ụ hoặc lên đà để bảo dưỡng định kỳ.
Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ hiện đại dẫn đến nhu cầu to lớn về loại
vật liệu, đồng thời có nhiều tính chất cần thiết mà các vật liệu nêu trên (kim loại,
ceramic, polymer) khi đứng riêng rẽ không thể có được, mà nổi bật là loại vừa bền
lại vừa nhẹ, lại có tính ăn mịn cao. Tính chất cơ bản và cần thiết nhất của vật liệu
mà phần lớn các sản phẩm cơ khí, chế tạo máy địi hỏi là tính chịu nén, kéo, chịu ăn


5

mịn và nhẹ. Qua nghiên cứu, người ta đã tìm được phức hợp vật liệu gồm sợi các
bon chịu kéo và keo silicát chịu nén có thể bổ trợ cho nhau, cả hai cùng nhẹ và
khơng bị ăn mịn hố học, đây là vật liệu mới vật liệu Composite (FRP).
Canô là một phương tiện nhỏ dùng để phục vụ quân sự, vận chuyển hàng hoá,
hành khách, phục vụ du lịch, tuần tra, cứu nạn, trên các sơng, hồ, vịnh… Vì đặc
điểm của canơ là phải có tốc độ cao, có lượng dãn nước nhỏ, tính quay trở tốt, tính

năng động cao, khối lượng nhỏ dễ dàng vận chuyển….Chính những yếu tố trên nên
yêu cầu vật liệu chế tạo ca nô cũng phải phù hợp. Trước đây khi chưa có vật liệu
Composite hầu hết các canô đều được chế tạo từ hợp kim nhơm vì hợp kim này nhẹ,
độ bền cao, khả năng chống chịu môi trường lớn nên phù hợp được các yêu cầu về
độ bền, tốc độ, lượng dãn nước nhỏ, tính thẩm mỹ, phương pháp thi cơng…Hiện
nay với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ hiện đại, vật liệu mới cũng ra đời đó
là vật liệu Composite (FRP) vật liệu mới này có những đăc điểm sau:
* Ưu điểm:
+ Có độ bền vững cao, trọng lượng nhẹ.
+ Có độ tính hố học tốt, tính cơ học cao.
+ Chịu được biến dạng uốn.
+ Chịu tác dụng lực liên tục.
+ Khơng thấm nước.
+ Riêng nhựa pholyester có độ bền chịu nhiệt cao, chịu ẩm và xâm
thực của môi trường.
+ Phương thức thi công đơn giản, tuổi thọ cao.
+ Giá thành phù hợp.
* Nhược điểm:
+ Modun đàn hồi thấp.
+ Sức chịu ma sát và chịu đập thấp.
+ Bị giòn khi nhiệt độ cao.


6

Chính những ưu điểm nổi bật của vật liệu mới nên nó thay thế dần vật liệu nhơm
trong chế tạo canơ trước kia. Vì vậy, trong đề tài này tơi cũng sử dụng vật liệu
Composite trong việc chế tạo vỏ canô kéo dù bay.
1.3. VẬT LIỆU COMPOSITE.
1.3.1. Định nghĩa thành phần và phân loại.

1.3.1.1. Định nghĩa.
Vật liệu Composite hay Composite là vật liệu tổ hợp từ hai vật liệu có bản chất
khác nhau. Vật liệu tạo thành có đặc tính trội hơn đặc tính của từng vật liệu thành
phần khi xét riêng rẽ. Tuy nhiên, định nghĩa này chưa đầy đủ. Vật liệu composite
được xác định theo các tiêu chuẩn:
-

Cả hai chất thành phần phải có tỷ lệ lớn hơn 5%.
-

Chỉ khi các pha thành phần có cơ tính khác nhau và cơ tính của vật liệu

Composite khác một cách đáng kể với cơ tính của vật liệu thành phần.
- Trong vật liệu Composite, các vật liệu thành phần không hồ tan hẳn vào
nhau.
Về phương diện hố học, Composite có hai pha (hoặc nhiều hơn) riêng biệt,
được phân ra bởi mặt phân cách riêng biệt. Thành phần liên tục tồn tại với khối
lượng lớn trong Composite gọi là nền. Composite có thể là nền gốm, kim loại hoặc
polymer.
Thành phần thứ hai được gọi là cốt, có tác dụng làm tăng cơ tính cho vật liệu
nền. Cơ tính của vật liệu composite phụ thuộc vào: Cơ tính của vật liệu thành phần,
luật phân bố hình học của vật liệu cốt, tác dụng tương hỗ giữa các vật liệu thành
phần,….
1.3.1.2. Phân loại.
Vật liệu Composite được phân loại theo hình dáng và theo bản chất của các vật
liệu thành phần.
* Theo bản chất vật liệu nền: Tùy thuộc vào bản chất vật liệu nền, vật liệu
Composite chia thành ba nhóm:

7

-

Composite nền kim loại (như hợp kim nhôm, titan…) với vật liệu cốt dạng:
Sợi kim loại (Bo); sợi khoáng (cacbon, SiC).

-

Composite nền khoáng (gốm) với cốt là các dạng: sợi kim loại (Bo); hạt gốm
(cacbua,nitơ). Hạt kim loại (chất gốm kim).

-

Composite nền hữu cơ (nhựa, hạt) cùng với vật liệu cốt dạng: sợi hữu cơ
(polyamit, Kevlar..); sợi khoáng (thuỷ tinh cacbon…); sợi kim loại (Bo, nhơm..)

* Theo hình dáng vật liệu cốt:
- Vật liệu Composite cốt sợi: Khi vật liệu cốt là các sợi, ta gọi là Composite cốt
sợi, sợi được sử dụng có thể dưới dạng liên tục, có thể dưới dạng gián đọan: Sợi
ngắn, vụn….Ta có thể điều khiển sự phân bố, phương của sợi để có vật liệu dị
hướng theo ý muốn. Và cũng có thể tạo ra các vật liệu có cơ lý tính khác nhau, khi
chú ý tới:
+ Bản chất của vật liệu thành phần.
+ Tỷ lệ các vật liệu tham gia.
+

Phương của sợi.

- Vật liệu Composite cốt hạt: Khi vật liệu cốt có dạng hạt, ta gọi là Composite

cốt hạt. Hạt khác sợi ở chỗ, nó khơng có kích thước ưu tiên. Hạt thường được sử
dụng để cải thiện một số cơ tính của vật liệu nền, chẳng hạn tăng độ cứng, tăng khả
năng chịu nhiệt, chịu mịn, giảm khả năng co ngót…
1.3.1.3. Vật liệu Composite (FRP) chế tạo canô.
Vật liệu Compositer (FRP) trong chế tạo canô là cốt sợi thuỷ tinh nền nhựa
polyester không no.
* Cốt là những tấm sợi thuỷ tinh băm (sau đây gọi là “tấm sợi băm”), những tấm
vải sợi thuỷ tinh thô (sau đây gọi là “vải sợi thô”), và sợi thuỷ tinh thô (sau đây gọi
là “sợi thô”), dùng làm cốt cho FRP được chế tạo từ sợi dài.
* Mát gồm các lớp sợi liên tục hoặc gián đoạn, phân bố hỗn loạn trong một mặt
phẳng. Các sợi được giữ với nhau nhờ chất liên kết có thể hồ tan hoặc khơng hồ
tan trong nhựa, tuỳ thuộc vào cơng nghệ sử dụng. Tính phân bố hỗn loạn của các sợi
làm cho “mát” có tính đẳng hướng trong mặt phẳng của nó.


8

Vải (hay băng) là một tổ hợp mặt các sợi, các mớ …vv, được thực hiện nhờ kỹ
thuật dệt. Vải gồm:
-

Phương cơ bản (dọc), đó là tập hợp tất cả các sợi song song, phân bố trong
mặt phẳng theo chiều dài của vải.

-

Phương ngang, đó là tập hợp tất cả các sợi bắc ngang qua các sợi dọc.

Người ta phân biệt các loại vải dựa vào loại sử dụng (sợi đơn giản, mớ…), có nghĩa
là dựa vào khối lượng dài của sợi, và vào kiểu tréo sợi dọc và ngang, bao gồm 4

kiểu: Lụa trơn, xa tanh, vân chéo, kiểu đồng phương.
* Nhựa polyester.
Nhựa polyester được sử dụng từ lâu để chế tạo các vật liệu Composite. Dựa trên
mô đun đàn hồi, người ta phân loại polyester: Nhựa nền, nhựa cứng vừa phải và
nhựa cứng. Loại nhựa cứng thường được sử dụng để chế tạo vật liệu composite.
Chúng ta có thể liệt kê một số cơ tính chính của loại nhựa cứng đã đóng rắn.
Khối lương riêng

1.200 kg/m 3

Mơ đun đàn hồi kéo

2,8 đến 3,5 Gpa

Mô đun đàn hồi uấn

3 đến 4 Gpa

Ứng suất phá huỷ kéo

50 đến 80 Mpa

Ứng suất phá huỷ uấn

90 đến 130 MPa

Biến dạng phá huỷ kéo

2 đến 5 %

Biến dạng phá huỷ uấn

7 đến 9 %

Độ bền nén

90 đến 200 MPa

Độ bền cắt

10 đến 20 MPa

Nhiệt độ uấn cong dưới tải trọng (1,8 Mpa)

60 đến 100 0C

* Nhựa polyester có ưu điểm:
-

Cứng.

-

Ổn định kích thước.

-

Khả năng thấm vào sợi và nhựa cao.

-

Dễ vận hành.

-

Chống môi trường hoá học.


9

-

Giá thành hạ

* Nhựa polyeste có nhược điểm sau:

1.4.

-

Dễ bị nứt, đặc biệt nứt do va đập.

-

Độ co ngót cao (khoảng 8 – 10%).

-

Khả năng chịu hơi nước, nước nóng kém.

-

Bị hư hại dưới tác hại của tia cực tím.

-

Dễ bắt lửa.

-

Chịu nhiệt trung bình (dưới 1200C).
CƠ SỞ LÝ THUYẾT THUỶ ĐỘNG HỌC CA NƠ CAO TỐC.
Đa số các canơ hiện nay hoạt động dựa trên lý thuyết thuỷ động học vì hoạt

động trên ngun lý này có hình dáng, kết cấu đơn giản hơn hoạt động trên nguyên
lý khí động học.
Trong đề tài này, canô được thiết kế cũng hoạt động trên nguyên lý thuỷ động
học do đó ta cần tìm hiểu về nguyên lý thuỷ động học của canô cao tốc.
* Lực nâng và lực cản tấm phẳng.
Lực nâng và lực cản của tấm lướt ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ của canơ cao tốc,
do đó ta cần xác định các thành phần lực này để lựa chọn hình dáng đáy canơ hợp lý
nhất nhằm làm nhẹ cho ca nô khi chạy.
Đối với các tàu chạy chậm hoặc tàu thuộc nhóm tàu chạy nhanh đang đứng yên
trên nước phương trình cân bằng được viết dưới dạng trọng lượng tồn tàu đúng
bằng lực nổi.
W =  .V
Trong đó W - trọng lượng tàu (Tấn).

(1.1)

V - thể tích chiếm nước (m3).
 - trọng lượng riêng của nước (T/m3).
Tàu đang chạy, khi sang giai đoạn quá độ lực nâng bắt đầu tham gia vào thành phần
các lực tác dụng lên tàu, phương trình cân bằng sẽ có dạng:
W =  .V1+ L
Trong đó W- trong lượng thân tàu (tấn)

(1.2)


10

Trong đó: V1 - thể tích chìm của phần thân tàu trong trạng thái đang chạy đủ nhanh,
trong mọi môi trường V1L - lực nâng (KG).
Tàu chạy càng nhanh, lực nâng L càng lớn, V 1 càng nhỏ dần, song phương trình
(1.2) ln cân bằng.
Lực nâng xuất hiện trong q trình thân tàu chạy lướt. Dưới tác dụng của ngoại
lực tấm đang nghiêng với góc tấn  , chuyển động với vận tốc v trong nước. khi
chuyển động tấm có tác dụng làm thay đổi hướng dòng, vận tốc dòng chảy trên tấm
chia dòng thành hai phần, phần dưới và phần trên. Điểm 0 nằm tại ranh giới giữa
hai miền đó gọi là điểm giới hạn. Từ định luật Bernoulli có thể xây dựng đường
phân bố áp lực thuỷ động, giá trị lớn nhất của đường này phải rơi đúng vào điểm 0

Hình 1.1: Phân tích lực tấm phẳng.
Từ hình ảnh vừa có người ta có thể xây dựng các cách tính xác định lực thủy
động lên tấm dạng lướt. Tổng cộng tất cả lực pháp tuyến trên hình 1.1 có thể quy tụ
thành lực F tác động vng góc với tấm. Để giúp việc tính tốn thuận lợi chúng ta
sẽ tiếp tục phân F thành các thành phần cấu thành mang ý nghĩa thực tế. Lực F có
thể phân thành hai thành phần F y và Fx, theo hướng trục Oy và Ox tương ứng. Cần

giải thích ngay, trong kỹ thuật thành phần F x chính là lực cản chuyển động của tấm
trong nước, thường được ký hiệu bằng R hoặc D. Thành phần F y thường được gọi là
lực nâng L .
Công suất kéo cần thiết của canô:


11

A = Fx.v = R.v =F.sin.v

(1.3)

Bỏ qua năng lượng tạo sóng lúc chuyển động có thể cho rằng tồn bộ năng
lượng được dùng cho việc đẩy tấm về trước đã dành cho việc tạo các tia nước bắn
tung tóe ra sau. Vận tốc dòng dạng này phải bằng tổng vectơ của vận tốc tấm đang
lướt và vận tốc dòng so với tấm.
Vp = 2.v.cos(/2)

(1.4)

Trong khi đó khối lượng nước bị ném về trước trong q trình chuyển động
của tấm, tính bằng v, với  - mật độ nước (kg/m 3),  - chiều dày dòng các tia
nước bị phun (m).
Động năng của dịng bị phun tung tóe (Spray) có thể tính:
AS = ½.mvp2 = ½.v.(2.v.cos (/2))2 = 2. v3.cos2(/2)

(1.5)

So sánh (1.3) với (1.5) có thể viết:
F.v.sin = 2. v3.cos2(/2)

(1.6)

Từ đó:
F = v2.

2. cos 2 ( / 2)
2. cos 2 ( / 2)
= v2.
2. cos( / 2). sin( / 2)
sin 

(1.7)
Hoặc là F = v2.cotg(/2).
Lực nâng và lực cản tính theo công thức sau:
cot g

L = Fy = F.cos = v2. 2. cos( / 2)
(1.8)
cot g

D = Fx = F.sin = v2. 2. sin( / 2)
(1.9)
Công thức (1.8) cho phép phát biểu rằng, khi đã biết giá trị của v và  chúng
ta có thể xác định ngay được lực nâng L và lực cản D của tấm, nếu biết rõ về chiều
dày lớp nước bị phun tung tóe. Với góc tấn nhỏ chiều dày lớp này được tính theo
cơng thức:
=



4

.l . 2

(1.10)


12

Trong đó: l – chiều dài mặt ướt .
Hình ảnh dòng chảy dưới tấm phẳng (flat planing surface) được giới thiệu tại
hình 1.3. Giới thiệu phân bố vận tốc dịng, áp lực thủy động lên tấm.

Hình 1.2. Giới thiệu phân bố vận tốc dòng áp.
Dòng nước bị bắn ngang dưới khối trụ đáy V được minh họa tại hình 1.3a.
Hướng dịng và vận tốc dịng được trình bày tại hình 1.3b.

Hình 1.3. Hình thể hiện hướng dịng nước.
Với tấm phẳng đang lướt, phân bố áp suất theo chiều ngang đáy được giới
thiệu tại hình 1.4a, cịn phân bố dọc của áp suất được trình bày tại hình 1.4b.

Hình 1.4. Hình phân bố áp suất theo chiều ngang đáy.


13

1.5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ GIỚI HẠN NỘI DUNG.
Thiết kế canơ kéo dù bay là cơng việc khó khăn và phức tạp, địi hỏi người thiết
kế phải có kiến thức và nhiều kinh nghiệm để đảm bảo mọi tính năng của canơ một
cách tốt nhất. Do đó, lĩnh vực nghiên cứu là rất rộng và phức tạp. Nên trong đề tài

này tôi chọn phương pháp nghiên cứu theo canô mẫu vỏ Composite đã có trong
thực tế kiểm nghiệm. Tuy nhiên, trong khoảng thời gian có hạn nên đề tài này chỉ
trình bày một số nội dung sau:
1. Đặt vấn đề.
2. Yêu cầu kỹ thuật đối với canô kéo dù bay và xây dựng nhiệm vụ thư.
3. Tính tốn thiết kế (Đường hình,bố trí chung, kết cấu, ổn định, tốc độ)
4. Thảo luận và kiến nghị.


14

CHƯƠNG II
YÊU CẦU KỸ THUẬT ĐỐI VỚI CA NÔ KÉO
DÙ BAY VÀ XÂY DỰNG NHIỆM VỤ THƯ
Theo Quy phạm phân cấp và đóng tàu thủy cao tốc TCVN 6451 – 2004 thì tàu
cao tốc được hiểu là tàu có tốc độ lớn nhất được tính bằng mét/giây (m/s) hoặc hải
lý/giờ (kn), bằng hoặc lớn hơn trị số tính theo cơng thức sau đây:
V  3,70 0.1667 (m / s ) .
V  7,1922



0.1667

(kn) .

Tốc độ lớn nhất của tàu là tốc độ thiết kế mà tàu khi hạ thuỷ lần đầu có thể đạt
được ở cơng suất liên tục lớn nhất của máy chính, chạy trên biển lặng, ở trạng thái
ứng với đường nước chở hàng thiết kế cao nhất.
Trong đó:  - Thể tích chiếm nước tương ứng với đường nước chở hàng thiết

kế (m3).
Tàu khách cao tốc có thể phân thành 3 nhóm chính:
Nhóm 1: Tàu cao tốc cỡ nhỏ kiểu kết cấu boong hở, được sử dụng để
chuyên chở hành khách hoặc các hàng bưu kiện trên sơng có mớn nước cạn. Thiết
bị đẩy ở đây thường là chân vịt hoặc là thiết bị phụt nước. Lượng chiếm nước của
nhóm tàu này thường khơng vượt q 3 tấn. Sức chở khách cỡ 12 người. Công suất
động cơ cỡ 107 HP, tốc độ cỡ 32 hl/h. Ngoài ra, trên những tàu nhỏ hoạt động trên
sóng lớn, hồ chứa nước và các vùng biển gần bờ có thể sử dụng thiết bị đẩy là chân vịt.
 Nhóm 2: Canơ. Đây là loại tàu cao tốc chở khách được sử dụng phổ biến
trên các tuyến khác nhau. Lượng chiếm nước của chúng có thể đạt tới 25 tấn, với
sức chở khoảng 100 khách và tốc độ  22 hl/h.
 Nhóm 3: Canô chạy biển. Đây là loại tàu cao tốc cỡ lớn nhất. Có lượng
chiếm nước 60 – 70 tấn và lớn hơn, cơng suất động cơ có thể đạt 825 HP.
2.1. YÊU CẦU KỸ THUẬT ĐỐI VỚI CA NÔ KÉO DÙ BAY.


15

2.1.1. Yêu cầu về tốc độ.
Yêu cầu về tốc độ, đối với ca nô kéo dù bay là vấn đề quan trọng hàng đầu khi
thiết kế đòi hỏi phải đạt được. Đặc điểm hình học là một trong các yếu tố làm ảnh
hưởng lớn đến tốc độ và tính năng hàng hải của ca nơ, đặc điểm hình học bao gồm
các kích thước chính và bản vẽ đường hình (hình dạng hình học). Đối với ca nơ kéo
dù bay, tốc độ của ca nô yêu cầu đạt được là rất lớn, khi kéo dù thì vận tốc của canơ
u cầu đạt được phải rất nhanh từ 0 cho đạt đến vận tốc cực đại để kéo cất chiếc dù
lên, khi hạ dù canô chuyển nhanh từ vận tốc cực đại về vận tốc nhỏ để đảm bảo
chiếc dù đang ở vị trí góc lệch lớn nhất được rơi xuống như tự do theo phương
thẳng đứng. Do đó, việc nghiên cứu xác định hợp lý giữa máy và đặc điểm hình học
có vai trị và ý nghĩa quan trọng.
2.1.2. Các u cầu đối với kích thước chính của canơ kéo dù.

- Với nhiệm vụ của canô thiết kế dùng để kéo dù bay, kiêm chở khách phục vụ
du lịch vì thế phải đảm bảo được diện tích và khoảng khơng gian cần thiết để bố trí
chỗ ngồi của hành khách và các thành phần tải trọng có mặt trên canơ như hành lý
và trang thiết bị, các dự trữ khác…
- Các kích thước chính của canơ nên có giá trị nhỏ nhất nhằm đảm bảo được
trọng lượng và giá thành canô.
- Tỷ số giữa các kích thước chính nằm trong giới hạn cho phép nhằm đảm bảo
tính năng hàng hải và tốc độ cuả ca nơ.
Chiều dài L có ảnh hưởng quyết định đến mọi cơng việc như bố trí trên canô và
ảnh hưởng tới trọng lượng vỏ được thiết kế. Chiều dài L lớn thì việc bố trí trang
thiết bị trên canô dễ dàng hơn. Tuy nhiên, sẽ tăng khối lượng vỏ ca nô ảnh hưởng
tới tốc độ của canô. Nếu chiều dài L của canơ nhỏ thì sẽ làm cho việc bố trí trên
canơ gặp khó khăn nhưng đổi lại khối lượng vỏ giảm. Vì vậy, cần phải lựa chọn
chiều dài L của canô một cách hợp lý, phải đảm bảo kết hợp hài hoà giữa sức chở
và tốc độ.
Chiều rộng B của canơ có ảnh hưởng quyết định tới tính năng của canơ. Chiều
rộng B q lớn thì làm cho việc cân bằng dễ dàng hơn, ổn định động khá tốt, tuy


16

nhiên ổn định dọc sẽ giảm. Chiều rộng B nhỏ đưa đến những điều không tốt cho
phương tiện, B quá nhỏ không đảm bảo ổn định ban đầu như mong đợi, ổn định
động của canô rất kém. Canô với B quá hẹp sẽ làm lực nâng đáy khi canô chạy
không đủ độ lớn và hậu quả là canô không nâng nổi mình lên mặt nước dù cố chạy
nhanh. Canơ khơng nâng nổi mình khơng thể chuyển sang chế độ lướt. Tuy nhiên,
ưu điểm của dạng này là ổn định dọc khá tốt, tính êm cũng khá tốt. Đồng thời tỷ lệ
L/B có ảnh hưởng lớn đến chọn chiều rộng B. Như vậy, có thể thấy được rằng chọn
chiều rộng B cho canơ là cơng việc mang tính chất dung hồ, theo đó B được chọn
trên cơ sở thoả mãn rất nhiều điều kiện ngược nhau.

Tỷ lệ B/T theo lý thuyết có ảnh hưởng lớn đến sức cản dư trong giai đoạn đầu
của chuyển động ca nô. Đối với canô cao tốc thì điều này ảnh hưởng đến thời gian
và độ dài quãng đường để ca nô chuyển sang chế độ lướt. B/T lớn đưa ca nơ nhanh
chóng chuyển sang chế độ lướt, mặc dù cấu hình này dẫn đến tình trạng xấu nếu xét
về mặt lắc. Tỷ lệ L/H có ảnh hưởng đến độ bền chung.
Tỷ lệ H/T ảnh hưởng đến tính ổn định và sức cản của canơ. Lựa chọn tỷ số H/T
phải đảm bảo đủ mạn khô theo yêu cầu của quy phạm, phải đủ lực nổi dự trữ do vậy
phải cần lựa chọn H/T hợp lý vì:
Nếu mớn nước T không thay đổi và chiều cao mạn H tăng lên, trường hợp này
thì tính ổn định canơ tăng, giảm bớt tình trạng sóng hắt lên boong, làm tăng chiều
cao kiến trúc thượng tầng, lực cản do gió tác dụng vào ca nơ tăng, khơng có lợi về
tốc độ.
Nếu mớn nước T không thay đổi, giảm chiều cao mạn H thì lúc này trọng tâm
canơ tương đối thấp, ổn định ban đầu của canô được tăng lên, lực cản do gió tác
dụng vào canơ giảm, tuy nhiên ổn định động của canơ giảm, sóng hắt lên boong.
Khi chiều cao H khơng thay đổi, giảm mớn nước T thì sức cản của canô giảm,
tốc độ canô tăng lên, tuy nhiên tính ổn định cũng như tính lắc của ca nơ sẽ giảm
nhanh. Điều này khơng có lợi.


17

Khi chiều cao H không thay đổi và tăng mớn nước T, trường hợp này thì sẽ có
lợi về mặt ổn định và tính lắc của canơ, nhưng lại khơng có lợi cho tốc độ do phần
chìm ca nơ tăng làm diện tích tiếp xúc nước của vỏ tăng nên lực cản lớn.
Các hệ số hình dáng canơ cũng ảnh hưởng đến tính năng của canơ:
Hệ số diện tích mặt đường nước có quan hệ đến tính ổn định, tốc độ và tính hàng hải.
Hệ số diện tích mặt đường nước  có ảnh hưởng nhiều đến một số tính năng
của canơ. Nếu hệ số  lớn, bán kính ổn định ngang ban đầu r 0 sẽ lớn, lúc này tính
ổn định của canơ sẽ tăng lên. Nếu  lớn diện tích mặt đường nước lớn, lúc này mặt

boong sẽ được mở rộng thuận tiện cho việc thao tác và đi lại trên canô.
Nếu  quá bé, nguy hiểm nhất là tính ổn định của canơ giảm, điều này khơng
cho phép.
Hệ số thể tích chiếm nước  có ảnh hưởng lớn đối với các tính năng của canơ.
Nếu hệ số  lớn thì sức cản tác dụng vào canơ sẽ lớn, cơng suất có ích của canơ bị
giảm nhưng bù lại sức chở của canô lại lớn,  lớn cũng làm giảm bán kính ổn định
ngang của canơ, đồng thời làm giảm cao độ tâm nổi Z C0. Điều này làm cho chiều
cao tâm ổn định ban đầu h0 giảm dẫn đến tính ổn định canơ bị giảm. Ngược lại nếu
hệ số  nhỏ, lúc này tính ổn định của canô được tăng lên, đồng thời sức cản giảm
nên tốc độ canô được cải thiện, đáp ứng được yêu cầu thiết kế.
Như vậy trong q trình thiết kế canơ thì ta cần phải chọn các kích thước chính,
tỷ số giữa các kích thước chính và các hệ số hình dáng của canô một cách hợp lý
sao phải đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật đối với canô. Trong phạm vi đề tài thì các
kích thước chính, các hệ số hình dáng của canơ sẽ được lựa chọn trên cơ sở sử lý số
liệu thống kê các canô mẫu đang hoạt động có hiệu quả, đồng thời phân tích các ưu
nhược điểm của canô mẫu.
* Các yêu cầu đối với đường hình canơ.
u cầu kỹ thuật đối canơ, đường hình phải tạo được lực nâng lớn khi chạy để
có thể chuyển sang chế độ lướt nhanh chóng và đường hình canơ phải đơn giản để
q trình chế tạo vỏ dễ dàng.


18

Đường hình ảnh hưởng rất lớn đến tính năng hàng hải của canơ, đặc biết là tính
năng tốc độ. Vì vậy, việc quan trong của người thiết kế là phải phân tích để lựa
chọn được đường hình phù hợp.
Trước khi thiết kế canô chạy nhanh cần thiết thấy rằng không phải canô nào đạt
được số Froude FnV 3 cũng chuyển sang chế độ lướt. Trong khi đó, nhiệm vụ
người thiết kế là phải đưa canô sang chế độ lướt nhằm giảm bớt công suất máy đẩy

canô. Một trong những cách làm đó là chọn đường hình thoả đáng, có khả năng
“bay” khi canô chạy nhanh. Muốn “bay” canô phải hết sức nhẹ, công suất máy đẩy
canô phải đủ mạnh. Cách làm nhẹ canơ lúc “bay” là sử dụng đường hình có khả
năng tạo lực nâng lớn khi chạy.
Hiện nay, có rất nhiều mẫu canơ để người thiết kế phân tích và lựa chọn, mỗi
mẫu có những ưu nhược điểm về lực nâng cũng như các tính năng hàng hải khác.
Tuy nhiên, để lựa chọn các mẫu canô sao cho phù hợp với yêu cầu của nhiệm vụ
thư cũng như đảm bảo các yêu cầu kinh tế - kỹ thuật thì người thiết kế cần phải
phân tích đặc điểm của các mẫu.
Để xác định được các mẫu canơ có lực nâng khi chạy lớn đồng thời đảm bảo tốt
các yêu cầu kỹ thuật đối với canơ, ta cần phân tích một số mẫu canơ có hiện nay.
Hình 2.1 trình bày canơ cỡ nhỏ, chạy nhanh đơn giản nhất và thường gặp nhất.
Đường hình canơ có một đường gẫy khúc, tạo góc gẫy đột ngột tại mạn. Đáy canơ
phẳng, góc vát rất nhỏ. Vách đuôi kiểu transom chiếm gần hết chiều rộng và chiều
chìm canơ, đáy canơ khơng có bậc tạo điều kiện dịng chảy thơng từ mũi đến lái.
Đường dịng bị ngắt tại hai vị trí gẫy đột ngột như nguyên lý nêu trên. Vùng gạch
chéo trên hình, ghi bằng chữ S là vùng sẽ lướt trên nước khi canơ chạy.

Hình 2.1: Mẫu canô 1


19

Với mẫu canơ hình 2.1, đường hình canơ thuộc dạng đơn giản nên thuận lợi cho
việc chế tạo vỏ tàu đồng thời với đáy chữ V rộng nên lực nâng tấm tạo ra lớn khi
canô chạy dễ dàng đưa canô sang chế độ lướt và khi lướt thì diện tích nước nhỏ,
điều này có lợi cho tốc độ canơ.
Hai mẫu tiếp theo hình 2.2 và 2.3 cùng cỡ với canơ trên hình 2.1, song đáy canơ
và mạn được cải biến nhằm tăng tính ngắt dịng. Canơ tại hình 2.2 có một bậc gẫy
khúc tại đáy, đánh số 3, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho ngắt dòng tại đây. Khi canô

“bay” đáy canô chỉ chạm nước tại hai vùng SA và SF.

Hình 2.2:Mẫu canơ 2
Với mẫu canơ hình 2.2, đáy dạng chữ V nên lực nâng tấm khi canô chạy là
lớn, dễ dàng đưa canô sang chế độ lướt, đồng thời khi canơ chạy ở chế độ lướt thì
diện tích tiếp xúc nước của vỏ canơ nhỏ nên có lợi về tốc độ. Tuy nhiên, canơ lại có
một bậc gẫy khúc tại đáy nên tạo cho việc chế tạo vỏ canơ gặp khó khăn hơn.
Hình 2.3 Trình bày một cách tăng cường bậc nhảy được đặt ra là làm thêm
phần phao nối mạn. Phao mạn trên thực tế là phần không tách rời của phần thân
canô song khi kéo dài khoảng 1/3 chiều dài canơ. Thân phao hình gẫy khúc. Như
thế thì khi chạy chỉ phần diện tích SA và SF chấm nước.


20

Hình 2.3: Mẫu canơ 3
Mẫu canơ này có lợi về mặt sức cản khi canô chạy ở chế độ lướt vì diện tích
tiếp nước của canơ lúc này nhỏ, tuy nhiên kết cấu canơ rất phức tạp vì có phần kết
cấu phao mạn hai bên, nên công việc chế tạo vỏ phức tạp hơn nhiều.
Hình 2.4. Giới thiệu đường hình canô dạng xe trượt tuyết. Trong những canô dạng
này chiều rộng canô không đổi song đáy canô được chế tạo lõm vào nhằm nâng cao
khả năng làm việc.

Hình 2.4: Mẫu canơ 4
Mẫu ở hình 2.4, có tính năng hàng hải tốt đặc biệt là rất có lợi về mặt tốc độ
khi canơ lướt, vì khi đạt tốc độ lướt thì diện tích tiếp xúc nước của bề mặt vỏ canơ
giảm. Tuy nhiên, kết cấu cũng hơi phức tạp khơng có lợi trong q trình thi cơng
chế tạo vỏ canơ.
Hình 2.5. Giới thiệu hai kiểu canơ đặc trưng, hình 2.5a là canơ “ba nêm”, đáy
gẫy khúc. Hình 2.5b được gọi là xe trượt của Fox, gồm ba thân nên cịn có tên gọi là

trimaran.