Thiết Kế Sơ Bộ Tàu Câu Cá Ngừ Đại Dương, chương 7 pdf

Chương 7:
Hệ phương trình thiết kế tàu
theo quan điểm tối ưu
Hệ phương trình thiết kế tàu theo phương pháp truyền thống
gồm 4 phương trình: phương trình trọng lượng, phương trình tốc
độ, phương tr
ình sức chứa, phương trình tính nổi. Với hệ phương
trình này ta tiến hành giải một cách “mò mẫm” vì số ẩn nhiều hơn
số phương trình thiết lập được, thời gian thiết kế dài, khó thực
hiện. Khi thiết kế, nếu kiểm tra lại không đạt ổn định ta phải quay
lại bước xây dựng nhiệm vụ thiết kế nên tốn rất nhiều thời gian,
không hi
ệu quả. Hệ phương trình thiết kế tàu theo quan điểm tối ưu
được ra đời để khắc phục được những hạn chế của phương pháp
thiết kế cũ. Phương pháp thiết kế này bổ sung thêm vào hệ phương
trình thiết kế truyền thống 2 phương trình mới: Phương trình ổn
định và phương tr
ình lắc.
Phương trình trọng lượng: P=P
i
=P
v
+P
m
+P
c
+P
nl
+P
lttp
+P

tt
+P
bt
+P
l
. (2.1)
Trong đó:
- P
v
: trọng lượng vỏ tàu.
- P
m
: trọng lượng máy chính, máy phụ, hệ trục chân vịt.
- P
c
: trọng lượng cá (kể cả đá và muối).
- P
nl
: trọng lượng nhiên liệu.
- P
lttp
: trọng lượng lương thực, thực phẩm (kể cả nước
ngọt).
- P
tt
: trọng lượng thuỷ thủ đoàn.
- P
bt
: trọng lượng dầu bôi trơn.

- P
l
: trọng lượng của lưới.
Tất cả các trọng lượng thành phần đều được tính bằng tấn.
 Phương trình nổi: P = D = .V = 
LBT.
(2.2)
Trong đó:
- D: trọng lượng tổng cộng của tàu (T), lực này thẳng
đứng hướng từ tr
ên xuống, đặt tại trọng tâm tàu.
- V: th
ể tích khối nước mà tàu chiếm chỗ (m
3
).
-
: trọng lượng riêng của nước biển (T/m
3
).
- .V: được gọi là lực nổi, lực này cân bằng với trọng
lượng D của tàu.
Điểm đặt của lực này nằm tại trọng tâm của khối nước mà
tàu chi
ếm chỗ, hướng từ dưới lên.
 Phương trình sức chứa: V = V
i
= V
m
+V
c

+V
p
. (2.3)
Trong đó:
- V
m
: thể tích khoang máy.
- V
c
: thể tích khoang cá.
- V
p
: thể tích các khoang còn lại.
Phương trình tốc độ: EPS =
0
33/2
C
VD 
. (2.4)

Trong đó:
- D: lượng chiếm nước (T).
- V: tốc độ tàu (hl/h).
- C
0
: hằng số hải quân.
- EPS: công suất có ích trên trục chân vịt (ML).
Phương trình ổn định
Ổn định l
à một trong những tính năng hàng hải quan trọng

bậc nhất của tàu. Để đảm bảo ổn định cho tàu nhất là tàu cá, là một
trong những vấn đề bức thiết nhằm đảm bảo an toàn cho tàu
thuy
ền, an toàn cho thuỷ thủ đoàn khi tàu tàu hoạt động trên biển.
Muốn đánh giá một con tàu về mặt ổn định, thông thường
dựa vào các tiêu chuẩn ổn định. Tiêu chuẩn ổn định là thước đo
cần thiết về ổn định, mức ổn định cần thiết đối với tàu đang xét. Có
nhiều tiêu chuẩn ổn định khác nhau như: tiêu chuẩn vật lý (điển
hình là tiêu chuẩn thời tiết của Liên Bang Nga), tiêu chuẩn thống
kê (điển h
ình là tiêu chuẩn của tổ chức quốc tế IMO-1974), tiêu
chu
ẩn ổn định của Đăng Kiểm Việt Nam v.v tất cả các con tàu
thi
ết kế chế tạo đều phải tuân theo các tiêu chuẩn này. Tiêu chuẩn
được áp dụng phổ biến nhất l
à tiêu chuẩn của tổ chức quốc tế
IMO-1974. Trên cơ sở kết quả thống kê của gần 100 tàu bị lật vào
nh
ững năm 60, đem so sánh các đồ thị ổn định của các tàu bị lật
với đồ thị của các tàu tốt cùng loại rút ra được đồ thị tối thiểu với 6
điều kiện:
1. Chiều cao tâm ổn định ban đầu h
0
0,35m.
2.
Cánh tay đòn ổn định tĩnh tại 30
0
l
30

0,2m.
3.
Cánh tay đòn ổn định động tại 30
0
l
đ30
0,055m.
4.
Cánh tay đòn ổn định động tại 40
0
l
đ40
0,09m.
5. Hi
ệu l
đ40
- l
đ30
0,03m.
6. Góc
ứng với tay đòn ổn định tĩnh cực đại 
max
25
0
÷30
0
Ưu điểm của tiêu chuẩn IMO là phù hợp với thực tế (nếu
phương pháp thống kê chính xác), độ tin cậy khá cao, được áp
dụng cho tất cả các loại tàu có boong. Tuy nhiên nó chỉ là kinh
nghi

ệm nên thường lạc hậu, bảo thủ, không phát huy tính sáng tạo,
hơn nữa 6 ti
êu chuẩn này lại ngang quyền nhau, xuất phát từ một
công thức nên cồng kềnh, khó áp dụng, không chặt chẽ, khó phổ
biến.
Các tiêu chuẩn trên là các yếu tố quy định dạng đồ thị tối
thiểu hay còn gọi là đồ thị Read. Đồ thị tối thiểu phân biệt: những
con tàu đảm bảo ổn định khi đồ thị nằm trên đồ thi tối thiểu, c
òn
nh
ững con tàu có đồ thị nằm dưới đồ thị tối thiểu sẽ không đảm
bảo ổn định.
Ngày nay, dựa vào công trình nghiên cứu của thầy PGS.TS
Nguyễn Quang Minh đã khắc phục được những nhược điểm trên.
0,2
0,1
0
30

l
đ
l

l

l
đ
Hình 2.3. Đồ thị ổn định
Đối với tập hợp tàu nghề cá Việt Nam, sau khi tiến hành so
sánh 6 tiêu chu

ẩn nói trên ta nhận thấy rằng tiêu chuẩn số 2 tức:
l
30
0,2m là tiêu chuẩn gay gắt nhất. Điều đó có nghĩa là trên tập
hợp tàu đang xét, chỉ riêng tiêu chuẩn này là bao hàm tất cả các
tiêu chu
ẩn còn lại. Tàu nghề cá thỏa mãn tiêu chuẩn này, là thỏa
mãn tất cả các tiêu chuẩn định ra trong hệ tiêu chuẩn IMO-1974.
T
ừ tiêu chuẩn này, qua các bước biến đổi tính toán dẫn về tỷ
lệ B/H giới hạn, thầy PGS.TS Nguyễn Quang Minh đã rút ra được
kết quả là:
B/H

10
229
B
H
B 







(Tiêu chuẩn Nguyễn Quang Minh)
Như vậy, t
àu thỏa mãn tiêu chuẩn này sẽ đảm bảo ổn định
tương đương với ti

êu chuẩn IMO.
Phương trình lắc
- Lắc là chuyển động mang tính chu kỳ của tàu, xuất hiện khi
tàu chạy trên sóng hoặc trên nước tĩnh. Dao động lắc của tàu bao
g
ồm: lắc ngang, lắc dọc, lắc đứng v.v trong các loại dao động lắc
trên, dao động lắc ngang l
à nguy hiểm nhất.
- Các chuyển động ở dạng lắc ngang, lắc dọc, lắc đứng với
biên độ, cường độ thay đổi tạo n
ên cảm giác khó chịu cho người
làm việc trên tàu, giảm tốc độ tàu, gây nên việc phủ nước mặt
boong làm ướt h
àng hoá, ảnh hưởng sự làm việc của máy móc, sức
bền thân tàu. Yêu cầu đặt ra cho các tàu là có tính đi biển tốt: lắc
êm, gia tốc chuyển động không lớn, không bị lật khi tàu chạy trên
sóng đuổi hoặc cắt chéo hướng sóng, nước không phủ lên boong.
- Bi
ện pháp khắc phục: Lắc là một thuộc tính của tàu nên
không đặt vấn đề là xoá bỏ hoàn toàn. Để hạn chế hậu quả của dao
động lắc th
ì chỉ có thể tìm cách dung hoà hợp lý các mâu thuẫn,
bằng cách tạo ra các mômen ngược với chiều lắc như: dùng các
thiết bị thụ động sẵn có trên tàu (vây giảm lắc,két nước giảm lắc).
Ta có thể làm cho tàu lắc êm hơn bằng cách tăng chu kỳ lắc nhưng
tính ổn định của tàu không cho phép làm điều đó. Nhiệm vụ của
người thiết kế l
à dung hoà hợp lý mâu thuẫn này. Theo lý thuyết
tàu, chu kỳ lắc của tàu được xác định theo công thức:
τ

θ
=
0
h
CB
. (2.5)
Trong đó:
+ τ
θ
: chu kỳ lắc ngang của tàu.
+ C: h
ệ số quán tính.
+ B: chi
ều rộng tàu.
+ h
0
: độ cao tâm ổn định ban đầu.