Thiết Kế Sơ Bộ Tàu Câu Cá Ngừ Đại Dương, chương 8 pot

chương 8:
Trình tự tính toán thiết kế tối ưu
tàu đánh cá xa bờ
Theo thực tế tìm hiểu đội tàu nghề cá xa bờ tỉnh Phú Yên và
theo s
ố liệu của Chi Cục Bảo Vệ Nguồn Lợi Thuỷ Sản Phú Yên
cung c
ấp thì tàu cá Phú Yên tương đối hoàn chỉnh, phù hợp với
sóng gió và luồng lạch ở Phú Yên, ít xảy ra tai nạn do tính năng kỹ
thuật và đã đem lại hiệu quả kinh tế cao trong sử dụng. Nhằm nâng
cao chất lượng của con tàu được thiết kế và để tiếp nhận những ưu
điểm của t
àu mẫu dân gian hiện nay, ta tiến hành chọn một số
thông số cho tàu thiết kế dựa vào tàu mẫu, một số thông số khác sẽ
được lựa chọn dựa vào cơ sở lý luận. Với cách tiến h
ành này tàu
được thiết kế ra sẽ khắc phục được những nhược điểm vốn có đồng
thời phát huy được những ưu điểm của tàu mẫu.
Trước hết cần lựa
chọn một số thông số cơ bản của tàu, việc
lựa chọn này sẽ dựa vào hệ thống tàu mẫu của tập hợp tàu nghề
câu cá ngừ đại dương Phú Yên đồng thời kết hợp với những lý
luận mang tính chất lý thuyết. Sau đây là phần trình bày cơ sở lý
thuyết để lựa chọn các yếu tố cơ bản cho tàu.
1. Lựa chọn mớn nước T
Mớn nước T là một trong những kích thước cơ bản của tàu.
M
ớn nước T phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó điều kiện tự
nhiên nơi mà tàu sẽ hoạt động là yếu tố quan trọng nhất. Qua thực
tế tìm hiểu được biết hầu hết các luồng lạch, cảng cá tại Phú Yên
có độ sâu khá lớn.

Theo số liệu thống kê được từ thực tế các tàu câu cá ngừ đại
dương ở Phú Y
ên có mớn nước T nằm trong khoảng 1,401,84(m).
Như vậy, để phù hợp với nhiệm vụ thư thiết kế là tàu câu cá
ng
ừ đại dương, hoạt động xa bờ thì chọn mớn nước T nằm trong
khoảng 1,40T1,84(m).
2. Lựa chọn tỷ số H/T
Tỷ số H/T có ảnh hưởng đến tính ổn định và sức cản của tàu.
Khi l
ựa chọn tỷ số này cần chú ý đến một số điểm sau:
- Bảo đảm đủ mạn khô thoả mãn yêu cầu qui phạm.
- Đủ lực nổi dự trữ.
- Đủ dung tích của tàu.
-
Chú ý đến tính ổn định của tàu.
* N
ếu giữ nguyên mớn nước T, tăng chiều cao mạn tàu H thì:
- Tính
ổn định của tàu tăng.
- Giảm bớt tình trạng nước phủ boong tàu.
- Chi
ều cao mạn khô tăng, lực cản do gió tác dụng vào tàu
tăng không có lợi cho tàu về mặt tốc độ và ổn định.
- Trọng tâm của tàu bị nâng cao, ảnh hưởng đến tính ổn định
ban đầu của t
àu.
-
Gây khó khăn trong thao tác khai thác.
* Nếu giữ nguyên mớn nước T, giảm chiều cao mạn H:

- Trọng tâm của tàu tương đối thấp, ổn định ban đầu của tàu
được tăng lên.
- L
ực cản do gió tác dụng vào tàu giảm.
- Thuận tiện trong khai thác đánh bắt.
- Chiều cao mạn khô thấp nên nước phủ boong tàu. Điều này
r
ất nguy hiểm vì tàu hoạt động xa bờ trong điều kiện sóng gió hết
s
ức phức tạp.
* Nếu giữ nguyên H, giảm mớn nước T của tàu: sức cản tác
dụng vào tàu giảm, tốc độ của tàu tăng lên. Tuy nhiên tính ổn định
cũng như tính lắc của tàu sẽ giảm mạnh. Điều này rất nguy hiểm
không thể chấp nhận được.
* Nếu giữ nguyên H, tăng mớn nước T của tàu: sẽ có lợi về cả
hai mặt ổn định và lắc. Tuy nhiên mớn nước T của tàu bị khống
chế bởi điều kiện tự nhiên nơi mà tàu hoạt động.
Theo số liệu thống kê một số tàu mẫu ở Phú Yên, tỷ số H/T
có giá trị nằm trong khoảng 1,2H/T1,36.
3.Lựa chọn hệ số thể tích nước chiếm 
Hệ số  được xác định:  =
LBT
V
. (2.6)
Trong đó:
- V: thể tích chiếm nước của con tàu (m
3
).
- L,B,T: chiều dài, chiều rộng và chiều chìm của tàu
(m).

C
ũng như hệ số , hệ số  có ảnh hưởng lớn đến các tính
năng của tàu, đặc biệt đối với tàu cá cần sức chở lớn.
Nếu hệ số  lớn thì sức cản tác dụng vào tàu sẽ lớn, công suất
có ích của tàu bị giảm, nhưng bù lại sức chở của tàu sẽ tăng lên.
Khi h
ệ số  lớn thì bán kính ổn định ngang r
0
của tàu giảm
(r
0
=
T
B


12
22
), đồng thời cũng làm giảm cao độ tâm nổi ban đầu Z
C0
(Z
C0
= T



) và chiều cao tâm ổn định ban đầu h
0
giảm (h
0

= r
0
+
Z
C0
- Z
g
). Điều này làm cho tính ổn định của tàu xấu đi không thể
chấp nhận được.
Ngược lại:
Khi hệ số  bé thì tính ổn định của tàu tăng lên, sức cản của
tàu giảm, tốc độ của tàu tăng nhưng sức chở của tàu giảm, không
đáp ứng được y
êu cầu thực tế trong nhiệm vụ thư.
Đối với t
àu câu cá ngừ đại dương, hoạt động xa bờ, thời gian
một chuyến biển dài, do đó cần sức chở tương đối lớn để có thể
chở được nhiều sản phẩm đánh bắt, chứa đủ lương thực, thực
phẩm, nhiên liệu dự trữ v.v kèm theo cho một chuyến biển. Vậy
hệ số  được chọn tương đối lớn. Để bù lại việc tính ổn định của
tàu bị giảm, ta sử dụng các biện pháp như tăng hệ số diện tích mặt
đường nước
 hoặc tăng chiều rộng B của tàu.
Theo số liệu thống kê một số tàu mẫu ở Phú yên, hệ số  có
giá tr
ị nằm trong khoảng 0,590,64.
4.Lựa chọn hệ số diện tích mặt cắt ngang 
Hệ số  được xác định:  =
BT


. (2.7)
Trong đó:
- : diện tích mặt cắt ngang (m
2
).
- B: chiều rộng của tàu (m).
- T: chi
ều chìm của tàu (m).
H
ệ số  ít ảnh hưởng đến tính ổn định cũng như tính lắc của
tàu, nên ở đây hệ số  được chon dựa theo hệ thống tàu mẫu ở Phú
yên. Theo số liệu thống kê ở bảng 2.1 hệ số  có giá trị nằm trong
khoảng 0,900,93. Giá trị phổ biến nhất hiện nay là:  = 0,92.
5. Lựa chọn hệ số diện tích mặt đường nước 
Hệ số  được xác định:  =
LB
S
.
Trong đó: - S: diện tích mặt đường nước (m
2
).
- L: chi
ều dài tàu (m).
- B: chi
ều rộng tàu (m).
H
ệ số  có ảnh hưởng nhiều đến một số tính năng của tàu.
N
ếu hệ số  lớn thì bán kính ổn định ngang ban đầu r
0

(r
0
=
T
B


12
22
) sẽ
lớn, lúc này tính ổn định của tàu sẽ tăng. Mặt khác, khi hệ số  lớn
thì diện tích S sẽ tăng lên, lúc này mặt boong được mở rộng thuận
tiện cho thao tác đánh bắt và đi lại trên tàu. Tuy nhiên lúc này tính
ổn định hướng của tàu sẽ giảm.
Ngược lại:
Nếu hệ số  quá bé sẽ ảnh hưởng đến nhiều tính năng của
tàu, đặc biệt là tính ổn định. Lúc này tính ổn định của tàu sẽ giảm,
điều n
ày không thể cho phép đối với tàu cá. Khi  nhỏ diện tích
mặt boong bị thu hẹp, không thuận tiện trong thao tác đánh bắt, đi
lại trên tàu nhưng trên cơ sở vẫn ổn định cho tàu.
Theo s
ố liệu thống kê một số tàu mẫu ở Phú Yên, ta thấy hệ
số  nằm trong khoảng 0,84   0,89.
6. Lựa chọn các kích thước cơ bản của tàu theo điều kiện
ổn định
Phương trình ổn định của tàu được viết:
B/H
10
229

B
H
B 







(2.8).
Ta có th
ể viết lại (2.8) như sau:
B/H  .
10
)/()/(229 TTHHB




TTH
HB


)/(210
29
/
= y
1
. (2.9)

Ta biết rằng miền xác định của công thức (2.8) theo công
trình nghiên c
ứu của thầy PGS.TS Nguyễn Quang Minh là
1,75
B/H2,75. Do đó miền xác định của hàm số y
1
là:
1,75
y
1
2,75.
Từ biểu thức này ta có thể nhận thấy tỷ số B/H và mớn nước
T tỷ lệ nghịch. Nghĩa là khi tăng giá trị mớn nước T thì tỷ số B/H
sẽ giảm. Ta có thể biểu diễn quan hệ này lên hệ trục (B/H;T) như
hình 2.4
Hình 2.4
V
ới mớn nước T
1
được chọn trước, để tàu thoả mãn điều kiện
ổn định th
ì tỷ số B/H được chọn sao cho: B/H = m 
,
1
m . Ví dụ
điểm M.
Trong đó
,
1
m là nghiệm của phương trình:

B/H =
.
)/(210
29
1
TTH 
7. Lựa chọn các kích thước cơ bản của tàu theo điều kiện
lắc
Theo lý thuyết tàu, chu kỳ lắc ngang của tàu được xác định:
 



0
h
CB
 h
0

 
2
22


BC
(2.10)
Trong đó:
- h
0
: là độ cao tâm ổn định ban đầu

h
0
= r
0
+Z
C0
- Z
g
=
12
22
HT
T
B







 (2.11)
- C = (0,78
0,82): là hệ số quán tính.
Thay h
0
vào (2.10) ta được:
 
 
   

2
22
2
2
2
2
2
22
.///
12
TTHHB
C
TTHTT
T
H
H
B



















   
 
 


















THT
C
THHB /
12

//
2
22
22

 
 
2/1
2
22
2
12
/
)/(



























T
C
TH
TH
H
B







= y
2
(2.12)
Từ biểu thức trên ta có thể nhận thấy tỷ số B/H và T tỷ lệ
thuận nhau nhưng khi T tăng đến một giá trị tới hạn (T
th
) nào đó thì

bi
ểu thức trên vô nghiệm. Trong phạm vi khảo sát những giá trị T
của đề tài này thì biểu thức trên luôn luôn có nghiệm (T<T
th
), điều
này sẽ được minh chứng ở phần tính toán cụ thể sau. Có thể biểu
diễn quan hệ này lên hệ trục toạ độ (B/H;T) như hình vẽ 2.5.


V
ới mớn nước được chọn T=T
1
thì để tàu thoả mãn điều kiện
lắc tỷ số B/H phải được lựa chọn sao cho thoả mãn điều kiện là:
B/H = m
1
,
1
m . Ví dụ điểm N.
Trong đó:
,
1
m là nghiệm của phương trình:

 
 
2/1
1
2
22

2
12
/
)/(



























T
C
TH
TH
H
B







(2.13)
T(m)
B/H
2,75
T
1
0
Hình 2.5
m
1,75
m
i
N
8. Lựa chọn tỷ số B/H cho tàu tối ưu
Để tàu thiết kế ra được tối ưu, đáp ứng được yêu cầu đã đặt
ra, thì các kích thước cơ bản của tàu phải được lựa chọn trong
vùng giới hạn của các đường y

1
,y
2
và B/H =1,75; B/H=2,75. Theo
s
ố liệu thống kê tàu mẫu ở Phú Yên tỷ số B/H có giá trị nằm trong
khoảng: (1,79  2,76).
9. Lựa chọn chiều dài L/B cho tàu thiết kế
Chiều dài tàu được chọn bị khống chế bởi điều kiện luồng
lạch, bến bãi nơi mà tàu hoạt động. Chiều dài L không nên quá dài
để tăng tính cơ động cho tàu. Nhưng chiều dài tàu quá bé thì tính
ổn định hướng của tàu sẽ giảm.
Theo số liệu thống kê hệ thống tàu mẫu ở Phú Yên ta thấy tỷ
số L/B của tàu câu có giá trị nằm trong khoảng: 3,12 L/B 3,80.
T
ừ phương trình nổi (2.2):
P = D = .V = LBT = 
3
2
2
2
2
T
T
H
H
B
B
L
 .

 L/B =
322
1
)/(
1
)/(
1
TTHHB
D


. (2.14)
Trong đó:  = 1,025 (T/m
3
) là trọng lượng riêng của nước biển.
Dựa vào lượng cá đánh bắt (kể cả đá và muối) trong nhiệm
vụ thư ta sẽ xác định được lượng chiếm nước D và từ đó tìm ra
được chiều dài của tàu.
10. Kiểm tra phương trình trọng lượng:
Phương trình trọng lượng được viết như sau:
P =P
i
=P
v
+P
m
+P
c
+P
nl

+P
lttp
+P
tt
+P
bt
+P
l
.
Ta tiến hành xét từng trọng lượng thành phần:
- Tính P
v
: Trọng lượng vỏ tàu P
v
được tính theo công thức
gần đúng của Herner Verhosek:
P
v
= P(LBT). (2.16)
Trong
đó:
L,B,T: là các kích thước cơ bản của t
àu (m).
P: là kh
ối lượng thân tàu trên một đơn vị thể tích thân tàu
(T/m
3
). Giá trị này được tính ở phần sau.
- Tính P
m

: Trọng lượng máy P
m
(kể cả hệ trục tàu) được tính
theo công thức gần đúng sau:
P
m
=n.N
e
. (2.17)
Trong đó:
n: là khối lượng đơn vị tính theo công suất máy (T/ml).
N
e
: công suất máy chính (Ml).
Theo đề nghị của Simpson, đối với t
àu cá thì khối lượng máy
có thể lấy gần đúng như sau:
P
m
= 2M
Ne
. (2.18)
V
ới:
M
Ne
: là khối lượng của máy chính (T).
+ Tính P
nl
: Trọng lượng nhiên liệu được tính theo công thức

gần đúng sau: P
nl
= .
1000
1000
2
tN
q
v
l
N
q
ee

(2.19)
Trong đó:
t: là thời gian đánh bắt (h).
q: lượng ti
êu hao nhiên liệu của máy chính (kg/ml.h).
l: khoảng cách giữa ngư trường và bến (hl).
V: tốc độ tàu (hl/h).
N
e
: công suất máy chính (ml).
N
e
=
m
t
N


. (2.20)
V
ới:
N
t
=
0
33/2
.
C
VD
: Là công suất trên trục chân vịt.
C
0
: là hằng số Hải Quân. Đối với tàu cá C
0
= (100200)

m
: là hiệu suất truyền động, đối với tàu cá truyền động gián
tiếp qua hộp số có thể lấy 
m
= 0,95.
- Tính P
bt
: Lượng dầu bôi trơn được tính theo công thức gần
đúng sau:
P
bt

= (0,020,06)p
nl
. (2.21)
- Tính P
tt
: Trọng lượng toàn bộ thuỷ thủ đoàn (kể cả hành lý
mang theo) được tính như sau:
P
tt
= 0,07i (T). (2.22)
Trong đó:
i: là số thuỷ thủ.
0,07: là trọng lượng bình quân của mỗi thuỷ thủ (T).
- Tính P
lttp
: Khối lượng lương thực, thực phẩm (kể cả nước
ngọt) được tính dựa vào biên chế thuyền viên, thời gian đánh bắt
và định mức cho từng người.
P
lttp
= it




3032  (T). (2.23)
V
ới:
t: là thời gian một chuyến biển.
Định mức 1 ngày 30 lít nước v

à (23) kg lương thực, thực
phẩm cho 1 thuỷ thủ.
- Tính P
l
: Trọng lượng lưới phụ thuộc vào kích cỡ của tàu. Ở
đây ta tính P
l
dựa vào hệ thống tàu mẫu.
Vậy với giá trị các tải trọng thành phần được tính ở trên thay
vào phương trình trọng lượng để kiểm tra, sau đó so sánh với giá
trị lượng chiếm nước D được tính theo lượng cá đánh bắt P
c
.
11. Kiểm tra phương trình tốc độ
Kiểm tra phương trình tốc độ của tàu theo công thức Hải
Quân.
EPS =
0
33/2
C
VD
=
    


0
3
3/2
3
22

///
C
VTTHHBBL

=>
   
4/3
2
3/43/2
3/23/23
0
//









TTHBLV
CEPS
H
B

(2.24)