Thiết kế tàu thủy ( Trần Công Nghị - Nxb ĐH quố gia ) - Chương 2 pptx

CHƯƠNG 2
58
Chương 2
KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA TÀU
Kích thước chính của tàu được xác đònh trên cơ sở phương trình trọng lượng,
đã đề cập tại chương đầu. Như chúng ta đã thực hiện, lượng chiếm nước của tàu,
tính bằng tấn, bằng tổng tất cả trọng lượng có mặt trên tàu tại thời điểm tính,
D = ∑P
i,
i = 1,2,
Mặt khác từ đònh luật Archimedes, D được coi bằng lượng chiếm nước, hiểu
theo nghóa bằng trọng lượng khối nước V bò thân tàu đẩy khỏi vò trí vốn là của
nước.
.DV
=
γ (2.1)
γ - trọng lượng riêng của nước quanh tàu, tính bằng thứ nguyên [t/m
3
]. Với
những đặc trưng của ngành tàu, cho đến nay lượng chiếm nước D vẫn được tính
trong hệ thống metric bằng tấn (MT) hoặc bằng kG trọng lượng, tương đương 9,81
N. Theo cách dùng “bảo thủ” này, trọng lượng riêng của nước vẫn được tính bằng
t/m
3
hoặc kG/l. Kể cả các nhóm trọng lượng tàu trong tài liệu được “cân” bằng kG
hoặc (MT), mà không dùng các đơn vò khác.
Từ công thức (2.1) có thể khai triển:
B
DCLBT
=
γ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ (2.2)

trong đó:
C
B
- hệ số đầy thể tích; L - chiều dài tàu; B - chiều rộng; T - chiều chìm.
Thứ nguyên được dùng cho các đơn vò chiều dài là
m.
Để giải hàm (2.2) chúng ta có nhiều cách thực hiện. Một vài cách thông dụng
để trình bày
D trong hàm các kích thước chính, được giới thiệu tiếp theo như tài
liệu tham khảo.
2.1 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CHÍNH TRÊN CƠ SỞ D VÀ C
B

Như chúng ta đã biết, C
B
là thành phần có ảnh hưởng rất lớn đến sức cản,
và hậu quả trực tiếp là vận tốc tàu, ảnh hưởng trực tiếp đến giá thành tàu,
L cũng
đóng đủ vai trò như vậy và còn liên quan đến bố trí toàn tàu, độ bền chung tàu.
Chiều rộng tàu
B có ảnh hưởng rất lớn đến tính ổn đònh và lắc tàu, T cùng B có
ảnh hưởng không những đến ổn đònh mà còn đến an toàn của con tàu.
Xét các yếu tố liên quan nêu trên, có thể coi chiều dài tàu là hàm của vận tốc
tuyệt đối tàu và thể tích chiếm nước
L = f (v, V).
KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA TÀU
59
Các đại lượng kích thước tương đối của tàu được đònh nghóa gồm:
- Chiều dài tương đối của tàu
l:

3
()
L
lfv
V
==
(2.3)
Đại lượng này cũng là hàm số phụ thuộc vào vận tốc tuyệt đối
v của tàu.
Từ (2.2) và (2.3) cho thấy, hệ số đầy thể tích CB là đại lượng liên quan trực
tiếp đến vận tốc của tàu:
(, ) ( )
B
v
CfvLf
g
L
== (2.4)
Hai đại lượng trực tiếp liên quan đến ổn đònh tàu, chúng ta có thể ghép lại để
hình thành chiều rộng tương đối:
T
B
b
T
=
(2.5)
Bằng cách tương tự, chiều dài tương đối, tính theo
B có thể là:
B
L

l
B
=
(2.6)
Biểu thức (2.3) còn được hiểu là:
()
() ()
23 13
3
3
13 13 13 13
3
1
BB
B
L
B
LL L
BT
l
LBT
VkCkC
kC LBT
//
// //
== = =
⋅⋅
⋅
⋅⋅⋅⋅

hay là:
23 13 13 13

//-/-/
BT B
ll b k C=⋅⋅⋅ (2.7)
Trong khi đó:
12 12 32 12

///-/
BBT
lkClb=⋅ ⋅⋅ (2.8)
Phương trình (2.8) thể hiện rõ rằng l
B
phụ thuộc vào C
B
, l và tất nhiên cả vận
tốc tàu v.
Tập họp các điều vừa dẫn giải chúng ta có thể xếp cách tính kích thước chính
của tàu cùng C
B
và D trong hai nhóm qui ước. Nhóm một sử dụng hệ thống các
biểu thức:
3
()
()
B
B
Dk C LBT
L

lfv
V
v
Cf
gL
=
⋅γ⋅ ⋅ ⋅ ⋅
⎫
⎪
⎪
==
⎪
⎬
⎪
=
⎪
⎪
⎭
(2.9)
Các bước tiến hành để xác đònh các kích thước chính là:

Xác đònh l = f(v) theo vận tốc cho trước, từ đó tính
3
D
Ll=
γ
;

Với v và L đã xác đònh, tính số Froude
v

Fn
g
L
=
, sau đó xác đònh C
B
theo
CHƯƠNG 2
60
Fn dạng
()
B
CfvgL=/
;

Xác đònh b
T
nhằm thỏa mãn yêu cầu ổn đònh tàu;

Kết quả sẽ nhận được hai phương trình tính B và T
T
B
Db
B
k
CL
⋅
=
⋅γ⋅ ⋅
;

()
T
BB
T
bBT
==
/
(2.10)
Nhóm thứ hai sử dụng các quan hệ:
2
3
3
2
;
.
B
T
B
B
BT
Dl b
L
Dk C L
kC
lb
⋅
⋅
=⋅γ⋅ ⋅ =
γ
(2.11)

B
L
B
l
=
;
T
B
T
b
=
(2.12)
Công thức tính
C
B
như (2.4), cách tìm lời giải thực hiện như đã trình bày.
Những công thức gần đúng xác đònh chiều dài tàu, được dùng rất rộng rãi
trong thiết kế tàu do những nhà nghiên cứu tàu tìm ra rất sớm.
Trong các sách dạy đóng tàu của hầu hết các nước, chúng ta có thể tìm thấy
những công thức kinh nghiệm còn mang tính thực tế sau.
Công thức Posdunine
()
2
3
2
L
v
C
v

D
=⋅
+
(2.13)
trong đó hệ số kinh nghiệm C mang giá trò = 7,16 cho tàu vận tải, một chân vòt;
= 7,31 cho tàu hai chân vòt; = 7,92 cho tàu khách. Khi thiết kế sơ bộ có thể chọn
giá trò trung bình cho
C = 7,62.
Công thức Ayre
3
333 167,,
Lv
DL
=+
(2.14)
Đơn vò đo dùng cho công thức này thuộc hệ thống đo Anh - Mỹ.
Công thức Jaeger
33
pp
Lpqpq
=
++ −
trong đó
p = b⋅ D
1/3
⋅
v và q = b
⋅
D
1/3

⋅ (v
2
– 2D
1/3
)
1/2
(2.15)
Trò giá của
b đọc theo hướng dẫn sau đây:
b = 2/3- dùng cho tàu vận tốc trung bình như tàu cận hải, tàu đánh cá;
b = 5/6 cho tàu vận tải, tàu khác;
b = 1 cho tàu khách cỡ lớn.
Vận tốc tại công thức tính bằng
HL/h.
KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA TÀU
61
Công thức Nogid
L
pp
= 2,3(v
1/3
⋅
D
1/3
) (2.16)
trong đó
v là vận tốc khai thác, tính bằng HL/h.
Đồ thò trên hình 2.1 giúp bạn đọc hình dung chiều dài tuyệt đối tàu là hàm
của vận tốc và lượng chiếm nước.

Hình 2.1
Quan hệ giữa L với v và D
2.2 TRỌNG LƯNG TÀU LÀ HÀM CỦA KÍCH THƯỚC CHÍNH VÀ C
B

Trọng lượng tàu trong trường hợp này có thể phân thành ba nhóm:
P
1
- trọng lượng thân tàu và thiết bò
P
2
- trọng lượng máy chính cùng hệ thống
P
3
- hàng hóa cùng lượng dự trữ.
Công thức cân bằng trọng lượng tàu được hiểu là:
12 3

B
CLBT P P Pγ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = + + (2.17)
Theo cách phân tích của chúng ta từ chương trước,
P
1
tỷ lệ với mô đun thân
tàu
LBH, P
2
tỷ lệ với tổng công suất máy đẩy tàu ký hiệu BHP hoặc P
E
, và

P
3
= const, trong trường hợp này.
123
()CB L B T L B H p BHP p Pγ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ + (2.18)
Công thức (2.18) có thể chuyển thành

123
() ()() ()( )
B
CLBBBTB LBBBTBHTBpBHPpPγ⋅ ⋅/⋅⋅⋅ / = / ⋅⋅ / / ⋅⋅ + ⋅ +
hay là
3
3123
1 1 () ()
BB T B T T
ClB b l b hBp BHPp Pγ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ / = / ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ + (2.19)
trong đó
h
T
= H/T, b
T
= B/T, l
B
= L/B.
CHƯƠNG 2
62
Công thức (2.19) còn có thể biến đổi về dạng sau:

233

33
123
11
/
BT
TT
Dv
CB hBp pP
bb C
γ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ ⋅ + + (2.20)
Thay
D = γV vào biểu thức chứa D
2/3
vế phải có thể thấy

323 3
33
123
1
11
/
()
B
T
BT
TT
CBv
b
CB hBp pP
bb C

γ⋅ ⋅ ⋅
γ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ ⋅ + + (2.21)
Sau giản ước công thức (2.21) sẽ có dạng:

23 3
33 2
123
1
11
/
()
B
T
BT
TT
Cv
b
CB hBp BpP
bb C
γ⋅ ⋅
γ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ ⋅ + +
hay là
/
()
()
23 3
32
123
1
11

0
B
T
BT
TT
Cv
b
ChpB pBP
bb C
γ⋅ ⋅
γ
⋅⋅⋅−⋅⋅⋅− −= (2.22)
Phương trình bậc ba của
B được giải theo các phương pháp quen thuộc. Với B
xác đònh từ phương trình các đại lượng khác liên hệ với
B được tìm dưới dạng
()
B
L
LlB B
B
==

1()()
T
T
TbB B
B
=/ =
()

H
TT
T
= (2.23)
2.3 PHƯƠNG TRÌNH TRỌNG LƯNG DẠNG VI PHÂN CỦA KÍCH THƯỚC CHÍNH VÀ C
B

Thiết kế tàu dựa vào tàu mẫu thích hợp cho trường hợp thay đổi kích thước
và các đặc trưng khai thác tàu thiết kế không xa các giá trò tương ứng tàu mẫu.
Thông lệ, các phép tính sẽ có nghóa nếu mọi đổi thay không xa quá giới hạn sau:
Vận tốc tàu ± 4 ÷ 5%
Kích thước chính ± 7 ÷ 10%
Lượng chiếm nước ± đến 20%
Nếu coi các đại lượng miêu tả kích thước chính của tàu đang được thiết kế
L,
B, T,
C
B
thay đổi trong phạm vi hạn chế theo qui ước trên, gia tăng lượng chiếm
nước sẽ bằng tổng các đổi thay thành phần
B
B
DDDD
dD dC dL dB dT
CLBT
∂
∂∂∂
=+++
∂∂∂∂
(2.24)

KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA TÀU
63
Từ công thức cuối có thể biến đổi tiếp, như giả thiết đã đặt ra:
B
B
DDDD
dD dC dL dB dT
CLBT
=+++ (2.25)
Nếu bây giờ chúng ta gộp tất cả trọng lượng cố đònh vào nhóm mang ký hiệu
P, còn các nhóm trọng lượng phụ thuộc vào nhóm F (C
B
, B, H, a, b, c, … ), có thể
viết biểu thức tính
P dưới dạng:

P = D – F(C
B
, L, B, H, a, b, c, … ), (2.26)
và:
dP = dD – dF (2.27)
Bản thân
dF dược khai triển thành:


B
B
F
FFFF F F
dF dC dL dB dT dT dH da

C LBTTH a
∂∂∂∂∂∂∂
= +++++ ++
∂ ∂∂∂∂∂ ∂

Từ đó:
( )()()()
B
BB
D
FDFDFDFFF
dD dC dL dB dT dH da
CC LL BB TT H a
∂∂∂∂∂∂
= − +− +− +− + − −
∂∂∂∂∂∂

(2.28)
Cách làm khác được chấp nhận trong thiết kế như sau. Thay vì các tỷ lệ giữa
các kích thước chính của tàu mẫu và tàu thiết kế, ví dụ
L/B, B/T…, chúng ta có thể
thiết kế trên nguyên tắc sử dụng
tỷ lệ đồng dạng được viết theo dạng sau:
LdL
m
BdB
+
=
+

BdB
n
TdT
+
=
+
(2.29)
HdH
k
TdT
+
=
+

Khi tính chúng ta có quyền gán số gia cho các biến, thậm chí cả trong trường
hợp số gia bằng 0, ví dụ
dT = 0, dH = 0….
Sau giải phương trình sẽ nhận được kích thước chính, hệ số
C
B
và tất nhiên
cả lượng chiếm nước. Để kiểm tra các phép tính, cần thiết kiểm tra gia tăng trọng
lượng
dP
i
theo công thức đã dẫn.


iiiiiii
iB

B
P
PPPPP P
dP dC dL dB dT dT dH da
CLBTTHa
∂∂∂∂∂∂∂
= +++++ ++
∂∂∂∂∂∂∂
(2.30)
Ví dụ 2.1. Từ tàu mẫu với kích thước chính dưới đây:
L
pp
= 135,0m; B = 18,5m; H = 11,5m
T = 7,65m; C
B
= 0,666; D = 13103t
Tàu trang bò máy chính với
BHP = 7800 PS;
Trọng tải tàu
DW = 8200t;
Vận tốc tàu
v = 17 HL/h.
CHƯƠNG 2
64
Cần thiết kế tàu mới chạy với vận tốc 17,5 HL/h, trong điều kiện không thay
đổi chiều chìm
T và trọng tải: dT = 0 và dDW = 0.
Điều kiện bổ sung đảm bảo vận tốc khai thác
dC
B

= –0,006.
73,
LdL
BdB
+
=
+
và
0 621,
HdH
BdB
+
=
+

Thực hiện các đổi thay theo công thức đã trình bày, trong đó công thức tính
từng nhóm trọng lượng tham gia vào
D của tàu như đã đề cập tại chương trước.
Các nhóm trọng lượng thành phần, tính bằng tấn, gồm:
Thân tàu 2681
1- Trang bò tàu 154
2- Cách nhiệt 313
3- Thiết bò trên boong 421
4- Hệ đường ống 115
5- Máy chính cùng hệ thống 761
6- Dầu, nước cho máy 87
7- Trang thiết bò thân tàu 180
8- Hệ thống làm lạnh 100
9- Thiết bò điện 46
10- Sơn 20

11- Các phần khác 25
DW 8200
D 13103
Gia tăng các thành phần trọng lượng đọc từ bảng 2.1.
Bảng 2.1
Quan hệ Công thức
i
B
P
C

i
P
L

i
P
B

i
P
T

i
P
H

i
P
v

1 LBH
++
PPP
dL dB dH
LBH

- 19,9 145,0 - 234,0 -
2 (LBH)
2/3
2/3
⋅
++
PPP
dL dB dH
LBH

- 0,76 5,6 - 8,95 -
3 - - - - - - - -
4 LB
+
PP
dL dB
LB

- 3,12 22,76 - - -
* D
2/3
v
3

)
/( )++ +
PPP 3
2 3 dL dB dT dv
LBT v

(962) 4,75 34,8 84,0 - 170
8 LBH
++
PPP
dL dB dH
LBH

- 1,33 9,75 - 15,7 -
9 - - - - - - - -
10 LBH
++
PPP
dL dB dH
LBH

- 0,33 2,49 - 4,0 -
KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA TÀU
65
Quan hệ Công thức
i
B
P
C

i
P
L

i
P
B

i
P
T

i
P
H

i
P
v

11 LBH
++
PPP
dL dB dH
LBH

- 0,15 1,08 - 1,74 -
12 - - - - - - - -
D

W
- - - - - - - -
D - - 962 30,34 221,57 84 262,4 170

Gia tăng trọng lượng tính theo công thức

( )()()()
iiiiii
B
BB
P
PPPPP
DDDD
dD dC dL dB dT dH dV
CC LLBBTTHV
∂∂∂∂∂∂
= − +− +− +− + −
∂∂∂∂∂∂
∑

Bảng 2.2
Nhóm trọng lượng
Trọng lượng
tàu mẫu
∂
∂
i
B
B
P

dC
C

∂
∂
i
P
dB
B

∂
∂
i
P
dL
L

∂
∂
i
P
dH
H

∂
∂
i
P
dv
v

Hiệu
chỉnh
1 Vỏ thép 2681 - -38,6 -38,6 -36,6 - -115,8
2 Nội thất 154 - -1,49 -1,47 -1,48 - -4,44
3 Cách nhiệt b. máy 313 - - - - - -313
4 Thiết bò boong 421 - -6,09 -6,09 - - 12,1
5 Buồng máy 963 -5,77 -9,2 -9,2 - 85 60,7
6 Cách âm, nhiệt tàu 180 - -2,6 -2,58 -2,58 - -7,76
7 Thiết bò lạnh 100 - - - - - -100
8 Điện 46 - 0,66 -0,64 -0,66 - -1,96
9 Sơn 20 - -0,25 -0,29 -0,29 - -0,87
10 Thiết bò 10 - - - - - -
11 Phụ tùng 15 - - - - - -
12 Sức chở 8200 - - - - - -
D tàu mẫu 13103 Tổng hiệu chỉnh -459,2

Từ đó:

()(,)(,)(,)
,,,
(,),
,
13103 13103 13103
413 962 0 006 30 34 22 157
0 666 135 0 18 5
13103
84 0 264 39 170
765
dL dB

dT dH dV
−= − − + − + − +
+− − −

Nếu coi rằng
73,
LdL
BdB
+
=
+
và
0621,
HdH
BdB
+
=
+

có thể thấy
dL = 7,3dB và dH = 0,621dB, và tính được:
dB = –0,266m; dL = –1,94m; dH = -0,16m; dT = 0 như đã giả thiết.
CHƯƠNG 2
66
Kết quả tính cho tàu thiết kế:
Chiều dài giữa hai trụ 133,06m,
Chiều rộng 18,23
m,
Chiều cao mạn 11,335
m,

Chiều chìm 7,65m,
Hệ số đầy thân tàu 0,66
Lượng chiếm nước 12610
t,
Sức chở 8200 t.
2.4 QUAN HỆ GIỮA CÁC KÍCH THƯỚC HÌNH DÁNG
2.4.1 Chiều dài tàu
Chiều dài tàu L ảnh hưởng lớn đến vận tốc thiết kế của tàu, đến bố trí toàn
tàu và đặc biệt ảnh hưởng đến giá chế tạo tàu. Như chúng ta đã quen trong các
chương khác của tài liệu này, momen uốn chung lớn nếu chiều dài lớn, trọng lượng
vỏ tăng nếu chiều dài tăng, chi phí vật tư đóng vỏ tăng kéo theo chi phí sản xuất
tăng. Xác đònh chiều dài tàu trên cơ sở thỏa mãn nhiều điều kiện cùng lúc, đảm
bảo sức cản tàu nhỏ nhất trong khi đảm bảo độ bền chung của tàu trong mọi
trạng thái khai thác và đặc biệt giá thành chế tạo tàu phải thấp nếu xét từ góc độ
chiều dài tàu.
Những công thức (2.13; 2.14; 2.15; 2.16), cho phép người dùng xác đònh chiều
dài tàu trong thiết kế ban đầu.
Chúng ta còn có thể sử dụng những công thức tương tự do các tác giả tại
nhiều nước khác nhau đề xuất trong khi tính chiều dài thiết kế.
Công thức cải biên từ công thức
Posdanine do Van Lammeren đưa ra:
2
3
2
()
Lv
C
v
D
=⋅

+
(2.31)
Hệ số C trong công thức được tính theo giá trò trung bình đối với:
Tàu khách, tàu hàng một chân vòt,
v = 11 ÷ 16,5 HL/h: 7,16
Tàu khách, tàu hàng, hai chân vòt,
v = 15,5 ÷ 18,5 HL/h: 7,32
Tàu chạy nhanh, vận tốc trên 20
HL/h: 7,93
Với tàu ven biển, công thức dạng này được biết như sau:
2
3
70
2
,( )
pp
L
v
v
D
=
+
; L
pp
tính bằng m (2.32)
2
3
23 2
2
,( )

pp
L
v
v
D
=
+
; L
pp
tính bằng ft (2.33)
KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA TÀU
67
Công thức tính chiều dài theo Ayre:
3
11 10
pp
p
p
L
v
DL
=+ ; L
pp
tính bằng ft, D bằng LT (2.34)
Công thức của giáo sư người Hoa Dương Nhân Kiệt:
Cv
l
v
⋅
= (2.35)

trong đó v vẫn tính bằng HL/h; C = 7,8 khi tính L
pp
.

Hình 2.2 Đồ thò Witty trình bày quan hệ giữa L
pp
- sức chở DW

Hình 2.3 Đồ thò Witty trình bày quan hệ giữa L
pp
– chiều rộng B
CHƯƠNG 2
68
Hình 2.2 trình bày đồ thò xác đònh chiều dài tàu, phục vụ công việc thiết kế.
Đồ thò tại hình trích từ tài liệu Witty, trình bày chiều dài L
pp
trong quan hệ với
sức chở của tàu và vận tốc khai thác. Tài liệu sử dụng trong khi lập đồ thò có gốc
từ USA, do vậy giá trò tuyệt đối từ đây không trùng hoàn toàn với các tàu vùng
khác. Giới hạn trên dùng cho tàu chạy nhanh, giới hạn dưới dùng cho tàu chạy
chậm. Cũng trong đồ thò này, đường chấm gạch giúp cho việc xác đònh chiều dài
tàu chở hàng lạnh, đường gạch rời dùng cho tàu dầu. Đồ thò của Witty dùng cho
tàu đi biển, hình dáng theo kiểu cũ đã được sử dụng của những năm giữa thế kỷ
XX.
Đồ thò tại hình 2.3 cũng do Witty lập, giúp người thiết kế tính chọn chiều dài
tàu khi đã biết chiều rộng. Đồ thò trên đã được chuyển từ hệ thống đo Anh - Mỹ
sang hệ mét.
Tỷ lệ chiều dài trên chiều rộng L/B tàu có ảnh hưởng lớn đến sức cản tàu và
tính giữ hướng. Tỷ lệ này nhỏ, có thể hiểu theo hai nguyên cớ, chiều dài L ngắn
hoặc B rộng thái quá, làm cho sức cản tàu lớn hơn và tính giữ hướng kém. Tỷ lệ

này lớn, kéo theo L lớn không có lợi cho việc tiết kiệm vật tư đóng tàu. Tỷ lệ này
nên chọn trong phạm vi thông dụng sau:
Tàu khách, tàu chạy nhanh 8,0 ÷ 10,0
Tàu hàng - khách 6,0 ÷ 8,0

Tàu hàng 5,5 ÷ 8,0
Tàu kéo 4,5 ÷ 5,50
2.4.2 Chiều rộng tàu
Tàu đi biển thường có chiều rộng B đủ lớn làm tăng tính ổn đònh, song phải
đảm bảo sức cản tàu nhỏ nhất trong điều kiện cho phép. Chọn chiều rộng cho tàu
còn phải lưu tâm đến hạn chế luồng lạch. Chiều rộng tàu bò hạn chế, bởi độ rộng
các kênh, cửa ra vào luồng. Trường hợp chiều rộng kênh bò hạn chế chiều rộng tàu
khai thác trong vùng đang đề cập cũng bò hạn chế. Công thức tính chiều rộng tàu,
xét trong trường hợp không bò hạn chế, theo ý kiến nhà nghiên cứu Schokker nên
nằm trong phạm vi:
B = L
pp
/9 + 3,66 m (2.36)
Theo đề xuất Waston, chiều rộng B, tính bằng m, nên như sau
Tàu chở hàng B = L
pp
/9 + 4,27 m (2.37)
Tàu dầu B = L
pp
/9 + 2,0 m (2.38)
Công thức tương đương khi dùng trong hệ đo hoàng gia UK sẽ là
Tàu chở hàng B = L
pp
/9 + 14 ft (2.39)
Tàu dầu B = L

pp
/9 + 6,5 ft (2.40)
Tàu khách lớn B = L/9 + 20 ft
Đồ thò tại hình 2.4 trình bày mối quan hệ (2.39) và (2.40).
KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA TÀU
69
Đồ thò tại hình 2.4 do Witty đề xuất, trình bày quan hệ giữa chiều dài của tàu
trong quan hệ với chiều rộng, tùy thuộc vào tỷ lệ L/H của tàu.

Hình 2.4
Quan hệ giữa L
pp
và B

Hình 2.5
Quan hệ giữa L
pp
- B tùy thuộc tỷ lệ L/H
CHƯƠNG 2
70
Hình 2.5 trình bày quan hệ giữa chiều dài L
pp
và chiều rộng tàu B, trong hệ
mét, được lập trong những năm sáu mươi, dùng cho tàu vận tải đi biển. Đường
chấm gạch trên đồ thò là hàm hóa của nhóm đồ thò đang nêu.



Một số công thức giúp người thiết kế
chọn chiều rộng B cho tàu vận tải:

07
066
,
,BL= (2.41)
và
075
05
,
,BL= (2.42)

57 5/
L
B
L
=
+
(2.43)





Với các tàu vận tải, chạy nhanh, trong đó kể cả các tàu chở hàng lạnh, có thể
xác đònh tỷ lệ L
pp
/B trong quan hệ với L
pp
thông qua đồ thò hình 2.7.

Hình 2.7 Quan hệ giữa L/B với L dùng cho tàu vận tải
2.4.3 Chiều cao mạn
Chiều cao mạn H cùng hai đại lượng gắn liền với nó, chiều chìm tàu T và
mạn khô tàu F
b
= (H – T), là những kích thước chính mà trong thực tế chúng ta
không thể tính tách rời. Khó có thể đưa ra công thức chỉ xác đònh đơn độc chiều
cao hay chiều chìm tàu. Tuy nhiên ảnh hưởng của H đến độ bền tàu và trọng

Hình 2.6 Quan hệ giữa B với L
KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA TÀU
71
lượng thân tàu, chúng ta có thể xác nhận ngay trong giai đoạn thiết kế. Chiều cao
tàu lớn, momen quán tính mặt cắt ngang tàu lớn.
Quan hệ giữa momen quán tính J và H có thể hiểu là:
2
J
tCH∝⋅ ⋅ (2.44)
trong đó C - chu vi mặt cắt,
∝ - ký hiệu mang nghóa “tỷ lệ với”.
Tàu chiều dài L, khi nổi trên nước tónh hoặc trên sóng chòu tác động momen
uốn lớn nhất M
max
= D
⋅
L/K, trong đó K- hệ số, phụ thuộc kiểu tàu.
Ứng suất tại boong hoặc đáy tàu trong trường hợp này được tính bằng công thức:
max
/
M

D
LDL
J
zKJzKtCH
⋅
σ= = ∝
/⋅ ⋅
(2.45)
Với H lớn, ứng suất tại boong hoặc đáy sẽ nhỏ. Tỷ lệ L/H trong công thức cuối
được mệnh danh là “thước đo” độ bền dọc.
Trọng lượng vỏ tàu có thể hình dung như sau: P
v
= k
⋅
t
⋅
A
H
, trong đó diện tích
A
H
của vỏ dày t được hiểu là A
H
= K⋅ C
⋅
L. Vì rằng, chu vi mặt cắt càng lớn nếu H
lớn, do vậy có thể viết:
P
tH
v

∝
⋅ (2.46)
Thông thường chiều cao H được xét trong quan hệ với F
b
, trong quan hệ H/T
hoặc T/H, gắn liền với kiểu tàu, kiểu bố trí thượng tầng.
Theo đề xuất của Watson
*
chiều cao tàu, tính bằng ft trong quan hệ với chiều
rộng B tính bằng ft có thể biểu thò như sau:


Tàu với độ ổn đònh “vừa phải”

6
14
,
B
H
−
=
, [ft] (2.47)
Tàu với độ ổn đònh “tốt”

9
14
,
B
H
−

= , [ft] (2.48)



Quan hệ giữa chiều cao tàu với chiều dài có thể hiểu như quan hệ tuyến tính,
được xác lập cho kiểu tàu cụ thể. Đồ thò H = f(L) dùng cho tàu dầu, lập theo hệ
thống đo hoàng gia UK được giới thiệu tại hình 2.8 là đại diện tiêu biểu cho
khuynh hướng này.

*
Watson D.G.M., “Estimating Preliminary Dimensions in Ship Design”, TIESS, Vol 105, 1961/1962

Hình 2.8 Đồ thò quan hệ giữa H và L
CHƯƠNG 2
72
2.4.4 Mớn nước
Kích thước này nhạy cảm với hạn chế luồng lạch, cần được để ý đến trong
giai đoạn thiết kế. Thực tế trong ngành đóng tàu cho thấy, hạn chế chiều chìm
tàu là trở ngại khó tránh của tất cả các kiểu loại tàu. Tàu chở hàng cỡ lớn thường
bò hạn chế bởi chiều sâu cảng, tàu cỡ nhỏ bò hạn chế chiều chìm khi thiết kế cho
vùng nước cạn, vùng có nhiều bãi cạn, luồng cạn và hẹp.
Chiều chìm tàu (mớn nước) T trong chừng mức như chiều cao mạn H, khi tăng
lên sẽ kéo theo tăng trọng lượng vỏ tàu.
Tỷ lệ T/H hoặc quan hệ T = f(H) được coi là “thước đo” mạn khô tàu. Xác đònh
chiều chìm lớn nhất của tàu tiến hành trong quan hệ chặt chẽ với mạn khô tàu,
kiểu tàu, kiểu bố trí thượng tầng.
Quan hệ B/T ảnh hưởng rất lớn đến tính ổn đònh tàu và tính lắc của tàu. Tỷ
lệ này lớn tạo cảm giác tàu rất “ổn đònh”, song trong thực tế khi chiều cao tâm ổn
đònh lớn làm cho tàu “cứng”, chu kỳ lắc ngang ngắn, gia tốc lắc tăng gây nguy hại
cho tàu, khó chòu cho người trên tàu. Thông thường tỷ lệ này trên tàu biển thay

đổi trong giới hạn sau.
Bảng 2.2
Tỷ lệ B/T
Tải trọng DW
Tàu chậm Vận tốc trung bình Tàu chạy nhanh
2000 2,24 2,29 2,34
3000 2,23 2,28 2,33
5000 2,22 2,27 2,32
8000 2,21 2,26 2,31
12000 2,29 2,25 2,30

Hình 2.9 Đồ thò T = f(H)
Chiều chìm tàu vận tải đi biển, theo Watson, nên chọn trong phạm vi sau đây
khi dùng đơn vò đo feet, áp dụng cho H và T: T = 2H/3 + 4, [ft] (2.49)
Đồ thò hình 2.9 giới thiệu quan hệ giữa T với H của tàu dùng cho tàu dầu.
KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA TÀU
73
2.4.5 Tỷ lệ các kích thước chính
Tỷ lệ giữa các kích thước tàu có ảnh hưởng đến các tính năng tàu. Tỷ lệ L/B
thường nói lên tính di động của tàu, theo cách nghó này tỷ lệ L/B lớn dùng cho
tàu chạy nhanh. Tỷ lệ giữa B và d (hoặc T) mang ý nghóa tăng hay giảm ổn đònh
tàu, ảnh hưởng lớn đến sức cản vỏ tàu khi chạy trong nước và tính quay trở của tàu.
Tỷ lệ H/T đặc trưng cho tính ổn đònh tàu ở các góc nghiêng lớn, tăng khả
năng chống chìm của tàu.
Những giá trò đặc trưng cho các kiểu tàu được trình bày tiếp theo, căn cứ vào
kết quả thống kê các tàu đóng vào những năm năm mươi đến bảy mươi.
Bảng 2.3 Tỷ lệ các kích thước chính
Kiểu tàu L/B B/T H/T

L/H

Tàu khách đi biển cỡ lớn 7 – 10 2,3 – 3,1 1,36 – 1,7 12 – 15
Tàu khách đi biển 6,5 – 7,5 2,6 –3,2 1,35 –1,45 10 –14
Tàu hàng đi biển cỡ lớn 7,20 – 8,0 2,4 – 2,6 1,30 – 1,50 12 – 14
Tàu hàng đi biển cỡ vừa 6,5 – 7,5 2,3 – 2,5 1,30 – 1,5 10 –14
Tàu hàng đi biển cỡ nhỏ 6,0 – 7,0 2,2 – 2,4 1,2 – 1,4 10 –14
Tàu hàng rời 6,2 – 7,0 2,3 – 2,80 1,7 – 2,0 9 – 11
Tàu container 6,2 – 7 2,7 – 3,0 1,7 – 2 9 – 11
Tàu dầu lớn 6 – 7 2,5 – 3,0 1,29 – 1,40 12 – 14
Tàu dầu cỡ trung 6,6 – 7,5 2,3 – 2,5 1,20 – 1,31 12,5 – 14,0
Tàu kéo đi biển 3 – 4 2,4 – 3,0 1,20 – 1,40 6 – 8
Hệ số đầy (béo) thân tàu xác đònh cho mỗi kiểu tàu cụ thể. Hệ số đầy của các
tàu thường gặp trong thực tế như sau:
Bảng 2.3 Hệ số béo thân tàu
Kiểu tàu C
B
C
W
C
M
Tàu khách đi biển cỡ lớn 0,56 – 0,70 0,70 – 0,80 0,95 – 0,96
Tàu khách đi biển 0,50 – 0,60 0,70 – 0,80 0,85 – 0,96
Tàu hàng đi biển cỡ lớn 0,62 – 0,72 0,80 – 0,85 0,95 –0,98
Tàu hàng đi biển cỡ vừa 0,65 – 0,75 0,80 – 0,85 0,96 – 0,98
Tàu hàng đi biển cỡ nhỏ 0,70 –0,75 0,80 – 0,85 0,96 – 0,98
Tàu hàng rời 0,73 – 0,80 0,78 – 0,83 0,96 – 0,99
Tàu container 0,60 – 0,68 0,80 – 0,85 0,97 – 0,98
Tàu dầu lớn 0,75 – 0,85 0,83 – 0,88 0,98 – 0,99
Tàu dầu cỡ trung 0,72 – 0,78 0,78 – 0,86 0,97 – 0,99
Tàu kéo đi biển 0,45 – 0,55 0,70 – 0,78 0,80 – 0,90

CHƯƠNG 2
74
Các đồ thò trình bày tiếp theo giới thiệu quan hệ giữa tỷ lệ kích thước chính
và kích thước chính hoặc lượng chiếm nước của tàu liner.

Hình 2.10 Quan hệ giữa tỷ lệ L
pp/
/B với L
pp


Hình 2.11 Quan hệ giữa tỷ lệ B/T với L
pp
.

Hình 2.12 Quan hệ giữa tỷ lệ L
pp
./H với L
pp
.
KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA TÀU
75

Hình 2.13 Quan hệ giữa tỷ lệ H /T với L
pp



Hình 2.14 Quan hệ giữa tỷ lệ L
pp

./B với DW


Hình 2.15 Quan hệ giữa tỷ lệ B/T với DW
CHƯƠNG 2
76

Hình 2.16
Quan hệ giữa tỷ lệ L
pp
./H với DWT
Hình 2.17
Quan hệ giữa tỷ lệ H/T với DWT




Hình 2.18 Quan hệ giữa tỷ lệ C
B
với DW tùy thuộc vào vận tốc v (HL/h) tàu