Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thử nghiệm mô hình tàu hai thân bằng vật liệu composite

i
MỤC LỤC

Trang

MỤC LỤC i
DANH MỤC BẢNG x
DANH MỤC HÌNH xi
LỜI NÓI ĐẦU 1
PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ 3
1.TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU. 3
2.TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 5
2.1. Tình hình nghiên cứu trong nước 5
2.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước. 6
PHẦN II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 7
1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TÀU HAI THÂN 7
1.1. Khái niệm 7
1.2. Lịch sử phát triển 7
1.2.1. Các tàu nhiều thân nguyên thủy 7
1.2.2. Chinh phục Thái Bình Dương. 8
1.2.3. Catamaran của người châu Âu và Mỹ 9
1.2.4. Giai đoạn đầu thế kỷ 21 13
1.3. Đặc điểm của tàu hai thân 14
1.4. Phân loại 15
2. TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ TÀU HAI THÂN 15
2.1. Giới thiệu chung 15
2.2. Sơ lược về thiết kế catamaran. 17
2.2.1. Phần vỏ catamaran 17
2.2.2. Thống kê quan hệ giữa các thông số của tàu hai thân Catamaran 19
2.2.3. Một số dạng Catamaran điển hình 20
2.2.3.1. Sêri NPL Southampton 20

- ii -
2.2.3.2. Sê ri Catamaran VWS’89 (dạng có bẻ góc) 21
3. GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU COMPOSITE 23
3.1. Giới thiệu chung 23
3.1.1. Khái niệm 23
3.1.2. Lịch sử hình thành và phát triển 23
3.1.3. Ưu điểm 24
3.2. Phân loại composite 24
3.2.1. Phân loại theo hình dạng 24
3.2.2. Phân loại theo bản chất, thành phần 24
3.3. Cấu tạo của vật liệu composite 25
3.3.1. Polymer nền 25
3.3.2. Chất độn (cốt) 28
3.3.3. Chất pha loãng 29
3.3.4. Chất tách khuôn, chất làm kín và các phụ gia khác 30
3.3.5. Xúc tác – Xúc tiến 31
3.4 Ứng dụng 33
3.4.1. Thế giới 33
3.4.2. Việt Nam 34
3.5. Tầm quan trọng của composite. 34
PHẦN III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 35
CHƯƠNG 1: TÍNH CHỌN CÁC THÔNG SỐ CHÍNH 35
1.1. XÂY DỰNG NHIỆM VỤ THƯ 35
1.1.1. Một vài chú thích về nhiệm vụ thư 35
1.1.2. Mục đích sử dụng 36
1.2. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC CHÍNH 36
1.2.1. Chọn tàu mẫu 36
1.2.2. Tính các số liệu cần thiết 37
1.2.2.1. Hệ số khối lượng tàu không tải 37
1.2.2.2. Khối lượng thiết bị năng lượng 37

- iii -
1.2.2.3. Trọng lượng dự trự lượng chiếm nước 38
1.2.2.4. Trọng lượng thuyền viên, lương thực, thực phẩm, nước sinh hoạt 38
1.2.2.5. Trọng lượng hàng lỏng thay đổi, trọng lượng nước dằn 38
1.2.2.6. Trọng lượng nhiên liệu dầu mỡ, nước cấp 39
1.2.2.7. Phương trình trọng lượng tàu 40
1.3. TÍNH CÁC THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC CHÍNH 42
1.4. TÍNH LẠI LƯỢNG CHIẾM NƯỚC THEO CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH 43
1.5. TÍNH LẠI LƯỢNG CHIẾM NƯỚC THEO CÁC TRỌNG LƯỢNG
THÀNH PHẦN 43
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ ĐƯỜNG HÌNH 45
2.1. CÁC THÔNG SỐ ĐẦU VÀO 45
2.2. KẾT QUẢ 45
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN TÍNH NĂNG 54
3.1. XÁC ĐỊNH CÁC YẾU TỐ THỦY LỰC 54
3.2. TÍNH VÀ VẼ ĐỒ THỊ BONJEAN 54
3.2.1. Đồ thị bonjean. 54
3.2.2. Phương pháp xây dựng. 54
3.3. ĐỒ THỊ THỦY TĨNH 64
3.3.1. Cơ sở lý thuyết 64
3.3.2. Tính diện tích mặt đường nước S 64
3.3.3. Tính thể tích chiếm nước V 65
3.3.4. Tính trọng lượng tàu D 65
3.3.5. Tính hoành độ trọng tâm diện tích mặt đường nước Xf 65
3.3.6. Tính hoành độ tâm nổi Xc. 65
3.3.7. Tính cao độ tâm nổi Zc 65
3.3.8. Tính các hệ số 66
3.4. TÍNH CÁC YẾU TỐ THỦY TĨNH TÀU THIẾT KẾ 66
CHƯƠNG 4: BỐ TRÍ CHUNG 69
4.1. PHÂN KHOANG 70

- iv -
4.1.1. Phân khoang theo chiều dài tàu 70
4.1.1.1. Khoang mũi và khoang đuôi: 70
4.1.1.2. Khoang máy lái 71
4.1.1.3. Khoang chứa lương thực, thực phẩm 71
4.1.1.4. Khoang chứa nước ngọt 71
4.1.1.5. Khoang (két) dầu đốt 71
4.1.1.6. Khoang cách ly 71
4.1.1.7. Khoang máy 71
4.1.1.8. Khu vệ sinh 72
4.1.1.9. Khu vực mặt boong mũi 72
4.1.2. Phân khoang theo chiều cao tàu 72
CHƯƠNG 5: TÍNH KẾT CẤU 75
5.1. GIỚI THIỆU CHUNG 75
5.1.1. Công dụng, vùng hoạt động, quy phạm áp dụng 75
5.1.2. Các thông số cơ bản và tỷ số kích thước của tàu 76
5.1.3. Lựa chọn hệ thống kết cấu 76
5.2. KHOẢNG CÁCH SƯỜN VÀ SƠ ĐỒ PHÂN KHOANG 77
5.2.1. Khoảng cách sườn 77
5.2.2. Sơ đồ phân khoang 77
5.3. TÍNH CHỌN KẾT CẤU 78
5.3.1. Tính toán lớp vỏ 79
5.3.1.1. Lớp vỏ giữa đáy 79
5.3.1.2. Lớp vỏ bao ở đoạn giữa tàu 79
5.3.1.3. Gia cường cục bộ lớp vỏ bao 81
5.3.2. Tính toán boong 81
5.3.2.1. Phạm vi áp dụng 81
5.3.2.2. Chiều dày tấm boong 81
5.3.2.3. Gia cường cục bộ boong 82
5.3.3. Vách kín nước 83

- v -
5.4. TÍNH TOÁN KẾT CẤU GIA CƯỜNG 83
5.4.1. Tải trọng thiết kế. 83
5.4.1.1. Tải trọng thiết kế kết cấu đáy. 83
5.4.1.2. Tải trọng thiết kế kết cấu mạn 84
5.4.1.3. Tải trọng thiết kế kết cấu boong. 85
5.4.1.4. Tải trọng thiết kế thượng tầng và lầu 85
5.4.1.5. Tải trọng thiết kế vách kín nước. 86
5.5. TÍNH TOÁN DÀN MẠN 86
5.5.1. Sườn 86
5.5.1.1. Phạm vi áp dụng 86
5.5.1.2. Lựa chọn quy cách sườn 86
5.5.1.3. Khoảng cách sườn 87
5.5.1.4. Kích thước của sườn 87
5.5.2. Nẹp dọc mạn 89
5.5.3. Tính toán dàn đáy. 90
5.5.3.1. Đà ngang đáy. 90
5.5.3.2. Nẹp dọc đáy 91
5.5.4. Tính toán dàn boong của 2 bên thân tàu (trừ phần cầu nối). 92
5.5.4.1. Xà ngang boong. 92
5.5.4.1. Xà dọc boong 93
5.5.5. Tính toán kết cấu gia cường vách kín nước 94
5.5.6. Tính toán kết cấu gia cường thượng tầng. 95
5.6. TÍNH KẾT CẤU CẦU NỐI 96
5.6.1. Các trường hợp chịu lực 97
5.6.1.1. Tàu trên đáy sóng 97
5.6.1.2. Tàu trên đỉnh sóng 97
5.6.1.3. Tàu chịu xoắn 98
5.6.2. Kiểm tra bền cầu nối 99
5.6.2.1. Tải trọng cầu nối. 99

- vi -
5.6.2.2.Kiểm tra bền cầu nối. 100
5.6.2.3. Xác định đặc trưng hình học mặt cắt dọc cầu nối 103
CHƯƠNG 6: TÍNH ỔN ĐỊNH NGUYÊN VẸN 104
6.1. GIỚI THIỆU CHUNG 104
6.1.1. Loại tàu 104
6.1.2. Vùng hoạt động 104
6.1.3. Qui phạm 104
6.1.4. Các thông số cơ bản 104
6.2 KIỂM TRA TIÊU CHUẨN ỔN ĐỊNH NGUYÊN VẸN 105
6.2.1. Kiểm tra tiêu chuẩn về chiều cao tâm nghiêng ban đầu 105
6.2.1.1 Các trường hợp tải 105
6.1.1.2 Chiều cao tâm nghiêng ban đầu 107
6.2.2 Xác định đồ thị ổn định tĩnh và động 108
CHƯƠNG 7: SỨC CẢN 113
7.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 113
7.1.1. Sức cản sóng 114
7.1.2. Sức cản ma sát 114
7.1.3. Sức cản áp suất 116
7.1.4. Sức cản không khí và gió 117
7.2. TÍNH SỨC CẢN 117
7.2.1. Tính sức cản dư 118
7.2.2. Tính sức cản ma sát 120
7.2.3. Tính sức cản không khí và gió 121
7.2.4. Tính sức cản phụ bổ xung 122
7.2.5. Tính sức cản do tác động của môi trường 123
7.3. TÍNH SỨC CẢN TÀU BẰNG PHƯƠNG PHÁP SAVITSKY 127
CHƯƠNG 8: TRANG BỊ ĐỘNG LỰC 136
8.1. TÍNH CHỌN MÁY CHÍNH 136
8.1.1. Hệ số dòng theo 136

- vii -
8.1.2. Hệ số dòng hút 136
8.1.3. Đường kính chân vịt 136
8.1.4. Hiệu suất thân tàu 137
8.1.5. Hiệu suất xoáy 137
8.1.6. Hệ số dự trữ công suất . 137
8.1.7. Hiệu suất đường trục 137
8.1.8. Hiệu suất hộp số 137
8.1.9. Hiệu suất môi trường 137
8.1.10. Hệ số ảnh hưởng thân tàu 138
8.1.11. Số cánh chân vịt 138
8.1.12. Tỷ số mặt đĩa 138
8.1.13. Chọn máy 139
8.2. THIẾT KẾ CHÂN VỊT ĐỂ SỬ DỤNG HẾT CÔNG SUẤT MÁY 147
8.2.1. Kiểm tra bền theo coâng thức Romson 152
8.2.2. Tính khối lượng và momen quán tính chân vịt 154
8.2.2.1. Tính khối lượng chân vịt 154
8.2.2.2. Momen quán tính 154
8.2.3. Xây dựng bảng vẽ chân vịt 155
8.2.3.1. Kích thước hình học của chân vịt: 155
8.2.3.2. Đặc trưng hình học của cánh chân vịt 156
8.2.3.3. Tính chọn then. 158
CHƯƠNG 9: THIẾT KẾ HỆ TRỤC 159
9.1. CÔNG DỤNG CỦA HỆ TRỤC TÀU VÀ YÊU CẦU KHI THIẾT KẾ HỆ
TRỤC TÀU 159
9.2. PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ HỆ TRỤC 159
9.3. XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC HỆ TRỤC 160
9.3.1. Bố trí đường tâm trục 160
9.3.2. Các kích thước chính của hệ trục 160
9.3.3. Đường kính trục trung gian 161

- viii -
9.3.4. Xác định các kích thước khác 162
9.4. PHƯƠNG ÁN BÔI TRƠN, KẾT CẤU 163
9.4.1. Phương pháp bôi trơn 163
9.4.2. Phương án kết cấu 164
9.5. KIỂM TRA SỨC BỀN TĨNH HỆ TRỤC 166
9.6. XÁC ĐỊNH PHẢN LỰC TRÊN CÁC GỐI ĐỠ. TÍNH ÁP LỰC RIÊNG
CHO PHÉP TRÊN CÁC GỐI ĐỠ 169
9.7. NGHIỆM BỀN HỆ TRỤC 173
CHƯƠNG 10: TRANG THIẾT BỊ 175
10.1. MÁY CHÍNH 175
10.2. THIẾT BỊ LÁI 175
10.2.1. Tính diện tích bánh lái 175
10.2.2. Trục bánh lái 176
10.2.2.1. Phần trên trục lái 176
10.2.2.2. Phần dưới trục lái 177
10.2.3. Bánh lái 178
10.2.3.1. Chiều dày tôn bánh lái 178
10.2.3.2. Xương bánh lái 178
10.2.4. Mối nối giữa trục lái và bánh lái 178
10.2.5. Bulong bích nối 179
10.2.6 . Bích nối trục lái 179
10.2.7. Máy lái 179
10.2.7.1. Tay lái 179
10.2.7.2. Xylanh thuỷ lực 180
10.2.7.3. Bơm thủy lực vận chuyển dầu trong hệ thống 180
10.2.7.4. Két chứa dầu thủy lực trong hệ thống: 180
10.2.7.5. Các phụ kiện đi kèm: 180
10.3. PHƯƠNG TIỆN TÍN HIỆU 180
10.3.1. Phương tiện tín hiệu giao thông 180

- ix -
10.3.2. Pháo hiệu dù đỏ 181
10.3.3. Đèn tín hiệu dự phòng 181
10.4. THIẾT BỊ VÔ TUYẾN ĐIỆN 181
10.5. TRANG BỊ HÀNG HẢI 183
PHẦN IV: QUI TRÌNH CHẾ TẠO MÔ HÌNH 184
1.1. QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ ĐÓNG TÀU COMPOSITE 184
1.2. QUI TRÌNH CÔNG NGHẾ CHẾ TẠO VỎ MÔ HÌNH 184
1.2.1. Công tác chuẩn bị 185
1.2.1.1. Chuẩn bị bản vẽ 185
1.2.1.2. Chuẩn bị nguyên vật liệu 185
1.2.2. Chế tạo khuôn mẫu 186
1.2.2.1. Cắt dưỡng 186
1.2.2.2. Chế tạo khuôn 186
1.2.3. Chế tạo vỏ composite 191
1.2.4. Lắp máy, hệ động lực và bộ điều khiển 192
1.3. QUI TRÌNH SỬ DỤNG MÔ HÌNH 192
1.3.1. Kiểm tra và đổ đầy xăng 192
1.3.2 Kiểm tra pin nguồn của bộ phận điều khiển và tay điều khiển 192
1.3.3 Đóng nguồn bộ điều khiển 193
1.3.4 Kiểm tra bộ điều khiển 193
1.3.5 Khởi động động cơ 193
PHẦN V: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 194
1.1 KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 194
1.1.1 Hình ảnh mô hình hoàn thiện 194
1.1.2 Kết quả thử mô hình 195
1.2 KẾT LUẬN 195
1.3 ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 196
TÀI LIỆU THAM KHẢO 197
- x -

DANH MỤC BẢNG
Trang
Bảng II.1 : Tỉ lệ kích thước theo mô hình sêri NPL 21
Bảng III. 2.1 : Tọa độ điểm đầu cuối của đường cắt dọc 49
Bảng III.2.2: Tọa độ điểm kết thúc của mặt đường nước 49
Bảng III.2.3: Bảng tọa độ đường hình (chiều cao) 50
Bảng III.2.4: Bảng tọa độ đường hình (nửa chiều rộng) 51
Bảng III.3.1: Diện tích mặt cắt ngang  và mômen Moy 55
Bảng III.3.2 : Hydrostatic Properties 67
BảngIII.5.1 : Trị số của C 80
Bảng III.5.2: trị số tối thiểu của gia tốc thẳng đứng ở mút trước. 84
BảngIII.5.3: Ttính momnent quán tính măt cắt ngang sườn mạn 89
Bảng 10: tính momnent quán tính măt cắt ngang đà ngang 91
Bảng 11 : Tính momnent quán tính măt cắt ngang xà ngang boong 93
Bảng 12: Ttính momnent quán tính măt cắt ngang xà ngang boong 95
Bảng 13: Ttính momnent quán tính măt cắt ngang xà ngang boong 96
Bảng 14: Trị số tối thiểu của gia tốc thẳng đứng ở mút trước 100
Bảng 15 : Ttính momnent quán tính măt cắt ngang xà ngang cầu nối 101
Bảng 16: Tính ổn định ban đầu 107
Bảng 17: tính tay đòn ổn định 109
Bảng 19. BẢNG TÍNH SỨC CẢN 124
Bảng 20 : Thông số dùng tính sức cản theo Savitsky 131
Bảng 21 : BẢNG TÍNH SỨC CẢN 1 THÂN TÀU 134
Bảng 23: BẢNG TÍNH CHÂN VỊT CHỌN MÁY 141
Bảng 21: CÁC THÔNG SỐ KHÁC 142
Bảng 24: BẢNG TÍNH CHÂN VỊT SỬ DỤNG HẾT CÔNG SUẤT MÁY 148
Bảng 25: Thông số chính chân vịt: 149
Bảng 26: Đường bao cánh chân vịt 149
Bảng 27: BẢNG TỌA ĐỘ CÁC PROFIL CÁNH 150
Bảng 29 : Phương tiện tín hiệu giao thông 181

Bảng 30: Định mức trang thiết bị: 182
Bảng 31: Trang thiết bị hàng hải 183
- xi -
DANH MỤC HÌNH
Trang
Hình I.1: Tàu Thanh Vân – 05 5
Hình I.2 : Tàu hai thân đóng mới theo thiết kế của nước ngoài 6
Hình II.1: Tàu hai thân nguyên thủy 7
Hình II.2: Catamaran nguyên thủy của New Guinea 9
Hình II.3: Trimaran của người Philippine cổ 9
Hình II.4: Trimaran của Miller 10
Hình II.5: Catamaran quân sự Demologos 10
Hình II.6: Catamaran Castaila 11
Hình II.7: Catamaran Calais - Dover 12
Hình II.8 : Catamaran khách cao tốc Express 12
Sơ đồ II.1: Tần suất xuất hiện của Catamaran theo chiều dài L 19
Sơ đồ II.2: Tần suất xuất hiện của tỉ soosL/B (chiều dài trên chiều rộng toàn bộ) 19
Sơ đồ II.3: Tần suất xuất hiện của tỉ sốL/H (H là chiều cao mạn) 19
Hình II. 10: Mô hình sơ đồ thân vỏ và các ký hiệu 20
Hình III.2.1: Lưới 3D nửa thân tàu thiết kế trong Autoship 46
Hình III.2.2: Lưới 3D toàn bộ thân tàu thiết kế bằng Autoship 47
Hình III.2.3: Mô hình 3D thân tàu trên Autoship 48
Bảng III.3.3: Hull Form Coefficients (with appendages) 67
Hình III.5.1: Sơ đồ phân khoang của tàu thiết kế. 77
Hình III.5.2: Phân bố gia tốc thẳng đứng 85
Hình III.5.3 Quy cách của sườn. 86
Hình III.5.4: Ký hiệu b, d 88
Hình III.5.5: Tàu trên đáy sóng 97
Hình III.5.6: Tàu trên đỉnh sóng 97
Hình III.5.7: Tàu chịu xoắn 98

Hình III.5.8: Đặc điểm hình học mặt cắt dọc cầu nối. 99
Hình III.5.9: Đặc điểm hình học mặt cắt ngang cầu nối 99
Hình III.7.1: Đồ thị xác định hệ số sức cản ma sát 115
Hình III.7.2: Đường cong sức cản dư 120
- xii -
của các tàu có tỷ số L/B khác nhau 120
Hình III.7.4: Đồ thị Savitsky 1964 130
Hình III.8.1: Đồ thị chọn máy 143
Hình III.8.2: vẽ hình khai triển, hình chiếu thẳng, 151
hình chiếu cạnh, của cánh chân vịt 151
Hình III.8.3: Vẽ đường cắt của mặt bụng 151
cánh chân vịt và củ chân vịt 151
Hình III.8.4: xác định các giá trị b
1
, b
2
, b 157
Hình III.9.1 Phương án bố trí hệ trục 160
Hình III.9.2: Sơ đồ bố trí hệ trục 165
Hình III.9.3 Sơ đồ kiểm tra sức bền tĩnh của hệ trục 167
Hình IV.1: Đà dọc tâm của thân 187
Hình IV.3: Khuôn đã dựng xong sườn 188
Hình IV.4: Khuôn đã được tháo các thanh giằng ngang ở mỗi sườn 189
Hình IV.5: Khuôn dưới đã ốp xong mica 189
Hình IV.6 : Đà dọc tâm thượng tầng 190
Hình IV.7 : Khuôn phần thượng tầng đã tháo xong thanh giằng ngang 190
Hình IV.8 : Khuôn phần thượng tầng đã ốp xong mica 191


1

LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây, ngành đóng tàu nước ta đang phát triển mạnh mẽ.
Nhiều nhà máy, cụm công nghiệp đóng tàu được đầu tư xây dựng trên khắp các tỉnh
thành ven biển, nhiều dự án mới, hợp đồng mới liên tiếp được ký kết, tỉ lệ nội địa
hóa của ngành đóng tàu ngày một nâng cao.
Tuy nhiên, năng lực cạnh tranh của ngành đóng tàu nước ta còn thấp, công
nghệ còn lạc hậu, trình độ quản lý yếu kém, chủ yếu dựa vào lợi thế giá nhân công
rẻ. Điều này khiến ngành đóng tàu nước ta phát triển chưa bền vững.
Để cải thiện năng lực cạnh tranh của ngành đóng tàu, một trong những điều
kiện quyết định hàng đầu là phải đào tạo được đội ngũ kỹ sư giỏi, có khả năng đáp
ứng mọi yêu cầu công việc.
Một trong những kĩ năng còn hạn chế của các kỹ sư đóng tàu Việt Nam là
khả năng thiết kế tàu, hầu hết các bản thiết kế của các tàu lớn đều được mua từ nước
ngoài. Chính vì vậy, việc đào tạo kỹ sư thiết kế tàu là vấn đề cần quan tâm ở các
trường có đào tạo ngành đóng tàu. Có như vậy, con tàu Việt Nam mới vươn được ra
khơi xa, ngành công nghiệp tàu thủy Việt Nam mới có điều kiện bắt kịp, đón đầu
ngành công nghiệp tàu thủy của các nước tiên tiến trên thế giới .
Đồ án tốt nghiệp giúp sinh viên hệ thống hóa lại toàn bộ kiến thức chuyên
ngành đã được học. Mặt khác, nó còn trang bị cho sinh viên khả năng tư duy, tính
toán, thiết kế và công nghệ đóng tàu, nó trang bị cho sinh viên những kỹ năng cần
thiết để làm cơ sở cho việc thiết kế những con tàu thương mại sau này.
Sau thời gian bốn tháng làm việc với tinh thần khẩn trương nghiêm túc, với
sự hướng dẫn tận tình của thầy Huỳnh Văn Nhu, nhóm em đã hoàn thành đề tài tốt
nghiệp “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thử nghiệm mô hình tàu hai thân bằng
vật liệu composite”.



- 2 -
NỘI DUNG THỰC HIỆN

1. Đặt vấn đề.
2. Cơ sở lý thuyết.
3. Tính toán thiết kế.
4. Chế tạo mô hình.
5. Kết luận và đề xuất ý kiến.
Chúng em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy Huỳnh Văn
Nhu, sự ủng hộ giúp đỡ của các thầy trong khoa !
Nha Trang, tháng 01 năm 2011.
Nhóm sinh viên thực hiện:
NGUYỄN ĐỨC QUYÊN
VŨ VĂN HẢI
VŨ VĂN DU
ĐINH NGỌC ĐƯỜNG
NGUYỄN THANH LIÊM.














- 3 -
PHẦN I

ĐẶT VẤN ĐỀ

1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU.
Trong những năm gần đây, ngành đóng tàu nước ta đang có những bước phát
triển mạnh mẽ. Chúng ta đã đóng được những con tàu có tải trọng lớn được bạn
hàng trong nước và quốc tế đánh giá cao. Tuy nhiên, loại tàu chúng ta đóng chủ yếu
vẫn là tàu hàng khô, tàu hàng rời, tàu dầu cỡ nhỏ… Đây là những loại tàu có giá trị
kinh tế không cao. Thông thường giá thành của một chiếc tàu hàng thường chỉ từ
vài đến vài chục triệu đô la, trong khi đó giá thành của một du thuyền du lịch có thể
có giá vài trăm triệu đến cả tỉ đô la.
Thị trường du thuyền du lịch những năm trở lại đây liên tục phát triển, nhiều
du thuyền sang trọng đã được ra đời, đặc biệt là các du thuyền cá nhân phục vụ cho
giới doanh nhân, giới thượng lưu. Trong các loại du thuyền cá nhân thì du thuyền
hai thân vẫn được đặt hàng nhiều nhất do có nhiều ưu điểm như tính ổn định cao, độ
lắc êm và tốc độ vượt trội so với tàu một thân cùng kích cỡ. Tàu có sức cản thân tàu
nhỏ, độ an toàn cao, ít lắc, mặt boong khai thác rộng và có chi phí sử dụng thấp nhất
trong các loại tàu cao tốc. Tàu hai thân còn là loại tàu có hình dáng đẹp xét về mỹ
thuật và cảnh quan du lịch.
Hiện nay, các nước Bắc Âu, Anh, Pháp, Mỹ, Úc…đang là những nước có thế
mạnh về đóng du thuyền. Vì lý do về môi trường, sức khỏe người dân, giá trị
thương mại…mà những nước này đã và đang chuyển từ đóng tàu hàng sang đóng
các loại tàu có giá trị thương mại cao như du thuyền.
Thực tế này đặt ra cho ngành đóng tàu nước ta một câu hỏi: tại sao chúng ta
không đóng các loại tàu có giá trị thương mại cao như du thuyền cá nhân? Vẫn biết
rằng đóng du thuyền thì đòi hỏi trình độ kỹ thuật cao hơn nhưng với sự quan tâm và
đầu tư thích đáng chúng ta hoàn toàn có thể đóng được loại tàu này. Song song với
việc đóng các loại tàu vận tải thông thường, chúng ta nên đầu tư phát triển đóng các
- 4 -
loại tàu có giá trị cao như tàu du lịch. Đây là một hướng đi mới đầy khả quan cho
ngành đóng tàu nước ta bởi lẽ với sự phát triển của ngành du lịch, nhu cầu vui chơi,

giải trí, nghỉ dưỡng của người dân thì thị trường tàu du lịch, đặc biệt là những du
thuyền cá nhân như tàu hai thân sẽ ngày một phát triển.
Từ khi ra đời đến nay, vật liệu composite đã chứng minh được tính ưu việt
của mình. Với những ưu điểm như độ bền cao, nhẹ, dễ tạo hình, tính thẩm mỹ
cao…vật liệu composite đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, trong đó có ngành
đóng tàu. Việc ứng dụng vật liệu composite để chế tạo du thuyền hiện đã rất phổ
biến.
Ở Việt Nam hiện nay, việc nghiên cứu và chế tạo tàu hai thân vỏ composite
vẫn còn ít được quan tâm. Một số cơ sở khoa học đã bắt tay vào việc nghiên cứu
chế tạo tàu hai thân vỏ composite, tuy nhiên kết quả thu được chưa nhiều. Việt Nam
vẫn chưa có quy phạm hướng dẫn việc phân cấp và chế tạo tàu hai thân vỏ
composite. Một số cơ sở sản xuất đã chế tạo loại tàu này tuy nhiên kích thước còn
nhỏ, thiết kế phải đi mua của nước ngoài. Do vậy muốn phát triển lĩnh vực đóng tàu
du lịch vỏ composite tại Việt Nam thì việc nghiên cứu thiết kế loại tàu này là công
việc quan trọng trước mắt. Chúng ta cần có những tài liệu và bản thiết kế do chính
người Việt Nam thực hiện.
Với một sinh viên chuẩn bị ra trường, đề tài tốt nghiệp là cơ hội tốt để sinh
viên củng cố lại kiến thức, trang bị cho mình những kỹ năng cần thiết mà một kỹ sư
cần phải có. Việc lựa chọn đề tài rất quan trọng với những sinh viên năm cuối.
Sau khi bàn bạc cân nhắc kỹ lưỡng, nhóm chúng em đã thống nhất lựa chọn
đề tài “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thử nghiệm mô hình tàu hai thân bằng
vật liệu composite”,dưới sự hướng dẫn của Th.s Huỳnh Văn Nhu.
Mục đích nghiên cứu của đề tài nhằm cung cấp cho sinh viên những kiến
thức cơ bản nhất về tàu hai thân, trang bị cho sinh viên khả năng thiết kế loại tàu
này, ngoài ra còn trang bị những kiến thức thực tế khác.


- 5 -
Ý nghĩa của đề tài
-Là cơ hội để sinh viên tổng hợp lại kiến thức trước khi ra trường, đồng thời

trang bị cho sinh viên những kỹ năng mà một kỹ sư cần phải có.
-Rèn luyện khả năng làm việc nhóm.
-Trang bị cho sinh viên nhiều kiến thức thực tế bổ ích cần thiết cho công việc
sau này.
-Đề tài có ý nghĩa thực tế, có tính ứng dụng cao.
2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC
2.1. Tình hình nghiên cứu trong nước
Ở Việt Nam hiện nay đã có một số cơ sở nghiên cứu và chế tạo tàu hai thân
bằng vật liệu hợp kim nhôm và composite.
Viện Nghiên cứu Chế tạo Tàu thủy –Trường Đại học Nha Trang
(UNINSHIP) là một trong những cơ sở đầu tiên tại Việt Nam nghiên cứu và chế tạo
thành công tàu hai thân bằng vật liệu composite.








Hình I.1: Tàu Thanh Vân – 05


Ngoài ra một số cơ sở khoa học khác cũng đang có những đề tài nghiên cứu
về tàu hai thân như đại học Bách Khoa Hà Nội, khoa Kỹ Thuật Giao Thông – đại
học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh….
- 6 -
Hiện nay, một số cơ sở sản xuất trong nước như Công ty Cổ phần Công nghệ
Hải Long (Hải Phòng), Công ty Viễn Đông (Hà Nội)… đã sản xuất một số loại tàu
hai thân phục vụ du lịch và tuần tra. Tuy nhiên, các công ty này đều sử dụng thiết kế

của nước ngoài.










Hình I.2 : Tàu hai thân đóng mới theo thiết kế của nước ngoài

2.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước.
Ở các nước có thế mạnh đóng tàu từ lâu như các nước Bắc Âu, Nga, Mỹ,
Canada, Australia… việc nghiên cứu và chế tạo tàu hai thân không còn là vấn đề
mới mẻ. Việc thiết kế tàu hai thân đã thu được nhiều kết quả khả quan tuy nhiên có
rất ít tài liệu được ban hành về hướng dẫn thiết kế catamaran một cách chi tiết. Các
mẫu tàu đang được sử dụng đều là độc quyền của một số công ty, tài liệu thiết kế
các loại tàu đó vẫn là bí mật công nghệ.






- 7 -
PHẦN II
CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TÀU HAI THÂN
1.1. Khái niệm
Tàu nhiều thân (multi hull ships) là tên gọi chung của các tàu: tàu hai thân
giống nhau (catamaran); tàu hai thân không giống nhau (proa); tàu hai thân (ba
thân) có diện tích mặt đường nước nhỏ (SWATH – Small Waterplane Area Twin
(Tri) Hull ); tàu ba thân giống nhau (trimaran); tàu có thân phụ (Ship With
Outrigger); tàu bốn thân (Four Hull Ship); và thậm chí năm thân (Penta Hull Ship).
1.2. Lịch sử phát triển.
1.2.1. Các tàu nhiều thân nguyên thủy.
Tàu nhiều thân được đề cập lần đầu tiên vào thời cổ đại. Người La Mã đã
xây dựng một hạm đội lên đến 400 chiếc tàu hai thân. Hình II.1 giới thiệu mẫu tàu
chiến hai thân của người La Mã cổ đại.











Hình II.1: Tàu hai thân nguyên thủy

- 8 -
1.2.2. Chinh phục Thái Bình Dương.
Tàu biển đầu tiên vượt Thái Bình Dương là các catamaran được chế tạo bởi
các công cụ bằng đá. Giao thông thủy đã bắt đầu sử dụng các thân cây rỗng như là
tàu một thân. Để tăng tính ổn định, một thân cây nhỏ được lắp ở bên hông như một

thân phụ. Thân phụ có thể có kích thước nhỏ hơn và đặt sát với thân chính.
Những chuyến hải hành xa hơn đã khơi dậy sự phát triển của catamaran bao
gồm hai thuyền lớn gắn với nhau bởi các thanh ngang và các thanh ngang nối với
nhau bằng một sàn phẳng. Theo các thủy thủ người châu Âu ở thế kỉ 12-18, bao
gồm James Cook (1728-1779), thời bấy giờ đội tàu của châu Đại Dương đã có
nhiều catamaran. Chẳng hạn như người Tahiti có 160 catamaran, thường có chiều
dài khoảng 18 – 24m. Catamaran lớn nhất dài 40m và có thể chuyên chở 144 người
chèo và 39 chiến binh. Một số tàu chiến Tahiti có thể vận chuyển hàng trăm chiến
binh.
Catamaran rất cần thiết cho các chuyến hải hành dài ngày, khi không chỉ có
chiến binh mà còn cả phụ nữ và trẻ em đi theo tàu. Nó cần phải mang theo thực
phẩm, gà vịt và trâu bò. Catamaran và các tàu có thân phụ nhỏ phục vụ cho mục
tiêu giao thông và trinh sát.
Trong thế kỷ 18, người châu Âu đã tìm thấy các tàu quân sự cỡ lớn của các
bộ lạc người Maori ở New Zealand. Huyền thoại Maori kể rằng tổ tiên của họ đến
từ miền trung Polynesia trên những con tàu nhiều thân.
Từ địa phương “kattoo maran” có nghĩa là “những thân cây được ghép lại
với nhau” trở thành catamaran được thừa nhận như hiện nay.







- 9 -

Hình II.2: Catamaran nguyên Hình II.3: Trimaran của người
thủy của New Guinea Philippine cổ

1.2.3. Catamaran của người châu Âu và Mỹ.
Vào thế kỷ 17, sau 2000 năm quên lãng, catamaran đã trở lại châu Âu. Bá
tước W. Petti của nước Anh đã chế tạo mẫu catamaran Simon & Iude (khoảng năm
1660) nhằm chứng minh tính ưu việt của catamaran so với tàu một thân truyền
thống. Được tái tạo năm 1669, catamaran có chiều dài 10m, chiều rộng mỗi thân
1,2m, có thể đạt được vận tốc 15-20 hl/h với tính năng hàng hải thỏa đáng. Bá tước
W. Petti cũng chế tạo 3 catamaran chạy buồm Invention II, Experiment và St.
Michael and Archangel.
100 năm sau, P.Miller của Scotland đã chú ý đến tàu nhiều thân. Trong thời
gian từ 1786-1789 ông đã chế tạo catamaran Experiment dài 34m, chiều rộng một
thân 4m, với 5 cột buồm và 4 bánh guồng giữa các thân. Ông cũng chế tạo 2
trimaran (hình II. 4). Một trong số chúng đã đi đến Stockholm và St.Petersburg.

- 10 -

Hình II.4: Trimaran của Miller

Những tiến bộ sâu hơn về công nghệ tàu nhiều thân gắn liền với Robert
Fulton. Vào năm 1804 tàu Monarch của Anh có trang bị cả mìn đã đến cảng
Buologne để tấn công hạm đội của Pháp. Năm 1812 các phà hơi nước đầu tiên
Jersey và York được chế tạo để chạy trên hành trình New York – New Jersey. Cùng
năm này, khi Mỹ tuyên chiến với Anh, thiết kế của Robert Fulton được sử dụng để
chế tạo catamaran loại Demologos trang bị một động cơ hơi nước (hình 5). Tàu
được hạ thủy vào 29/10/1814. Nhiệm vụ của con tàu này là bảo vệ cảng và bờ biển
New York.









Hình II.5: Catamaran quân sự Demologos


- 11 -

Phà hai thân được chế tạo ở Anh vào những năm 1820. Mỗi thân được trang
bị một động cơ hơi nước dẫn động guồng quay đặt giữa các thân. Việc đảo chiều
nhanh có thể thực hiện trong vòng một phút. Vận chuyển khách và hàng qua eo biển
Manche là nhiệm vụ của catamaran Castalia dài 90m được đóng vào năm 1874
(hình 6). Nó có khả năng vận chuyển 1000 khách trong các buồng ở tiện nghi.
Castalia hoạt động trong khoảng hai năm. Nó có tính năng hàng hải tốt nhưng tốc

độ chỉ có 11hl/h, thấp hơn nhiều so với tàu một thân. Thời điểm đó, sự cạnh tranh
về giao thông cao tốc yêu cầu phải hiện đại hóa nó, và sau đó nó bị thải hồi.










Hình II.6: Catamaran Castaila

Ba năm sau, vào năm 1877, tàu hai thân lớn nhất thế kỷ 19, phà Calais –
Dover được đóng mới. Tốc độ chạy thử trên biển với lượng chiếm nước 2000 tấn và
công suất 4000 mã lực là 14hl/h.





- 12 -

Hình II.7: Catamaran Calais - Dover

Có trên 12 catamaran lắp máy hơi nước chạy trên sông Mississippi trong thế
kỷ 19. Chúng có 3 guồng quay, hai cái lắp bên ngoài các thân, cái còn lại lắp giữa
hai thân. Do tính năng kém trong quá khứ, thế kỷ 20 bắt đầu với không nhiều sự
quan tâm đến catamaran. Catamaran khách cao tốc Express được đóng tại Liên Xô
năm 1939. Nó có lượng chiếm nước 46 tấn, lắp máy 3000 hp, do V.A.Gartwieg
thiết kế, đã phá kỷ lục với tốc độ 100km/h. Du thuyền Venturi đóng ở Mỹ năm 1949
đã đạt tới tốc độ 26hl/h.












Hình II.8 : Catamaran khách cao tốc Express

- 13 -
1.2.4. Giai đoạn đầu thế kỷ 21
Dù gặp nhiều thất bại trong vận hành, tàu nhiều thân vẫn thu hút được sự
chú ý ở nửa sau của thế kỷ 20. Khả năng chở và tốc độ được nâng cao, tính năng
hàng hải và tiện nghi được cải thiện cùng với chi phí thấp là những ưu điểm của
catamaran mới được chế tạo. Chương trình R&D tập trung vào hệ thống giao thông

tiên tiến đang được phát triển ở nhiều nước.
Catamaran dạng cắt sóng Sea-Cat đã lập kỷ lục mới về tốc độ trong hành
trình qua Đại Tây Dương. Sự phát triển của catamaran cắt sóng bắt đầu ở cuối thế
kỷ 20 không khác nhiều so với catamaran của đất mẹ châu Đại Dương.
Việc đóng mới tàu nhiều thân rất phát triển ở Úc. Vào năm 1988, xưởng
đóng tàu Astral Ship gần Perth bắt đầu đóng catamaran. Ngay sau đó họ nhận được
nhiều đơn đặt hàng từ Trung Quốc, Hồng Kông, Singapor, Indonesia, Anh… Các
tàu có chiều dài đến 76m, sức chở 400 người và 70 xe hơi, tốc độ lên đến 40hl/h,
cũng như các tàu nhỏ đã rất phổ biến.











Hình II.9 Mẫu tự hành có thân phụ