Đồ án tốt nghiệp thiết kế sơ bộ mẫu thuyền buồm du lịch lắp máy với vỏ composite

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY SẢN
KHOA CƠ KHÍ
BỘ MÔN TÀU THUYỀN
b


TRẦN VĂN THỤ



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP


THIẾT KẾ SƠ BỘ MẪU THUYỀN BUỒM DU LỊCH
LẮP MÁY, VỎ COMPOSITE


CHUYÊN NGÀNH: CƠ KHÍ TÀU THUYỀN



GVHD: TS. NGUYỄN VĂN ĐẠT





NHA TRANG, 06 - 2006
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Họ, tên SV : Trần Văn Thụ Lớp 43TT
Ngành : Cơ khí tàu thuyền Mã ngành : 18.06.10
Tên đề tài : Thiết kế sơ bộ mẫu thuyền buồm du lịch lắp máy, vỏ Composite.
Số trang : 70 Số chương : 03 Số tài liệu tham khảo : 13
Hiện vật :


NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN










Kết luận :

Nha Trang, ngày tháng năm 2006
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
( Ký, ghi rõ họ tên)




PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG LVTN

Họ, tên SV : Trần Văn Thụ Lớp 43TT
Ngành : Cơ khí tàu thuyền Mã ngành : 18.06.10
Tên đề tài : Thiết kế sơ bộ mẫu thuyền buồm du lịch lắp máy, vỏ Composite.
Số trang : 70 Số chương : 03 Số tài liệu tham khảo : 13
Hiện vật :


NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ CHẤM PHẢN BIỆN






Điểm phản biện :

Nha Trang, ngày tháng năm 2006
CÁN BỘ PHẢN BIỆN
( Ký, ghi rõ họ tên)



Nha Trang, ngày tháng năm 2006
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
( Ký, ghi rõ họ tên)


ĐIỂM CHUNG
Bằng số Bằng chữ

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
ĐỀ CƯƠNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên SV: Trần Văn Thụ
Tên đề tài: Thiết kế sơ bộ mẫu thuyền buồm du lòch lắp máy, vỏ Composite.
Ngành: Cơ khí tàu thuyền Mã ngành: 18.06.10
Cán bộ hướng dẫn:TS Nguyễn Văn Đạt
I ĐỐI TƯNG, PHẠM VI VÀ MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
1. Đối tượng nghiên cứu: Các loại thuyền buồm phục vu cho hoặt độngï du
lòch và thể thao.
2. Phạm vi nghiên cứu: Thuyền buồm du lòch lắp máy, vỏ Composite.
3. Mục tiêu nghiên cứu: Thiết kế một mẫu thuyền buồm du lòch lắp máy,
vỏ Composite .
II NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Chương1: Vai trò của thuyền buồm xưa va nay.
Chương 2: Tìm hiểu về thuyền buồm lắp máy trên thế giới và ở Việt Nam.
2.1 Thuyền buồm trên thế giới.
2.2 Thuyền buồm ở Việt nam.
2.3 Nguyên lý hoạt động và cách vận hành thuyền buồm.
2.4 Giới thiệu về vật liệu composite.
2.5 Cơ sở thực hiện đề tài.
Chương 3: Thiết kế sơ bộ mẫu thuyền buồm du lòch lắp máy, vỏ Composite.
3.1 Yêu cầu cơ bản của thuyền thiết kế.
3.2 Lựa chọn mẫu thuyền buồm thiết kế.
3.3 Thiết kế đường hình.
3.4 Tính toán kết cấu .
3.5 Thiết kế bố trí chung .
3.6 Thiết kế buồm.
3.7 Tính toán và kiểm tra ổn đònh.
3.8 Tính sức cản, nghiệm tốc độ tàu.

Kết luận và kiến nghò.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
III KẾ HOẠCH THỜI GIAN
1. Đi thực tế
Đòa điểm :Khu vực ven biển phía bắc.
Thời gian :Từ 10/3 đến 24/3
Mục tiêu : Tìm hiểu về các loại thuyền buồm hiện nay ở nước ta.
2.Kế hoạch hoàn thành bản thảo.
Chương1 : từ 26/3 đến 3/4/2006
Chương 2: từ 4/4 đến 12/4/2006
Chương 3: từ 14/4 đến 5/6/2006
Chương 4: từ 6/6 đến 12/6/2006
Hoàn Thành Bản Thảo 14/6/2006
Nha trang ngày tháng năm 2006

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN



PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Mục Lục
Lời Nói Đầu
CHƯƠNG 1: VAI TRÒ CỦA THUYỀN BUỒM XƯA VÀ NAY 1
Chương 2: TÌM HIỂU VỀ THUYỀN BUỒM LẮP MÁY TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở
VIỆT NAM
2.1 Thuyền buồm trên thế giới 5
2.2.Ở Việt Nam 5
2.3 Nguyên lý hoạt động và một số chú ý khi vận hành thuyền buồm 6
2.4. Giới thiệu về vật liệu composite 9
2.4.1.Khái niệm 9

2.4.2.Vật liệu composite (FRP) dùng trong ngành đóng tàu 10
2.4.3.Đặc trưng vật lý 11
2.5. Cơ sở thực hiện đề tài
13
Chương 3: THIẾT KẾ SƠ BỘ MẪU THUYỀN BUỒN LẮP MÁY VỎ
COMPOSITE
3.1 Yêu cầu cơ bản của thuyền thiết kế 16
3.2. Lựa chon mẫu thuyền buồm thiết kế 16
3.2.1.Các thông số cơ bản của thuyền mẫu: 16
3.2.2 Hình dáng bề ngoài của thuyền mẫu 17
3.3 Thiết kế đường hình 17
3.3.1 Phương pháp vẽ: 17
3.3.2 Tính toán các yếu tố thuỷ tĩnh 18
3.3.3. Vẽ đồ thị bongjean 22
3.4.Tính toán các chi tiết kết cấu 24
3.4.1 Vật liệu: 24
3.4.2 Tính toán kết cấu vỏ tàu: 25
3.4.3 Kiểm tra độ bền dọc 29
3.4.4.Kết cấu cơ bản của thuyền thiết kế 34
3.5 Thiết kế bố trí chung toàn tàu 35
3.5.1 Ảnh hưởng của việc bố trí chung toàn tàu 35
3.5.2 Bố trí chung của thuyền thiết kế 35
3.5.3 Tính trọng tâm trọng lượng thuyền 37
3.5.4.Xác định các thông số cơ bản của thuyền thiết kế 39
3.6. Thiết kế buồm 40
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
3.6.1. Tính diện tích buồm 40
3.5.2. Kết cấu của buồm thiết kế: 41
3.6.3. Tìm toạ độ tâm hứng gió của buồm 44
3.7 Tính toán kiểm tra ổn định thuyền 47

3.7.1. Loại tàu 47
3.7.2 Vùng hoạt động 47
3.7.3 Qui phạm 47
3.7.4 Các thông số cơ bản 47
3.7.5 Kiểm tra ổn định ban đầu 48
3.7.6 Kiểm tra ổn định theo tiêu chuẩn cơ bản 52
3.7.7. Kiểm tra ổn định theo các yêu cầu bổ sung 63
3.8 Tính sức cản và nghiệm tốc độ thuyền 63
3.8.1 Tính sức cản 63
3.8.2.Tính áp lực gió và nghiệm sơ bộ tốc độ tàu 64
KẾT LUẬN ĐỀ XUẤT KIẾN NGHỊ 69


PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
LỜI NÓI ĐẦU

Nước ta được thiên nhiên ưu đãi cho bờ biển dài và đẹp, khí hậu rất thuận lợi
và giàu tiềm năng du lịch. Vùng biển nào của Việt Nam cũng có thể tổ chức du lịch
và hoạt động thể thao bằng thuyền buồm được. Tuy nhiên hiện nay nước vẫn chưa
có một phương án nào khả thi để khai thác tiềm năng du lịch biển này.
Đứng trước thực tế đó em đã được ban giám hiệu, ban chủ nhiệm khoa Cơ
Khí - Trường Đại Học Thuỷ Sản giao cho thực hiện đề tài tốt nghiệp: “Thiết kế sơ
bộ mẫu thuyền buồm du lịch lắp máy, vỏ composite ”. Nhằm giải quyết nhu cầu
thiết kế chế tạo thuyền buồm bằng vật liệu Composite trong tương lai. Đề tài thực
hiện gồm những nội dung chính sau:
- Vai trò của thuyền buồm xưa và nay.
- Tìm hiểu về thuyền buồm lắp máy ở Việt Nam và trên thế giới.
- Thiết kế sơ bộ mẫu thuyền buồm du lịch lắp máy, vỏ composite.
- Kết luận và kiến nghị.
Đề tài được thực hiện sẽ góp phần nào làm phong phú thêm các sản phẩm du

lịch của Việt Nam, tạo một nét đẹp mới thu hút khách du lịch trong và ngoài nước.
Góp phần thúc đẩy ngành du lịch biển cũng như nền kinh tế nước nhà phát triển.
Nhân dịp đề tài hoàn thành em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn
TS. Nguyễn Văn Đạt người đã trực tiếp hướng dẫn em trong suất quá trình thực
hiện đề tài cùng các thầy giáo trong khoa cơ khí, Trung Tâm Nghiên Cứu Chế Tạo
Tàu Cá và Thiết bị Trường Đại Học Thuỷ Sản.
Mặc dù đã cố gắng hết sức nhưng do còn nhiều hạn chế nên chắc chắn đề tài
không chánh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến bổ sung
của các thầy cùng toàn thể bạn bè để đề tài được hoàn thiện hơn.
Nha Trang, ngày 15 tháng 06 năm 2006
Sinh viên thực hiện

Trần Văn Thụ
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- 1 -
H ình 1.1
CHƯƠNG 1: VAI TRÒ CỦA THUYỀN BUỒM XƯA VÀ NAY
Cánh buồm đã làm quen với con người từ những ngày rất xa xưa. Có thể nói
“buồm” là một trong những phát minh quan trọng của nhân loại trong lĩnh vực giao
thông thuỷ.
Trong thời kỳ chưa có sự phát triển của khoa học kỹ thuật và các máy móc
hiện đại thì buồm chiếm một vị trí quan trọng trong hoạt động giao thông của con
người. Trong những ngày đầu của cuộc phát kiến địa lý vĩ đại, chính cánh buồm
đơn sơ đã đưa loài người đi chinh phục thiên nhiên biển cả, vượt qua đại dương
khám phá những miền đất mới. Thời bấy giờ thuyền buồm được coi như là một
công cụ để kiếm sống. Nó không những được sử dụng để khai thác, đánh bắt nuôi
sống con người mà còn được dùng để chuyên chở hàng hoá từ nơi này đến nơi khác.
Đem sự giao lưu văn minh văn hoá giữa các dân tộc, các quốc gia, các châu lục đến
với nhau, đưa loài người nối lại gần nhau.
Trong đời sống văn hoá, thuyền

buồm đã trở thành món ăn tinh thần. Đã có
biết bao câu chuyện và những chiến tích
trên khắp thế giới được nhắc đến trong đó
có sự góp mặt của thuyền buồm. Trong
suốt chiều dài lịch sử mâý nghìn năm dựng
nước và giữ nước của đất nước ta, cánh
buồm đã viết nên nhưng trang sử oanh liệt,
làm nên biết bao chiến công huy hoàng
trong việc bảo vệ chủ quyền trên biển, là
một trong những niềm tự hào của người
dân Việt Nam thời bấy giờ. Hình ảnh thuyền buồm đã trở nên rất đỗi gần gũi, thân
thương, gắn liền với cuộc sống của người dân. Tình cảm đó chúng ta có thể cảm
nhận được qua những áng văn thơ như nhà thơ Huy Cận đã viết:
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- 2 -
“Mặt trời xuống biển như hòn lửa
Sóng đã cài then đêm sập cửa
Đoàn thuyền đánh cá lại ra khơi
Câu hát căng buồm cùng gió khơi.”
Ngày nay trước sự phát triển của khoa học kỹ thuật, những con thuyền đã
được cải tiến rất nhiều với máy móc hiện đại kỹ thuật cao đã trở thành những con
tàu lớn với nhiều tính năng, đảm nhiệm nhiều vai trò khác nhau. Vì vậy thuyền
buồm đã dần bị đẩy lùi và không còn giữ được nhiều trọng trách như xưa nữa.
Tuy không còn đảm nhiệm nhiều trọng trách như xưa nhưng thuyền buồm
vẫn giữ một vai trò hết sức quan trọng trong du lịch và thể thao chính bởi vẻ đẹp và
các tính năng hàng hải đặc biệt của nó.
Đối với du lịch: Khi nền kinh tế phát triển mạnh mẽ, sự hưởng thụ của con
người cũng trở nên tinh tế hơn thì du lịch bằng thuyền buồm được coi là một trong
hình thức du lịch được rất nhiều người ưa thích. Ngày này trên thế giới du lịch bằng
thuyền buồm đã trở thành một hình thức hấp dẫn, mới lạ và thu hút được sự chú ý

của nhiều người bởi vẻ đẹp đơn sơ, sự thanh lịch mà sang trọng của nó.
Du lịch bằng thuyền buồm giúp con người cảm thấy gần gũi hơn với thiên
nhiên. Đồng thời du lịch bằng thuyền buồm cũng tạo cho con người một cảm giác
thoải mái và dễ chịu. Những cánh buồm như những cánh hải âu đưa con người đi
khám phá những điều kỳ diệu của thiên nhiên, của tạo hoá. Bên cạnh đó vẻ đẹp của
những cánh buồm đã làm tô đẹp thêm cho những nơi mà chúng có mặt. Có thể nói
chính thuyền buồm là một phần không nhỏ giúp du lịch biển phát triển và tạo điều
kieenjcho nhiều dịch vụ khác có cơ hội phát triển theo.
Ở trên thế giới thì du lịch bằng thuyền buồm đã được nhiều nước quan tâm
chú trọng và ưu tiên tạo điều kiện phát triển từ rất lâu. Còn ở nước ta hiện nay du
lịch bằng thuyền buồm vẫn là một hình thức tương đối mới lạ song nó đã tỏ ra rất
hiệu quả trong việc thu hút sự quan tâm chú ý của du khách trong và ngoài nước.
Tuy vậy hiện nay ở nước ta mới chỉ có ở vịnh Hạ Long là có dịch vụ du lịch bằng
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- 3 -
Hình 1.2
thuyền buồm nhưng cũng chưa được quan tâm chú trọng nhiều và chưa được phát
triển nhân rộng ra nhiều vùng biển khác.
Không chỉ thu hút trong du lịch, những
môn thể thao với thuyền buồm cũng đã thu hút
được rất nhiều vận động viên tham gia tranh
tài cùng sự quan tâm của nhiều đối tượng trên
khắp thế giới. Hiện nay trên thế đã có rất
nhiều loại thuyền buồm thể thao với nhiều
hình dáng và mẫu mã khác nhau. Thuyền
buồm thể thao được thiết kế hết sức gọn nhẹ
và đơn giản, phù hợp với vai trò và chức năng
riêng của nó. Hình ảnh những chiếc thuyền
buồm nhỏ bé lao nhanh trên biển, luồn lách
vượt qua những ngọn sóng to đã trở thành niềm đam mê của nhiều người. Thể thao

thuyền buồm đem đến cho người tham gia một cảm giác mạnh, cảm giác được
chinh phục. Đồng thời qua đó thể hiện được bản lĩnh, sự khéo léo và điêu luyện khi
điều khiển những cánh buồm mong manh trước những ngọn sóng cao và dữ dội.
Chỉ với một cánh buồm trắng nhỏ xinh đã chinh phục được cả bầu trời xanh và mặt
biển rộng đó quả là một cảm giác thật tuyệt vời.
Hàng năm trên thế giới đã có rất nhiều những cuộc đua thuyền buồm được tổ
chức với quy mô lớn, thu hút được sự tham gia tranh tài của rất nhiều đội đua thuộc
nhiều quốc gia khác nhau. Ở một số nước thuyền buồm đã trở thành hình ảnh thân
quen, một biểu tượng không thể thiếu trong đời sống sinh hoạt vui chơi giải trí của
mỗi người dân.
Ở nước ta, mặc dù thể thao thuyền buồm còn rất mới lạ song vừa qua vào
tháng 10 năm 2004 nước ta đã lần đầu tiên có mặt trong cuộc đua thuyền buồm
quốc tế Hồng kông - Nha trang và đã thu hút được sự quan tâm chu ý của nhiều du
khách cùng toàn thể chúng trong và ngoài nước. Sắp tới vào tháng 8 năm 2006 Việt
nam sẽ chính thức tổ chức cuộc đua thuyền buồn quốc tế diễn ra tại biển Đà nẵng.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- 4 -
Đây là lần đầu tiên cuộc đua thuyền buồm quốc tế được tổ chức tại Việt nam nên dự
kiến sẽ thu hút nhiều du khách quan tâm đến loại hình thể thao đặc biệt này. Đây
cũng là dịp để các du khách tranh thủ đi mua sắm, đi tham quan nhiều nơi. Nó sẽ là
cơ hội để chúng ta giới thiệu với du khách quốc tế về tiềm năng du lịch của Việt nam.
Đồng thời mở ra hướng du lịch biển mới, du lịch bằng du thuyền dọc bờ biển Việt
Nam. Bên cạnh đó chúng ta sẽ có cơ hội để giới thiệu với công chúng một số loại
hình thể thao trên biển khác như dù lượn, lướt sóng, bơi lặn…Đây thật sự là một cơ
hội tốt cho ngành du lịch Việt Nam và các dịch vụ khác có cơ hội để phát triển. Nó
định ra hướng phát triển lâu dài với loại hình du lịch biển kết hợp với thể thao.
Quả thực không thể phủ nhận được vai trò to lớn của thuyền buồm ngày nay
đối với du lịch và thể thao. Chính thuyền buồm đã tạo ra một vẻ đẹp riêng có sức hấp
dẫn rất lớn, là một món ăn tinh thần và trở thành một trong những điểm nhấn quan
trọng trong việc thu hút khách du lịch trong và ngoài nước tới tham quan. Đồng thời

định ra hướng phát triển lâu dài với loại hình du lịch biển kết hợp với thể thao.
Nhận thấy tầm quan trọng đó
chúng ta cần phải biết tận dụng và khai
thác những ưu điểm mà thuyền buồm
tạo ra. Đặc biệt là nước ta lại có một lợi
thế rất lớn đó là có một bờ biển dài dọc
theo đất nước với rất nhiều bãi biển đẹp
cùng với khí hậu thuận lợi và giầu tiềm
năng du lịch. Điều đó đặt ra cho các kỹ
sư tàu thuyền phải đầu tư tìm hiểu để
thiết kế ra được những chiếc thuyền
buồm xinh đẹp, đảm bảo an toàn với
những tính năng ngày càng hoàn thiện. Góp phần tô đẹp thêm cho thắng cảnh của
nước nhà cũng như góp phần phát triển nên kinh tế của đất nước.
Từ những phân tích trên, nội dung của đề tài được hình thành, nhằm góp
phần giải quyết nhu cầu thiết kế chế tạo thuyền buồm bằng vật liệu composite trong
tương lai.
H ình 1.3
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- 5 -
Chương 2: TÌM HIỂU VỀ THUYỀN BUỒM LẮP MÁY
TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM
2.1 Thuyền buồm trên thế giới.
Du lịch và thể thao bằng thuyền buồm đã được rất nhiều nước trên thế giới
quan tâm và trú trọng phát triển từ rất lâu.
Các thuyền buồm của nước ngoài thường được kết cấu theo hệ thống hỗn
hợp, phần đáy thuyền thường có ky rất lớn và nặng, nhô sâu dưới đáy thuyền.
Vỏ thuyền được chế tạo bằng vật liệu ba lớp (composite bọc gỗ) có độ bền
và độ cứng vững cao.Gỗ dùng để bọc là
loại gỗ thông đã được qua sử lý có chiều

dày rất mỏng, nhẹ và đặc biệt là có tính
chống thấm cao.
Mặt boong của các thuyền có kết
cấu kín nước nhằm đảm bảo độ ổn định
(tăng góc vào nước cho thuyền).
Thuyền có thể có một hoặc hai
buồm trong đó có một cột buồm luôn
được đặt ở giữa thuyền.
Cột buồm thường được làm bằng
hợp kim nhôm, có chiều cao lớn và có
thể quay đươc quanh trục của nó.
2.2.Thuyền buồm ở Việt Nam.
Ngày này du lịch và thể thao bằng thuyền buồm ở Việt nam vẫn còn rất mới
lạ và chưa được quan tâm trú trọng phát triển như các nước khác.
Cho đến thời điểm này các thuyền buồm của Việt Nam được chế tạo bằng
vật liệu gỗ và thừơng buồm chỉ mang tính trang trí.
Gỗ dùng để đóng tàu thường là chò chỉ và chỉ được sử lý đơn giản như phơi,
sấy khô trước khi đóng.
Hình 2.1


PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- 6 -
Vì không có ky nhô sâu dưới đáy thuyền nên các thuyền buồm truyền thống
của nước ta được đảm bảo ổn định ngang bằng cách sử dụng các cây xiếm nằm ở
trước cột buồm lòng, sau cột buồm mũi hoặc là sử dụng bánh lái có diện tích lớn
hơn diện tích cần thiết để điều khiển thuyền. Các xiếm có thể nâng lên hạ xuống
được tuỳ ý nhờ những chốt gỗ bên hông. Để bánh lái bớt nặng, các bánh lái lớn
thường được khoét lỗ.

Các thuyền buồm của Việt nam có thể có hai hoặc ba buồm: Ngày nay các
thuyền thường có hai buồm là buồm lòng và buồm mũi.
Cột buồm thường được làm bằng gỗ có hình trụ tròn và càng lên cao cột
buồm càng nhỏ dần.
Cột buồm lòng được đặt ở chính giữa tàu và không có khả năng tự xoay như
côt buồm của nước ngoài.
2.3 Nguyên lý hoạt động và một số chú ý khi vận hành thuyền buồm.
Nguyên lý hoạt động của thuyền buồm: Thuyền buồm di chuyển được là do
áp lực của gió tác dụng vào buồm tạo nên sự tăng áp và giảm áp giữa mặt trước và
sau của cánh buồm. Chính sự chênh lệch áp suất này đã tạo ra lực đẩy đẩy tàu di
chuyển.


Hình 2.2
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- 7 -
Hình 2.3
Tại sao thuyền buồm có thể chạy ngược gió?
Để lái thuyền buồm đi theo một hành trình nhất định là một vấn đề rất khó
khăn và phức tạp. Tốc độ của thuyền không những phụ thuộc vào hướng gió, cấp độ
gió mà còn phụ thuộc rất nhiều vào trình độ và kinh nhiệm của người điều khiển

buồm.
Khi thuyền chạy thuận gió không có điều gì đặc biệt cần phải quan tâm cả.
Ở đây cần chú ý tới lúc thuyền chạy ngang gió hoặc chạy ngược gió.
Khi thuyền chạy ngược gió: Với những người không có kinh nhiệm đi biển
thì việc điều khiển thuyền buồm đi ngược gió là việc thật khó tưởng tượng. Thực ra,
thuyền không thể đi ngược hướng gió hoàn toàn nhưng chệch một góc nhỏ so với
hướng gió thì hoàn toàn có thể.
Để hiểu rõ hơn vấn đề này, chúng ta hãy tìm hiểu lực gió tác dụng lên
thuyền buồm như thế nào? Nhiều người nghĩ rằng, cánh buồm được đẩy theo chiều
gío thổi nhưng thực tế không phải vậy: Dù gió có thổi theo hướng nào thì nó cũng
chỉ đẩy buồm theo phương thẳng góc với mặt phẳng của buồm mà thôi.







Trong hình 2.1, đường thẳng AB biểu diễn cánh buồm. R là lực đẩy của gió
tác dụng vào cánh buồm. Phân tích lực R làm hai phần, gồm lực Q vuông góc với
cánh buồm và lực P hướng dọc theo buồm. Vì sự ma sát của gió với cánh buồm là
không đáng kể, nên lực P chỉ trượt qua chứ không tác dụng gì với buồm, vì vây chỉ
có lực Q tác động vào cánh buồm mà thôi.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- 8 -
Hình 2.5
Nếu hiểu được vấn đề trên, cũng có thể hiểu tại sao thuyền buồm có thể đi
ngược một góc nhọn với chiều gió.
Giả sử đoạn thẳng MN biểu diễn
chiều dài của thuyền. Đường thẳng AB

biểu diễn cánh buồm. Để lợi thế về vận
tốc thì trên bất kì hướng đi nào buồm
cung chia góc kẹp giữa hướng gió và
mặt phẳng cắt dọc thuyền ra làm đôi.
Tiến hành phân tích lực như trên biểu đồ
phân tích lực ở (hình 2.4), trong đó Q là
áp lực của gió tác dụng vào cánh buồm.
Như đã phân tích ở (hình 2.3), Q
phải vuông góc với cánh buồm. Lực Q
lại được phân tích thành lực S dọc theo
mũi thuyền và lực T vuông góc chiều
dài thuyền. Vì chuyển động của thuyền
theo hướng T bị nước cản lại rất mạnh (thuyền buồm thường có ky và lòng rất sâu)
nên xem như lực T bị lực cản của nước cân bằng. Do đó, chỉ có S là lực hướng tới
phía trước, giúp thuyền chuyển động ngược một góc nhỏ với chiều gió.






Thực tế để đưa thuyền từ điểm A đến B, ngược chiều gió người ta phải điều
khiển thuyền buồm đi theo đường zic zắc (như hình 2.5).


Hình 2.4
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- 9 -
Một số lưu ý khi sử dụng thuyền buồm.
* Khi treo buồm không nên treo quá thấp vì khi điều khiển buồm sẽ khó

khăn và mép dưới của buồm dễ vướng vào vật để trên thuyền. Cũng không nên treo
buồm quá cao sẽ làm trọng tâm buồm dâng cao dẫn đến thuyền dễ bị lật.
* Góc gió tác dụng lên mạn thuyền có ảnh hưởng cơ lớn tới tốc độ và sự trôi
dạt của thuyền. Nguyên tắc chung là : để lợi thế về tốc độ trên bất kỳ hướng đi nào
cũng để mặt phẳng của buồm chia góc kẹp giữa mặt cắt dọc giữa thuyền và hướng
gió ra làm đôi.
* Khi chạy xuôi gió có thể để buồm chính và buồm phụ ăn gió ở các mặt
khác nhau.
Thí dụ : buồm chính ăn gió ở mặt phải thì buồm phụ ăn gió ở mặt trái.
* Khi gặp gió giật nguy hiểm thì tốt nhất là thu buồm lại hoặc chỉ nên dùng
buồm phụ.
2.4. Giới thiệu về vật liệu composite.
2.4.1.Khái niệm.
Vật liệu composite là loại vật liệu được tổng hợp từ ít nhất hai thành phần có
bản chất khác nhau đó là vật liệu nền và vật liệu cốt. Vật liệu tạo thành có đặc tính
trội hơn đặc tính của từng vật liệu thành phần khi xét riêng rẽ.
Sự kết hợp giữa vật liệu nền và vật liệu cốt trong vật kiệu composite phải thoả
mãn những điều kiện sau.
- Các thành phần phải có tỷ lệ tối thiểu lớn hơn hoặc bằng 5%.
- Các pha thành phần phải có cơ tính khác nhau và cơ tính của composite
khác hẳn với cơ tính của vật liệu thành phần.
- Các pha thành phần không hoàn toàn hoà tan vào nhau.
Vật liệu cốt giúp cho vật liệu composite có khả năng chịu lực cao hơn, vật liệu
nền đóng vai trò liên kết với vật liệu cốt và truyền lực cơ học tới chúng, cũng như
bảo vệ vật liệu cốt chống chọi với môi trường xung quanh. Sự kết hợp đó nhằm hạn
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- 10 -
chế nhược điểm cơ học của vật liệu này bằng ưu điểm của vật liệu kia, nhằm tạo ra
sản phẩm có cơ tính khác hẳn với vật liệu thành phần.
2.4.2.Vật liệu composite (FRP) dùng trong ngành đóng tàu.

Hiện nay trong công nghệ đóng tàu vật liệu composite nền polymer (epoxy,
polyeste) và cốt sợi thuỷ tinh được sử dụng phổ biến nhất.
2.4.2.1. Vật liệu nền.
Vật liệu nền dùng trong ngành đóng tàu ở Việt Nam hiện nay chủ yếu là các
loại polyester không no, tính chất của các loại nhựa này luôn được nhà sản xuất
cung cấp khi mua hàng.
Quá trình polyme hoá của nhựa polyester không no được thực hiện nhờ chất
xúc tác ( bao gồm 2 loại: chất gia tốc và chất đông rắn).
2.4.2.2. Vật liệu cốt.
Vật liệu cốt có tác dụng cung cấp cơ tính cho vật liệu composite. Vật liệu cốt
được sử dụng chủ yếu là cốt sợi thuỷ tinh.
Sợi thuỷ tinh tồn tại dưới các dạng sau:
v Mat(CSM): Được sử dụng ở những kết cấu tàu cần độ kín nước cao, những khu
vực khó thi công, những nơi có góc cạnh bé. Thường dùng làm lớp đầu tiên, các lớp
trung gian và lớp cuối cùng của tấm vỏ tàu. Phổ biến nhất là hai loại sau:
-Loại có khối lượng 300g/m
2
, kí hiệu CSM 300.
-Loại có khối lượng 450g/m
2
, kí hiệu CSM 450.
Đây là loại vật liệu có tính đẳng hướng không hoàn toàn nên rất có lợi trong tính toán.
v Vải thô(WR):Được sử dụng ở phần đầu tàu cần độ chịu lực cao, cần thi công
nhanh, và phải sử dụng xen kẽ với CSM. Có nhiều loại WR, tuy nhiên phổ biến nhất
là các loại.
-Loại có khối lượng 600g/m
2
, kí hiệu WR 600.
-Loại có khối lượng 800g/m
2

, kí hiệu WR 800.
Trong các sản phẩm FRP vải thô được sử dụng với mat nhằm tạo ra vật liệu
có cơ tính tốt. Hàm lượng sợi trong FRP khoảng 40 – 50 %.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- 11 -
2.4.3.Đặc trưng vật lý.
Theo TCVN 6282 – 2003, hàm lượng nhựa - sợi của tổng vật liệu khi gia
công bằng tay thường nằm trong khoảng:
Với CSM: W
f
= ( 30 -35)% ( về trọng lượng).
Với WR: W
f
=( 45 - 55) % ( về trọng lượng).
Trong đó thường gặp nhất là: 33% - 50 % ( tương ứng với CSM và WR).
Nếu bỏ qua ảnh hưởng của bọt khí thì chiều dày mỗi lớp được tính như sau:

ú
ú
û
ù
ê
ê
ë
é
÷
÷
ø
ö
ç

ç
è
æ
-
+=
mf
f
f
fp
dW
W
d
t
1
1
1
w
(cm) (2.1)
Với: w
f
: trọng lượng trên 1 m
2
của sợi, (g/cm
2
).
W
f
: hàm lượng sợi trong GRP.
d
f

, d
m
: trọng lượng riêng của sợi và nhựa (g/cm
2
).
Như vậy với chiều dầy d, số lớp cần thiết là:
p
t
n
d
= (2.2)
Trong trường hợp GRP gồm nhiều lớp CSM và WR kết hợp với nhau, ta
cũng dễ dàng xác định được số lớp WR và số lớp Mat cần thiết để tạo nên chiều dầy
d khi ta biết được quy luật phân bố giữa WR và CSM.
Trọng lượng riêng của nhựa và sợi:
-Sợi thuỷ tinh dạng CSM: d
M
= 2,5 g/cm
3

-Sợi thuỷ tinh dạng WR: dwr= 2,55 g/cm
3

-Nhựa polyester không no: d
p
= 1,15 g/cm
3

* Xác định chiều dày lớp GRP:
+Với tấm GRP có cốt là một lớp CSM loại 450g/m

2
.
Ta có w
f
=0,045g/cm
2
.
W
f
= 0,33
d
m
=1,15g/cm
2

d
f
=2,5g/cm
2
.
Thay các giá trị vào biểu thức (2.1) được:
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- 12 -
)(1)(1,0
15,1
1
33,0
33,01
5,2
1

045,0 mmcmt
p
==
ỳ
ỳ
ỷ
ự
ờ
ờ
ở
ộ
ữ
ữ
ứ
ử
ỗ
ỗ
ố
ổ
-
+=ị
+ Vi tm GRP cú ct l mt lp WR loi 800g/m
2
.
Ta cú:w
f
=0,08g/cm
2
.
W

f
= 0,5
d
m
=1,15g/cm
2

d
f
=2,55g/cm
2

Thay cỏc giỏ tr vo biu thc (2.1) c:
)(1)(1,0
15,1
1
5,0
5,01
55,2
1
08,0 mmcmt
p
==
ỳ
ỳ
ỷ
ự
ờ
ờ
ở

ộ
ữ
ữ
ứ
ử
ỗ
ỗ
ố
ổ
-
+=ị
* Khi lng riờng ca tm GRP:

fmt
ppp
fm
WW
1
+= (2.3)
+ Vi tm GRP ct CSM:
Vi W
f
=0,32 ; p
f
=2,52g/cm
3
; W
m
=0,63 ; p
m

=1,15 g/cm
3

Thay vo biu thc (2.3) c:

52,2
32,0
15,1
0,63
1
+=
t
p

)/(5,1
3
mg
t
=ị
r

+ Vi tm GRP ct WR
Vi W
f
=0,46 ; p
f
=2,58g/cm
3
; W
m

=0,48 ; p
m
=1,15 g/cm
3

Thay vo biu thc(2.3) c:

58,2
46,0
15,1
0,48
1
+=
t
p

)/(68,1
3
cmg
t
=ị
r

+ Vi tm GRP cú kt cu bao gm ct mat v WR xen k.
(
)
)m/g(6,1
tt
.t.t
3

21
2t21t1
c
ằ
+
r
+
r
=r (2.4)
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- 13 -
Giá trị cho trong (2.4) được sử dụng để tính toán trọng lượng kết cấu
composite dùng trong ngành đóng tàu ở Việt Nam.
2.4.4. Ưu nhược điểm và công dụng của vật liệu composite.
v Ưu điểm:
- Có khả năng kết hợp các vật liệu khác như gỗ, thép để tạo ra các kết cấu mới,
vừa đảm bảo chất lượng kỹ thuật vừa có giá thành thấp.
- Rất bền với môi trường ẩm, mặn, ít bị ăn mòn và điện phân.
- Có tính trơ với sinh vật biển.
- Rất dễ tạo dáng.
- Có độ bóng bề mặt rất cao.
- Độ kín nước là tuyệt đối.
- Rât dễ thi công và sửa chữa.
- Độ bền cơ học tương đối cao.
- Tốn rất ít chi phí bảo dưỡng.
v Nhược điểm:
- Giá thành cao vật liệu phải nhập từ nước ngoài.
- Tính toán rất phức tạp.
- Bị giòn khi nhiệt độ thay đổi cao.
- Chất lượng vật liệu phụ thuộc rất nhiều vào tay nghề công nhân.

- Modun đàn hồi thấp.
- Độ bền va đập kém
- Chất thải chưa có cách sử lý
v Công dụng: được sử dựng rộng rãi trong đời sống xã hội như:
-Hàng không: chế tạo cánh máy bay, ghế ngồi trang trí nội thất, thùng chứa nước ngọt.
-Ô tô: chế tạo khung gầm, cabin, trục lái, bánh răng, ổ đỡ…
-Tàu thuyền: chế tạo vỏ tàu, mặt boong, cột buồm, bệ máy, két nhiên liệu, két nước…
-Hoá chất: ống dẫn, các thùng chứa, các loại van…
-Dân dụng:chế tạo người mẫu, mũ bảo hiểm, bồn tắm, tolet, bể chứa…
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- 14 -
2.5. Cơ sở thực hiện đề tài.
Có thể nói nước ta là một trong những nước đã sử dụng thuyền buồm từ rất
sớm so với các nước khác ở trên thế giới. Theo tài liệu “thuyền buồm ở Đông
Dương” của nhà nghiên cứu hàng hải người Pháp Pierre Paris thì trong quá khứ
nhiều người nước ngoài đến nước ta đã hết sức ngạc nhiên trước tài nghệ điều khiển
thuyền buồm của thuỷ thủ Việt Nam, đặc biệt là những chiếc thuyền buồm đan bằng
tre nứa với những tính năng hàng hải đáng kinh ngạc “chỉ thấy ở nơi đây không
thấy ở nơi nào khác trên thế giới”. Bên cạnh đó nước ta được thiên nhiên ưu đãi cho
bờ biển dài và đẹp, khí hậu thuận lợi rất giầu tiềm năng du lịch. Vùng biển nào của
nước ta cũng có thể tổ chức du lịch và thể thao bằng thuyền buồm được cả. Tuy
nhiên hiện nay chúng ta cũng chưa có một phương án nào để kết hợp du lịch với
việc làm sống lại những chiếc thuyền buồm thuần Việt mà ngay trong từ điển hàng
hải của thế giới cũng được nhắc đến.
Đứng trước thực trạng nguồn năng lượng đang ngày càng khan hiếm và sự ô
nhiễm môi trường do các động cơ diezen gây nên thì việc sử dụng buồm trở lại để
hỗ trợ cho máy móc đang là một giải pháp hiệu quả. Các thuyền buồm đã tỏ ra ưu
việt hơn hẳn khi chỉ sử dụng năng lượng gió được tận dụng từ thiên nhiên: Gió làm
việc không đòi hỏi trả công, buồm chiếm ít chỗ trên tàu cũng không kồng kềnh như
các loại máy móc khác và năng lượng của gió thuộc loại “sạch”. Chính vì vậy việc

sử dụng năng lượng của gió để đẩy tàu đối với chúng ta không phải là biện pháp
trước mắt mà có ý nghĩa lâu dài, phù hợp với tình hình kinh tế kỹ thuật ngày nay
trên thế giới.
Ở trên thế giới các nước đã sớm nhận thấy vai trò to lớn của thuyền buồm
trong việc thu hút du lịch cũng như trong lĩnh vực thể thao. Chính vì vậy các nước
đã sớm quan tâm chú trọng đến du lịch và thể thao bằng thuyền buồm. Một số nước
điển hình trong đó như Nauy hay Úc họ có rất nhiều những du thuyền cũng như các
đội đua thuyền thi nhau tranh tàu ở nhiều mặt trên khắp mọi nơi trên thế giới. Trong
khi thuyền buồm ở các nước được dùng để huấn luyện cho những người mới bước
chân vào nghề biển thì ở nước ta con tàu thực tập là tàu máy, vừa tập vừa chở hàng
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- 15 -
kinh doanh có lợi ngay tức thì. Việc đi lại bằng thuyền buồm vẫn còn là một vấn đề
tương đối xa lạ và là niềm ao ước của nhiều ngừơi dân nước ta.
Đứng trước thực tế đó chúng ta những nhà thiết kế tàu tại sao lại không thiết
kế ra những chiếc thuyền buồm du lịch, thuyền buồm thể thao để giới trẻ có điều
kiện để đi, được thưởng thức, được học tập và đặc biệt là được tranh tài cùng bạn bè
trên thế giới.
Có thể nói với cánh buồm Việt còn rất nhiều điều cần phải bàn tới nhưng để
khôi phục được vẻ đẹp của cánh buồm Việt cũng như để thu hút khách du lịch trong
và ngoài nước chúng ta nên bắt đầu từ những việc đơn giản và ít tốn kém chăng.
Từ những phân tích ở trên em đã mạnh dạn tiến hành thực hiện đề tài: “thiết
kế sơ bộ mẫu thuyền buồm du lịch lắp máy, vỏ composite”.
Mục đính của đề tài là để thiết kế ra một mẫu thuyền buồm du lịch với mong
muốn góp phần giúp giới trẻ nước ta có điều kiện được làm quen và được thử sức
với thuyền buồm, đồng thời giúp khôi phục lại nét đẹp riêng của cánh buồm Việt
Nam đã được ông cha ta tạo dựng từ ngàn xưa khi mà ngày nay thuyền buồm nước
ta đang dần bị biến mất.
Khi việc thu hut du lịch đang là vấn đề rất cấp bách và nóng bỏng, những
chiếc thuyền buồm được tạo ra sẽ góp phần làm phong phú thêm sản phẩm du lịch

của Việt Nam đồng thời mở ra hướng phát triển lâu dài cho loại hình du lịch biển
đầy tiềm năng “du thuyền dọc theo bờ biển Việt Nam”. Viêc thiết kế ra những
chiếc thuyền buồm tạo dựng cho đất nước ta một hình ảnh riêng độc đáo có sức hấp
dẫn trong con mắt của cộng đồng và du khách quốc tế. Tạo điểm nhấn quan trọng
thúc đẩy du lịch biển phát triển cũng như góp phần thúc đẩy nền kinh tế của Việt
Nam phát triển.
Góp phần nào giải quyết tình trạng thiếu chất đốt do cuộc khủng hoảng năng
lượng và nạn ô nhiễm môi trường do các máy đẩy tàu gây ra.
* Một số lợi thế khi lựa chọn vật liệu composite làm vật liệu đóng thuyền đó là:
Gỗ để đóng tàu ở nứơc ta đang ngày càng trở nên khan hiếm và đắt đỏ. Việc
lựa chọn được tấm gỗ không có khuyết tật để đóng tàu là vấn đề tương đối khó
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- 16 -
khăn, tốn nhiều thời gian và công sức. Bên cạnh đó gỗ cũng không đáp ứng được
các yêu cầu khắt khe của ngành đóng tàu về độ kín nước. Gỗ dễ bị ngấm nước, hay
bị hà bám, cần được thường xuyên kiểm tra xử lý và bảo dưỡng. Độ bền và tuổi thọ
của gỗ không cao, so với vật liệu composite thì gỗ không thể tốt bằng.
Nước ta cũng chưa thể sử dụng vật liệu ba lớp composite bọc gỗ để đóng tàu
bởi vì: Chúng ta chưa có đủ trình độ cũng như các phương tiện kỹ thuật để có thể áp
dụng phương pháp đóng tàu bằng vật liệu ba lớp ( composite bọc gỗ ). Gỗ dùng để
bọc đòi hỏi phải được sử lí rất kĩ để gỗ vừa mỏng, nhẹ lại có tính chống thấm cao,
đây là việc tương đối khó khăn và phức tạp. Đồng thời việc đảm bảo chống bong
tách lớp giữa composite và gỗ cũng không kém phần khó khăn và phức tạp. Bên
cạnh đó nước ta cũng chưa hề có qui phạm để kiểm tra đối với các tàu có kết cấu
bằng vật liệu ba lớp đặc biệt này.
Không những thế ở nước ta cũng chưa hề có thuyền buồm làm bằng vật liệu
composite. Vì vậy khi chọn vật liệu composite làm vật liệu đóng thuyền buồm sẽ
tạo ra điểm khác biệt và mới lạ trong con mắt của mọi người.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- 17 -
Chương 3: THIẾT KẾ SƠ BỘ MẪU THUYỀN BUỒN LẮP
MÁY VỎ COMPOSITE
3.1 Yêu cầu cơ bản của thuyền thiết kế.
Thuyền hoạt động an toàn trong điều kiện gió cấp 5÷6.
Có đủ chỗ cho thuyền viên và hành khách (10 người).
Có hình dáng hài hoà.
Có lắp máy dự phòng làm nguồn năng lượng đẩy thuyền phụ trợ khi gặp điều
kiện thời tiết không thuận lơi như gió quá to, gió yếu hay ngược gió.
Sinh hoạt tiện nghi thoải mái: có toa lét, bàn ghế và phòng ngủ.
Hoạt động ở vùng hạn chế SI.
Số ngày đi biển: 1 ngày
Vận tốc trung bình: 7(hl/h)
3.2. Lựa chon mẫu thuyền buồm thiết kế.
Hiện nay trên thế giới có rất nhiều mẫu thuyền buồm khác nhau. Mỗi mẫu
đều có tính năng và ưu nhược điểm riêng của nó. Các mẫu thuyền buồm của nước
ngoài thường có ky lớn và nặng, nhô sâu dưới đáy biển. Các thuyền buồm của nước
ta được đóng bằng gỗ nên ky có độ lớn vừa phải, đảm bảo ổn định ngang kém.
Trên cơ sở tham khảo mẫu thuyền buồm quốc tế đang có mặt tại Việt Nam,
cùng với việc tìm hiểu về các loại thuyền buồm thể thao và du lịch trên các phương
tiện webside, tạp chí thuyền buồm, kết hợp với điều kiện thực tiễn của Việt Nam,
chọn mẫu thuyền buồm có ky nhô sâu dưới đáy làm thuyền thiết kế.
3.2.1.Các thông số cơ bản của thuyền mẫu:
Chiều dài lớn nhất: L = 10,8 (m)
Chiều rộng lớn nhất: B = 3,7 (m)
Chiều cao mạn: H = 1,5 (m)
Số người trên thuyên: 8÷10
Số ngày đi biển: 7 ngày.

Máy chính: 18 (HP)
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com