Nghiên cứu thiết kế và chế tạo mô hình tàu cánh ngầm bằng vật liệu Composite

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG
oo0oo



HUỲNH VĂN VƯƠNG
HUỲNH NGỌC ĐOAN
NGUYỄN VĂN QUYẾT
PHÙNG MINH TOÀN

ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THỬ
NGHIỆM MÔ HÌNH TÀU CÁNH NGẦM
BẰNG VẬT LIỆU COMPOSITE

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
CHUYÊN NGÀNH: ĐÓNG TÀU THỦY


GHVD: ThS. HUỲNH VĂN NHU

Nha Trang, tháng 07 năm 2013
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Họ và tên sinh viên : HUỲNH NGỌC ĐOAN Lớp: 51TTDT-2
Ngành : Đóng tàu Mã :
Tên đề tài: “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thử nghiệm mô hình tàu cánh ngầm bằng
vật liệu composite”.
Số trang: 143 Số chương:5 Số tài liệu tham khảo: 16
Hiện vật: - 03 đĩa CD.
- Bản vẽ.
- Mô hình tàu.

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
Kết luận………………………………………………………………………………………………
Nha trang, ngày… tháng…. năm 2013.
Cán bộ hướng dẫn
Th.S. Huỳnh Văn Nhu
PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG LÀM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên : HUỲNH NGỌC ĐOAN Lớp: 51TTDT-2
Ngành : Đóng tàu Mã :
Tên đề tài: “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thử nghiệm mô hình tàu cánh ngầm bằng
vật liệu composite”.
Số trang: 143 Số chương: 5 Số tài liệu tham khảo: 16
Hiện vật: - 03 đĩa CD.

- Bản vẽ.
- Mô hình tàu.
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
Điểm phản biện………………………………………………………………………………………
Nha Trang, ngày….tháng… năm 2013
CÁN BỘ PHẢN BIỆN


Nha Trang, ngày….tháng… năm 2013
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG


ĐIỂM CHUNG
Bằng số
Bằng chữ




NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Họ và tên sinh viên : NGUYỄN VĂN QUYẾT Lớp: 51TTDT-2
Ngành : Đóng tàu Mã :
Tên đề tài: “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thử nghiệm mô hình tàu cánh ngầm bằng
vật liệu composite”.
Số trang: 143 Số chương:5 Số tài liệu tham khảo: 16
Hiện vật: - 03 đĩa CD.
- Bản vẽ.

- Mô hình tàu.

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
Kết luận………………………………………………………………………………………………
Nha trang, ngày… tháng…. năm 2013.
Cán bộ hướng dẫn
Th.S. Huỳnh Văn Nhu
PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG LÀM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên : NGUYỄN VĂN QUYẾT Lớp: 51TTDT-2
Ngành : Đóng tàu Mã :
Tên đề tài: “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thử nghiệm mô hình tàu cánh ngầm bằng
vật liệu composite”.
Số trang: 143 Số chương: 5 Số tài liệu tham khảo: 16
Hiện vật: - 03 đĩa CD.
- Bản vẽ.
- Mô hình tàu.
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
Điểm phản biện………………………………………………………………………………………
Nha Trang, ngày….tháng… năm 2013
CÁN BỘ PHẢN BIỆN

Nha Trang, ngày….tháng… năm 2013
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG


ĐIỂM CHUNG
Bằng số
Bằng chữ




NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Họ và tên sinh viên : PHÙNG MINH TOÀN Lớp: 51TTDT-2
Ngành : Đóng tàu Mã :
Tên đề tài: “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thử nghiệm mô hình tàu cánh ngầm bằng
vật liệu composite”.
Số trang: 143 Số chương:5 Số tài liệu tham khảo: 16
Hiện vật: - 03 đĩa CD.
- Bản vẽ.
- Mô hình tàu.

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………
Kết luận………………………………………………………………………………………………
Nha trang, ngày… tháng…. năm 2013.
Cán bộ hướng dẫn
Th.S. Huỳnh Văn Nhu
PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG LÀM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên : PHÙNG MINH TOÀN Lớp: 51TTDT-2
Ngành : Đóng tàu Mã :
Tên đề tài: “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thử nghiệm mô hình tàu cánh ngầm bằng
vật liệu composite”.
Số trang: 143 Số chương: 5 Số tài liệu tham khảo: 16
Hiện vật: - 03 đĩa CD.
- Bản vẽ.
- Mô hình tàu.
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
Điểm phản biện………………………………………………………………………………………
Nha Trang, ngày….tháng… năm 2013
CÁN BỘ PHẢN BIỆN


Nha Trang, ngày….tháng… năm 2013
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG


ĐIỂM CHUNG
Bằng số
Bằng chữ

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Họ và tên sinh viên : HUỲNH VĂN VƯƠNG Lớp: 51TTDT-2
Ngành : Đóng tàu Mã :
Tên đề tài: “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thử nghiệm mô hình tàu cánh ngầm bằng
vật liệu composite”.
Số trang: 143 Số chương:5 Số tài liệu tham khảo: 16
Hiện vật: - 03 đĩa CD.
- Bản vẽ.
- Mô hình tàu.

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
Kết luận………………………………………………………………………………………………
Nha trang, ngày… tháng…. năm 2013.
Cán bộ hướng dẫn
Th.S. Huỳnh Văn Nhu
PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG LÀM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên : HUỲNH VĂN VƯƠNG Lớp: 51TTDT-2
Ngành : Đóng tàu Mã :
Tên đề tài: “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thử nghiệm mô hình tàu cánh ngầm bằng

vật liệu composite”.
Số trang: 143 Số chương: 5 Số tài liệu tham khảo: 16
Hiện vật: - 03 đĩa CD.
- Bản vẽ.
- Mô hình tàu.
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
Điểm phản biện………………………………………………………………………………………
Nha Trang, ngày….tháng… năm 2013
CÁN BỘ PHẢN BIỆN


Nha Trang, ngày….tháng… năm 2013
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG


ĐIỂM CHUNG
Bằng số
Bằng chữ





i

ĐỀ CƯƠNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên nhóm sinh viên: MSSV Lớp

1 : Nguyễn Văn Quyết MSSV: 51131281 51DT-2
2 : Huỳnh Văn Vƣơng MSSV: 51132048 51DT-2
3 : Huỳnh Ngọc Đoan MSSV: 51132115 51DT-2
4 : Phùng Minh Toàn MSSV: 51131656 51DT-2
Điện thoại: 01656003802
Email:
Tên đề tài:
“Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thử nghiệm mô hình tàu cánh ngầm
bằng vật liệu composite”.
Chuyên ngành: Đóng tàu thủy
Cán bộ hƣớng dẫn: Ths. Huỳnh Văn Nhu
- 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 kiến nghị
I. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI MỤC TIÊU ĐỀ TÀI.
1. Đối tƣợng đề tài.
Tàu cánh ngầm vỏ composite.
2. Phạm vi đề tài.
Tàu cánh ngầm vỏ composite.
3. Mục tiêu đề tài.

i

Thiết kế và chế tạo thử nghiệm mô hình tàu cánh ngầm bằng vật liệu
composite.
II. NỘI DUNG ĐỀ TÀI.
Chƣơng 1: ĐẶT VẤN ĐỀ

1.1 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐỐI VỚI TÀU CÁNH NGẦM
1.3 PHƢƠNG PHÁP, NỘI DUNG VÀ GIỚI HẠN PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 ĐỘNG LỰC HỌC CÁNH
2.2 CÁC YẾU TỐ CHÍNH ẢNH HƢỞNG ĐẾN CÁC HỆ SỐ THỦY ĐỘNG CÁNH
2.3 CÔNG NGHỆ ĐÓNG TÀU VỎ COMPOSITE
2.3.1 Đặc điểm vỏ tàu composite
2.3.2 Yêu cầu đối với vật liệu composite dùng trong đóng tàu
2.3.3 Lựa chọn phƣơng pháp gia công
Chƣơng 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
3.1 THIẾT KẾ TUYẾN HÌNH
3.1.1 Xây dựng nhiệm vụ thƣ
3.1.2 Phƣơng pháp thiết kế
3.1.3 Xác định đặc điểm hình học của tàu cánh ngầm
3.1.4 Thiết kế đƣờng hình tàu
3.1.5 Thiết kế cánh ngầm
3.1.6 Ổn định
3.1.7 Sức cản
3.2 THIẾT KẾ BỐ TRÍ CHUNG
3.2.1 Những yêu cầu cơ bản khi phân khoang tàu
3.2.2 Sử dụng phần mềm Autoship thiết kế vỏ tàu
3.2.3 Bố trí chung toàn tàu
3.3 THIẾT KẾ KẾT CẤU
3.3.1 Kết cấu cơ bản
3.3.2 Kiểm tra độ bền dọc
3.4 TÍNH TOÁN HỆ ĐỘNG LỰC
3.4.1 Bố trí máy chính và hệ thống phục vụ máy chính
3.4.2 Máy chính
3.4.3 Lắp đặt hệ động lực

3.4.4 Cụm Diesel – máy phát
3.4.5 Các hệ thống tàu
3.4.6 Hệ trục
3.4.7 Thiết kế chân vịt
3.4.8 Trang thiết bị

i

Chƣơng 4: CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM
4.1 CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO TÀU CÁNH NGẦM
4.1.1 Lựa chọn vật liệu và công nghệ chế tạo
4.1.2 Chế tạo vỏ tàu
4.1.3 Chế tạo trụ cờ, lan can và lắp trụ cờ lan can
4.1.4 Căn chỉnh và lắp cánh ngầm vào vỏ tàu
4.1.5 Gia công các chi tiết hệ động lực
4.1.5 Chuẩn bị các linh kiện phục vụ cho mô hình tàu cánh ngầm
4.1.6 Hệ động lực và hệ thống điều khiển tàu
4.2 CHẠY THỬ NGHIỆM TÀU CÁNH NGẦM
4.2.1 Thử nghiệm tính nổi của tàu
4.2.2 Thử nghiệm tính ổn định của tàu
4.2.3 Thử nghiệm tính năng của cánh
Chƣơng 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
5.1 KẾT LUẬN
5.2 KIẾN NGHỊ

III. KẾ HOẠCH THỜI GIAN.
- Chƣơng 1,2: Đặt vấn đề, cơ sở lý thuyết (từ ngày 25/2 đến ngày 5/3/2013)
- Chƣơng 3: Tính toán thiết kế (từ ngày 6/3 đến ngày 25/04/2013)
- Chƣơng 4: Chế tạo thử nghiệm (từ ngày 26/04 đến ngày 25/06/2013)
- Chƣơng 5: Kết luận và kiến nghị (từ ngày 25/6 đến hết)

- Hoàn thành báo cáo: Trƣớc 03/7


Nha Trang, ngày 09 tháng 03 năm 2013
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN NHÓM SINH VIÊN THỰC HIỆN

Ths. Huỳnh Văn Nhu



ii

LỜI NÓI ĐẦU
Việt Nam là một trong số những quốc gia sở hữu rất nhiều vũng, vịnh và đảo lớn
nhỏ rất đẹp xếp vào loại hàng đầu thế giới. Việt Nam cũng là nước sỡ hữu hơn 1 triệu
Km
2
biển và đường bờ biển dài 3260 Km. Vì vậy đất nước chúng ta rất có tiềm lực phát
triển mạnh về du lịch biển đảo, muốn hướng ra biển thì chúng ta cần phải có phương tiện
vận chuyển nhanh và phù hợp với nhiều người cũng như sự phát triển của đất nước. Vì
vậy, chúng ta cần có phương tiện vận chuyển hiện đại và đạt tốc độ nhanh, làm việc êm,
ổn định và tàu cánh ngầm là phương án hợp lý.
Là sinh viên nghành đóng tàu chúng tôi nhận thấy điều đó và mong muốn đóng
góp chút ít sức lực của mình để phát triển nghành du lịch biển đảo. Vì vậy, chúng tôi đã
quyết định tìm hiểu và nghiên cứu về tàu cánh ngầm. Do đó, nhóm đã chọn đề tài tốt
nghiệp là “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thử nghiệm mô hình tàu cánh ngầm bằng
vật liệu composite”.
Sau một thời gian làm việc miệt mài, với sự nổ lực cố gắng của từng thành viên
trong nhóm cùng với sự chỉ dẫn tận tình của thầy giáo hướng dẫn Th.S. Huỳnh Văn
Nhu, đến nay đề tài của chúng tôi đã hoàn thành, tuy nhiên vẫn còn một số hạn chế và

thiếu sót, rất mong được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn để luận văn của
chúng tôi được hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn!

Nha Trang, ngày… , tháng…., năm 2013



iii

MỤC LỤC
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN
PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG TLTN
ĐỀ CƢƠNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP………………………………………………… … i
LỜI NÓI ĐẦU……………………………………………………………………… … ii
MỤC LỤC…………………………………………………………………………… …iii
DANH MỤC KÝ HIỆU…………………………………………………………… … iv
DANH MỤC CÁC BẢNG…………………………………………………………… …v
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ………………………………………………….vi
Chƣơng 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1
1.1 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1
1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐỐI VỚI TÀU CÁNH NGẦM 1
1.2.1 Tình hình nghiên cứu tàu cánh ngầm trên thế giới 1
1.2.2 Tình hình nghiên cứu về tàu cánh ngầm trong nƣớc 5
1.3 PHƢƠNG PHÁP, NỘI DUNG VÀ GIỚI HẠN PHẠM VI NGHIÊN CỨU 6
Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 7
2.1 ĐỘNG LỰC HỌC CÁNH 7
2.2 CÁC YẾU TỐ CHÍNH ẢNH HƢỞNG ĐẾN CÁC HỆ SỐ THỦY ĐỘNG CÁNH 8
2.2.1 Profile cánh 8
2.2.2 Góc tấn 11

2.2.3 Số Reynolds (Rn ) 11
2.2.4 Tỷ lệ chiều dài trên chiều rộng (AR) 12
2.2.5 Độ chìm sâu tƣơng đối h 13
2.3 CÔNG NGHỆ ĐÓNG TÀU VỎ COMPOSITE 14
2.3.1 Đặc điểm vỏ tàu composite 14
2.3.2 Yêu cầu đối với vật liệu composite dùng trong đóng tàu 15
2.3.3 Lựa chọn phƣơng pháp gia công 16
Chƣơng 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 17
3.1. THIẾT KẾ TUYẾN HÌNH 17
3.1.1 Xây dựng nhiệm vụ thƣ 17
3.1.2 Phƣơng pháp thiết kế 17
3.1.3 Xác định đặc điểm hình học của tàu cánh ngầm 19
3.1.4 Thiết kế đƣờng hình tàu 21
3.1.5 Thiết kế cánh ngầm 25
3.1.6 Ổn định 54
3.1.7 Sức cản 66
3.2 THIẾT KẾ BỐ TRÍ CHUNG 77
3.2.1 Những yêu cầu cơ bản khi phân khoang tàu ……77
3.2.2 Sử dụng phần mềm Autoship thiết kế vỏ tàu 79
3.2.3 Bố trí chung toàn tàu 82
3.3 THIẾT KẾ KẾT CẤU 93
3.3.1 Kết cấu cơ bản 93

iii

3.3.2 Kiểm tra độ bền dọc 99
3.4 TÍNH TOÁN HỆ ĐỘNG LỰC 105
3.4.1 Bố trí máy chính và hệ thống phục vụ máy chính 105
3.4.2 Máy chính 105
3.4.3 Lắp đặt hệ động lực 105

3.4.4 Cụm Diesel – máy phát 106
3.4.5 Các hệ thống tàu 106
3.4.6 Hệ trục 110
3.4.7 Thiết kế chân vịt 116
3.4.8 Trang thiết bị 119
Chƣơng 4: CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM 122
4.1 CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO TÀU CÁNH NGẦM 122
4.1.1 Lựa chọn vật liệu và công nghệ chế tạo 122
4.1.2 Chế tạo vỏ tàu 123
4.1.3 Chế tạo trụ cờ, lan can và lắp trụ cờ lan can 128
4.1.4 Căn chỉnh và lắp cánh ngầm vào vỏ tàu 130
4.1.5 Gia công các chi tiết hệ động lực 131
4.1.6 Chuẩn bị các linh kiện phục vụ cho mô hình tàu cánh ngầm 133
4.1.7 Hệ động lực và hệ thống điều khiển tàu 136
4.2 CHẠY THỬ NGHIỆM TÀU CÁNH NGẦM 139
4.2.1 Thử nghiệm tính nổi của tàu 139
4.2.2 Thử nghiệm tính ổn định của tàu 139
4.2.3 Thử nghiệm tính năng của cánh 139
Chƣơng 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 142
5.1 KẾT LUẬN 142
5.2 KIẾN NGHỊ 142
TÀI LIỆU THAM KHẢO 143





iv

DANH MỤC KÝ HIỆU

A – Diện tích
a – Khoảng cách
B – Chiều rộng tàu
B – Chiều rộng cánh
C
L
– Hệ số lực nâng cánh
C
D
– Hệ số lực cản cánh
C
M
– Hệ số mômen
D – Lượng chiếm nước
F – Lực nâng cánh
F
AR
– Hệ số phụ thuộc tỷ lệ chiều dài trên chiều rộng cánh
F
B
– Lực nâng phần cánh nghiêng hai bên cánh chính
F
C
– Lực nâng cánh chính
F
D
– Lực nâng phần đáy ngang cánh chính
F
S
– Hệ số phụ thuộc độ chìm sâu

F
T
– Lực nâng cánh trước
H – Chiều cao
L – Chiều dài tàu
L – Chiều dài cánh
M – Mômen
P – Trọng lượng
Rn – Số Reynolds
T – Chiều chìm
V – Vận tốc
α – Góc tấn cánh

– Trọng lượng riêng của nước

– Thể tích chiếm nước
FRP – Vật liệu composite


v

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1 : Bảng hệ số lực nâng, lực cản và tỷ số lực nâng trên lực cản của cánh
Profile NACA 63-412 có số RN = 3.000.000 theo góc tấn α 10
Bảng 3.1: Bảng so sánh hệ số lực nâng cánh, hệ số lực cản, tỷ số lực nâng và lực cản
một số loại biên dạng cánh thường dùng để chế tạo cánh tàu cánh ngầm 35
Bảng 3.2 : Bảng tính hệ số phụ thuộc độ chìm phần nghiêng cánh sau khi tàu bay 39
Bảng 3.3: Bảng so sánh hệ số lực nâng cánh, hệ số lực cản, tỷ số lực nâng và lực cản
một số loại biên dạng cánh thường dùng để chế tạo cánh tàu cánh ngầm 42
Bảng 3.4 : Bảng tính hệ số phụ thuộc độ chìm phần nghiêng cánh sau khi tàu bay 47

Bảng 3.5 Giá trị trung bình tính cho cả đoạn 52
Bảng 3.6: Kết quả tính lực nâng và lực cản của cánh và thanh đỡ theo tốc độ 71
Bảng 3.7: Bảng tính lượng chiếm nước và chiều chìm tàu theo tốc độ 72
Bảng 3.8: Bảng sức cản thân tàu theo tốc độ 74
Bảng 3.9: Bảng tổng hợp tính sức cản tàu theo tốc độ 75





vi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1 : Tàu cánh ngầm của Enrico Forlanini 1
Hình 1.2 : Phác hoạ tàu HD-4 2
Hình 1.3: (a) Chiếc trimaran Williwaw của David Keiper. 3
(b)Chiếc Jetfoil tốc độ cao của Boeing chở 400 khách 3
Hình 1.4 : Tàu XCH-4 của Mỹ 3
Hình 1.5 : Tàu High Point, 110 tấn 4
Hình 1.6 : Tàu Flagstaff, 62 tấn 5
Hình 2.1: Tốc độ dòng chảy bao cánh và áp lực trên bề mặt cánh 7
Hình 2.2: Sự phân bố áp lực trên bề mặt cánh 7
Hình 2.3: Một số loại profile cánh 9
Hình 2.4: Đồ thị hệ số lực nâng, hệ số lực cản cánh profile NACA 4415 10
Hình 2.5: Áp lực lên bề mặt cánh thay đổi khi góc tấn α thay đổi 11
Hình 2.6: Đồ thị hệ số lực nâng, hệ số lực cản và tỷ số lực nâng trên lực cản cánh theo
số Rn và góc tấn α 12
Hình 2.7: Đồ thị và bảng hệ số ảnh hưởng của tỷ lệ chiều dài trên chiều rộng cánh 13
Hình 2.8: Đồ thị hệ số ảnh hưởng độ chìm sâu FS 14
Hình 3.1 : Quá trình thiết kế sơ bộ 18

Hình 3.2: Tuyến hình tàu mẫu 21
Hình 3.3: Tuyến hình thiết kế tàu cánh ngầm 22
Hình 3.4 : Tuyến hình sau khi chỉnh trơn và bảng tọa độ tuyến hình 23
Hình 3.5 : Chuyển tuyến hình qua autoship để tính nhanh các yếu tố thủy tĩnh. 24
Hình 3.6 : Tab tính nhanh các yếu tố thủy tĩnh thân tàu bằng AutoShip. 24
Hình 3.7: Cấu hình tàu cánh ngầm 25
Hình 3.8: Tàu cánh ngầm có cánh chìm nông 26
Hình 3.9 : Tàu cánh ngầm có cánh chìm trung bình 26
Hình 3.10: Tàu cánh ngầm có hệ thống cánh tầng 27
Hình 3.11: Hệ thống cánh thủy lực 27
Hình 3.12: Hệ thống cánh Aquavion 28
Hình 3.13: Cấu trúc hệ thống cánh tàu cánh ngầm 28
Hình 3.14: Kết cấu cánh sau theo tính toán sơ bộ 31
Hình 3.15: Kết cấu cánh trước tàu cánh ngầm 32

vi

Hình 3.16: Biên dạng cánh của tàu cánh ngầm 32
Hình 3. 17: Các chế độ làm việc của tàu cánh ngầm 33
Hình 3.18: Các phần lực nâng tác động lên cánh sau khi hoạt động 34
Hình 3.19: Đồ thị hệ số lực nâng của cánh có biên dạng NACA 4412 theo góc tấn và số
Reynolds. 36
Hình 3.20: Đồ thị hệ số lực nâng, hệ số lực cản và tỷ số trên lực cản của cánh có biên
dạng NACA 4412 theo góc tấn. 37
Hình 3.21: Các phần lực nâng tác động lên cánh trước khi hoạt động 41
Hình 3.22: Đồ thị hệ số lực nâng của cánh có biên dạng NACA 4412 theo góc tấn và số
Reynolds. 43
Hình 3.23: Đồ thị hệ số lực nâng, hệ số lực cản và tỷ số trên lực cản của cánh có biên
dạng NACA 4412 theo góc tấn. 44
Hình 3.24 : Thanh đỡ cánh cánh sau 49

Hình 3.25 : Thanh đỡ cánh trước 49
Hình 3.26 : Thanh đỡ trục chân vịt 50
Hình 3.27: Lực tác động lên tàu cánh ngầm khi tàu nghiêng ngang 54
Hình 3.28: Lực tác động lên tàu có cánh ngầm cánh gập chữ V khi tàu nghiêng ngang
56
Hình 3.29: Lực tác động lên tàu cánh ngầm cánh hình cung khi tàu nghiêng ngang 56
Hình 3.30: Đồ thị sức cản tàu cánh ngầm 66
Hình 3.31: Các chế độ làm việc của tàu cánh ngầm 69
Hình 3.32: Đồ thị hệ số lực nâng và lực cản cánh NACA 4412 theo số Reynols và góc
tấn. 70
Hình 3.33: Đồ thị hệ số lực nâng và lực cản cánh NACA 0021 theo số Reynols và góc
tấn. 70
Hình 3.34: Đường cong sức cản tàu cánh ngầm ở chiều chìm và lượng chiếm nước
đang xét 73
Hình 3.35: Bảng tính và đồ thị sức cản thân tàu ở mớn nước 1,34 m tính bằng Auto
Power 74
Hình 3.36: Đồ thị sức cản tàu cánh ngầm 76
Hình 3.37: Bản vẽ tổng thể tàu 79
Hình 3.38: Bản vẽ sườn thực 79
Hình 3.39: Bản vẽ 3D 3 mặt chiếu 80


vi

Hình 3.40 : Bản vẽ 3D Render trong Autoship 81
Hình 3.41 Buồng ở của thuyền trưởng và máy trưởng 82
Hình 3.42 Buồng ở của khoang khách và thuyền viên 83
Hình 3.43 : Buồng ăn 83
Hình 3.44 : Phòng vệ sinh 84
Hình 3.45 : Lối đi, cầu thang, hành lang 84

Hình 3.46 : Phao cứu sinh 86
Hình 3.47 : Bố trí cánh ngầm 86
Hình 3.48 Bố trí lan can 86
Hình 3.49: Bố trí ghế nghồi hành khách 87
Hình 3.50 : Bố trí neo 88
Hình 3.51 : Thiết bị vô tuyến 89
Hình 3.52 : Bố trí máy chính và hệ thống máy phụ 90
Hình 3.53 : Bản vẽ hai mặt cơ bản của tàu …….90
Hình 3.54 : Ảnh xếp bố trí ghế hành khách của một số tàu cánh ngầm 90
Hình 3.55 : Bản vẽ sàn lái và sàn khách 91
Hình 3.56: Tổng thể bố trí chung của tàu cánh ngầm 92
Hình 3.57 : Bản vẽ mặt cắt ngang 100
Hình 4.1 : Sơ đồ quy trình công nghệ chế tạo tàu bằng vật liệu Composite 123
Hình 4.2 : Tạo mặt cong thô vỏ dưỡng 124
Hình 4.3 : Làm trơn láng bề mặt cong của dưỡng 124
Hình 4.4 : Khuôn dưới 125
Hình 4.5 : Khuôn trên 125
Hình 4.6 : Quét lớp gen 125
Hình 4.7 : Trải Mat lên khuôn 125






vi

Hình 4.8 : Trải vải 126
Hình 4.9 : Thả vách 126
Hình 4.10 : Tách vỏ tàu ra khỏi khuôn 126

Hình 4.11 : Vỏ tàu 126
Hình 4.12 : Vỏ chuẩn bị tách khuôn 127
Hình 4.13 : Đang tách khuôn 127
Hình 4.14 : Tách khuôn 127
Hình 4.15 : Vỏ tàu 127
Hình 4.16: Khoan lỗ lắp lan can 128
Hình 4.17: Tạo lan can tàu 128
Hình 4.18 : Gá lắp trụ cờ 129
Hình 4.19: Trụ cờ hoàn thiện và đèn tín hiệu 129
Hình 4.20 : Lắp cánh trước vào vỏ tàu 130
Hình 4.21 : Lắp cánh sau vào vỏ tàu 130
Hình 4.22: Gá lắp và tiện đầu ra trục máy 131
Hình 4.23: Lắp đầu ra của trục máy vào động cơ 131
Hình 4.24 : Tiện ống bạc trục chân vịt 132
Hình 4.25 : Ống bao trục chân vịt 132
Hình 4.26: Ballink 133
Hình 4.27 : Chống nước 133
Hình 4.28 : Trục mềm, ống đồng 133
Hình 4.29 : Chân vịt 134
Hình 4.30 : Ống tép lông 134
Hình 4.31 : Pin sạc 134
Hình 4.32 : Con chó 134
Hình 4.33 : Dây nối 135
Hình 4.34 RX 135
Hình 4.35 : Bộ điều khiển 135
Hình 4.36 : Servo 135
Hình 4.37: Hệ động lực dùng máy cưa YAMATA 136
Hình 4.38: Bánh lái, chân vịt và hệ trục chân vịt 137
Hình 4.39: Servo điều khiển động cơ và bánh lái 137

vi

Hình 4.40 : Sản phẩm cuối cùng 138
Hình 4.41: Tàu nổi ổn định và quay trở cơ động 139
Hình 4.42: Tàu chạy đà 140
Hình 4.43: Tàu bắt đầu nổi trên cánh ngầm 140
Hình 4.44: Tàu nổi hoàn toàn trên cánh ngầm 141






Trang 1

Chƣơng 1: ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
Tàu cao tốc nói chung có tốc độ chạy rất nhanh có tàu trên 100 km/h, và tàu cánh
ngầm nói riêng cũng thuộc nhóm tàu cao tốc có tốc độ chạy cao. Tàu thường dùng làm
tàu tốc hành để chở hành khách và hàng hoá, ngoài ra tàu còn được sử dụng trong các
lĩnh vực quân sự như tàu phóng lôi, tàu thường được sử dụng trên biển, sông, hồ v v
Hệ thống cánh gắn dưới đáy tàu có tác dụng nâng tàu nổi lên trên mặt nước khi tàu chạy ,
làm giảm sức cản của nước nên tàu có thể đạt tốc độ cao và giảm tiêu hao nhiên liệu.
Trong những năm gần đây, ở nước ta cũng đã nhập khẩu tàu cánh ngầm nhưng chủ
yếu chỉ để vận chuyển khách trên các tuyến đường thuỷ như ở tuyến thành phố Hồ Chí
Minh, Vũng Tàu, Phú Quốc, Vinpeal Land (Nha Trang), Hải Phòng.
Hiện tại ở nước chúng ta đang rất phát triển du lịch, biển là nguồn khai thác du
lịch vô tận mà bất cứ công ty du lịch hay nhà nước đều muốn hướng tới, mà chúng ta
muốn đưa hành khách ra các đảo cũng như du lịch trên biển thì cần sử dụng những loại
tàu cao tốc chạy với tốc độ cao nhưng vẫn êm và ổn định nên nhóm đã tìm hiểu và đề

nghị khoa, bộ môn giao thực hiện đề tài “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thử nghiệm
mô hình tàu cánh ngầm bằng vật liệu composite” để làm đề tài tốt nghiệp cho khóa
học.

1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐỐI VỚI TÀU CÁNH NGẦM
1.2.1. Tình hình nghiên cứu tàu cánh ngầm trên thế giới [11]
Trước chiến tranh thế giới lần thứ II
Vào năm 1861, Thomas Moy thử nghiệm cánh máy bay trong nước vì theo ông,
thử nghiệm cánh máy bay trong nước cho được độ chính xác cao hơn trong không khí.
Nhờ vậy, Moy đã phát hiện được đặc tính của cánh chuyển động trong nước. Trong
khoảng thời gian từ năm 1895 đến 1916, anh em nhà Meacham ở Chicago (Mỹ) là những
người đầu tiên thiết kế và thử nghiệm thành công tàu cánh ngầm đúng nghĩa, thật ra họ đã
chế tạo ra một máy bay mà ngày nay được công nhận là tàu cánh ngầm. Năm 1906, một
kỹ sư người Ý tên Enrico Forlanini đã gắn một số cánh bậc thang lên thân tàu trọng
lượng 1,2 tấn, lắp máy công suất 60 HP, chạy trên hồ Maggiore. Tàu đã nổi lên được và
chạy với tốc độ 36,93 HL/h (hình 1.1).

Trang 2


Hình 1.1 : Tàu cánh ngầm của Enrico Forlanini

Hình 1.2 : Phác hoạ tàu HD-4
Giáo sư Oscar Tietjens, một nhà tiên phong trong nghiên cứu tàu cánh ngầm, đã sử
dụng các lá thép có bề mặt dạng hình vòng cung sắc cạnh để làm các cánh ngầm. Kết cấu
này khá đơn giản, nhưng lại rất hiệu quả và đảm bảo tàu có độ ổn định cao Năm 1932,
khi thử nghiệm trên dòng sông chảy qua thành phố Philadelphia của Mỹ, chiếc tàu cánh
ngầm 0,23 tấn chế tạo thủ công của ông đã đạt tới tốc độ 21,72 HL/h. Giáo sư Oscar
Tietjens sau đó đã trở lại nước Đức và tiếp tục các nghiên cứu phát triển tàu cánh ngầm
của mình song song với nghiên cứu của Baron von Schertel (Hà Lan). Năm 1938, sử

dụng một số đổi mới của Bell và Badwin, Philip L.Rhodes đã chế tạo được tàu cánh
ngầm Miss USA có chiều dài 10,7 m lượng chiếm nước 2,95 tấn, động cơ 650 HP và đã
đạt được kỷ lục thế giới về tốc độ lúc bây giờ là 80 HL/h.
Sau chiến tranh thế giới thứ II
Tàu cánh ngầm được nghiên cứu và phát triển mạnh và nhà khoa học có vai trò
quan trọng trong lịch sử tàu cánh ngầm là Christopher Hook. Năm 1945, tại Cowles nước
Anh, ông đã chế tạo hệ thống lực nâng thân tàu bởi các cánh ngầm phía trước, kết nối với
thiết bị thăm dò mức nước (Feeler) để có thể liên tục điều chỉnh góc tấn của các cánh
nâng phía trước nhằm kiểm soát độ cất cao của mũi tàu. Trong thập niên 1950, Tiến sĩ

Trang 3

Vannevar Bush, cố vấn khoa học cho Tổng thống Mỹ bắt đầu công việc nghiên cứu thiết
kế tàu cánh ngầm trên con tàu trọng tải 3.500 tấn.
Các mẫu tàu buồm cánh ngầm thường sử dụng cấu hình cánh thông thường, trong
đó mẫu tàu buồm cánh ngầm tốt nhất mang tên Williwaw của David Keiper là một chiếc
trimaran (tàu ba thân) có chiều dài 9,75 m, được đóng năm 1970 (hình 1.4). Tính cho đến
nay, chiếc tàu này đã chạy hành trình được vào khoảng 32.000 km, chủ yếu là tuyến hàng
hải từ California đến Hawaii, New Zealand và ngược lại.


(a) (b)
Hình 1.3: (a) Chiếc trimaran Williwaw của David Keiper.
(b)Chiếc Jetfoil tốc độ cao của Boeing chở 400 khách
Ở Mỹ, tàu cánh ngầm đầu tiên XCH-4 của hải quân Mỹ do kỹ sư William P.Carl thiết
kế và chế tạo vào năm 1954 đã xác lập một kỷ lục tốc độ 64,65 HL/h (hình 1.4).


Hình 1.4 : Tàu XCH-4 của Mỹ
Tàu quân sự lớn nhất của Mỹ là Plainview với lượng chiếm nước lên đến 320 tấn, còn tàu

dân sự lớn nhất là Jetfoil Boeing với lượng chiếm nước 109 tấn, chở 350 khách. Một số
tàu cánh ngầm chế tạo thời gian này vẫn còn hoạt động mãi cho đến ngày nay. Thống kê
của John Meyers đăng trên tạp chí IHS (International Hydrofoil Society), giới thiệu danh
sách tên và năm chế tạo của một số các tàu cánh ngầm ở Mỹ như sau:
Năm 1958: Sealegs (R & D)
Năm 1960: Fresh-1 (R & D) Năm 1962 : High Point 110 tấn, Little squirt (R & D)