Lý thuyết tàu tập 1 - Tĩnh học, động lực học tàu thủy

ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Trần Công Nghò
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 2009

LÝ THUYẾT TÀU
TẬP I
TĨNH HỌC
ĐỘNG LỰC HỌC
TÀU
THỦY

ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH


Trần Công Nghò




LÝ THUYẾT TÀU
TẬP 1


TĨNH HỌC
VÀ
ĐỘNG LỰC HỌC
TÀU THỦY
(Tái bản lần thứ nhất có sửa chữa bổ sung)

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 2009

3
MỤC LỤC
Lời nói đầu
5
Chương 1

TÍNH NỔI 7
1.1 Tính nổi tàu thủy 10
1.2 Kích thước hình học thân tàu và tỉ lệ giữa chúng 15
1.3 Đường hình vỏ tàu 20
1.4 Tính các đại lượng hình học vỏ tàu 23
1.5 Các đường cong tính nổi 26
1.6 Các phép tích phân gần đúng 27
1.7 Tính cân bằng dọc tàu 42
1.8 Công thức tính tấn đăng ký 43
Chương 2

ỔN ĐỊNH 46
2.1 Khái niệm về ổn đònh tàu 47
2.2 Ổn đònh ngang ban đầu 48
2.3 Ổn đònh dọc ban đầu 54
2.4 Ảnh hưởng của trọng vật trên tàu đến ổn đònh 54
2.5 Ảnh hưởng mặt thoáng các két chở hàng lỏng 60
2.6 Ổn đònh tại góc nghiêng lớn 63
2.7 Đồ thò ổn đònh 64
2.8 Thuật toán xác lập họ đường pantokaren 69

2.9 Dựng đồ thò ổn đònh trên cơ sở pantokaren 74
2.10 Điều kiện ổn đònh tónh 77
2.11 Ổn đònh động 78
2.12 Bảng tính kiểm tra tính nổi và tính ổn đònh theo yêu cầu của cơ quan có thẩm quyền 84
2.13 Ảnh hưởng kích thước hình học thân tàu đến đồ thò ổn đònh 89
2.14 Lập thông báo ổn đònh 91
2.15 Các trường hợp đặc biệt của tính ổn đònh 92
2.16 Những vấn đề liên quan tiêu chuẩn ổn đònh tàu 96
2.17 Thử nghiêng tàu 113
Chương 3

PHÂN KHOANG VÀ CHỐNG CHÌM TÀU 121
3.1 Vài nét về lòch sử phân khoang 121
3.2 Tính chống chìm 122
3.3 Ổn đònh tàu bò ngập một hoặc nhiều khoang 124

4
3.4 Yêu cầu ổn đònh đối với tàu bò thủng theo công ước 1960 185

3.5 Phân khoang 136
3.6 Xác đònh chiều dài tối đa của khoang 139
3.7 Các yêu cầu đặc biệt về phân khoang tàu khách 141
3.8 Dùng đồ thò xác đònh đường cong chiều dài phân khoang 142
3.9 Đánh giá phân khoang theo lý thuyết xác suất 145
Chương 4

CHÒNG CHÀNH TÀU 155
4.1 Sóng nước 157
4.2 Sóng tự nhiên 159
4.3 Các chuyển động lắc tàu 173

4.4 Lắc tàu với biên độ nhỏ 175
4.5 Những công thức kinh nghiệm xác đònh chu kỳ dao động tàu trên nước tónh 177
4.6 Lắc tàu trên sóng điều hòa 180
4.7 Dao động phi tuyến của tàu 184
4.8 Chuyển động dọc của tàu trên sóng điều hòa 190
4.9 Chuyển động ngang của tàu trên sóng điều hòa 192
4.10 Chuyển động tàu trên sóng tự nhiên 198
4.11 Giảm lắc tàu 199
4.12 Xác đònh lực thủy động tác động lên vỏ tàu 206
Chương 5

TÍNH ĂN LÁI 235
5.1 Khái niệm cơ bản về tính ăn lái 235
5.2 Lực và mômen tác động lên tàu khi chuyển động cong 246
5.3 Phương trình vi phân chuyển động 254
Tài liệu tham khảo
271


5
Lời nói đầu
Cuốn sách “LÝ THUYẾT TÀU” in l
ần này là tái bản
từ “Lý thuyết tàu” tập 1, 2, 3,
Đại học Giao thông V
ận tải
TP Hồ Chí Minh xuất bản tháng 1 năm 2004. Sách dùng
làm tài liệu học tập cho sinh viên ngành đóng tàu, công trình ngoài khơi và là tài
liệu tham khảo cho kỹ sư trong ngành. Đầu đề “LÝ THUYẾT TÀU” chúng tôi xin
phép sử dụng chính thức dựa theo ý kiến đóng góp của nhiều đồng nghiệp, những nhà

nghiên cứu, giảng dạy chuyên ngành. LÝ THUYẾT TÀU trình bày những chương
thuộc tónh học: TÍNH NỔI, TÍNH ỔN ĐỊNH, ỔN ĐỊNH TAI NẠN - PHÂN KHOANG
CHỐNG CHÌM và động lực học: CHÒNG CHÀNH (LẮC TÀU), SỨC CẢN VỎ TÀU,
THIẾT BỊ ĐẨY TÀU, TÍNH ĂN LÁI VÀ TÍNH GIỮ HƯỚNG.
Tài liệu trong lần in này được sửa những lỗi đã có trong lần xuất bản trước, bổ
sung thêm ví dụ sử dụng. Sách in thành hai tập: tập đầu đề cập các chương: tính nổi,
ổn đònh, phân khoang chống chìm, chòng chành, tính ăn lái; tập thứ hai dành cho sức
cản, thiết bò đẩy tàu, chủ yếu là thiết kế chân vòt tàu thủy, cùng đồ thò, bảng biểu
phục vụ công việc thiết kế. Các đồ thò tính sức cản tàu thường gặp, đồ thò giúp thiết
kế thiết bò nay trình bày tại phụ lục tập 2.
Ký hiệu dùng trong sách được chép lại từ tài liệu do Tổ chức hàng hải quốc tế
IMO và các hội nghò ITTC khuyến khích dùng. Bên cạnh đó, những ký hiệu theo cách
viết của người Nga song đã rất quen thuộc với bạn đọc lớn tuổi chúng tôi ghi lại như
tài liệu đối chứng, giúp người đọc dễ dàng so sánh khi tìm hiểu vấn đề.
Trong mỗi chương, người viết có nhã ý trình bày trước những vấn đề mang tính
phổ thông để mọi người cùng sử dụng trong công việc hàng ngày; những vấn đề đang
tranh cãi được nêu ở phần sau và chính đây là những điểm rất mong bạn đọc góp
phần giải quyết.
Trong quá trình biên soạn, người viết nhận được sự giúp đỡ thiết thực từ phía các
đồng nghiệp các trường đang giảng dạy chuyên ngành tàu, từ đồng nghiệp đang thiết
kế, chế tạo và sử dụng phương tiện thủy và những người đang học trong ngành đóng
tàu. Xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ quý báu và những góp ý cụ thể để cuốn sách
tốt hơn.
Mặc dù đã sửa xong, người viết vẫn biết rằng tài liệu đang còn có những khiếm
khuyết, rất mong bạn đọc đóng góp xây dựng, cùng hoàn thiện.
Mọi chi tiết xin liên hệ: Khoa Đóng tàu và Công trình nổi, Trường Đại học Giao
thông vận tải Tp Hồ Chí Minh.

Người viết
Trần Công Nghò

6

7
Chương
1

TÍNH NỔI
Các ký hiệu
Ký hiệu dùng trong chương này phù hợp với khuyến cáo IMO và ITTC

Ký hiệu dùng chung
Ký hiệu Tiếng Việt Tiếng Anh
a gia tốc
linear acceleration
A diện tích
area
W
A

diện tích đường nước
waterplane area
B chiều rộng
breadth
D, d đường kính
diameter
D chiều cao tàu
depth
d mớn nước tàu
draught, draft

E năng lượng
energy
F lực nói chung
force
g gia tốc trọng trường
acceleration due to gravity
H, h chiều cao nói chung
height, depth
h chiều cao cột nước
head
w
h

chiều cao sóng
height of wave
L chiều dài nói chung
length
w
L ,λ

chiều dài sóng
wave length
m khối lượng
mass
p áp suất
pressure
P công suất nói chung
power, generally
Q lưu lượng
rate of flow

R, r bán kính
radius
t thời gian
time
t, T nhiệt độ
temperature
T chu kỳ
period
u, v, w tốc độ thành phần
velocity components
U, V tốc độ
velocity
W, w trọng lượng
weight

8
Hình học vỏ tàu
M
A

diện tích sườn giữa tàu
area of midship section
W
A

diện tích đường nước
area of waterplane
AP trụ lái
aft perpendicular
B chiều rộng tàu

breadth, beam (moulded)
B tâm nổi phần chìm
centre of buoyancy
BM
khoảng cách từ tâm nổi B đến tâm
nghiêng M trong mặt cắt ngang
metacentre above centre of buoyancy
L
BM

khoảng cách từ tâm nổi B đến tâm
nghiêng M trong mặt cắt dọc
longitudianal metacentre above centre of buoyancy
CB,
B
C
hệ số đầy thể tích
block coefficient
CM,
M
C
hệ số đầy mặt cắt giữa tàu
midship coefficient
CP,
P
C
hệ số đầy lăng trụ
longitudinal prismatic coefficient
CW,
W

C
hệ số đầy đường nước
waterplane coefficient
d mớn nước
draught, draft
D chiều cao tàu
depth moulded
D lượng chiếm nước
displacement weight
FA trụ mũi
foreward perpendicular
Fb mạn khô tàu
freeboard
G trọng tâm tàu
centre of gravity
GM chiều cao tâm nghiêng
metacentric height
L
GM

chiều cao tâm nghiêng dọc
longitudinal metacentric height
GZ tay đòn ổn đònh
stability lever
L
I

mômen quán tính dọc của đường nước
longitudinal moment of inertia of waterplane
T

I

mômen quán tính ngang của đường nước
tranverse moment of inertia of waterplane
p
I
mômen quán tính trong hệ độc cực
polar moment of inertia
KB chiều cao tâm nổi trên đáy
center of gravity above moulded base (keel)
L chiều dài tàu nói chung
lenght
Loa chiều dài toàn bộ
length over all
Lpp chiều dài giữa hai trụ
length between perpendiculars
Lwl chiều dài đường nước
waterplane length
M tâm nghiêng
metacenter
Sw mặt ướt vỏ tàu
wetted surface
T mớn nước tàu
draft moulded
V thể tích phần chìm
displacement volume
α
≡
C
W

hệ số đầy thể tích

β
≡
C
M
hệ số đầy mặt giữa tàu

δ

≡
C
B
hệ số đầy thể tích

ϕ

≡
C
P
hệ số đầy lăng trụ

Δ
≡
D lượng chiếm nước của tàu
displacement weight

∇

≡ V thể tích phần chìm

displacement volume


9
Tàu thủy ra đời cách đây đã ba, bốn ngàn năm. Cuối năm 1999 người ta đã tìm thấy xác tàu gỗ,
chôn vùi dưới đáy biển khoảng hai ngàn rưỡi năm. Tàu thủy đã và đang được nghiên cứu, cải tiến
nhằm đáp ứng ngày một tốt hơn đòi hỏi về mọi mặt của con người. Đội tàu ngày nay có thể chia
làm các nhóm chính sau đây.
Tàu làm việc trên nguyên tắc khí động học
Trong nhóm này có thể kể hai kiểu tàu đang được dùng phổ biến:
Tàu trên đệm khí
(
air
cushion vehicle
- ACV) tựa hẳn trên một “gối khí” áp lực đủ lớn, được một “váy” mềm bao bọc. Tàu
hoạt động nhờ lực nâng của “gối”, lực đẩy của chong chóng. Trong lónh vực vận tải người và hàng,
người ta đã đóng ACV chở 300 khách, vận tốc 60
HL
/
h
. Kiểu tàu thứ hai là của nhóm không “mặc
váy” nhưng tận dụng ngay thành cứng kéo dài xuống của tàu làm màng giữ khí áp lực lớn. Kiểu này
trong ngôn từ chuyên môn gọi là
captured-air-bubble vehicle
- CAB. Biến dạng của nhóm tàu còn là
tàu bọt khí
, đẩy bằng thiết bò phụt nước hoặc chân vòt siêu sủi bọt.
Tàu làm việc trên nguyên tắc thủy động lực
Tàu nhóm này làm việc trong nước, làm việc trên nguyên lý thủy động lực. Tàu sử dụng lực
nâng của cánh chìm, chạy trong nước, để nâng tàu lúc chạy gọi là

tàu trên cánh
theo cách gọi của
người Nga, thường được gọi là
tàu cánh ngầm
. Từ chuyên ngành bằng tiếng Anh là
hydrofoil
vehicle
. Cánh của tàu được dùng dưới hai dạng khác nhau, dạng thường thấy là cánh máy bay, được
bẻ gập thành chữ V, đỡ thân tàu. Bản thân cánh chạy ngầm sát mặt nước. Dạng sau người Mỹ gọi
là cánh ngầm (
submerged foils
), với hai chân mang hai thanh trượt, giống như người trượt tuyết.
Tàu lướt
thuộc nhóm này. Tàu có kết cấu đáy dạng tấm trượt, thường được gập thành hình chữ
V (
deep Vee
). Tấm trượt khi lướt trong nước chòu lực nâng và lực này nhấc một phần tàu lên, giảm
thể tích phần chìm khi chạy. Từ chuyên môn thường gọi đây là
planing craft.
Nhóm đông đúc nhất là tàu hoạt động trên nguyên lý của đònh luật Archimedes
, gọi là
tàu nổi

(
displacement ships
). Trong trạng thái đứng yên cũng như trạng thái chạy lực đẩy tàu từ dưới lên,
gọi là lực nổi do nước tác động, luôn cân bằng với trọng lượng toàn tàu trong trạng thái ấy. Nhóm này
bao gồm các loại tàu chạy sông, tàu đi biển như tàu chở hàng, tàu chở dầu, tàu khách nói chung, tàu kéo,
tàu đánh cá Xét về thân tàu, đặc biệt phần thân chìm dưới nước có tàu một thân, tàu nhiều thân như
catamaran hai thân, trimaran ba thân. Trong số tàu hai thân còn có một dạng đặc biệt, thân chính

thể tích lớn, chìm trong nước, trong khi đó diện tích mặt đường nước của tàu khá nhỏ. Tàu này có
tên gọi
tàu đường nước nhỏ
.

Ngoài ra, cùng loại tàu nổi này còn có tàu ngầm, hoạt động chủ yếu trong lòng nước, trên
nguyên tắc tàu nhóm ba vừa nêu.
Trong các phần sau tài liệu sẽ đề cập đến tàu làm việc theo nguyên lý của đònh luật
Archimedes.

10

1.1 Tính nổi tàu thủy
Tàu thủy nổi trên nước, tàu ngầm nổi trong nước chòu tác động đồng thời hai lực ngược chiều
nhau.
Trọng lực gồm trọng lượng bản thân tàu, trọng lượng hàng hóa trên tàu, máy móc thiết bò, dự
trữ cùng hành khách trên tàu tác động cùng chiều hút của trái đất.
Lực nổi do nước tác động theo
chiều ngược lại.
Lực nổi
Trong hệ toạ độ gắn liền với tàu, gốc tọa độ đặt tại trọng
tâm
G
của tàu, trục Oz hướng lên trên, ngược với chiều tác
động của lực hút trái đất, mặt xOy song song với mặt nước ở
trạng thái tónh, trọng lực
W
có điểm đặt tại
G
, tác động hướng

xuống dưới hình 1.1.
Thân tàu chìm trong nước tiếp xúc với nước qua mặt ướt vỏ
tàu. Như đã biết trong bộ môn cơ học chất lỏng, áp lực do nước
áp đặt lên mặt tiếp xúc này mang giá trò:
p
=
p
a
+ γ z (*)
lựcHình 1.1: Trọng và lực nổi
với:
p
a
- áp suất khí quyển đo tại mặt thoáng của nước
z
- khoảng cách đo từ mặt thoáng đến điểm đang được xem xét trên mặt ướt vỏ tàu.
Lực thủy tónh tác động lên phần tử
dS
của mặt ướt vỏ tàu trong trường hợp này được hiểu là:
dP
= (
p
a
+ γ
z
)
dA
(a)
Mặt khác
dP

được phân thành các thành phần:
dP
x
- tác động theo phương nằm ngang, bằng (
p
a
+γ
z
)
dS
X
dP
Z
-
tác động theo phương thẳng đứng, bằng:
(p
a
+
γ
z)dS
Z
– (
p
a
+ γ .0 )
dS
Z
= γ
zdS
Z

Phân tích các thành phần lực thủy tónh do áp lực này gây ra trên vỏ tàu có thể thấy rằng, tổng
các lực thành phần theo phương nằm ngang sẽ bằng 0 do chúng tự triệt tiêu nhau, còn lực tác động
theo phương thẳng đứng có dạng:
dP
Z
= γ
zdS
Z
(b)
Nếu ký hiệu:
dV
- thể tích cột nước cao
z;
diện tích đáy
dS
z
;
dV
=
zdS
Z

Công thức (a) sẽ có dạng:
dF = dP
Z
=
γ
dV
(c)

11
Công thức cuối được hiểu là lực nổi do nước tác động lên phần thân tàu chìm trong nước
F
= γV.
Lực nổi tính theo đònh luật Archimedes, bằng trọng lượng khối nước bò thân tàu choán chỗ, tác
động theo hướng từ dưới lên. Lực nổi
F
có tâm đặt lực tại B, gọi là tâm nổi của tàu. Cần giới thiệu
thêm, B được viết tắt từ
Buoyancy
, được dùng trong tài liệu này thay cho ký hiệu vẫn dùng trước
nay là C. Lực này cố gắng đẩy tàu lên cao hơn vò trí nó đang chiếm.
Với tàu thủy có thể tích phần chìm trong nước V, viết tắt từ Volume (hoặc ∇ là ký tự thay thế
cho V trong nhiều trường hợp), trọng lượng toàn tàu tại trạng thái tính toán, đúng bằng trọng lượng
khối nước bò thân tàu chiếm chỗ γ∇. Đại lượng
D
= γV (hoặc γ∇) được gọi là
lượng chiếm nước của tàu,

mang giá trò đúng bằng lực nổi của tàu. Ký hiệu
D
viết tắt từ
Displacement
, còn Δ ký tự thay cho
D

trong nhiều trường hợp. Theo cách đó chúng ta có thể viết:
W
= Δ = γ∇ (1.1)

trong đó: Δ (hoặc
D)
- lượng chiếm nước; γ - trọng lượng riêng của nước
∇ (hoặc V) - thể tích phần tàu chiếm chỗ trong nước, hoặc còn được gọi là
là
lượng thể tích chiếm chỗ
(
volume displacement
).
Thứ nguyên dùng cho các thành phần trong công thức, trong hệ thống đo metric, sau đây gọi là
hệ mét, được hiểu theo truyền thống đã ghi đậm nét trong ngành đóng tàu:
γ - trọng lượng riêng nước sông bằng 1
t
/
m
3
, nước biển γ = 1,025
÷
1,03
t
/
m
3
V
- thể tích tính bằng
m
3

D
- lượng chiếm nước tính bằng tấn hệ metric, viết tắt là

T
hoặc
MT
.
Trong một số tài liệu xuất hiện những năm gần đây tại một số nước người ta đề nghò các ký
hiệu mới nhằm thay cho qui ước vừa nêu. Những đề nghò đó được tóm tắt là D dùng để chỉ khối
lượng tàu, còn lực nổi tính bằng N hoặc kN. Cách dùng này chưa được ghi nhận chính thức tại các
hội nghò ITTC và trong các nghò quyết của IMO, bạn đọc có thể suy nghó nhiều hơn trước khi áp
dụng đề nghò này.
Thể tích V là thành phần thay đổi trong biểu thức tính lực nổi tàu γV, đóng vai trò thước đo
tính nổi tàu.
Điều kiện cân bằng tàu trong trạng thái nổi
Trường hợp
W
>
F
, có nghóa trọng lượng tàu lớn hơn lực nổi, tàu còn bò kéo xuống. Khi bò chìm
sâu hơn trong nước thể tích phần chìm của tàu lớn lên và như vậy theo đònh luật Archimedes lực F
lớn dần. Khi vượt qua giới hạn cân bằng,
F
>
W
tình hình sẽ ngược lại, tàu bò đẩy lên cao hơn, thể
tích phần chìm của tàu giảm dần dẫn đến
F
nhỏ dần.
Tàu chỉ có thể nằm ở vò trí cân bằng khi cân
bằng hai lực ngược chiều nhau này.

Hình 1.2
Điều kiện
W = F
trong thực tế chưa đủ đảm bảo để tàu nổi ổn đònh. Trường hợp tàu bò nghiêng

12
ngang đến góc nhất đònh, tâm nổi dòch dời vò trí tùy thuộc hình dáng phần chìm của tàu. Đường tác
động lực nổi qua tâm B’ hiện thời không trùng với đường tác động lực trọng trường qua
G
. Vì rằng
W
=
F
và khoảng cách giữa hai đường tác động lực mang giá trò nhất đònh, ví dụ khoảng cách giữa
chúng
L
, xuất hiện momen ngẫu lực
WL
làm quay tàu. Nếu momen này lớn hơn 0, tức là theo chiều
quay kim đồng hồ, tàu còn bò quay theo chiều thuận kim đồng hồ. Ngược lại momen mang giá trò
âm, tàu quay ngược (H.1.2). Trong cả hai trường hợp, khi góc nghiêng còn bé tàu quay ngang qua
tâm nghiêng ngang
M
.
Trong trường hợp tâm nổi nằm xa trọng tâm, tính theo chiều dọc tàu, momen ngẫu lực
W.L,

làm cho tàu bò chúi về trước nếu momen ngẫu lực mang dấu âm. Tâm nghiêng dọc
M
L

(hay còn gọi
chúi tàu) trong trường hợp này nằm khá xa nếu so với khoảng cách từ tàu đến
M
(H.1.3).

Hình 1.3
Tàu chỉ ở tư thế ổn đònh khi hoành độ tâm nổi bằng hoành độ trọng tâm tàu.
Từ đó có thể thấy điều kiện cần và đủ để tàu nổi và cân bằng trên nước, dưới tác động của lực
W
và
F
sẽ là:
a) Cân bằng lực:

W = F

b) Cân bằng momen
: Khoảng cách
L
giữa hai đường tác động lực của
W
và
F
bằng 0, dẫn đến
WL – FL
= 0
với
L
bằng khoảng cách
GZ

tại hình 1.2 và 1.3.
Hai điều kiện được viết dưới dạng tổng quát:
∑
P
i
= 0; ∑
P
i
x
i
= 0, với
i
= 1,2, (1.2)
Điều kiện trên đây được phát biểu cách khác, lực nổi do nước tác động tónh lên tàu phải bằng
trọng lượng toàn tàu, còn tâm nổi của tàu B’ phải cùng nằm trên đường thẳng vuông góc với mặt
thoáng, đi qua trọng tâm G của tàu.
Trọng lượng và trọng tâm tàu
Trọng lượng toàn tàu bằng tổng các trọng lượng thành phần tham gia vào tàu như vỏ tàu, máy
móc, thiết bò, hàng, dự trữ, hành khách. Trọng lượng và trọng tâm tàu tính theo công thức:

13
W
= ∑
w
i
(1.3)
KG
≡
Z
G

=
Σ
Σ
ii
i
wz
w
; LCG
≡
X
G
=
Σ
Σ
ii
i
wx
w
(1.4)
Xác đònh
trọng lượng và trọng tâm tàu đòi hỏi phải thực hiện khối lượng rất lớn các công việc
tính toán và thường các phép tính đòi phải chi tiết, cụ thể và lắm khi phiền toái. Thực hiện các
bảng tính này được gọi là tính toán các trường hợp tải trọng của tàu. Trọng lượng và trọng tâm tàu
xác đònh cho mỗi trường hợp sẽ cần cho các bảng tính tính nổi và các bảng tính cân bằng dọc, cân
bằng ngang và ổn đònh tàu.
Thông lệ tiến hành phân loại các nhóm trọng lượng tàu khi tính làm cho công việc rõ ràng
hơn, dễ hiểu hơn. Ví dụ, trọng lượng tàu thông dụng có thể chia thành các nhóm nhỏ sau:
Trọng lượng vỏ tàu Trọng lượng trang thiết bò nội thất
Trọng lượng trang thiết bò vỏ Trọng lượng nhiên liêu, nước
Trọng lượng máy chính và các máy phụ Trọng lượng đoàn thủy thủ , khách và dự trữ

Trọng lượng hệ thống toàn tàu Trọng lượng vật dằn và các phần khác
Trọng lượng trang thiết bò trên boong
Thiết bò điện, điện tử
Tại đây chúng ta cần thống nhất một điều, khi tính trọng lượng và trọng tâm, điều cần quan
tâm là “trọng lượng”, tính bằng
kG
(trọng lượng) hoặc tấn trọng lượng (MT) của tất cả thực thể trên
tàu chứ không đi sâu tìm hiểu “khối lượng” tính bằng kg hoặc tấn khối lượng.
Trong mọi trường hợp, với tàu thủy cần để ý đến lượng dự trữ của lượng chiếm nước D. Tàu dân
sự, lượng dự trữ này chiếm khoảng 1 2%. ÷
Từ các nhóm trọng lượng tiến hành chia nhóm nhỏ hơn trong khi lập bảng tính. Ví dụ từ nhóm
trọng lượng vỏ có thể hình thành nhóm nhỏ gồm đáy, boong, thượng tầng, vách… Từ nhóm trang
thiết bò trên boong phải chia ra hệ thống neo buộc, hệ thống lái, hệ thống cẩu hàng (nếu có) và các
hệ thống khác.
Thực tế tính toán cho thấy, những nhóm nhỏ chứa rất nhiều thành phần riêng nhau. Trong
những trường hợp ấy cần thiết tiếp tục chia các nhóm nhỏ vừa đề cập thành nhóm nhỏ hơn.
Tính toán cho một trạng thái tải trọng thực hiện theo bảng 1.1.

Bảng 1.1
Tay đòn (m) Mômen (ví dụ Tm)
Tên gọi
Trọng
lượng w
i
x
i
y
i
z
i

Mx =(2).(3) My = (2).(4) Mz = (2).(5)
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Tổng ∑w
I
∑Mx ∑My ∑Mz
Công thức (1.3) và (1.4) được suy từ đây:
Trọng lượng:
W =
∑
W
i
(2)

Xê dòch ngang trọng tâm:
Y
G

=
6
2
()
()
Σ
Σ
i
Mx
W

Chiều dọc trọng tâm:

LCG
≡
X
G
=
7
2
()
()
Σ
Σ
i
My
W


14
Chiều cao trọng tâm:
KG
≡
Z
G
=
8
2
()
()
Σ
Σ
i

Mz
W

Nếu ký hiệu tâm nổi phần chìm thân tàu bằng B, có thể viết tọa độ tâm nổi này trong hệ tọa
độ Oxyz vừa nêu. Toạ độ B theo chiều dọc LCB hoặc
X
B
, theo chiều ngang
Y
B
, còn theo chiều cao là
KB hoặc
Z
B
. Sử dụng các ký hiệu này chúng ta có thể viết điều kiện nổi cho tàu:
W = D; X
G
= X
B
hoặc
LCG = LCB; Y
G
= Y
B

Y
G
được hiểu là tọa độ trọng tâm tàu theo chiều ngang, tính cho trường hợp trọng tâm này
không nằm trong mặt đối xứng. Các tàu thường gặp, đối xứng qua mặt cắt dọc giữa tàu, tâm nổi
Y

B

= 0, do vậy khi thiết kế và chế tạo người ta đã tìm mọi cách để trọng tâm
Y
G
= 0, nhằm đảm bảo
cân bằng ngang. Trong trường hợp ấy điều kiện nổi của tàu quay lại như hình 1.1.
Ví dụ
:
Áp dụng điều kiện nổi xác đònh mớn nước tàu cho tàu đi từ sông ra biển. Tàu được xét là
một ponton đáy hình chữ nhật
LB
= 10×4
m
, cao
H
= 2,5
m
. Trong sông tàu có mớn nước
d
= 2
m
.
Tại trạng thái đang xét trọng lượng tàu sẽ là:
W = D
= γ
1
V
1
= γ

1
LBd
= 1,0×10×4×2 = 80
t

trong đó là γ
1
trọng lượng riêng nước sông nhận bằng 1,0
t
/
m
3
.
Khi ra biển trọng lượng ponton không thay đổi, và lực nổi do nước biển tác động lên ponton sẽ
bằng giá trò tuyệt đối của
W
= 80
t
.
F = W
= 80
t

Mặt khác trọng lượng riêng của nước biển γ
2
khác γ
1
, do vậy thể tích phần chìm của ponton khi
ở biển không bằng thể tích phần chìm lúc còn trong sông.
F = D

= γ
1
LBd
1
= γ
2
LBd
2

trong đó
d
1

là mớn nước ponton tại sông bằng 2
m
;
d
2
- mớn nước ponton lúc ở biển.
Thay giá trò γ
2
= 1,025
t
/
m
3
dùng cho nước biển vào biểu thức trên có thể xác đònh được giá trò
mớn nước ponton tại biển:
d
2

=
1
1
2
γ
γ
d
=
1
2
1025,
×
= 1,951
m

Phân biệt các tên gọi sau đây khi xác đònh
trọng lượng, trọng tải và dung tích tàu
.
Thể tích chiếm nước của thân tàu, ký hiệu V (hoặc ∇), là thể tích phần chìm của tàu trong nước,
đo bằng đơn vò đo thể tích. Trong hệ thống đo hệ mét, đơn vò thường dùng là mét khối,
m
3
. Trong
hệ thống đo truyền thống Imperial tại Anh-Mỹ, đơn vò đo thể tích dùng trong tàu là
cu.ft
, tương
đương 0,0283
m
3

.
Lượng chiếm nước của tàu, ký hiệu
D
(hoặc Δ), có giá trò bằng tổng trọng lượng tàu trong trạng
thái đang tính.
Thông thường sử dụng hai cách tính lượng chiếm nước cho tàu là lượng
chiếm nước tàu không
D
o
, khi trên tàu chưa chứa hàng, nhiên liệu, hành khách, thực phẩm và
lượng chiếm nước tàu đầy tải
.
Lượng chiếm nước tính theo công thức
D
= γV thường giành cho trường hợp tàu đầy tải. Với tàu chở
hàng trường hợp này ứng với trạng thái tàu bắt đầu rời bến sau khi chất đủ hàng, nhiên liệu và dự
trữ.

15
Đơn vò đo lượng chiếm nước là đơn vò đo
trọng lượng
. Trong hệ mét, đơn vò được dùng là
tấn

trọng lượng, viết tắt là
T
hoặc viết tắt đúng cách là
MT
, còn trong hệ thống đo Imperial Anh-Mỹ
phải là

long ton
. Công thức chuyển đổi giữa hai hệ thống đo là:
1
long ton
= 1016,05
kG
= 1,01605
TM
.
Trong hệ thống đo Anh-Mỹ, thể tích phần chìm đo bằng đơn vò
cu.ft
, do vậy tính lượng chiếm
nước theo công thức
D
= γV sẽ có dạng:
Cho nước sông:
D
=
V
/35, trong đó
V
tính bằng
cu.ft
, (
long ton
)
Cho nước biển:
D
=
V

/36, trong đó
V
tính bằng
cu.ft
, (
long ton
)
Sức chở hay tải trọng tàu đo bằng đơn vò đo trọng lượng, chỉ trọng lượng hàng trên tàu cùng
hành khách, dự trữ, nhiên liệu, dầu nước cho buồng máy.
Với tàu chở hàng, sức chở của tàu được gọi bằng thuật ngữ chuyên ngành có xuất xứ từ tiếng
Anh là
deadweight
, viết tắt
dwt
. Trong thành phần sức chở deadweight bao gồm không chỉ hàng
hoá chở trên tàu mà còn dự trữ, lương thực, thực phẩm, nước sinh hoạt, nhiên liệu , nước ngọt dùng
cho máy tàu. Như vậy lượng chiếm nước
D bao gồm trọng lượng tàu không và deadweight
. Trọng tải
tàu theo nghóa deadweight tính bằng công thức:
DW = D – D
0

Khái niệm sức chở theo nghóa
deadweight
bò nhiều người hiểu nhầm thành “trọng tải” chung
chung, do vậy trong quá trình vận tải hàng đã xảy ra quá nhiều vướng mắc, tranh chấp về thuế
quan, kiểm tra an toàn. Cần thiết phải phân biệt khái niệm sức chở (trọng tải) theo cách nghó
thông thường chỉ là trọng lượng hàng hoá người ta có thể chở trên tàu với sức chở “
deadweight

” nêu
trên.
Tấn đăng ký dùng trong ngành vận tải thủy tính bằng đơn bò đo
dung tích.
Đơn vò đo tính bằng
100 cu.ft
, tương đương
2,832m
3
được qui ước là
“1 tấn đăng ký”.
Cần phân biệt rõ là
tấn đăng ký
không tính bằng trọng lượng.
Thuật ngữ chuyên môn gọi đây là
tonnage
hay viết đủ hơn là
registered tonnage
, mang ý nghóa “tấn đo dung tích tàu”. Sở dó có sự lẫn lộn giữa tấn trọng lượng và
tấn đăng ký vì trong lòch sử phát triển hàng hải đã xảy ra việc phát âm trùng nhau từ
tun
dùng chỉ
thùng tô nô chứa rượu vang, đã một thời làm đơn vò vận chuyển, với từ
ton
(tấn) thông dụng. Có thể
giải thích thêm một tun (thùng) rượu vang nặng 2200 cân Anh, dung tích 252
gallon
. Trong khi đó
một
long ton

của người Anh đổi ra được 2240 cân Anh.
Tấn đăng ký được sử dụng chính thức và thường xuyên khi đăng ký tàu, là đơn vò chính dùng
trong thống kê đội tàu, cơ sở tính thuế khi tàu qua kênh, đạâu cảng Tính dung tích tàu và xác đònh
tấn đăng kiểm cho tàu là công việc bắt buộc trong thiết kế tàu, tại phần tham khảo tiếp sau đây
của tài liệu sẽ giới thiệu sơ lược cách làm này.
1.2 KÍCH THƯỚC HÌNH HỌC THÂN TÀU VÀ TỈ LỆ GIỮA CHÚNG
Chiều dài tàu
Phân biệt các tên gọi liên quan đến chiều dài tàu sau:
Chiều dài toàn bộ tàu
,
L
t

hoặc L
oa
, là khoảng cách đo từ điểm xa nhất trước tàu đến điểm xa
nhất sau lái.
Chiều dài đường nước kết cấu , đo trên đường nước thiết kế, kể từ điểm tiếp nước ở mũi tàu
KW
L

16
đến điểm tiếp nước phía sau lái.
Chiều dài giữa hai trụ
L
pp
, là khoảng cách đo trên mặt đường nước, tính từ trụ lái đến trụ mũi.
Trên tàu vỏ thép trụ lái được hiểu là trục đi qua trục quay bánh lái, còn trụ mũi đi qua điểm cắt
nhau của đường nước thiết kế với mép ngoài trên mũi tàu. Với các tàu có vách đuôi nằm nghiêng so
với mặt cơ bản qua đáy (vách

T
), trụ lái nhận đi qua đường cắt của vách nghiêng với đường nước thiết
kế, tính trên mặt cắt dọc giữa tàu.


Hình 1.4
Chiều rộng tàu
Chiều rộng tàu lớn nhất
B
max
, là khoảng cách lớn nhất đo tại mặt cắt ngang tại khu vực rộng
nhất của tàu, tính từ điểm xa nhất bên mạn trái đến điểm xa nhất bên mạn phải của tàu.
Chiều rộng
B
, thuật ngữ chuyên ngành bằng tiếng Anh viết đầy đủ hơn là
Breadth moulded
, là
khoảng cách đo từ mạn trái đến mạn phải tàu, tại mặt cắt ngang tàu đi qua mặt rộng nhất của tàu.
Với tàu có mặt cắt hình U hoặc V, vò trí đo nằm tại mép boong. Với tàu dạng
ω
chiều rộng tàu đo
tại vò trí rộng nhất của mặt cắt.
Chiều cao
Chiều cao tàu, ký hiệu bằng
D
hoặc
H
, là khoảng cách đo theo chiều thẳng đứng, tính từ mép
trong của tấm ki chính đến mép trên của xà ngang boong mạn khô. Với tàu nhiều boong, boong mạn
khô được hiểu là boong có kết cấu kín nước, có hệ thống đậy kín các lỗ khoét trên boong và các lỗ

khoét bên mạn, nằm ở vò trí cao nhất.



Hình 1.5: Chiều rộng tàu

17
Mớn nước
Mớn nước tàu ký hiệu bằng
d
hoặc
T
, đo trên trục thẳng đứng, tính từ đường cơ bản qua đáy
tàu, đến đường nước thiết kế. Với tàu đáy bằng mớn nước tiêu chuẩn đo tại giữa tàu. Phân biệt các
tên gọi thường dùng sau.
Mớn nước d
(chiều chìm), thuật ngữ chuyên ngành trong tiếng Anh gọi là
draught moulded

(tiếng Mỹ:
draft molded
) đo từ đường cơ bản. Chiều cao đo từ mép dưới sống chính gọi là
keel draft
,
còn
mớn nước trung bình d
m
là giá trò trung bình cộng của mớn nước đo tại trụ lái và mớn nước đo
tại trụ mũi.
Mớn nước lái đo tại trụ lái, tính cả chiều nghiêng của sống chính, nếu có.

Mớn nước mũi đo tại trụ mũi, tính cả độ nghiêng của sống chính.
Mạn khô
Chiều cao mạn khô tàu là hiệu số giữa chiều cao và mớn nước tàu:
Fb = D – d
hoặc
H – T
(1.5)
Hệ số đầy (hệ số béo)
Quan hệ giữa kích thước chính của tàu với thể tích phần chìm, diện tích đường nước, diện tích
mặt giữa tàu được thể hiện qua các hệ số đầy.
Hệ số đầy đường nước,
C
W
hoặc là tỉ lệ giữa diện tích mặt đường nước được vỏ tàu giới hạn và
diện tích hình chữ nhật có cạnh là chiều dài và chiều rộng đường nước. Nếu ký hiệu
α
W
A
- diện tích
mặt đường nước,
L
- chiều dài tàu, đo tại đường nước,
B
- chiều rộng tàu, hệ số
C
W
tính theo công
thức:
W
W

A
C
LB
=
(1.6)

Hình 1.6
Hệ số đầy sườn giữa tàu,
C
M
hoặc β , là tỉ lệ giữa diện tích phần chìm của sườn giữa tàu
M
A
với
diện tích hình chữ nhật ngoại tiếp nó, cạnh
BT
.
=
⋅
M
M
A
C
BT
(1.7)

18

Hình 1.7
Hệ số đầy thể tích,

C
B
hoặc δ , là tỉ lệ giữa thể tích phần chìm của tàu
V
với thể tích hình hộp
ngoại tiếp nó. Hệ số
C
B
tính theo công thức:
B
V
C
LBT
=
(1.8)
Hệ số đầy lăng trụ,
C
P
hoặc , là tỉ lệ giữa thể tích phần chìm tàu
V
so với ống trụ dài bằng
chiều dài đường nước
L
, diện tích mặt trụ
ϕ
M
A


P

M
V
C
A
L
=
×
hay là
B
P
M
C
C
C
=
(1.9)

Hệ số đầy thể tích

Miêu tả cách xác đònh hệ số C
P

và C
V
chuẩn

Hình 1.8
Hệ số đầy trụ đứng,
C
V

hoặc , là tỉ lệ giữa thể tích phần chìm so với trụ đứng cao
T
, mặt trụ χ
W
A
.
V
W
V
C
A
T
=
hay là
=
B
V
W
C
C
C
(1.10)
Trước khi tìm hiểu cách tính các đường cong tính nổi trên cơ sở các dữ liệu thu nhận từ một tàu
cụ thể, chúng ta xem ví dụ về cách tính các hệ số đầy sau: Tàu đi biển với kích thước chính
L
pp
=
120
m
,

B
= 15,6
m
,
d
= 5,7
m
, có thể tích phần chìm trong trạng thái khai thác xác đònh
V
= 5220
m
3
,
diện tích mặt đường nước thiết kế
A
w
= 1310
m
2
, diện tích mặt sườn giữa tàu
A
M
= 78
m
2
. Tính các hệ
béo của tàu trên đây.
Hệ số đầy
C
w

:

W
W
A
C
LB
,
,
== =
×
1310
070
120 15 6


19
Hệ số đầy
C
M
:
M
W
A
C
Bd
,
,,
== =
×

1310
0878
15 6 5 7

Hệ số đầy
C
B
:
B
V
C
LBd
,
,,
== =
××
5220
0489
120 15 6 5 7

Hệ số đầy
C
P
:

== =
B
P
M
C

C
C
,
,
,
0 489
0 557
0 878

Hệ số đầy
C
V
:
== =
B
V
W
C
C
C
,
,
,
0489
0698
070

Tỷ lệ giữa các kích thước tàu có ý nghóa thực tế với 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.
Bảng 1.2a:
Hệ số đầy của các tàu thường gặp trong thực tế

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 khách đi biển cỡ lớn 0,62 - 0,72 0,80 - 0,85 0,95 - 0,98
Tàu khách đi biển cỡ vừa 0,65 - 0,75 0,80 - 0,85 0,96 - 0,98
Tàu khách 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 - 0,98
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
Tỷ lệ
H
/
T
đặc trưng cho tính ổn đònh tàu ở các góc nghiêng lớn, tăng khả năng chống chìm của
tàu.
Bảng 1.2b:
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 khách đi biển cỡ lớn 7,20 - 8,0 2,4 - 2,6 1,30 - 1,50 12 - 14
Tàu khách đi biển cỡ vừa 6,5 - 7,5 2,3 - 2,5 1,30 - 1,5 10 - 14
Tàu khách 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

20
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

1.3 ĐƯỜNG HÌNH VỎ TÀU
Đường hình lý thuyết của vỏ tàu được biểu diễn trong hệ tọa độ gắn liền với vỏ tàu như trên

hình 1.9. Trục Oz hướng lên trên. Trục Ox trùng với chiều dọc tàu, hướng về trước, còn trục Oy
hướng sang mạn phải. Tâm của hệ tọa độ đặt tại giao điểm ba mặt phẳng: mặt cắt ngang giữa tàu,
mặt cắt dọc giữa tàu và mặt cơ bản qua đáy tàu.

Hình 1.9:
Hệ tọa độ chung
Đường lý thuyết miêu tả vỏ tàu được qui ước vẽ trong bản vẽ hai chiều 2D, bao gồm các phần
sau:
Hình chiếu các vết cắt dọc tàu
do mặt phẳng dọc giữa tàu và các mặt phẳng song song với mặt
này tạo thành. Cụm vết cắt này nằm phía trái, bên trên.
Hình chiếu các vết cắt vỏ tàu
qua các đường nước, nằm phía trái, bên dưới.
Hình chiếu các mặt cắt ngang tàu
, gọi là các sườn lý thuyết, nằm phía phải, bên trên.
Hình ảnh các mặt chiếu và xuất xứ của nó được miêu tả trên hình 1.10.
Trên các hình chiếu ghi rõ các đặc trưng hình học của vỏ tàu thủy, ví dụ:
Độ vát hông

(deadrise)
- độ cất của tấm đáy so với mặt cơ bản, đo tại mép mạn
Độ cong boong

(camber)
- độ cất tấm boong, đo tại giữa xà ngang boong, so với mép boong cùng
sườn.
Đường cong mép boong

(sheer line),
dọc toàn tàu. Thông thường đây là đường yên ngựa.

Đường tâm boong
chạy dọc tàu.


21

Hình 1.10 Các mặt cắt dùng trong bản vẽ đường hình lý thuyết

Bản vẽ đường hình lý thuyết
Đường bao vỏ tàu là mặt cong trong không gian ba chiều 3D. Để miêu tả gần đúng mặt cong
này nhất thiết phải rời rạc hóa và biểu diễn lại dưới dạng mặt gần đúng. Quá trình rời rạc hóa mặt
cong ba chiều tiến hành theo thứ tự như sau: Dọc thân tàu, tính từ lái đến mũi tàu, tiến hành chia
tàu thành nhiều đoạn thẳng, gọi là
khoảng sườn
. Trong thực tế người ta chia chiều dài tàu thành 10
hoặc 20 khoảng sườn lý thuyết. Cắt ngang qua vò trí các nút đánh dấu sườn lý thuyết sẽ nhận được
mặt cắt ngang sườn lý thuyết. Khi thực hiện, lợi dụng tính đối xứng qua mặt cắt dọc tàu, chỉ cần
thể hiện 1/2 chiều rộng tàu sẽ diễn đạt đầy đủ mặt cắt ngang qua sườn. Thông lệ phần bên phải của
mặt đối xứng tiến hành vẽ các nửa mặt cắt của các sườn trước tàu, tính từ mặt cắt giữa tàu, còn bên
trái giành cho các sườn phía sau.
Theo chiều cao, có thể sử dụng các đường nước để cắt vỏ tàu và như vậy sẽ nhận được vết cắt
các đường nước.
Thông thường chúng ta sử dụng hệ thống cắt qua (10 + 1) hoặc (20 + 1) sườn lý thuyết. Số thứ
tự sườn lý thuyết đánh dấu từ sườn 0 đến sườn 10 hoặc 20, tùy thuộc hệ thống đang sử dụng. Những
sườn nằm giữa các sườn đang tính được đánh dấu theo số thứ tự theo hệ thống được chọn. Ví dụ, tại
vùng đuôi và vùng mũi tàu cần thiết xây dựng thêm các sườn trung gian như 1/2, 3/4, 1,5, , 8,
8,5,
Thông thường, đường nước được đánh dấu từ đáy với mở đầu đường nước số 0 (DN0), sau đó
tăng dần thành DN1, DN2
Ngoài các đường sườn, đường nước tiêu chuẩn, khi vẽ đường hình cần thêm các đường cắt dọc,

cách mặt cắt dọc giữa tàu khoảng cách nhất đònh. Các mặt cắt dọc này được ký hiệu CDI, CDII,
Ngoài hệ thống đường vuông góc vừa nêu, khi lập đường lý thuyết cần xác lập hệ thống đường kiểm
tra, xuất phát từ mặt cắt giữa tàu đến vò trí được chọn. Vết cắt các mặt cắt kiểm tra được biểu diễn
phía dưới, ở phía đối xứng tâm đường nước.

22

Hình 1.10b

Đường hình lý thuyết một tàu vận tải tiêu biểu được trình bày tại hình 1.10b.

23
1.4 TÍNH CÁC ĐẠI LƯNG HÌNH HỌC VỎ TÀU
Từ đường lý thuyết tiến hành tính các giá trò đặc trưng hình học vỏ tàu. Thứ tự tính toán chia
làm hai giai đoạn: các đại lượng đặc trưng trong mặt đường nước và các đại lượng đặc trưng trong
sườn tàu. Sau hai phần tính vừa nêu tiến hành tính toán cho toàn tàu.


Hình 1.11a Đường nước
1- Đại lượng hình học đường nước
Biểu diễn đường nước bất kỳ của tàu dưới dạng đường cong dạng
y = f(x),
các phép tính đại
lượng hình học đường nước được đưa về dạng sau:
Diện tích đường nước

A
w
: =
∫

b
W
a
A
ydx
(1.11)
Mômen tónh so với trục Ox
: =
∫
b
oy
a
mxyd
x
(1.12)
Tọa độ trọng tâm đường nước
: =
∫
∫
b
a
b
a
xydx
a
y
dx
(1.13)
Mômen quán tính so với trục Oy
: =

∫
b
L
a
Ixyd
x
2
2 (1.14)
Mômen quán tính mặt đường nước so với trục O’y’ cách Oy một đoạn a tính theo công thức trên
sẽ là:
(1.15)
LL
IIaA
'
=−
2
W
Mômen quán tính mặt đường nước dọc tàu Ox được gọi là mômen quán tính ngang tính theo
công thức:

b
t
a
Iyd
x
=
∫
3
2
3

(1.16)
Trong các biểu thức trên y mang giá trò 1/2 chiều rộng vỏ tàu tại vò trí đang xét.
2- Các mặt cắt ngang tàu
Các đại lượng đặc trưng cho mặt cắt ngang tàu:
Diện tích mặt sườn tính đến mớn nước
Z
.
(1.17)
z
Sz ydz
()=
∫
0
2
Mômen tónh so với trục Oy của mặt sườn:

24
(1.18)
z
mz yzdz
()=
∫
0
2
Trọng tâm mặt sườn thuộc phần chìm đến mớn nước Z tính theo công thức:

z
z
y
zdz

mz
Cz
Sz
y
dz
()
()
()
==
∫
∫
0
0
(1.19)
3- Tỉ lệ Bonjean
Hình 1.11b
Với mỗi sườn tàu, từ kết quả tính diện tích phần chìm và mômen tónh phần chìm so với đáy, có
thể vẽ hai đường cong miêu tả biến thiên của hai giá trò trên theo chiều chìm Z. Tập hợp toàn bộ
các đường cong kiểu này, lập cho tất cả sườn tính toán sẽ được đồ thò có tên gọi tỉ lệ
Bonjean
.
Tại hình 1.12 trình bày tỷ lệ Bonjean lập cho tàu cá dài 45,26
m
.
Họ đường cong trên đồ thò mang tên tỉ lệ Bonjean là cơ sở tính thể tích phần chìm giả đònh,
tâm nổi theo chiều dọc, chiều cao trước khi hạ thủy tàu, đồng thời là cơ sở tính chống chìm, phân
khoang tàu.
4- Thể tích phần chìm và các đại lượng liên quan đến thể tích
Tính thể tích phần chìm được tiến hành theo một trong hai cách: (1) tính từ dưới lên trên cơ sở
dữ liệu của tất cả đường nước hoặc (2) tính theo chiều dọc tàu, sử dụng dữ liệu các sườn làm cơ sở.

Trên hình 1.13a trình bày sơ đồ tính theo cách đầu, còn hình 1.13b tính theo cách sau:

Hình 1.13
Thể tích phần chìm, tính đến mớn nước Z:

V
z
()

z
w
A
zdz
()=
∫
0
(1.20)
trong đó:
V
- thể tích phần chìm;
A
w
(z)
- diện tích đường nước.
Nếu sử dụng tỉ lệ Bonjean khi tính thể tích phần chìm, công thức tính như sau:
V(z)
L
L
Sxd
x

()
−
=
∫
/2
/2
(1.21)