Nghiên cứu thiết kế du thuyền chở 6 khách du lịch, chạy bằng động cơ diesel kết hợp buồm hoạt động trên vịnh hạ long

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kì công
trình nào khác.
Tôi xin cam đoan các thông tin trích dẫn ở trong luận văn đều được chỉ rõ
nguồn gốc.
Tác giả

Phạm Mạnh Tuấn

1


LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình học tập, nghiên cứu tôi đã nhận được sự giúp đỡ, góp ý chỉ bảo
tận tình của thầy giáo hướng dẫn, các thầy giáo trong Khoa Đóng tàu các thầy cô giáo
Khoa sau Đại học Trường Đại học Hàng hải và các bạn đồng nghiệp đã giúp tôi hoàn
thành luận văn:
“Nghiên cứu thiết kế du thuyền chở 6 khách du lịch, chạy bằng động cơ
diesel kết hợp buồm hoạt động trên vịnh Hạ Long”
Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn PGS.TS.TRƯƠNG SỸ CÁP
người đã trực tiếp hướng dẫn, tận tình giúp đỡ, động viên khích lệ và tạo mọi điều
kiện cho tôi hoàn thành bản luận văn của mình.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Khoa Đóng tàu, Khoa sau
đại học Trường Đại học Hàng hải, các bạn đồng nghiệp trong và ngoài trường đã tạo
điều kiện cho tôi về thời gian và các nguồn tài liệu tham khảo.
Tác giả

Phạm Mạnh Tuấn

2

MỤC LỤC
Trang

3


DANH MỤC HÌNH

4


CÁC KÝ HIỆU TRONG LUẬN VĂN
Ký hiệu

Đơn vị

Nội dung

B

Chiều rộng thiết kế

m

Bmax

Chiều rộng lớn nhất

m

CGZ(ZG)

Cao độ trọng tâm tàu

m

CP

Hệ số béo lăng trụ

CB

Hệ số béo thể tích

CM

Hệ số béo sườn giữa

CW

Hệ số béo đường nước

d

Mớn nước

m

DISP(∆)

Tổng lượng chiếm nước

t

GZ

Tay đòn ổn định

m

GM(Zm)

Chiều cao tâm nghiêng

m

L

Chiều dài thiết kế

m

Lmax

Chiều dài lớn nhất

m

LCB(XC)

Hoành độ tâm nổi

m

LCA(Xf)

Hoành độ trọng tâm mặt đường nước

m

MS

Cánh tay đòn ổn định dư

m

KN

Cách tay đòn ổn định hình dáng

m

SA

Diện tích buồm

m2

KMT(r)

Bán kính tâm nghiêng ngang

m

MCT

Mô men nghiêng dọc trên 1cm chiều chìm

tm/cm

TCP

Số gia lượng chiếm nước trên 1cm chiều chìm

t/cm

VCB(ZC)
Vs
VOLM

Chiều cao tâm nổi
Tốc độ tàu
Thể tích ( đã trừ 2% cơ cấu)

m
hl/h
m3

VOLT

Thể tích (chưa trừ cơ cấu)

m3

WSA(Ω)

Diện tích mặt ướt

m2

θ

Góc nghiêng

5


MỞ ĐẦU
1. Tính bức thiết của đề tài
Việt Nam là một trong những đất nước lớn nhất Đông Nam Á với dân số là hơn
90 triệu người, hơn 3000 km bờ biển và hàng nghìn đảo lớn nhỏ. Nền kinh tế Việt
Nam phát triển tương đối nhanh đã thu hút một lượng đáng kể đầu tư nước ngoài.
Việt Nam có nhiều yếu tố hữu ích cho du lịch biển như: văn hóa vùng, bãi biển tuyệt
đẹp, khí hậu ôn hòa và con người thân thiện. Việt Nam ngày càng thu hút với những
du thuyền phục vụ du lịch giải trí, một trong những vùng ở phía Bắc phát triển hình
thức này nhất là vịnh Hạ Long, vịnh Hạ Long là một trong những kỳ quan thiên nhiên
với hơn 3000 đảo lớn nhỏ. Hạ Long đang ngày càng mở rộng và phát triển du lịch
nghỉ dưỡng bằng du thuyền.

Đáp ứng nhu cầu của thị trường đã có nhiều du thuyền được nhập khẩu vào Việt
Nam. Tuy nhiên giá thành nhập khẩu thường rất cao không phù hợp với nhu cầu và
khả năng tài chính của người dân Việt Nam. Trong khi đó, Việt Nam có nền công
nghiệp đóng tàu phát triển, chúng ta hoàn toàn có thể tự đóng được những du thuyền
hiện đại với chi phí thấp hơn nhiều so với nhập khẩu nguyên chiếc từ nước ngoài.
Việc tự chế tạo những du thuyền cỡ nhỏ vừa thúc đẩy ngành công nghiệp đóng tàu
trong nước phát triển, vừa thúc đẩy du lịch biển phát triển góp phần phát triển kinh tế
đất nước.
Sơ bộ về thuyền buồm:
Thuở xa xưa, con người đã biết đục rỗng các thân cây để chế tạo thành thuyền di
chuyển trên các con sông. Chúng được gọi là thuyền “độc mộc” và cũng là tổ tiên của
chiếc thuyền buồm ngày nay. Nhưng ngày đó, thuyền không có cánh buồm mà
phải đợi nhiều năm sau, khi con người biết tận dụng sức đẩy của gió và sự ra đời của
vải bạt thì thuyền buồm mới chính thức ra đời. Có thể nói “buồm” là một trong những
phát minh quan trọng của nhân loại trong lĩnh vực giao thông thuỷ.

6


Ngày nay với sự ra đời và phát triển của động cơ diesel, 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 nhiên thuyền buồm vẫn giữ một vai trò 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 vừa 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.
Ngoài ra, 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 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.
Chính vì vậy, tôi đã lựa chọn đề tài:
“Nghiên cứu thiết kế du thuyền chở 6 khách du lịch, chạy bằng động cơ
Diesel kết hợp buồm hoạt động trên Vịnh Hạ Long”.

7


2. Mục đích nghiên cứu của đề tài
 Đề tài nghiên cứu thiết kế du thuyền sức chở 6 khách chạy bằng máy kết hợp với
buồm hoạt động trên vịnh Hạ Long. Du buồm đảm bảo tính ổn định theo yêu cầu của
quy phạm mới nhất, tạo điều kiện để các chủ tàu yên tâm đầu tư và vận hành an toàn.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
 Đề tài tập trung nghiên cứu các du thuyền buồm có chiều dài dưới 10m và chở được
từ 4 tới 8 du khách.
4. Phương pháp nghiên cứu của đề tài
 Tổng hợp các mẫu du buồm cỡ nhỏ trên thế giới
 Phân tích các đặc trưng thiết kế du buồm trên cơ sở các tài liệu trong và ngoài nước.
 Lựa chọn mẫu du buồm phù hợp với điều kiện tự nhiên và vùng hoạt động trên vịnh
Hạ Long.

 Thiết kế du buồm theo yêu cầu của quy chuẩn và quy phạm của Việt Nam phù hợp
với vùng hoạt động.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
 Ý nghĩa khoa học của đề tài.
+ Tính toán thiết kế du buồm và kiểm nghiệm thỏa mãn các quy định của quy phạm
đảm bảo hoạt động an toàn.
 Ý nghĩa thực tiễn.
+ Tàu không chỉ chạy bằng động cơ diesel mà còn sử dụng buồm trong quá trình khai
thác giúp giảm chi phí trong khai thác bảo vệ môi trường tự nhiên trên vịnh Hạ Long.
Thuyền buồm đã tỏ ra ưu việt hơn hẳn so với các loại thuyền máy khác khi đưa vào
phục vụ du lịch,
+ Thúc đẩy phát triển du lịch khu vực Vịnh Hạ Long và cũng là cơ sở để các vùng khác
học tập phát triển du lịch biển tại địa phương mình.

8


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1Tình hình phát triển du buồm trên thế giới
Sau một thời gian dài phát triển du thuyền hạng sang cỡ lớn. Hiện nay, xu hướng
thiết kế du thuyền cỡ nhỏ ứng dụng công nghệ mới nhất và lượng khí thải thấp nhất
đang ngày càng phổ biến.
Theo tạp chí Economist, trước đây, giá trị của một du thuyền được xem xét qua
những tiện ích được trang bị: có phòng tắm hơi, rạp chiếu phim mini, chỗ đáp cho
trực thăng hạ cánh...Còn hiện tại, các nhà thiết kế, sản xuất du thuyền đang thiết lập
tiêu chuẩn mới: ứng dụng công nghệ sạch và xanh, vận hành mà không cần tiếp thêm
nhiên liệu trong một khoảng thời gian nhất định. Một chiếc du thuyền ứng dụng công
nghệ xanh phải sử dụng năng lượng mặt trời, hệ thống điện, turbine hơi nước và pin
sạc lithium ion. Tuy nhiên những du thuyền hạng sang trên thế giới thường thích hợp
với giới thượng lưu chưa phù hợp với thị trường Việt Nam.

Thị trường tàu thuyền châu Á cũng đang phát triển trở lại với sự tham gia các du
thuyền ở Singapore và Thái Lan. Chính ngành công nghiệp này đã được tổ chức tốt
hơn với một hiệp hội thương mại mạnh mẽ ở Thái Lan và một hiệp hội về tàu thuyền
đang hoạt động tại Singapore.
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).

9


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.
Hình 1.1: Du thuyền và bến du thuyền

10


1.2Tình hình phát triển du buồm ở Việt Nam
Với sự tăng trưởng kinh tế mới trong khu vực, nền kinh tế Việt Nam đang tăng
trưởng từ 5% đến 10%. Những thị trường du thuyền mới như Việt Nam sẽ phát triển
khi chính phủ nhận ra được giá trị giải trí bằng du thuyền và vai trò của du lịch biển

trong sự phát triển kinh tế của mình. Việt Nam sẽ trở thành một điểm đến mới, nơi
mà các chủ tàu sẽ đến từ khắp mọi miền trên thế giới.
Nhận thấy tiềm năng đầy hứa hẹn của Việt Nam, một số nhà môi giới đã chọn
Việt Nam để khai thác thị trường cho du thuyền. Ruurd van Putten là một trong số
đó.
Từng là thuyền trưởng trên một thuyền buồm 25m, Ruurd có hơn mười năm kinh
nghiệm trong ngành công nghiệp du thuyền và là nhà môi giới chuyên nghiệp. Vài
năm trước, nhận thấy thị trường Việt Nam “đã sẵn sàng cho sự xuất hiện của những
chiếc du thuyền sang trọng”, ông và cộng sự đã lập xưởng đóng các loại tàu thuyền
du lịch lớn ngay tại Việt Nam.
Tại Việt Nam, những chiếc du thuyền nhỏ, đẳng cấp thấp hơn nhưng cũng có giá
hàng tỷ đồng đã lần lượt xuất hiện. Tại thành phố Hồ Chí Minh, một bến du thuyền
với sự tư vấn của chuyên gia nước ngoài cũng đang chuẩn bị xây dựng. Tại vịnh Hạ
Long, bến du thuyền đầu tiên với sức chứa 150 du thuyền trị giá gần 600 triệu USD
đã được hoàn thành vào tháng 3 năm 2009. Ở Vịnh Hạ Long đang hoạt động 450 tàu
thuyền du lịch biển có chiều dài tới 35m. Mặc dù hầu hết những thuyền đó được sản
xuất chủ yếu theo cách truyền thống là bằng gỗ nhưng cũng có dấu hiệu cho thấy
thuyền sợi thủy tinh sẽ thâm nhập vào thị trường. Hiện nay các nhà xây dựng tập
trung vào các tàu thuyền sợi thủy tinh mà chiều dài dưới 15m. Trong tương lai những
du thuyền cỡ nhỏ phục vụ khách du lịch hạng sang sẽ ngày càng phát triển.
Các nhà sản xuất du thuyền nước ngoài đánh giá: tại Việt Nam có rất nhiều khách
hàng tư nhân có nhu cầu sở hữu du thuyền cỡ nhỏ. Họ thường là ông chủ của biệt thự
trên đảo, hoặc những người có sở thích du lịch biển. Đối tượng khách hàng kỳ vọng

11


sở hữu những chiếc du thuyền mới dài khoảng 9m phục vụ những kỳ nghỉ ngắn ngày
và phù hợp với điều kiện neo đậu tại Việt Nam.
Cho đến thời điểm này các thuyền buồm của Việt Nam được chế tạo bằng vật liệu

gỗ và thường buồm chỉ mang tính trang trí.
Gỗ dùng để đóng tàu thường là chò chỉ và chỉ được xử lý đơn giản như phơi, sấy
khô trước khi đóng.
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 cột
buồm của nước ngoài.
Hình 1.2: Thuyền buồm vỏ gỗ ở Việt Nam.

12


13


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ
2.1 Khái quát vùng hoạt động
2.1.1 Vị trí địa lý và khí hậu
Tàu thiết kế hoạt động tại vịnh Hạ Long, nằm ở vùng Đông Bắc Việt Nam, vịnh Hạ
Long là một phần vịnh Bắc Bộ, bao gồm vùng biển của thành phố Hạ Long, thị xã
Cẩm Phả và một phần của huyện đảo Vân Đồn. Phía tây nam Vịnh giáp đảo Cát Bà,
phía đông là biển, phần còn lại giáp đất liền với đường bờ biển dài 120km, được giới

hạn từ 106o58’ - 107o22’ kinh độ Đông và 20o45’ - 20o50’ vĩ độ Bắc.
Vịnh Hạ Long có tổng diện tích 1553 km2 gồm 1969 hòn đảo lớn nhỏ, Đảo của vịnh
Hạ Long có hai dạng là đảo đá vôi và đảo phiến thạch, tập trung ở hai vùng chính là
vùng phía đông nam (thuộc vịnh Bái Tử Long) và vùng phía tây nam (thuộc vùng
vịnh Hạ Long) có tuổi kiến tạo địa chất từ 250 - 280 triệu năm.
Vùng Di sản thiên nhiên được thế giới công nhận có diện tích 434 km2 bao gồm 775
đảo, như một hình tam giác với 3 đỉnh là đảo Đầu Gỗ (phía tây), hồ ba đầm (phía
nam), đảo cống tây (phía đông) vùng kế bên là khu vực đệm và di tích danh thắng
quốc gia được Bộ Văn hoá Thông tin xếp hạng năm 1962.
Khí hậu
Hạ Long nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới, gió mùa. Do những đặc điểm về địa hình
và vị trí địa lý, ở thành phố Hạ Long có 2 loại hình gió mùa hoạt động khá rõ rệt là
gió Đông Bắc về mùa đông và gió Tây Nam về mùa hè. Tốc độ gió trung bình là
2,8m/s, hướng gió mạnh nhất là gió Tây Nam, tốc độ 4,5m/s. Thời tiết trong năm biểu
hiện bốn mùa rõ rệt. Mùa đông thường kéo dài tới 4-5 tháng, mùa hạ ngắn hơn.
Nhiệt độ trung bình cả năm 22,80C. Nhiệt độ trung bình mùa hè 26,4 0C, nóng
nhất có khi đến 35,70C. Nhiệt độ trung bình mùa đông 20 0C, nhiệt độ thấp nhất có khi
đến 4,20C.

14


Độ ẩm không khí ngoài khơi Vịnh Bắc Bộ cao hơn so với vùng ven bờ. Độ ẩm
trung bình 85%. Độ ẩm trung bình thấp nhất là 68% vào tháng 10. Độ ảm trung bình
lớn nhất là 92% vào tháng 3, tháng 4.
Lượng mưa trung bình một năm là 1832mm, phân bố không đều theo 2 mùa.
Mùa hè, mưa từ tháng 5 đến tháng 10, chiếm từ 80- 85% tổng lượng mưa cả năm.
Lượng mưa cao nhất vào tháng 7 và tháng 8, khoảng 350mm. Mùa đông là mùa khô,
ít mưa, từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau, chỉ đạt khoảng 15-20% tổng lượng mưa cả
năm. Lượng mưa ít nhất là tháng 12 và tháng 1, chỉ khoảng từ 4 đến 40 mm.

Sương mù phổ biến nhất vào mùa đông. Hiện tượng sương mù làm giảm tầm
nhìn xa xuống dưới 1km. Vào tháng 3, tháng 4 sương mù dày đặc, tầm nhìn xa có thể
giảm xuống 100m rất nguy hiểm cho việc đi lại.
Nhiệt độ trung bình quý 1 dao động từ 17,5-20 độ C, trong quý 2 dao động
(24-28) độ C, trong quý 3 dao động (29-30) độ C,quý 4 dao động (24-26) độC.
Thường nhiệt độ cao nhất vào tháng 7 và thấp nhấp vào tháng 2.
Chế độ sóng biển phụ thuộc vào chế độ gió, mùa đông sóng theo hướng Đông –Đông
Bắc độ cao trung bình khoảng (0,7-1)m, độ cao cực đại khoảng 2,8m.
Mùa hè hướng sóng chủ yếu Đông Nam – Nam độ cao trung bình khoảng (0,7-0,9)m.
Độ cao cực đại khoảng (3,5-4,5)m. Đợt bão mạnh sóng có thể cao tới (5-6)m
2.1.2 Sóng biển và dòng chảy
Chế độ sóng biển phụ thuộc vào chế độ gió, mùa đông sóng theo hướng Đông
–Đông Bắc độ cao trung bình khoảng (0,7-1)m, độ cao cực đại khoàng 2,8m.
Mùa hè hướng sóng chủ yếu Đông Nam – Nam độ cao trung bình khoảng (0,70,9)m. Độ cao cực đại khoảng (3,5-4,5)m. Đợt bão mạnh sóng có thể cao tới (5-6)m
Từ tháng 1 đến tháng 5 và từ tháng 9 đến tháng 12 dòng chảy có hướng Tây
Nam, tốc độ trung bình (0.5-0.8)hl/h
Từ tháng 6 đến tháng 8 dòng chảy có hướng Đông Nam, tốc độ trung bình
(0.3-0.6) hl/h
15


2.2 Đặc điểm 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 truớc và sau
của cánh buồm. Chính sự chênh lệch áp suất này đã tạo ra lực đẩy đẩy tàu di chuyển.
Tại sao thuyền buồm có thể chạy ngược gió?
Ðể 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 nguợc gió là việc thật khó tưởng tượng. Thực ra, thuyền
không thể di ngược huớng gió hoàn toàn nhưng chệch một góc nhỏ so với hướng gió
thì hoàn toàn có thể.
Ðể 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
gió 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.

Hình 2.1: Phân tích lực tác động của gió lên buồm
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

16


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.
Giả sử đoạn thẳng MN biểu diễn chiều dài của thuyền. Ðể lợi thế về vận tốc thì
trên bất kì hướng di nào buồm cũng chia góc kẹp giữa hướng gió và mặt phẳng cắt
dọc thuyền ra làm đôi.
Lực Q vuông góc với cánh buồm. Q lại được phân tích thành lực S dọc thuyền
và lực T vuông góc chiều dài thuyền. Vì chuyển động của thuyền theo hướng T bị
nước cản lại rất mạnh. 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.

Hình 2.2: Mô phỏng quá trình thuyền chạy ngược 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.
Trong phạm vi của đề tài tác giả không nghiên cứu trường hợp thuyền buồm
chạy ngược gió. Khi thuyền chạy ngược gió sẽ sử dụng động cơ diesel của thuyền.
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

17


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.
2.3 Cơ sở thiết kế cơ bản
2.3.1 Lựa chọn tàu mẫu và các thông số cơ bản
Sử dụng tàu mẫu là cách làm phổ biến trong thiết kế tàu thủy. Lần đầu tiên
thiết kế du thuyền với yêu cầu cao trong khi chưa tích lũy đủ kiến thức và kinh
nghiệm thiết kế thì việc sử dụng số liệu của tàu mẫu là biện pháp tốt nhất, nhanh nhất
và đáng tin cậy nhất để có cơ sở lựa chọn các thông số nhằm xây dựng thiết kế sơ bộ
của tàu.
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 website, tạp chí
thuyền buồm, kết hợp với điều kiện thực tiễn của Việt Nam, chọn mẫu thuyền buồm
có xiếm có thể điều chỉnh được làm thuyền thiết kế.
Tuyến hình được tính toán thiết kế trên cơ sở nội suy từ tàu mẫu.
2.3.2 Cơ sở bố trí chung toàn tàu
Thiết kế bố trí chung toàn tàu ảnh hưởng trực tiếp đến các yêu cầu sử dụng,
tính năng hàng hải và tính kinh tế của con tàu. Việc bố trí chung toàn tàu hoàn toàn
phụ thuộc vào chức năng và nhiệm vụ của tàu. Tàu thuỷ không chỉ là một phương

18


tiện giao thông vận tải hoặc sản xuất mà còn là một công trình kiến trúc nổi. Do đó
bố trí chung toàn tàu ngoài việc phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật còn phải chú ý
đến tính thẩm mỹ. Thiết kế bố trí chung toàn tàu là nhân tố chính quyết định vẻ đẹp
và không gian của con tàu.
Thuyền thiết kế là loại tàu khách nên tất cả phải được ưu tiên dành cho hành
khách. Bố trí những không gian tốt nhất cho hành khách, các phương tiện an toàn,
cứu sinh được trang bị đầy đủ và bố trí hợp lí.
Nguyên tắc chung khi bố trí thuyền khách là:
Bố trí đủ chỗ cho khách, cho đoàn thuỷ thủ, các buồng trang bị đủ tiện ghi theo
tiêu chuẩn đã định.
Bố trí các buồng sinh hoạt công cộng hợp lí, tiện nghi đầy đủ, đảm bảo theo
tiêu chuẩn đã định.
Lối đi lại trên tàu dễ dàng, an toàn, sinh hoạt thoải mái. Lối thoát hiểm đủ
rộng, đảm bảo mọi người trên tàu nhanh chóng thoát hiểm trong trường hợp tàu gặp
sự cố.
Bố trí người và hàng trong mọi trường hợp phải đảm bảo cho tàu luôn ở tư thế

ổn định, cân bằng dọc và ngang theo tiêu chuẩn đã định
Có đủ chỗ cho thuyền viên và hành khách (6 nguời), có hình dáng hài hoà.
Có lắp động cơ diesel làm nguồn năng lượng đẩy thuyền khi gặp điều kiện thời
tiết không thuận lợi như gió quá to, gió yếu hay ngược gió.
Sinh hoạt tiện nghi thoải mái: có toa lét, bàn ghế và phòng ngủ. Số ngày đi
biển: 1 ngày (không bố trí ngủ qua đêm trên du thuyền).
2.3.3 Cơ sở lựa chọn hình dáng buồm
Hiện nay có nhiều loại buồm khác nhau, các buồm thường được phân biệt với
nhau bởi hình dáng của cánh buồm. Ở Việt Nam thường sử dụng một số loại buồm
phổ biến như buồm tai trâu, buồm cánh dơi. Tùy theo đặc điểm khí hậu, gió ở từng
vùng mà lựa chọn loại buồm thích hợp. Ở vùng vịnh bắc bộ buồm cánh dơi được sử
19


dụng rất phổ biến và thịnh hành. Nhờ có hệ thống khung xương (nẹp gia cường) mà
buồm cánh dơi có được ưu điểm nổi trội hơn hẳn so với các buồm khác đó là có thể
chạy được cả trong trường hợp gió quẩn, gió giật và ngược gió. Buồm cánh dơi có
hình dáng rất đẹp. Với những ưu điểm và thuận lợi đó, chọn buồm cánh dơi làm
buồm thiết kế.
Kết cấu của buồm gồm có: cột buồm, cánh buồm và hệ thống dây chằng buộc,
dây điều khiển buồm.
2.3.3.1 Cột buồm
Cột buồm thường có nhiều hình dạng khác nhau, có thể đặc hoặc rỗng. Nhưng
chúng đều có đặc điểm chung là càng về phía đỉnh cột đường kính của cột buồm càng
nhỏ dần. Cột buồm có thể làm bằng gỗ, thép hay nhôm. Để giảm khối lượng cột
buồm lựa chọn loại cột bằng nhôm.
Trên đỉnh cột buồm có gắn hệ thống ròng rọc động có chức năng nâng hạ cánh
buồm.
2.3.3.2 Cánh buồm
Kết cấu của cánh buồm gồm có: vải buồm, dây bao và nẹp gia cường.

Theo như thực tế các thuyền buồm ở Việt Nam, chọn vải buồm làm bằng vải
dù. Nẹp gia cường làm bằng tre có đường kính trung bình khoảng 3 cm. Nẹp được
sắp xếp dạng hình nan quạt, rải đều trên cánh buồm. Số lượng nẹp nhiều hay ít là tuỳ
thuộc vào diện tích của cánh buồm.
Các nẹp này có nhiệm vụ đỡ cho vải buồm, giúp cho cánh buồm đứng vững.
Nẹp nhận áp lực gió từ vải buồm và truyền đến cột buồm.
Dây bao được luồn quanh cánh buồm, được buộc lại ở các vị trí đầu nút của
nẹp. Dây bao quanh buồm giữ cố định khoảng cách giữa các nẹp giúp vải buồm
không bị xé rách khi phải chịu áp lực của gió. Ở đây chọn dây bao làm bằng dây dù.
2.3.3.3 Hệ thống dây chằng buộc

20


Cánh buồm được buộc ôm vào cột buồm nhờ một hệ thống dây chằng buộc
được buộc theo hình zíc zắc. Hệ thống dây chằng này có tác dụng đính cánh buồm
vào cột buồm, nhưng nó không làm hạn chế chuyển động quay và chuyển động tịnh
tiến lên xuống của cánh buồm. Chân cánh buồm được buộc chặt vào cột buồm sao
cho chân cánh buồm chỉ quay được quanh cột buồm tại một vị trí nhất định mà không
thể chuyển động lên xuống trên cột buồm được.

Hình 2.3: Dây buộc buồm
2.3.4 Cơ sở lựa chọn số lượng buồm và vị trí đặt buồm
- Đối với các loại thuyền buồm hiện có ở Việt Nam thường mỗi thuyền ít nhất là 2
buồm và nhiều nhất là 3 buồm. Thuyền có 2 buồm có vị trí và độ chỉnh hợp lý có thể

21


tăng 20% lực đẩy so với trang bị 1 buồm có cùng diện tích. Tuy nhiên nếu chia làm

nhiều buồm quá sẽ khó bố trí và khó thao thác sử dụng vận hành. Căn cứ vào tàu mẫu
và kích thước buồm, ở thuyền này lựa chọn trang bị 2 buồm: Buồm mũi và buồm
lòng,
Việc xác định vị trí của 2 buồm đảm bảo như sau:
- Tâm điểm hình học áp lực gió của tổng diện tích buồm nằm trước tâm điểm hình học
diện tích hình chiếu phần chìm dưới nước từ 7 ÷ 9 % Ltk
- Góc phía sau buồm chính cần cách cần cách cột buồm chính bằng chừng ¼ chiều dài
của trục hạ buồm chính và cao hơn nó 1 ít (khoảng 20cm)
- Góc dưới phía trước của buồm mũi cần nằm càng gần càng tốt, nhưng xa ít nhất bằng
1/3 chiều dài của trục hạ của buồm chính và càng thấp càng tốt.
2.3.5 Cơ sở tính diện tích buồm và kích thước buồm
Có nhiều phương pháp tính diện tích buồm, tuỳ thuộc vào từng loại thuyền mà
áp dụng công thức tính diện tích buồm cho hợp lý. Về cơ bản có 2 phương pháp tính
diện tích buồm:
- Tính theo lý thuyết
- Tính dựa theo tàu mẫu.
2.3.5.1 Phương pháp tính theo lý thuyết
Phương pháp này ít dùng hoặc dùng để xác định kích thước sơ bộ ban đầu. Vì
việc xác định kích thước buồm phụ thuộc vào nhiều yếu tố phức tạp và công thức
thường không sử dụng được đầy đủ các yếu tố của buồm.
* Phương pháp so sánh với diện tích mặt ướt của thuyền [13]
SA
Trong đó:

= 2 ÷ 2,5

Ω
Ω là diện tích ngâm nước của thuyền (m2)

SA : Tổng diện tích của buồm (m2)

k = 2 với thuyền cỡ nhỏ

22


k = 2,5 với thuyền cỡ lớn
2.3.5.2 Phương pháp thống kê
- Một trong những phương pháp thông dụng nhất là dựa vào khảo sát những thuyền
có sẵn.
- Trong phạm vi đề tài tác giả lựa chọn kết hợp cả 2 phương pháp để tính tổng diện
tích buồm. Trước tiên tính sơ bộ tổng diện tích buồm theo các kích thước cơ bản của
thuyền sau đó dựa vào bảng các tàu mẫu để chọn kích thước buồm.
2.3.5.3 Lựa chọn kích thước buồm
- I (m) là chiều dài mép sau buồm mũi
- J (m) đo theo chiều dọc tàu từ cột dây dùng để kéo buồm mũi đến cwwhân cột
buồm mũi.
- P (m) là chiều dài mép trước buồm lòng,
- E (m) là chiều dài chân của buồm lòng

Hình 2.4: Kích thước buồm

Diện tích buồm lòng : Diện tích = (P x E) / 2 [13]
Diện tích buồm mũi: Diện tích = (I x J) / 2

23


2.4 Sức cản
Nạp thông số cơ bản và xuất kết quả bảng sức cản bằng phần mềm NAPA.
2.5 Cơ sở tính áp lực gió và nghiệm sơ bộ tốc độ tàu

Trong các trưòng hợp gặp thời tiết không thuận lợi như gặp gió yếu hay
ngược gió thì tàu sẽ được chạy bằng máy vì vậy ở đây nghiệm tốc độ ở 4 trường
hợp đó là: thuyền chạy xuôi gió, thuyền chạy ngang gió, thuyền chạy xuôi gió lệch
môt góc 45o và thuyền chạy bằng máy. Các trường hợp thuyền chạy xuôi gió nhưng
góc độ gió khác nhau, được tính tương tự như trong trường hợp thuyền chay xuôi
gió lệch một góc 45o.
2.5.1 Tính áp lực gió
Lực đẩy mà gió tác dụng vào thuyền được tính theo công thức:
Q = P.S (KG)
Trong đó: Q là lực đẩy của gió.
P là áp lực của gió (KG/m2).
S là diện tích hứng gió của thuyền (m2).
P áp lực gió phụ thuộc vào cấp độ của gió.
P áp lực gió phụ thuộc vào cấp độ của gió, được tra theo [8, tr83]
Khi thuyền chạy ổn định thì sức cản của thuyền sẽ cân bằng với lực đẩy
thuyền. Động lực đẩy thuyền lên đồ thị sức cản R = f(v), nghiệm được tốc độ sơ bộ
của thuyền.
2.5.2 Cơ sở tính tốc độ thuyền chạy xuôi gió
Khi thuyền chạy xuôi gió thì phần diện tích hứng gió của thân thuyền cũng có tác
dụng đẩy thuyền đi lên phía trước. Tổng diện tích hứng gió của cả thuyền được
tính như sau:
S = S a + St

24


Trong đó: S (m2): là tổng diện tích hứng gió của cả thuyền.
Sa = là diên tích hứng gió của buồm.
St = là diện tích hứng gió của thân thuyền.
Từ diện tích hứng gió ta tính được áp lực gió tác dụng lên thân tàu, tra theo

bảng lực cản và tốc độ tàu ta tính được tốc độ tàu.

2.5.3 Cơ sở tính tốc độ thuyền chạy ngang gió
Khi thuyền chạy ngang gió, lúc này chỉ có buồm là có tác dụng đẩy thuyền
tiến lên phía trước còn phần diện tích hứng gió của thân thuyền chỉ có tác dụng làm
thuyền bị trôi dạt chứ không hề có tác dụng đẩy thuyền vì vậy ở đây không xét đến
thành phần hứng gió của thân thuyền.
Về nguyên tắc, để lợi thế về tốc độ thì trên bất kì hướng đi nào buồm cũng
chia góc kẹp giữa hướng gió và mặt phẳng cắt dọc thuyền ra làm đôi. Vậy khi chạy
ngang gió buồm sẽ được hợp với hướng gió một góc 45o.
Diện tích hứng gió có tác dụng đẩy thuyền là:
S

o
= Sb*cos45
Từ diện tích hứng gió ta tính được áp lực gió tác dụng lên thân tàu, tra theo
bảng lực cản và tốc độ tàu ta tính được tốc độ tàu.

2.5.4 Cơ sở tính tốc độ thuyền chạy xuôi gió, lệch một góc 45o

Gió

Hình 2.5. Mô tả gió tác động lên tàu khi chạy xuôi gió, lệch một góc 450
25