PHÂN TÍCH THỰC NGHIỆM lắc NGANG và RUNG ĐỘNG TRONG THIẾT kế HÌNH DÁNG tàu NHỎ DÙNG ĐỘNG cơ điện

HỘI NGHỊ KHCN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017
Ngày 14 tháng 10 năm 2017 tại Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM

PHÂN TÍCH THỰC NGHIỆM LẮC NGANG VÀ RUNG ĐỘNG
TRONG THIẾT KẾ HÌNH DÁNG TÀU NHỎ DÙNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN
Lê Tất Hiển, Lê Đình Tuân
Bộ môn Kỹ Thuật Tàu Thủy, Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP HCM
TÓM TẮT
Nghiên cứu các loại hình phương tiện thủy
công cộng đang được phát triển nhanh chóng
nhằm phát triển du lịch đường sông và giải quyết
vấn đề ùn tắc giao thông đường bộ. Với ưu điểm
về hệ thống sông ngòi và mỹ quan đô thị, khu vực
TP HCM có tiềm năng rất tốt để phát triển các
phương tiện giao thông thủy nội địa phục vụ du
lịch và vận chuyển hành khách. Trong giai đoạn

thiết kế hình dáng tàu, tiêu chí về tính năng hàng
hải của phương tiện thủy, cụ thể là tính lắc ngang
và độ rung thân tàu cần được xem xét đánh giá.
Mục tiêu nghiên cứu trong báo cáo này là phân
tích thực nghiệm ảnh hưởng của thông số hình
dáng tàu cỡ nhỏ sử dụng động cơ điện xét đến
lắc ngang và rung động, từ đó bổ sung các giá trị
thực nghiệm vào bài toán thiết kế.

Từ khóa: phương tiện thủy nội địa, lắc ngang, rung động, thiết kế hình dáng
1. GIỚI THIỆU
Hiện nay, thiết kế kỹ thuật cho phương tiện
thủy chở khách cỡ nhỏ phụ thuộc nhiều vào sự
có mặt các số liệu thống kê, các tàu mẫu thu thập

được trong và ngoài nước, vào khả năng của
người thiết kế, vào khả năng tiến hành các thí

nghiệm cần thiết. Lựa chọn kích thước hình học
tàu thực chất là quá trình đánh giá mối tương
quan tỷ số kích thước phù hợp cho tàu thiết kế
theo cơ sở dữ liệu kết hợp với số liệu thực
nghiệm từ các tàu mẫu thiết kế [1, 2].

Hình 1. Phân loại phương tiện thủy chở khách

Tàu càng dài thì tính quay trở càng kém.
Chiều dài của tàu còn bị hạn chế trực tiếp bởi bến
cảng và luồng lạch. Chiều rộng của thân tàu có
quan hệ với sự bố trí trên tàu, tính ổn định, sức
cản và tính hàng hải của tàu. Giảm chiều rộng
quá mức cũng có thể làm ảnh hưởng xấu đến ổn
định ban đầu và khiến tàu bị chòng chành. Hiện
nay, các thuyền dân gian chưa có phân tích khoa
học về hình dáng phương tiện thủy phù hợp. Bên
cạnh đó, các phương tiện chở khách cỡ nhỏ sử
dụng đa phần là các tàu cao tốc, sử dụng động

cơ xăng hoặc diesel dẫn đến rung động cao [3,
4].

Hình 2. Khảo sát kích thước phương tiện thủy
chở khách (Cần Thơ)

Trang 43

HỘI NGHỊ KH&CN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC
Ngày 14 tháng 10 năm 2017 tại Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM

Do vậy, tiến hành tham khảo số liệu thống kê
kích thước và hệ số hình dáng tàu mẫu cỡ nhỏ
trong và ngoài nước để phân tích, đánh giá phù
hợp yêu cầu thiết kế là điều cần thiết (Hình 2, 3
và 4).

nghiêng hình học của tàu được tính theo công
thức kinh nghiệm sau đây [5].
Chu kỳ lắc ngang: T4 

C. B
GM t

trong đó, GM t là chiều cao tâm ổn định ban
đầu, C là hệ số kinh nghiệm rút ra từ thực tế. Hệ
số C có thể tính từ công thức kinh nghiệm sau:

H2
C  (0,6  0,7) * 1  2
B

Hình 3. Mối quan hệ kích thước L-W

Kết quả tính toán lý thuyết thể hiện chu kỳ
lắc tàu tính theo công thức thực nghiệm

T = 3,1 s. Ngoài ra, các chỉ số MSI (motion
sickness incident) của phương tiện thủy cũng
được đối chiếu với các tiêu chuẩn ISO 2631/31985 và các công trình nghiên cứu trước đây [6].
Báo cáo tập trung tính toán trường hợp lắc ngang
cho tàu khách tại mớn nước thiết kế. Giới hạn
của chỉ số MSI là 10% tương ứng 10% hành
khách cảm thấy khó chịu và có biểu hiện nôn ói
trong khoảng thời gian xảy ra dao động là 2 giờ.
Bảng 1. Kết quả tính toán giá trị MSI

Hình 4. Hệ số hình dáng trong thiết kế tàu

Trong giai đoạn thiết kế sơ bộ, mẫu tàu được
phân tích đánh giá có thông số kỹ thuật như sau.

Phổ sóng
Chiều cao sóng [m]
Chu kỳ của dao động sóng [s]
Gia tốc dao động tàu [m/s2]
MSI sau 2h dao động (Lloyd,1998)
[%]

JONSWAP
1,88
6,25
0,7636
8,8604

Chiều dài thiết kế:

Ltk = 7,69 m

Chiều rộng thiết kế:

Btk = 2,15 m

Chiều chìm:

T = 0,36 m

Chiều cao:

D = 1,1 m

Trong quá trình thiết kế sơ bộ ban đầu,
người kỹ sư thiết kế cần lưu ý phân bố trọng tâm
các tải trọng phù hợp đảm bảo tính an toàn cũng
như giảm dao động tàu.

Lượng chiếm nước:

∆ = 3,4 tấn

2.2. Ảnh hưởng của rung động

Số lượng người:

12 người

Để đánh giá tính năng dao động tàu, các

mức độ dao động thực thụ tại các vị trí trọng yếu
được đo đạc và đánh giá trong suốt quá trình thử
tàu. Công việc này bao gồm các thủ tục đo dao
động liên quan đến thiết bị đo, các điều kiện đo và
các vị trí đo, xử lý số liệu và báo cáo đo đạc [7].
Sơ đồ đánh giá tổng quá trình dao động tàu thủy
tổng quát được trình bày ở Hình 5.

2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến lắc ngang
Nghiên cứu tính toán các thông số lắc tàu là
quá trình nghiên cứu động lực học phương tiện
thủy theo phương ngang nhằm cải thiện tính năng
hàng hải của tàu cũng như sự thoải mái của hành
khách. Chu kỳ và biên độ lắc của tàu ảnh hưởng
bởi thông số chiều rộng tàu và độ cao tâm

Trang 44


HỘI NGHỊ KHCN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017
Ngày 14 tháng 10 năm 2017 tại Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM

Hình 6. Chòng chành tàu trong thời gian thử

Hình 5. Sơ đồ đánh giá rung động

Đo đạc các mức độ dao động thực thụ tại
các vị trí trọng yếu trong suốt quá trình thử tàu.
Dữ liệu thu được dưới dạng phổ gia tốc theo thời

gian. Gia tốc này lần lượt được tích phân và phân
tích phổ tần số. Thiết bị đo dao động chuyên
dùng bao gồm: PCD-300B (Kyowa) 4 kênh; cảm
biến gia tốc kế loại AS-2GB; miền đo 020 m/s2,
độ nhạy 605 V/V.

Hình 7. Sơ đồ bố trí các điểm đo

3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Góc lắc ngang tàu trong quá trình thử
nghiệm có biên độ cực đại là 2.5 độ, không sai
lệch đáng kể so với tính toán lý thuyết (Hình 6).

Hình 8. Phân tích rung động chạy ở tốc độ thiết kế tại điểm đo số 4 và 6

Trang 45


HỘI NGHỊ KH&CN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC
Ngày 14 tháng 10 năm 2017 tại Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM

Trong nghiên cứu này, động cơ điện được
bố trí ở khu vực khoang máy, nằm gần vách đuôi
của tàu. Các thông số liên quan đến động cơ điện
khảo sát được liệt kê sau đây.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Eric

Tupper,

Introduction

to

Naval

Architecture, Butterworth Heinemann, 2002.



Động cơ điện:

48V, DC



Vòng quay định mức:

3800 rpm

for efficiency and economy, Butterworth



Dòng điện định mức:

100 A

Heinemann, 1998.



Công suất tối đa:

6.5 kW

Thông số đo ban đầu được cài đặt như
sau: tần số lấy mẫu fs = 2000 Hz, số mẫu đo
N = 4096. Theo Hình 7 và 8, kết quả đo thu được
trực tiếp tại khu vực khách ngồi (số 4) và khoang
máy (số 6), là phổ gia tốc theo thời gian (Hình 8a
và b), phổ vận tốc theo thời gian từ kết quả tích
phân gia tốc (Hình 8c), và cuối cùng là phổ tần số
của vận tốc từ kết quả phân tích Fourier nhanh
phổ vận tốc theo thời gian (Hình 8d). Trên phổ gia
tốc này, ta cũng xác định được giá trị lớn nhất
ứng với tần số xác định theo từng điểm đo định
trước.

[2]. H. Schneekluth and V. Bertram, Ship design

[3]. Subrata Chakrabarti, “Empirical calculation of
roll damping for ships and barges”, Ocean
Engineering 28 (2001), 915–932.
[4]. Quy chuẩn phân cấp và đóng phương tiện
thủy nội địa, QCVN 2013.
[5]. Nguyễn Đức Ân – Nguyễn Bân – Hồ văn
Bính – Hồ Quang Long – Trần Hùng Nam –
Trần Công Nghị – Dương Đình Nguyên, Sổ

tay Kỹ thuật đóng tàu thủy tập 1, Nhà xuất
bản Khoa học và Kỹ thuật.
[6]. N. A. Tuan, Tat-Hien Le, “Study of motion

4. KẾT LUẬN

sickness incidence in ship motion”, T,udy

Kết quả đo đạc thực nghiệm chỉ ra rằng
thông số hình học của mẫu tàu khảo sát đáp ứng
rất tốt với lắc ngang và MSI của phương tiện
thủy. Các giải pháp giảm lắc ngang có thể được
đề xuất trong giai đoạn thiết kế sơ bộ bằng cách
điều chỉnh bố trí chung và phân bố trọng lượng
toàn tàu. Ngoài ra, dao động toàn tàu là rất thấp
đối với hình dáng tàu mẫu chở khách cỡ nhỏ sử
dụng động cơ điện so với mẫu tàu truyền thống
sử dụng động cơ xăng hoặc diesel.

ofPhát trif mKhoa hrifCông nghf, 18, 2015.

Trang 46

[7]. L. D. Tuan, Tat-Hien Le, “Về các tiêu chuẩn
dao động áp dụng trong kiểm soát dao động
tàu du lịch cỡ nhỏ sử dụng động cơ điện”,
Hội nghị KH&CN toàn quốc về cơ khí – động
lực, 2016.

HỘI NGHỊ KHCN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017
Ngày 14 tháng 10 năm 2017 tại Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM

EXPERIMENTAL ANALYSIS OF ROLL MOTION AND VIBRATION OF A
SMALL BOAT DESIGN USING ELECTRIC MOTOR
ABSTRACT
In order to develop a river tourism waterway
and solve the problem of road traffic jam, a public
inland waterway of vehicle is studied. With the
advantages of the river system and urban
beauties, Hochiminh city has a great potential to
develop an inland waterway for transportation and

tourism. During an initial stage of ship design, roll
motion and ship vibration should be considered.
The aim of this paper is to experimental analysis
the effect of a hull form of small boat using electric
motor on roll motion and vibration, thereby adding
experimental values to the design process.

Keywords: inland waterway vehicle, roll motion, vibration, ship hull-form design

Trang 47