NGHIÊN cứu NÂNG CAO kỹ THUẬT điều ĐỘNG tàu có TRỌNG tải 30000 tấn vào LUỒNG VT gò dầu AN TOÀN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HCM

PHAN ANH TÀI

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO KỸ THUẬT ĐIỀU ĐỘNG
TÀU CÓ TRỌNG TẢI 30000 TẤN VÀO LUỒNG VŨNG
TÀU – GÒ DẦU AN TOÀN

CHUYÊN NGÀNH : KHOA HỌC HÀNG HẢI
MÃ SỐ

:

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. NGUYỄN XUÂN PHƯƠNG

TP. HỒ CHÍ MINH 03– 2016



1
LỜI CAM ĐOAN
Tôi tên Phan Anh Tài, là học viên lớp KH1302.
Tôi xin cam đoan bản luận văn tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu
của cá nhân tôi, được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, khảo sát
thực tiễn kết hợp với kinh nghiệm thực tế và được sự hướng dẫn khoa học
của Tiến sĩ Nguyễn Xuân Phương.

Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực, các các giải pháp được
đưa ra xuất phát từ thực tiễn được tác giả nghiên cứu, thu thập chưa từng
được công bố trong bất kỳ luận văn nào khác.
Tác giả chân thành cảm ơn các thầy giáo Khoa Hàng hải, Viện đào tạo
sau đại học Trường Đại học Giao thông vận tải TP. HCM. Xin gửi lời cám ơn
chân thành đến Tiến sĩ Nguyễn Xuân Phương đã trực tiếp hướng dẫn, góp ý
và giúp đỡ tôi vớinhững chỉ dẫn khoa học quý giá trong suốt quá trình triển
khai, nghiên cứu vàhoàn thành luận văn.
Xin gửi tới Cảng vụ Hàng hải Vũng Tàu, Cảng vụ hàng hải Đồng Nai. Xí
nghiệp Hoa tiêu Vũng Tàu, đặc biệt là các Hoa Tiêu đi trước đã chia sẻ kinh
nghiệm chuyên môn lời cảm ơn sâu sắc vì đã tạo mọi điều kiện thuận lợigiúp
tác giả thu thập số liệu và nhữngtài liệu nghiên cứu cầnthiết liên quan tới đề
tài tốt nghiệp.
Đề tài của tôi hoàn thành được, đó là nhờ sự quan tâm tạo điều kiện giúp
đỡ rất lớn của gia đình và đồng nghiệp, với tình cảm đó tôi muốn gửi tới các
thầy, gia đình, bạn bè và quý bạn lời cảm ơn chân thành và lời chúc tốt đẹp
nhất.
Tác giả
Phan Anh Tài


2
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN..............................................................................................1
MỤC LỤC.........................................................................................................2
BẢNG VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU.....................................................................4
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - CÔNG THỨC................................................5
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU.....................................................................7
MỞ ĐẦU..........................................................................................................8
1. Tính cấp thiết của đề tài................................................................................8

2. Mục đích nghiên cứu.....................................................................................9
3. Nội dung và phạm vi nghiên cứu................................................................10
4. Phương pháp nghiên cứu.............................................................................10
5. Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài:.......................................................10
CHƯƠNG I TỔNG QUAN, CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHÁP LÝ...........12
1.1 Tổng quan về đề tài...................................................................................12
1.2 Cơ sở lý thuyết..........................................................................................13
1.2.1 Hiện tượng bờ hút, đẩy tàu.....................................................................24
1.2.2 Hệ thống đảm bảo an toàn hàng hải.......................................................29
1.3 Cơ sở pháp lý.............................................................................................30
1.4 Kết luận.....................................................................................................35
CHƯƠNG II PHÂN TÍCH HIỆN TRẠNG TUYẾN LUỒNG VŨNG TÀU
– GÒ DẦU......................................................................................................36
2.1 Tổng quan về tuyến luồng Vũng Tàu –Gò Dầu........................................36
2.2 Điều kiện khí tượng thủy văn....................................................................46
2.3 Thống kê lượt tàu trên tuyến luồng Vũng Tàu – Gò Dầu..........................48
2.4 Phân tích một số vụ tai nạn hàng hải xảy ra trong khu vực tuyến luồng
Vũng Tàu – Gò Dầu........................................................................................48
2.4.1- Tai nạn hàng hải giữa tàu RAKIS và tàu SANKO RALLY..................48
Đặc tính chung của tàu....................................................................................48


3
2.4.2 Tai nạn hàng hải giữa tàu ADS GALTESUND và cầu cảng PHÚ MỸ
(Baria serece)...................................................................................................56
2.5 Kết luận.....................................................................................................63
CHƯƠNG III.................................................................................................65
GIẢI PHÁP ĐIỀU ĐỘNG AN TOÀN, HIỆU QUẢ...................................65
3.1 Phương án chạy luồng...............................................................................65
3.2 Giao tiếp hoa tiêu và Thuyền trưởng.........................................................66

3.3 Điều động tàu vào/ra luồng.......................................................................67
3.4 Điều động tàu cập/rời cầu.........................................................................79
3.5 Những lưu ý khi điều động các tàu có trọng tải 30000 tấn.......................81
3.6 Giới thiệu mô phỏng chạy tàu...................................................................83
3. 7 Kết luận....................................................................................................97
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.........................................................................98
1. Kết Luận......................................................................................................98
2. Kiến nghị:....................................................................................................99
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................101
PHỤ LỤC.....................................................................................................102


4

BẢNG VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

CMIT

– CaiMep International Container Terminal

COLREGS – International Regulations for Preventing Collision at sea
EBL

– Electronic Bearing Line

LOA

– Length Over All

ECDIS

– Electronic Chart Display and Information System

NL

– Nước Lớn

NR

– Nước Ròng

SITV

– Saigon International Terminals Vietnam (Cảng thành viên của
tập đoàn Hutchison Port Holdings)

SP- PSA

– Saigon Port and Port of Singapore Authority (Cảng liên doanh
giữa Cảng Sài Gòn, Singapore và Tổng Cty Hàng hải Việt Nam)

SSIT

– Cảng liên doanh giữa SSA Holdings International- Vietnam,
cảng Sài Gòn và Tổng công ty Hàng hải Việt Nam

TCIT

– TanCang- CaiMep Container Terminal

VRM

– Variable Range Marker

VTS

– Vessel Traffic System


5
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - CÔNG THỨC
1. Hình 1.1 Thành phần phân lực ngang C và phản lực nước D sinh ra khi
chân vịt chiều phải quay chạy tới
2. Hình 1.2 Chân vịt chiều phải, tàu chạy lùi, bánh lái để số không
3. Hình 1.3 Lực xuất hiện do bẻ lái và tác dụng khi tàu chạy tới
4. Hình 1.4 Lực xuất hiện do bẻ lái và tác dụng khi tàu chạy lùi
5. Hình 1.5 Áp lực nước dọc theo thân tàu
6. Hình 1.6 Hiện tượng SQUAT
7. của tàu VLCC
8. Hình 1.7 Hiện tượng bờ hút đẩy tàu
9. Hình 1.8 Hai tàu hút nhau
10. Hình 1.9 Hiện tượng hiệu ứng bờ
11. Hình 1.10 Các lực và mô men sinh ra khi tàu quay trở
12. Hình 1.11 Tâm quay biểu kiến
13. Hình 2.1 Tàu RAKIS
14. Hình 2.2 Tàu SANKO RALLY
15. Hình 2.3 Tàu RAKIS sau tai nạn
16. Hình 2.4 Tàu SANKO RALLY sau tai nạn
17. Hình 2.5 Tàu ADS GALTESUND
18. Hình 2.6 Tàu ADS GALTESUND sau tai nạn

19. Hình 3.1 Tàu hành trình ngang phao số 1
20. Hình 3.2 Tàu hành trình đến phao số 7 với hướng 3450
21. Hình 3.3 Tàu chuyển hướng cách phao số 15 với VRM=0, 36NM
22. Hình 3.4 Tàu hành trình hướng 0030 đến phao số 19
23. Hình 3.5 Tàu chuyển hướng tại phao số 21
24. Hình 3.6 Tàu chuyển hướng đoạn luồng cong
25. Hình 3.7 Tàu từ Tân Cảng Cái Mép đến cảng Posco


6
26. Hình 3.8 Tàu từ cảng Posco đến cảng Phú Mỹ
27. Hình 3.9 Tàu từ cảng Phú Mỹ đến cảng Holcim
28. Hình 3.10 Tàu từ cảng Holcim đến cua Tay Áo
29. Hình 3.11 Tàu từ cua Tay Áo đến cảng Gò Dầu B4
30. Hình 3.12 Đoạn luồng từ cảng Gò Dầu B4 đến cảng VeDan
31. Hình 3.13 Hệ thống mô phỏng điều khiển tàu biển (full mission bridge
simulation)
32. Hình 3.14 Sơ đồ kết nối tổng thể hệ thống mô phỏng
33. Hình 3.15 Phòng mô phỏng
34. Hình 3.16 Phòng điều khiển
35. Hình 3.17 Thiết lập thời tiết đại dương
36. Hình 3.18 Mô phỏngHoa tiêu lên tàu tại phao số 0
37. Hình 3.19 Mô phỏng vị trí Hoa tiêu lên tàu tại phao số 0
38. Hình 3.20 Mô phỏng dẫn tàu từ phao 0 vào cảng Gò Dầu B4
39. Hình 3.21 Mô phỏng đoạn luồng từ Phao 0 đến cảng Gò Dầu B4
40. Hình 3.22 Thiết lập mô phỏng cập cầu Gò Dầu B4
41. Hình 3.23 Mô phỏng cập cầu Gò Dầu B4
42. Hình 3.24 Mô phỏng cập cầu Gò Dầu B4
43. Hình 3.25 Mô phỏng cập cầu Gò Dầu B4
44. Hình 3.26 Mô phỏng cập cầu Gò Dầu B4

45. Hình 3.27 Mô phỏng cập cầu Gò Dầu B4
46. Hình 3.28 Vùng đón trả Hoa tiêu (2015)
47. Công thức số 1: Tính áp lực nước vào bánh lái.........................................20
48. Công thức số 2: Tính diện tích ngâm nước của mặt bánh lái....................20
49. Công thức số 3: Tổng hợp lực vào bánh lái khi máy chạy tới...................20
50. Công thức số 4: Tổng hợp lực vào bánh lái khi máy chạy lùi...................21


7
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
1. Bảng 2.1: Điểm cạn đoạn luồng từ phao “0” đến CMIT + 900m
2. Bảng 2.2: Điểm cạn đoạn luồng từ phao “40” đến POSCO
3. Bảng 2.3: Điểm cạn đoạn luồng từ cảng SITV đến cảng Gò Dầu
4. Bảng 2.4: Tọa độ địa lý phao GR
5. Bảng 2.5: Tọa độ vùng 1 đón trả hoa tiêu
6. Bảng 2.6: Tọa độ vùng 2 đón trả hoa tiêu
7. Bảng 2.7: Tọa độ vùng 3 đón trả hoa tiêu
8. Bảng 2.8: Tọa độ vùng 4 đón trả hoa tiêu
9. Bảng 2.9: Bảng thống kê sản lượng năm 2013, năm 2014 và năm 2015


8
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài.
Quyết định số 1037/QĐ - TTg của Thủ tướng Chính phủ ban hành ngày
24/06/2014: Phê duyệt điều chỉnh Quy hoạch phát triển hệ thống cảng biển
Việt Nam đến năm 2020, định hướng đến năm 2030.
Theo quy hoạch phát triển cảng biển Việt Nam đến năm 2020, định
hướng đến năm 2030 được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt, hệ thống cảng
biển Cái Mép- Thị Vải có vai trò đặc biệt quan trọng, trong đó Bà Rịa- Vũng

Tàu là một trong các khu vực được định hướng tập trung xây dựng cảng cửa
ngõ quốc tế.
Quyết định số 3327/QĐ- BGTVT ban hành ngày 29/08/2014: Phê duyệt
Quy hoạch chi tiết Nhóm cảng biển Đông Nam Bộ (Nhóm 5) đến năm 2020,
định hướng đến năm 2030
Theo đó, tuyến luồng tàu biển Cái Mép- Thị Vải, thuộc địa giới các
huyện Tân Thành (tỉnh Bà rịa- Vũng tàu); Long Thành, Phước An (tỉnh Đồng
Nai) và Cần Giờ (Thành phố Hồ Chí Minh) sẽ có quy mô đầu tư gồm nâng
cấp, cải tạo luồng để tiếp nhận tàu biển trọng tải trên 100.000DWT ra vào
thường xuyên các bến cảng khu vực Cái Mép-Thị Vải; tàu trọng tải
60.000DWT ra vào các bến cảng khu vực Mỹ Xuân-Phước An và tàu trọng tải
30.000DWT ra vào các bến cảng khu vực Gò Dầu.
Để đảm nhận việc dẫn tàu an toàn trên tuyến luồng Vũng Tàu – Gò Dầu
người Hoa tiêu ngoài những kiến thức cơ bản về điều động tàu cần phải luôn
luôn tìm hiểu, học hỏi và nghiên cứu nâng cao kỹ thuật điều động tàu có trọng
tải 30000 tấn ra vào các bến cảng khu vực Gò Dầu an toàn và hiệu quả cao
nhất.


9
2. Mục đích nghiên cứu
Ngày 23/9/2014, tại tỉnh Đồng Nai, khởi công công trình bến tàu 30.000
DWT tại Cảng Gò Dầu.
Ngày 01/09/2015, Cty CP Cảng Đồng Nai đã đưa vào vận hành bến tàu
30.000 DWT tại cảng Gò Dầu, trên sông Thị Vải (H. Nhơn Trạch, Đồng Nai).
Công trình bến tàu 30.000 DWT gồm một cầu chính có chiều dài gần 460m,
rộng 22m và hai cầu dẫn có chiều dài 32m, rộng 12m, năng lực bốc xếp với
công suất gần 4,4 triệu tấn hàng hóa mỗi năm.
Công trình cầu cảng 30.000 DWT nằm trong quy hoạch chi tiết nhóm
cảng biển số 5 đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt. Đây là công trình cầu

cảng lớn nhất từ trước đến nay trên địa bàn tỉnh Đồng Nai, có thể tiếp nhận
tàu hàng có trọng tải 30.000 tấn, đáp ứng nhu cầu bốc xếp hàng hóa của các
doanh nghiệp.
Hiện tại vẫn chưa có tàu nào có trọng tải 30.000 DWT được ra vào cảng
này, có rất nhiều lý do như: khu vực cảng Gò Dầu luồng hẹp, độ sâu hạn chế,
không có khu vực quay trở tàu (không thể quay trở tàu tại cầu cảng vì chiều
rộng của luồng nhỏ hẹp), rất nhiều xà lan chở cát ra vào thường xuyên tại khu
vực này, tàu lai số lượng ít (3 tàu lai Long Thành) công suất yếu. ..
Thông qua đề tài này, dự báo khả năng có thể xảy ra, những điều kiện
hạn chế khi tàu hoạt động trên luồng trong mối tương quan với các điều kiện
tự nhiên môi trường, công trình, từ đó đưa ra những giải pháp điều động tàu
biển trọng tải 30.000 DWT hành trình trên luồng Vũng Tàu - Gò Dầu an toàn.


10
Đây cũng là tài liệu tham khảo bổ ích, cung cấp thông tin và giải pháp
cho các Thuyền trưởng, Hoa tiêu và các bên liên quan trong việc tổ chức khai
thác tàu, luồng tuyến một cách hiệu quả và an toàn hơn.
3. Nội dung và phạm vi nghiên cứu
- Nội dung của luận văn nghiên cứu nâng cao kỹ thuật điều động tàu có
trọng tải 30000 tấn.
- Phạm vi nghiên cứu của luận văn là tìm hiểu điều kiện khí tượng thủy
văn, đặc điểm của tuyến luồng Vũng Tàu – Gò Dầu và các phương pháp điều
động tàu trong tuyến luồng, điều động tàu cập cầu – rời cầu an toàn.
- Đối tượng nghiên cứu của luận văn là các tàu biển có trọng tải 30000
tấn.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Thống kê phân tích các số liệu về đặc điểm của tuyến luồng, điều kiện
khí tượng thủy văn.
- Diễn dịch quy nạp;

- Phương pháp khảo sát, lấy ý kiến của các chuyên gia, kết hợp với kinh
nghiệm của các Hoa tiêu và kiểm nghiệm thực tế của bản thân trong quá trình
công tác nhằm đưa ra các phương pháp điều động tàu an toàn, hiệu quả.
5. Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài:
- Nghiên cứu và vận dụng các lý thuyết điều động tàu.
- Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:
Nhằm đảm bảo an toàn và hiệu quả cao nhất trong việc điều động những tàu
có trọng tải 30000 tấn thông qua việc nâng cao các kỹ thuật điều động tàu để
tiếp nhận các tàu lớn ra vào các bến cảng khu vực Gò Dầu.
- Điểm mới khoa học của đề tài


11
Đề tài xem xét đến các yếu tố tàu thiết kế, sự ổn định của tàu dưới ảnh
hưởng của sóng, gió, dòng chảy có tính đến một số các tiêu chuẩn an toàn.
Tuy nhiên, bước này chưa cho thấy được mức độ an toàn, nên đề tài cũng
thông qua kết quả mô phỏng chạy tàu bằng mô hình toán (Fast time
simulation) hoặc mô phỏng trên buồng lái trong đó con người được sử dụng
để điều khiển dẫn tàu (Real time simulation) hoặc kết hợp cả hai loại mô
phỏng này. Mô phỏng chạy tàu trên buồng lái (Real time simulation) sẽ được
thực hiện nhằm kiểm chứng đầy đủ yếu tố ảnh hưởng của con người trong
hoạt động hàng hải dẫn tàu trên luồng.


12
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN, CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHÁP LÝ
1. 1 Tổng quan về đề tài.
Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật cùng với sự phát
triển của kinh tế, dẫn đến sự gia tăng các đội tàu trong ngành hàng hải trên thế

giới. Vấn đề an toàn và hiệu quả trong lĩnh vực hàng hải luôn được quan tâm
hàng đầu. Hiện tại đã có một số đề tài nghiên cứu, đề xuất các giải pháp đảm
bảo an toàn và hiệu quả như sau:
- Đề tài “Nghiên cứu giải pháp đảm bảo dẫn tàu có tải trọng 10.000DWT
an toàn trên tuyến luồng từ cửa Định An đến cảng Cần Thơ”của Trần Nhất
Vũ.
- Đề tài “Nghiên cứu giải pháp nâng cao an toàn dẫn tàu trên tuyến luồng
Sài Gòn – Vũng Tàu” của Bùi Thanh Sơn.
- Đề tài “Nghiên cứu giải pháp tác nghiệp điều động tàu vào cảng Tân
Cảng Cát Lái an toản hiệu quả” của Đinh Đức Hồng.
- Đề tài “Ứng dụng vi phân GPS để đảm bảo an toàn hàng hải ven bờ
biển Việt nam” của Nguyễn Ngọc Thành.
- Đề tài "Nghiên cứu đảm bảo an toàn, hiệu quả điều động tàu lai kéo các
thiết bị nổi chuyên dụng trong vùng nước Vũng Tàu" của Nguyễn Đình
Chung.
- Đề tài "Nghiên cứu nâng cao kỹ thuật điều động tàu có chiều dài trên
360m vào luồng Vũng Tàu- Thị Vải an toàn"của Võ Việt Đức.
*Các đề tài trên chủ yếu tập trung nghiên cứu các giải pháp như: dẫn tàu
an toàn trên các tuyến luồng, vùng nước trong cảng và vùng nước ven biển
Việt Nam, quan tâm đến việc phân tích điều kiện địa lý, khí tượng thủy văn,
độ sâu an toàn hàng hải, ứng dụng vi phân GPS để hỗ trợ hàng hải ven bờ an


13
toàn…nhưng chưa có nghiên cứu về nâng cao kỹ thuật điều động tàu có trọng
tải 30000 tấn vào khu vực cảng Gò Dầu
Hiện tại, hệ thống cảng biển ở Vũng Tàuđang đón nhận các tàu có trọng
tải lớn ra vào làm hàng và thực hiện chức năng trung chuyển hàng hóa. Là
một Hoa tiêu trực tiếp dẫn tàu tại vùng nước Vũng Tàu, tác giả thực hiện đề
tài “Nghiên cứu nâng cao kỹ thuật điều động tàu có trọng tải 30000 tấn vào

luồng Vũng Tàu – Gò Dầu an toàn”. Đây là hướng nghiên cứu hoàn toàn
mới phù hợp với thực tế phát triển của tỉnh Vũng Tàu và quy hoạch của Thủ
tướng Chính phủ về phát triển hệ thống cảng biển Việt Nam.
Thực hiện đề tài này, tác giả mong muốn được đóng góp một phần nhỏ
nghiên cứu nâng cao kỹ thuật điều động tàu giúp cho công tác dẫn tàu an
toàn, hiệu quả trên tuyến luồng Vũng Tàu – Gò Dầu. Tạo sự thuận lợi trong
công tác, cũng như niềm tin của khách hàng đối với năng lực của đội ngũ
Hoa Tiêu. Góp phần đảm bảo hơn trong công tác đảm bảo an toàn hàng hải.
1. 2 Cơ sở lý thuyết.
- Hiệu ứng chân vịt và bánh lái.
Chân vịt là bộ phận cuối cùng chuyển công suất của máy chính thành lực
đẩy cho tàu chuyển động tới hoặc lùi. Khi chân vịt quay trong nước, dòng
nước sinh ra do thành phần phân lực ngang luôn bao quanh bánh lái.
Để thấy rõ ảnh hưởng của chiều quay chân vịt tới tính năng quay trở ta
xét một chân vịt chiều phải 4 cánh, vị trí các cánh được đánh số lần lượt theo
chiều kim đồng hồ là I, II, III, IV và các phân lực ngang do các cánh sinh ra
được ký hiệu là C1, C2, C3, C4. Xét tại thời điểm tức thời các lực này có thể
được minh họa như hình vẽ 1.1


14

Hình 1.1 Thành phần phân lực ngang C và phản lực nước D sinh ra khi chân
vịt chiều phải quay chạy tới
- Cánh I đẩy luồng nước phía trên quay sang ngang và xuống dưới tạo ra
phân lực ngang C1 có chiều từ trên xuống dưới gần theo chiều thẳng đứng nên
không gây ảnh hưởng đến tính năng quay trở của tàu. Phản lực của nước D 1có
chiều ngược lại, có tác dụng đẩy lái tàu sang trái.
- Cánh II nằm ở bên phải quay từ trên xuống và sang ngang quạt một
khối nước từ phải qua trái. Phân lực ngang C 2 tác dụng trực tiếp vào phần

dưới mặt bên phải của bánh lái làm cho lái tàu dịch chuyển sang trái. Phản lực
nước D2có tác dụng làm nâng lái tàu lên mà không có tác dụng quay trở.
- Cánh III nằm ở dưới quay từ dưới lên trên tạo ra phân lực ngang C 3 có
chiều sang ngang và lên trên không ảnh hưởng đến quay trở của tàu. Phản lực
của nước D3có tác dụng đẩy lái tàu sang phải.
- Cánh IV nằm bên trái quạt một khối nước từ dưới lên trên với phân lực
ngangC4đập trực tiếp vào mặt trên bên trái của bánh lái, có tác dụng làm phần
lái của tàu ngả sang phải. Phản lực nướcD4 tương ứng có tác dụng nâng lái tàu
lên mà không có tác dụng quay trở.


15
Qua phân tích trên thấy rằng các phân lực ngang C 1và C3 không gây ảnh
hưởng đến quay trở mà chỉ có C2 và C4 mới có tác dụng. Hai lực C2 và C4
ngược chiều nhau và có phương vuông góc với mặt phẳng trục dọc của tàu.
Cánh II làm việc theo hướng sâu hơn cánh IV nên lực C 2>C4. Gọi lực tổng
hợp của chúng là C, ta có C = C2 –C4. Như vậy tổng hợp lực C cùng chiều với
C2 làm cho lái tàu dịch chuyển về phía bên trái.
Cũng qua phân tích trên ta thấy rằng phản lực nước tác dụng vào cánh
chân vịt D2 và D4không gây ảnh hưởng gì đến quay trở mà chỉ có D1 và D3mới
có tác dụng. Hai lực này ngược chiều nhau và có độ lớn khác nhau. Cánh III
làm việc sâu hơn cánh I nên phản lực D3D1. Nếu gọi lực tổng hợp của chúng
là D thì ta có D = D3–D1. Như vậy tổng hợp phản lực D cùng chiều với D 3làm
cho lái tàu dịch chuyển về bên phải.
* Các dòng nước sinh ra khi chân vịt quay.
a. Dòng nước chảy từ mũi về lái.
Khi chân vịt quay đẩy tàu chuyển động tới thì xuất hiện dòng nước chảy
từ mũi về lái, nếu bánh lái để số không (Zero lái) thì áp lực của nước tác dụng
cân bằng trên hai mặt bánh lái, vì vậy sẽ không ảnh hưởng đến quay trở của
tàu mà chỉ làm cho tàu luôn chuyển động thẳng. Nếu bẻ lái về một bên mạn

nào đó thì dòng này kết hợp với thành phần phản lực dọc của dòng nước xoáy
tròn do chân vịt tạo ra sẽ tạo nên áp lực nước lên mặt bánh lái làm cho mũi
tàu ngả về mạn bẻ lái.
b. Thành phần xoáy tròn do chân vịt tạo ra.
Khi chân vịt quay tạo luồng nước đạp về phía sau đẩy tàu chuyển động
về phía trước, luồng nước này tạo thành một dòng nước cuộn tròn theo chiều
ngang của chân vịt. Các phần tử của dòng nước bị đẩy lùi đồng thời tham gia
hai chuyển động: vừa chuyển động quay vừa chuyển động thẳng. Khi đó,


16
dòng bị đẩy lùi có thể chia thành hai thành phần tương ứng là thành phần
phân lực ngang được ký hiệu C và thành phần phân lực dọc được ký hiệu ƒdoc.
c. Dòng nước hút theo tàu.
Khi đứng yên, thân tàu sẽ chiếm một lượng rẽ nước đúng bằng thể tích
phần chìm của nó. Nếu chân vit đạp nước đẩy tàu tiến về phía trước thì phần
chìm đó sẽ để lại phía sau một vùng trống. Do sự chênh lệch về áp suất mà
nước ở xung quanh nhanh chóng tràn vào lấp chổ trống đó và khi tàu tiếp tục
chạy tới thì các khoảng trống được hình thành nối tiếp nhau. Nước cũng tiếp
tục chuyển động tràn vào lấp những khoảng trống trên. Khi đó sẽ hình thành
một dòng nước đuổi theo sự chuyển động của tàu để lấp chổ trống do phần
chìm của tàu để lại. Đây là dòng nước hút theo tàu. Tốc dộ của dòng nước hút
theo mạnh nhất ở gần mặt nước, giảm dần và đạt giá trị gần bằng không ở
dưới ki tàu.
Nếu tàu có chân vịt chiều phải khi chạy tới, dòng nước tràn vào này sẽ
sinh ra một lực có tác dụng đẩy lái tàu qua trái được ký hiệu là b. Mặt khác,
dòng này có chuyển động xuôi theo tàu nên một phần nào đó đã sinh ra lực
cản dòng nước chảy từ mũi về lái, làm giảm áp lực tác dụng lên mặt bánh lái
khi bánh lái bẻ sang một bên.
Khi tàu đứng yên, dòng này không tồn tại, nó chỉ xuất hiện khi tàu bắt

đầu chuyển động và tăng theo vận tốc tàu. Tàu có hình hộp thì dòng theo
mạnh, vì vậy các tàu có phần lái vuông, đáy bằng phẳng thường khó nghe lái
hơn tàu có phần lái tròn và thon phía sau lái.
* Hiệu ứng của chân vịt ảnh hưởng tới đặc tính điều động tàu.
Điều kiện xét ở đây là tàu có trang bị chân vịt bước cố định, chiều phải,
tàu không chịu tác động của sóng gió, dòng chảy.
a. Khi tàu chạy tới bánh lái để số không (Zero lái).
- Thành phần phân lực ngang C.


17
Như đã trình bày ở trên, tổng hợp thành phần phân lực ngang C cùng
chiều với chiều tác dụng của C2, C= C2 – C4. Thành phần này có tác dụng đẩy
lái tàu sang trái, mũi tàu sang phải (với chân vịt chiều phải), với chân vịt
chiều trái thì ngược lại, tổng hợp lực C sẽ đẩy lái tàu sang phải còn mũi tàu
sang trái.
- Thành phần phản lực của nước D.
Cũng theo phân tích ở trên, thành phần này sinh ra khi tàu có trớn tới.
Tổng hợp D cùng chiều với tác dụng của D 3, D= D3– D1, thành phần này có
tác dụng đẩy lái tàu sang phải, mũi tàu sang trái (với chân vịt chiều phải), với
chân vịt chiều trái thì ngược lại, tổng hợp lực D sẽ đẩy lái tàu sang trái, mũi
tàu sang phải.
- Thành phần dòng nước hút theo tàu b.
Dòngnước hút theo tàu b có tác dụng đẩy mũi tàu sang phải, lái tàu sang
trái (với chân vịt chiều phải). Với chân vịt chiều trái thì ngược lại, dòng nước
hút theo tàu có tác dụng đẩy lái tàu qua phải, mũi tàu sang trái.
Ta nhận thấy rằng với chân vịt chiều phải khi quay, tàu có trớn tới thì
tổng hợp thành phần phân lực ngang C và thành phần do dòng nước hút theo
tàu b sẽ lớn hơn phản lực D. Nói cách khác C + b >D, tức là tổng hợp lực này
sẽ làm cho lái tàu ngả sang trái, mũi ngả sang phải. Nếu chân vịt chiều trái thì

ngược lại, lái tàu ngả phải còn mũi ngả sang trái.
Lưu ý rằng hiện tượng này xảy ra khi tàu có trớn tới, còn nếu chưa có
trớn tới thì dòng nước theo tàu chưa xuất hiện. Do đó ban đầu khi mới khởi
động máy tới thì mũi tàu có xu hướng ngả sang trái, sau khi có trớn tới thì
mũi tàu có xu hướng ngả phải. Hiện tượng này gọi là Hiệu ứng chân vịt. Ta
cần đặc biệt lưu ý khi tàu chạy ba- lát, khi tàu chúi lái lớn. Các lực có thể
khác nhau về độ lớn do đó hiệu ứng cũng sẽ có khi mạnh, khi yếu khác nhau.
b. Khi tàu chạy lùi bánh lái để số không.


18

Hình 1.2 Chân vịt chiều phải, tàu chạy lùi, bánh lái để số không
Xét hình vẽ 1.2, dòng nước do chân vịt sinh ra đập vào lái tàu không đều
tại mọi thời điểm. Dòng này không cuộn quanh bánh lái mà tác dụng trực tiếp
vào các bên mạn hông tàu từ phía dưới đường nước.
- Thành phần phân lực ngang C’.
+ Cánh I sinh ra phân lực ngang C1’. Khối nước do cánh I sinh ra từ phải
sang trái và xuôi xuống phía dưới song song với mặt bánh lái, do vậy C 1’
không có tác dụng quay trở.
+ Cánh II quạt khối nước từ phải sang trái đập vào hông tàu mạn phải
sinh ra phân lực ngang C2’ có tác dụng làm lái tàu sang trái, mũi sang phải.
+ Cánh III quạt khối nước từ dưới lên tạo ra phân lực ngang C 3’ song
song với mặt bánh lái không có tác dụng quay trở.
+ Cánh IV quạt khối nước từ trên xuống dưới và sang phải tạo ra phân
lực ngang C4’ đập vào hông tàu mạn trái làm cho lái tàu sang phải, mũi sang
trái.
Qua phân tích ta thấy C2’ >C4’ vì cánh II quay khối nước hoàn toàn đập
vào hông tàu mạn phải phía trên, còn cánh IV thì một phần khối nước luồn

19
qua ki tàu sang bên phải, phần còn lại đập vào hông tàu mạn trái. Do vậy tác
dụng của tổng hợp phân lực ngang C’ làm mũi tàu ngả sang phải.
- Thành phần phản lực D’.
Phân tích tương tự như khi tàu chạy tới, ta thấy thành phần D 2’ chỉ có tác
dụng dìm lái tàu xuống và D4’ chỉ có tác dụng nâng lái tàu lên. Thành phầnD 1’
làm lái tàu ngả sang phải, D3’ làm lái tàu ngả sang trái. Vì D 3’ >D1’ nên tổng
hợp D’=D3’ – D1’ làm cho lái tàu ngả sang trái và mũi tàu ngả sang phải.
- Thành phần dòng nước chảy từ lái về mũi.
Dòng nước chảy từ lái về mũi không có tác dụng quay trở. Như vậy, tổng
hợp các lực C’, D’cùng chiều và có tác dụng làm lái tàu ngả trái, mũi tàu ngả
sang phải (với chân vịt chiều phải). Với chân vịt chiều trái thì ngược lại, khi
tàu lùi lái ngả phải còn mũi ngả trái.
Tóm lại, khi tàu chạy lùi mũi có xu hướng ngả cùng chiều với chiều
quay chân vịt và việc ngả mũi này mạnh hơn rất nhiều so với khi tàu chạy tới.
* Tính năng của bánh lái.
a. Lực của bánh lái.
Bánh lái là một thiết bị không thể thiếu trong điều động tàu. Bánh lái giữ
cho tàu chuyển động trên hướng đi đã định hoặc thay đổi hướng đi của tàu
theo ý muốn của người điều khiển. Bánh lái được đặt phía sau chân vịt và
nằm trong mặt phẳng trục dọc của tàu. Bánh lái có thể quay đi một góc nhất
định sang phải hoặc sang trái (khoảng từ 450 phải đến 450 trái). Bánh lái có thể
được chế tạo bằng các nguyên liệu khác nhau, nhưng mỗi bánh lái đều có hai
bộ phận cơ bản là trục lái và mặt bánh lái.
Khi tàu chạy tới hoặc khi chạy lùi thì dòng nước chảy từ mũi về lái hoặc
dòng nước chảy từ lái về mũi sẽ tác dụng vào bề mặt của bánh lái một áp lực
P. Bằng thực nghiệm, người ta xây dựng công thức để tính áp lực đó như sau:
(1)

20
Trong đó: – góc bẻ lái (độ);
V – vận tốc tàu (mét/giây);
S – diện tích ngâm nước của bánh lái (m2);
K1– hệ số của bánh lái, phụ thuộc vào số lượng chân vịt và
được lấy như sau:
- K1 = 38 42 (kg/m2) với tàu 1 chân vịt;
- K1 = 20 22, 5 (kg/m2) với tàu 2 chân vịt.
Lực cản do nước phụ thuộc vào phần chìm của vỏ tàu, muốn có tác dụng
tốt thì bánh lái phải có diện tích tỉ lệ thích đáng với phần chìm của tàu, do đó
diện tích mặt bánh lái phải được chọn theo tỉ lệ phù hợp với con tàu. Người ta
có thể tính diện tích ngâm nước của mặt bánh lái S dựa trên công thức kinh
nghiệm như sau:

(2)
Trong đó:

L– chiều dài của tàu (m);

d– mớn nước của tàu (m);
K2– phụ thuộc loại tàu, thường K2= 50 70.
b. Tác dụng của bánh lái khi tàu chạy tới.
Khi tàu chuyển động thẳng đều thì nó chỉ chịu tác dụng của lực đẩy và
lực cản. Khi bẻ bánh lái một góc nào đó, giả sử ta bẻ lái sang phải lúc này do
tác dụng của dòng chảy baovà dòng do chân vịt tạo ra trên bề mặt của bánh lái
nảy sinh sự phân bố lại áp lực nước, mặt bánh lái hướng tới dòng chảy bao thì
áp lực tăng, mặt kia giảm. Điểm đặt của tổng áp lực P này gần về phía sống
lái và vuông góc với mặt bánh lái:
(3)

Để hiểu rõ ảnh hưởng của lực sinh ra khi bẻ lái đi một góc , giả sử tại
trọng tâm tàu G được đặt một cặp lựcvà về độ lớn thì P1’= P2’ = Py, còn về


21
chiều tác dụng thì ngược chiều. Rõ ràng, cặp ngẫu lực Py, P2’làm cho mũi tàu
quay về phía bẻ lái, lực P1’ làm tàu dạt ra ngoài vòng quay trở còn Px làm
giảm chuyển động tới của tàu.
Thông thường điểm đặt của áp lực P và các lực thủy động không cùng
nằm trên một mặt phẳng nằm ngang, nên khi quay trở, con tàu ngoài việc
chuyển dịch ngang còn bị nghiêng và chúi.
Tóm lại, quỹ đạo chuyển động của con tàu sau khi bẻ lái là một đường
cong do trọng tâm tàu vạch ra.

Hình 1.3 Lực xuất hiện do bẻ lái và tác dụng khi tàu chạy tới
c. Tác dụng của bánh lái khi tàu chạy lùi.
Giả sử cho tàu chạy lùi, khi tàu đã có trớn lùi, ta bẻ lái một góc  nào đó.
Lúc này do tác dụng của dòng chảy bao và dòng do chân vịt tạo ra trên mặt
của bánh lái nảy sinh sự phân bố lại áp lực, mặt bánh lái hướng tới dòng chảy
bao thì áp lực tăng, mặt kia giảm. Điểm đặt của tổng các lực P này gần về
phía sống lái và vuông góc với mặt phẳng bánh lái:
(4)
Tương tự như khi chạy tới, để hiểu rõ ảnh hưởng của lực sinh ra khi bẻ
lái đi một góc , tại trọng tâm tàu G đặt một cặp lực và . Về độ lớn thìP1’= P2’
= Py. Còn về chiều tác dụng thì ngược chiều . Rõ ràng, cặp ngẫu lực Py,


22
P1’làm cho mũi tàu quay ngược về phía bẻ lái, lực P2’làm tàu dạt ra ngoài
vòng quay trở còn Pxlàm giảm chuyển động lùi của tàu.

Do điểm đặt của áp lực P và các lực thủy động không cùng nằm trên một
mặt phẳng nằm ngang, nên khi quay trở, con tàu ngoài việc chuyển dịch
ngang còn bị nghiêng và chúi. Quỹ đạo chuyển động của tàu khi chạy lùi và
bẻ lái là một đường cong do trọng tâm tàu vạch ra.

Hình 1.4 Lực xuất hiện do bẻ lái và tác dụng khi tàu chạy lùi
- Các hiện tượng xảy ra khi tàu hành trình trong luồng.
- Ảnh hưởng của luồng thủy hẹp, vùng nước nông đến vận tốc
Một vùng nước được gọi là vùng nước nông khi

H
�2 �3
T

(trong đó, H

là độ sâu của vùng nước, T là mớn nước của tàu).
Khi đi với vận tốc thì hành trình vẫn an toàn.
Nhưng khi hành trình với vận tốc thì sự ảnh hưởng bắt đầu xuất hiện.
Lực cản do sự ma sát giữa nước với đáy luồng khiến sóng ngang phát triển
mạnh, góc mở và độ cao của sóng tản bắt đầu tăng lên. Sự phân bố áp lực
nước lên thân vỏ tàu phát triển không đồng đều, khả năng điều động của tàu
bị thay đổi hẳn đi.
Khi hành trình với vận tốc thì sự ảnh hưởng rất rõ rệt, tàu sẽ tạo ra
sóng ngang gần 900 so với hướng đi, cản lại chuyển động của tàu. Tàu sẽ khó


23
ăn lái và dù có tăng công suất máy chính cũng không làm tăng tốc độ.
- Ảnh hưởng của luồng thủy hẹp, vùng nước nông đến mớn nước

Tàu chạy trên một vùng nước nông sẽ làm tăng vận tốc dòng chảy dưới
đáy tàu khiến cho áp lực bị giảm mạnh. Kết quả là thân tàu bị chìm thêm
(tăng mớn nước) tại mũi hay lái phụ thuộc vào vị trí nơi nào mà áp suất suy
giảm lớn nhất dọc theo thân tàu. Hiện tượng thân tàu bị “lún xuống” trong
vùng nước nông còn gọi là hiện tượng SQUAT.

Hình 1.6 Hiện tượng SQUAT
Hình 1.5 Áp lực nước dọc theo thân tàu

của tàu VLCC

Vùng áp lực cao ở phần mũi lớn hơn ở phần đuôi rất nhiều đồng thời
lực nâng giảm ở phần giữa tàu sẽ làm cho tàu lún xuống và mớn nước đuôi
của tàu tăng lên (hình 1.5).
Một kinh nghiệm được chấp nhận vận dụng là với tàu VLCC có hệ số
béo thể tích  lớn (> 0, 75) như các tàu dầu và tàu chở hàng rời lớn, sẽ bị
chìm thêm về mũi (hình 1.6).
Khi hành trình ở vùng nước có tỉ số

H
�1, 3
T
với

vận tốc lớn thì sẽ rất