Ứng dụng phần mềm excel tính toán ổn định tàu

Ứng dụng phần mềm excel trong tính toán ổn định tàu

GVHD: Ths Thtr Lê Vinh Phan

MỞ ĐẦU
I.

Tính cấp thiết của đề tài

Trong nhiều năm qua để đáp dứng nhu cầu vận tải của hàng hoá trong nước và quốc tế,
cùng với sự quan tâm và đầu tư của nhà nước và các tổ chức kinh tế trong và ngoài nước.
Thêm vào đó là điều kiện địa hình kinh tế nước ta rất phù hợp cho việc vận chuyển,
thương mại bằng đường biển. Do đó trong những năm vừa qua đội tàu vận tải của nước ta
đã phát triển tăng trưởng mạnh mẽ cả về chất lượng số lượng và chủng loại. Điều đó góp
phần phát triển kinh tế của cả nước trong thời gian qua nói chung và thúc đẩy sự phát
triển của ngành hàng hải của nhà nước nói riêng. Để đạt được hiệu quả trong công vtiệc
khai thác tàu biển thì có rất nhiều vấn đề cần quan tâm, một trong những vấn đề đó là
việc đảm bảo khả năng đi biển của con tàu.Trong đó việc tính toán các thông số về ổn
định tàu là cực kỳ quan trọng, nó có ảnh hưởng rất lớn đến sự an toàn và hiệu quả của
toàn bộ con tàu. Việc tính toán ổn định tàu đòi hỏi phải tiến hành rất cẩn thận, chi tiết
theo những quy định những tiêu chuẩn đã được tổ chức hàng hải thế giới (IMO) đề ra.
Với sự phát triển rất nhanh của lĩnh vực công nghệ thong tin nên hiện nay trên những
con tàu hiện đại thì việc tính toán ổn định tàu có thể được tiến hành rất nhanh chóng nhờ
các phần mềm máy tính chuyên dụng được các nhà sản xuất viết riêng cho từng con tàu,
tuy nhiên không phải con tàu nào cũng được trang bị phần mềm tính toán này do điều
kiện kinh tế, hoặc do con tàu đã quá cũ. Trong những trường hợp đó cần tiến hành tính
toán ổn định tàu theo hướng dẫn trong hồ sơ tàu, việc này thường mất khá nhiều thời gian
và lặp lại dễ gây nhầm lẫn.
Hiện nay có rất nhiều phần mềm hỗ trợ có thể ứng dụng tính toán trong mọi lĩnh vực
một trong những phần mềm tính toán đáng tin cậy dễ sử dụng và đã được ứng dụng để
tính toán trong mọi lĩnh vực: ( kế toán ,tài chính, kĩ thuật …), đó là phần mềm MS excel

phần mềm này đã được sử dụng rộng rãi và cũng được các sĩ quan hàng hải sử dụng để
tính toán rất nhiều với độ chính xác và tin cậy cao
Vì tất cả những lý do trên và mong muốn tìm hiểu những quy trình tính toán ổn định
tàu theo các tiêu chuẩn của IMO nên em đã chọn đề tài là:” Ứng dụng phần mềm excel
trong tính toán ổn định tàu hàng”.
II. Mục đích và phƣơng pháp nghiên cứu đề tài
SVTH: Tống Văn Ánh

Page 1


Ứng dụng phần mềm excel trong tính toán ổn định tàu

GVHD: Ths Thtr Lê Vinh Phan

Mục đích của đề tài:” Ứng dụng phần mềm excel trong tính toán ổn định tàu hàng”
là tìm hiểu khái quát chung về lý thuyết tính toán ổn định tàu theo các tiêu chuẩn ổn định
của IMO và các chức năng tính toán trong excel kết hợp với ngôn ngữ lập trình VBA
trong excel. Từ đó xây dựng lên các bảng tính mẫu tự động tính toán ổn định cho một con
tàu cụ thể nào đó.
Phương pháp nghiên cứu đề tài: Kết hợp lý thuyết tính toán ổn định và bảng tính
mẫu cùng với dữ liệu trong hồ sơ tàu. Sử dụng các chức năng trong excel và ngôn ngữ lập
trình VBA trong excel để tạo ra các bảng tính tự động có thể áp dụng cho các con t àu cụ
thể.
III. Ý nghĩa của đề tài
Kết quả của đề tài có thể áp dụng vào tính toán các thông số ổn định tàu, hoặc tạo
ra một bảng tính ổn định cho một con tàu cụ thể, tạo điều kiện cho việc tính toán tốn ít
thời gian hơn mà vẫn có được kết quả chính xác cần thiết

SVTH: Tống Văn Ánh

Page 2


Ứng dụng phần mềm excel trong tính toán ổn định tàu

GVHD: Ths Thtr Lê Vinh Phan

PHẦN 1: LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CHO TÀU HÀNG
CHƢƠNG I: THÔNG SỐ CƠ BẢN VỀ TUYẾN HÌNH TÀU &
CÁC QUY ĐỊNH LIÊN QUAN
1.1.

THÔNG SỐ THEO CHIỀU DỌC TÀU

Hình 1 (Thông số chiều dài )
 Chiều dài toàn bộ (Length Over All - L.O.A): Là chiều dài lớn nhất tính theo chiều
dọc tàu.


Chiều dài tính toán (Length Between Perpendicular - L.B.P): Là khoảng cách giữa
hai đường thủy trực mũi (FP) và thủy trực lái (AP).



Đường Thủy trực mũi ( Forward perpendicular): Là đường thẳng vuông góc với
ki tàu ( or base line) và đi qua giao điểm giữa sống mũi tàu với mớn nước thiết kế
mùa hè.

 Đường Thủy trực lái (Aft perpendicular): Là đường thẳng vuông góc với ki tàu (

or base line) và đi qua tâm của trụ bánh lái tàu.

SVTH: Tống Văn Ánh

Page 3


Ứng dụng phần mềm excel trong tính toán ổn định tàu

GVHD: Ths Thtr Lê Vinh Phan

1.2. THÔNG SỐ THEO CHIỀU NGANG

Hình 2 (Thông số chiều ngang và chiều sâu)
 Chiều rộng lớn nhất (Breath Over All - B.O.A):
Là chiều rộng lớn nhất tính theo chiều ngang tàu. Nó là chiều rộng của hình chữ
nhật ngoại tiếp mặtphẳng sườn giữa tàu.
 Chiều rộng định hình (Moulded Breath):
Là khoảng cách lớn nhất theo chiều ngang cửa sườn giữa tàu tính từ mặt ngoài của
công giang mạn bên này đến mặt ngoài của công giang mạn bên kia (mép trong
của tôn mạn).
1.3. THÔNG SỐ THEO CHIỀU SÂU
 Chiều sâu định hình (Moulded Depth ):
Là khoảng cách thẳng đứng ở mặt phẳng sườn giữa tàu đo từ đỉnh sống chính (keel
plate) đến mép dưới của boong chính (Deck line)


Chiều sâu tàu (Depth):
Là chiều cao tính từ mép ngoài của ki tàu tới mép trên của boong liên tục, đo ở
mặt phẳng sườn giữa tàu.

SVTH: Tống Văn Ánh

Page 4


Ứng dụng phần mềm excel trong tính toán ổn định tàu
1.4.

GVHD: Ths Thtr Lê Vinh Phan

THUẬT NGỮ VỀ THỂ TÍCH VÀ TRỌNG TẢI CỦA TÀU BIỂN

( VOLUMES AND WEIGHTS .
Tại hội nghị của IMO năm 1969, người ta đã đưa ra một đơn vị mới “ Gross tonnage” and
“ Net tonnage” để thống nhất quốc tế về đơn vị tính độ lớn của tàu, những đơn vị đó vẫn
được sử dụng tới ngày nay.

Hình 3 (Thuật ngữ về thể tích và trọng tải)
a) Tấn đăng ký Register ton
Để xác định thể tích của các không gian của tàu thì người ta sử dụng “tấn đăng
ký”. Một “tấn đăng ký” bằng 100 feet khối hay tương đương với 2.83 m³.
b) Dung tích toàn bộ Gross Tonnage ( GT)
Được xác định như sau: Trước tiên nó được xác định thông qua một công thức để
tính ra thể tích với đơn vị là m³ của phần nằm phía dưới boong chính và các
không gian khép kín nằm trên boong chính.
c) Dung tích có ích Nett Tonnage (NT)
Nhằm diễn tả thể tích của các không gian chứa hàng. Dung tích có ích cũng có thể
được xác định bằng cách lấy dung tích toàn phần (GT) trừ đi đi không gian dùng
cho ( Thuyền viên; Thiết bị điều khiển; Thiết bị đẩy ; nhà xưởng của tàu). NT

thường không nhỏ hơn 30%GT
d) Lượng chiếm nước Displacement
Là trọng lượng toàn bộ của tàu tương ứng với trọng lượng thể tích của nước mà
SVTH: Tống Văn Ánh

Page 5


Ứng dụng phần mềm excel trong tính toán ổn định tàu

GVHD: Ths Thtr Lê Vinh Phan

tàu chiếm chỗ ở mớn nước tương ứng.
Displacement(t) = Water occupied Displacement (m3) * Density of water (t/m3)
e) Lượng chiếm nước tàu không Light Displacement
Đây là trọng lượng của con tàu ở trạng thái không tải. Nó bao gồm thân tàu, máy
móc và các thiết bị thường dùng như ( hệ thống neo, hệ thống cứu sinh, sơn, dầu
bôi trơn…).
f) Trọng tải Dead Weight
Là trọng lượng hàng có thể xếp xuống một con tàu sao cho nó đặt tới phần chìm
lớn nhất cho phép. Trọng tải gần như cố định đối với mỗi con tàu.
Deadweight = Full loaded Displacement – Light Displacement
g) Lượng hàng hóa chuyên chở Cago capacity (t)
Với tàu hàng, khi ta biết Deadweight thì ta có thể có thể ước lượng được tổng
trọng lượng của hàng hóa mà tàu có thể xếp được. Tổng trọng lượng hàng hóa đó
luôn luôn nhỏ hơn Deadweight, và nó cũng không cố định cho mọi chuyến đi
Về lý thuyết thì Cargo capacity (t) = Deadweight (t) – Ballast, feul, provision (t);
nhưng thực tế để xác định lượng hàng hóa xếp (dỡ) xuống tàu thì người ta dùng
phương pháp giám định mớn nước.
1.5.CÁC HỆ SỐ BÉO CỦA MỘT SỐ MẶT CẮT CƠ BẢN CỦA THÂN TÀU /

COEFFICIENTS
 Hệ số béo mặt phẳng đường nước / Waterplane-coefficent ( Cw):
Cw =


Hệ số béo mặt phẳng sườn giữa / Midship section coefficient (Cm):
Cm =

 Hệ số béo thân tàu / Block coefficient (Cb)
Cb =
 Hệ số béo trụ / Prismastic Coefficent (Cp):
Cp =

SVTH: Tống Văn Ánh

Page 6


Ứng dụng phần mềm excel trong tính toán ổn định tàu

GVHD: Ths Thtr Lê Vinh Phan

CHƢƠNG II: ỔN ĐỊNH TÀU
2.1. HỆ TRỤC TOẠ ĐỘ CỦA TÀU & CÁC KÍ HIỆU
2.1.1.Hệ trục toạ độ tàu
 Để xây dựng hệ toạ độ, người ta dùng hệ thống gồm ba mặt phẳng toạ độ vuông
góc với nhau được mô tả theo hình vẽ sau

Z

X

Y

Hình 4 ( Hệ trục toạ độ tàu)
 Mặt phẳng đồi xứng (zOx): Là mặt phẳng thẳng đứng chứa trục dọc tàu, chia đôi
chiều rộng tàu. Mặt phẳng này còn được gọi là mặt phẳng trục dọc tàu
 Mặt phẳng sườn giữa (zOy): Là mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng đối xứng và
chia đôi chiều dài tính toán của tàu
 Mặt phẳng cơ bản (yOx): Là mặt phẳng nằm ngang, vuông góc với hai mặt phẳng
trên và đi qua điểm thấp nhất của đáy tàu. Đối với tàu có ki bằng thì mặt phẳng
này trùng với mặt phẳng chứa ki tàu

SVTH: Tống Văn Ánh

Page 7


Ứng dụng phần mềm excel trong tính toán ổn định tàu
-

GVHD: Ths Thtr Lê Vinh Phan

Từ ba mặt phẳng toạ độ trên người ta xác định một hệ toạ độ Oxyz gắn liền với
thân tàu

-

Theo quy ước, trục Ox có chiều dương về phía mũi. Trục Oy có chiều dương về
mạn phải. Trục Oz có chiều dương hướng lên trên (tất cả lấy từ điểm gốc O).

-

Tuy nhiên một số tàu có quy ước chiều dương của trục Ox hướng vê phái lái, cho
nên ta phải chú ý đến các quy ước xét dấu trước khi sử dụng hồ sơ tàu để tránh
nhầm lẫn

2.1.2. Giải thích các kí hiệu
 G (Center of Gravity):
Trọng tâm tàu là điểm đặt của véc tơ trọng lực tổng hợp của tàu
 B (center of buoyancy ):
Tâm nổi của tàu là điểm đặt của véc tơ lực nổi tác dụng lên tàu hay đó chính là
trọng tâm của khối nước mà tàu chiếm chỗ.
 M (Matacenter):
Tâm nghiêng của tàu là tâm của quỹ đạo tâm nổi B. Đây chính là tâm của quỹ đạo
tâm nổi B khi tàu nghiêng
 F (center of floatation):
Tâm mặt phẳng đường nước, đây là tâm hình học của phần mặt phẳng đường nước
được giới hạn phía trong vỏ bao than tàu
 K (keel of ship) : Sống đáy của tàu
 TPC (tons per Centimeter) :
Số tấn làm thay đổi một centimet chiều chìm trung bình của tàu
 MTC (Moment to change Trim one Centimeter) :
Mô men làm thay đổi 1centimet chiều chúi của tàu. Đây chính là độ lớn của một
momen để làm thay đổi một centimet chiều chúi của tàu
 KB (Vertical center of buoyancy):
Chiều cao tâm nổi, là độ cao của tâm nổi B tính từ đường cơ sở (thường lấy từ ki
tàu)
SVTH: Tống Văn Ánh

Page 8


Ứng dụng phần mềm excel trong tính toán ổn định tàu

GVHD: Ths Thtr Lê Vinh Phan

 KG (Vertical center of Gravity) :
Chiều cao trọng tâm, là độ cao của trọng tâm G tính từ đường cơ sở (thường lấy từ
ki tàu)
 TKM (transverse Metacenter height) :
Chiều cao tâm nghiêng ngang ,là độ cao tâm nghiêng ngang tính từ đường cơ sở
(thường lấy từ ki tàu).
 LKM (Longtitudinal Metacenter):
Chiều cao tâm chúi, là độ cao tâm chúi tính từ đường cơ sờ (thường lấy từ ki tàu)
 GM (Metacentric height):
Chiều cao thế vững, là khoảng cách theo chiều thẳng đứng tính từ trọng tâm tàu tới
tâm nghiêng ngang của tàu. Đại lượng này dung để đánh giá thế vững ban đầu của
tàu
 LCB (Longtitudinal center of Buoyancy) : Hoành độ tâm nổi B tính từ mặt phẳng
sườn giữa.
 LCG ( Longtitudinal center of Gravity): Hoành độ trọng tâm tính từ mặt phẳng
sườn giữa.
 LCF (Longtitudinal center of Floatation) : Hoành độ tâm măt phẳng đường nước
tính từ mặt phẳng sườn giữa.
2.2. ỔN ĐỊNH TĨNH
2.2.1. Khái niệm về ổn định tàu
 Tàu cũng như bất cứ một vật thể nào đó khi nổi ở trên mặt nước thì nó đang là kết
quả của sự cân bằng giữa trọng lực của nó (P) và lực đẩy Acsimet (Fa). Khi có tác
động của ngoại lực, con tàu sẽ bị nghiêng đi một góc nào đó, lập tức có một

moment hồi phục xuất hiện để chống lại sự nghiêng đó và làm cho con tàu trở về
trạng thái ban đầu.
 Vậy có thể nói “ổn định” là khả năng con tàu tự trở về vị trí cân bằng ban đầu sau
khi lực tác động của ngoại lực gây nghiêng (sóng, gió, ...) ngừng tác dụng.

SVTH: Tống Văn Ánh

Page 9


Ứng dụng phần mềm excel trong tính toán ổn định tàu

GVHD: Ths Thtr Lê Vinh Phan

Hình 5
2.2.2.Đại lƣợng cơ bản để nghiên cứu ổn định “ngang” của tàu
 Cao độ trọng tâm tàu: KG.
 Cao độ tâm nổi tàu

: KB.

 Biểu thị cho ki tàu là : K.
 Tâm nghiêng ngang : M (Giao điểm của hai đường thẳng đứng đi qua hai vị trí
của tâm nổi tương ứng với hai góc nghiêng nhỏ liên tiếp)
 Trong trường hợp tàu cân bằng như trên ta có công thức đại số như sau:
KM=KB+B hoặc KM=KG+GM
2.2.3.Trạng thái cân bằng của tàu
 Cũng như các vật thể khác, tàu có (03) ba trạng thái cân bằng: cân cân bằng bền,
cân bằng không bền và cân bằng phiếm định.
a. Cân bằng bền (Ổn định)

 Là khả năng tàu tự lấy lại (xu thế trở về) vị vị trí cân bằng ban đầu khi ngoại lực
ngưng tác động. Trường hợp này GM >0 ( M nằm phía trên G)
SVTH: Tống Văn Ánh

Page 10


Ứng dụng phần mềm excel trong tính toán ổn định tàu

GVHD: Ths Thtr Lê Vinh Phan

Hình 6
b. Cân bằng phiếm định
 Khi con tàu bị lực tác động làm lệch khỏi vị trí cân bằng ban đầu thì nó không thể
tự trở lại vị trí cân bằng ban đầu nữa mà xác lập một trạng thái cân bằng mới tại
đó. Trường hợp này GM=0 (G trùng với M).

Hình 7

SVTH: Tống Văn Ánh

Page 11


Ứng dụng phần mềm excel trong tính toán ổn định tàu

GVHD: Ths Thtr Lê Vinh Phan

c. Cân bằng không bền ( bất ổn định)
 Khi con tàu bị ngoại lực tác động đẩy lệch khỏi vị trí cân bằng ban đầu thì tàu

không tự lấy lại vị trí cân bằng ban đầu cũng như không xác lập được trạng thái
cân bằng mới. Trường hợp này GM<0 ( M nằm phía G).

Hình 8
2.3. ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH TĨNH CỦA TÀU
2.3.1. Đại lƣợng đặc trƣng đánh giá ổn định tàu
 Ta thấy rằng khi tàu bị nghiêng so với vị trí cân bằng ban đầu do tác động của
ngoại lực (…) thì tâm nổi B của tàu sẽ bị dịch chuyển tới vị trí mới tương ứng với
thể tích của phần thân tàu chìm dưới nước, trong khi đó thì trọng tâm G của tàu
không đổi. Vậy nên tự bản thân con tàu sinh ra cặp ngẫu lực P (Disp) và
F(acsimet) và có xu hướng đưa con tàu về vị trí cân bằng ban đầu.
 Như vậy giá trị Moment của cặp ngẫu lực này lớn thì sẽ đưa tàu về vị trí cân bằng
ban đầu nhanh và ngược lại. Người ta gọi Moment này là Moment hồi phục và
cũng là đại lượng đặc trưng cho ổn định tàu.

SVTH: Tống Văn Ánh

Page 12


Ứng dụng phần mềm excel trong tính toán ổn định tàu

GVHD: Ths Thtr Lê Vinh Phan

Mhp = Disp* GZ
Trong đó:
 Mhp: Môment hồi phục của tàu
 Disp: Lượng dãn nước của tàu
 GZ : Cánh tay đòn ổn định
 Ở một điều kiện xét nhất định thì Disp cố định, vậy sẽ đánh giá ổn định tĩnh của

tàu thông qua độ lớn đại số của cánh tay đòn GZ.
 Do tuyến hình của thân tàu mà hàm số GZ = f(heel) không liên tục với mọi góc
nghiêng (heel) nên chúng ta sẽ phân khoảng góc nghiêng ra để có thể tính được giá
trị của GZ. Trên cơ sở các giá trị của GZ ứng với tất cả các góc nghiêng ta mới
đánh giá được ổn định tàu.
 Qua khảo sát ta thấy được rằng ở các góc nghiêng nhỏ (<15º) thì tâm nghiêng
ngang M cố định vì tâm nổi B di chuyển theo quỹ đạo tròn, còn đối với các góc
nghiêng lớn hơn thì tâm nghiêng ngang M không cố định nữa vì quỹ đạo di
chuyển của tâm nổi B không phải là đường tròn nữa.
2.3.2. Xét ổn định tàu ở góc nghiêng nhỏ ( ổn định ban đầu)
a. Chiều cao thế vững ban đầu (GM) đặc trưng cho cánh tay đòn GZ

Hình 9 (ổn định tàu tại góc nghiêng nhỏ)

SVTH: Tống Văn Ánh

Page 13


Ứng dụng phần mềm excel trong tính toán ổn định tàu
 Theo hình vẽ ta có
 Do đó

GVHD: Ths Thtr Lê Vinh Phan

GZ = GM * Sinα
Mhp = D * GM * Sinα

 Từ công thức trên ta thấy, cùng một lượng dãn nước D, cùng một góc
nghiêng α , độ lớn của mô men hồi phục phụ thuộc vào độ lớn của GM, hay

nói cách khác GM đặc trưng cho cánh tay đòn GZ
Vậy ở góc nghiêng nhỏ thì Moment hồi phục phụ thuộc vào GM và GM được
gọi là chiều cao thế vững ban đầu của tàu
 Khi

GM > 0 thì Mhp > 0 Tàu ở trạng thái cân bằng bền
GM = 0 thì Mhp = 0 Tàu ở trạng thái cân bằng phiếm định
GM < 0 thì Mhp < 0 Tàu ở trạng thái cân bằng không bền

 Tuy nhiên:
- Nếu tàu có GM lớn thì nó sẽ lắc cứng ( stiff )
- Nếu GM nhỏ thì tàu sẽ lắc mềm (Tender ).
b. Tính toán chiều cao thế vững ban đầu GM
 Như hình 9 ta có: GM = KM-KG
-

KM (chiều cao (Bán kính) tâm nghiêng ngang) ta tra được từ bảng thủy tĩnh
với đối số là lượng chiếm nước Disp hoặc mớn nước (draft).

-

KG là chiều cao trọng tâm và được tính như sau:
KG =

∑
∑

 Trong công thức trên:
: Trọng lượng tàu không (lấy trong hồ sơ tàu)

*

Dls

*

KGls : Chiều cao trọng tâm tàu không (lấy trong hồ sơ tàu)

*

Pi

: Trọng lượng các thành phần trọng lượng thứ (i) trên tàu

(hàng trong các hầm, nước dằn ba lát, nhiên liệu, nước ngọt trong các két, lương
thực, thực phẩm dự trữ...)
* KGi : Chiều cao trọng tâm các thành phần trọng lượng Pi tương
ứng so với ky tàu

SVTH: Tống Văn Ánh

Page 14


Ứng dụng phần mềm excel trong tính toán ổn định tàu

GVHD: Ths Thtr Lê Vinh Phan

c. Các yếu tố ảnh hưởng đến GM
 Ảnh hưởng của mô men mặt thoáng chất lỏng trong các két chứa không đầy đến

chiều cao thế vững của tàu:

Hình 10 (ảnh hưởng của mô men mặt thoáng chất lỏng)
 Định tính
Trong trường hợp trên tàu có các két chất lỏng không trống rỗng hoặc không
được điền đầy- két vơi, thì két đó tồn tại một mặt thoáng chất lỏng.
Khi tàu nghiêng, thì chất lỏng đó sẽ dịch chuyển theo chiều nghiêng của tàu, có
nghĩa là trọng tâm của khối chất lỏng đó dịch chuyển từ (g1 ->g1) dẫn đến trọng tâm
của cả tàu cũng dịch chuyển (G -> G1 ).
Mà G1 đương nhiên là sẽ dịch chuyển về gần mặt phẳng vuông góc với mặt biển ở
tư thế mới hơn so với G. Nghĩa là cánh tay đòn GZ sẽ giảm xuống còn G1Z1, và
đồng nghĩa với việc ổn định của tàu giảm đi.
G1Z1 = GZ-GT
- Như hình 10 trên, bằng phương pháp tịnh tiến hình học đơn giản và không làm
mất quan hệ giá trị của các đại lượng, thì ta có trọng tâm “ảo” của tàu là Go và
tương ứng ta có Z.
Vậy GoZ = GZ-GT GoZ = GM.sin(heel) – GGo.sin(heel) = ( GM-GGo).sin(heel)
- Vậy GGv chính là giá trị “ảo” thể hiện ổn định tàu bị “mất đi” do ảnh hưởng

SVTH: Tống Văn Ánh

Page 15


Ứng dụng phần mềm excel trong tính toán ổn định tàu

GVHD: Ths Thtr Lê Vinh Phan

của mặt thoáng chất lỏng trên tàu. Nhiệm vụ của chúng ta là phải tính toán được giá
trị GGo, từ đó sẽ có GoM.

 Định lượng
-

Giả sử trọng tâm của tàu khi không bị ảnh hưởng của mặt thoáng chất lỏng có
vị trí là G.

-

Két chất lỏng để xét là hình hộp chữ nhật, có chiều ngang là (b) và chiều dài
là (L).

-

G1 chính là trọng tâm của tàu khi nó chịu ảnh hưởng của mặt thoáng chất lỏng

GG1 =
Trong đó :
w : lượng chất lỏng còn trong két.
w = v * SGk
W: lượng dãn nước của tàu.
W = V * SG
Khi đó :
GG1 =

Với góc nghiêng nhỏ thì :
GG1 = GGo *θ
Do đó GGo *θ =

-

hay GGo =

Xét nêm được tạo ra do chất lỏng dịch chuyển trong một két trên tàu.
Thể tích của nêm được tính như sau:

SVTH: Tống Văn Ánh

Page 16


Ứng dụng phần mềm excel trong tính toán ổn định tàu

GVHD: Ths Thtr Lê Vinh Phan

-

Hình 11
Mô men của thể tích nêm nước với trục dọc két là:

Với

Ix = L

Là mô men quán tính của mặt thoáng chất lỏng trong két đang xét
Mà mô men của thể tích nêm nước với trục x còn là

nên ta có được

hay Ix =

Do đó ta có

*

GGo =

Như vậy khi có ảnh hưởng của mặt thoáng chất lỏng trong các két chứa

không đầy thì chiều cao thế vững của tàu sẽ được tính như sau:
GoM = KM – KG – GGo
SVTH: Tống Văn Ánh

Page 17


Ứng dụng phần mềm excel trong tính toán ổn định tàu

GVHD: Ths Thtr Lê Vinh Phan

2.3.3.Xét ổn định tàu ở góc nghiêng lớn
a. Đánh giá chung

Hình 12 (Xét ổn định tàu ở góc nghiêng lớn)
 Ở các góc nghiêng lớn (>15º) thì các phương của lực đẩy Acsimet không qua một
điểm cố định (M) nữa. Vậy nên không tính độ lớn của cánh tay đòn ổn định GZ
thông qua GoM được.
 Ta thấy như sau: Không phụ thuộc vào điểm M cố định hay không, từ trọng tâm
của tàu G ta luôn hạ được đường vuông góc với phương của lực Acsimet Z. Vậy
cánh tay đòn GZ là xác định với mọi góc nghiêng:
GZ = KN – KGo * Sin(heel)

 Khi có được các giá trị KN từ tập hợp các đường hoành giao, ta sẽ có tập hợp các
điểm (heel, GZ) gọi là đồ thị biểu diễn giá trị GZ. Ta đánh giá ổn định tàu bằng
việc so sánh các giá trị rên đồ thị của GZ với các tiêu chuẩn quy định trong IMO
A 167.
 Trong thực tế tính toán ổn định cho tàu thì trong hồ sơ tàu người ta đã cho sẵn và
xây dựng lên họ đường cong cánh tay đòn ổn định cho tàu để đơn giản hoá quá
trình tính toán của người sỹ quan hàng hải. Có hai họ đường cong cánh tay đòn ổn
định đó là họ đường cong KN và họ đường cong GZ

SVTH: Tống Văn Ánh

Page 18


Ứng dụng phần mềm excel trong tính toán ổn định tàu

GVHD: Ths Thtr Lê Vinh Phan

b. Họ đường cong hoành giao GZ / GZ cross curves
 Cơ sở xây dựng:
Gọi Go là trọng tâm tàu ở một lượng chiếm nước bất kì nào đó, Ga là trọng tâm
tàu ở một lượng chiếm nước xác định nào đó, Z là hình chiếu của trọng tâm trên
đường tác dụng của lực nổi tại góc nghiêng θ

Hình 13
 Từ hình 13 ta có thể biểu diễn giá trị của GoZ theo GaZ
GoZ = GaZ – GoGaSinθ = GaZ – ( KGo – KGa)Sinθ ( KGo > KGa )
(1)
GoZ = GaZ + GoGaSinθ = GaZ + ( KGo – KGa)Sinθ

( KGo < KGa )
(2)

 Nếu ta biết được ba thành phần KGo, KGa, GaZ tại góc nghiêng nào đó thì ta có
thể tính toán được giá trị của cánh tay đòn GoZ tại góc nghiêng đó. Đó chính là cơ
sở để người ta xây dựng lên các họ đường cong GZ cho mỗi hồ sơ tính toán ổn
định cho tàu, người ta xây dựng lên các họ đường cong GZ tại một giá trỉ giả định
KGa nào đó, đường cong này thể hiện được mối quan hệ giữa 3 đại lượng D, KG,
và góc nghiêng tàu.
 Cách sử dụng các đường cong GZ trong tính toán:
Giả sử ta muốn tính toán GZ tại một lượng rẽ nước D, thì ta đưa giá tri D đó vào
làm đối số và tim được giá trị GaZ tại góc nghiêng nào đó .
SVTH: Tống Văn Ánh

Page 19


Ứng dụng phần mềm excel trong tính toán ổn định tàu

GVHD: Ths Thtr Lê Vinh Phan

Sau đó ta tiến hành hiệu chỉnh theo một trong hai công thức trên để có được giá trị
GZ thực tế tại góc nghiêng đó.
c. Họ đường cong KN
 Cơ sở xây dựng:
Tương tự như họ đường cong GZ nhưng chỉ khác với KGa= 0 khi đó giá trị
GaZ = KN với N là hình chiếu của K trên phương của lực nổi đi qua tâm nổi B
 Họ đường cong trong hồ sơ tàu
-

Một số tàu thì họ đường cong hoành giao là dạng GZ cross curves

Hình 14 ( Họ đường cong GZ )

SVTH: Tống Văn Ánh

Page 20


Ứng dụng phần mềm excel trong tính toán ổn định tàu
-

GVHD: Ths Thtr Lê Vinh Phan

Một số tàu thì họ đường cong hoành giao là dạng KN cross curves

Hình 15 ( Họ đường cong KN )
d. Thể hiện các giá trị của cánh tay đòn ổn định GZ thông qua phương pháp đồ
thị
 Bước 1: Xác định cao độ của trọng tâm G (KGo) đã tính đến ảnh hưởng của mặt
thoáng chất lỏng.
 Bước 2: Tra GZt hoặc KN từ bảng tra “Họ đường cong Hoành Giao”, từ đối số là
lượng giãn nước ( Disp) ta kẻ một đường thẳng vuông góc với trục Displacement
và cắt các đường cong hoành giao ứng với các góc nghiêng tiêu biểu. Từ những
giao điểm này dóng vuông góc với trục KN hoặc trục GZt ta có các giá trị GZt KN là giá trị tra bảng.
 Bước 3: Dựng đường cong cánh tay đòn ổn định tĩnh
 Bước 4: Đánh giá ổn định thông qua đồ thị

SVTH: Tống Văn Ánh

Page 21


Ứng dụng phần mềm excel trong tính toán ổn định tàu

GVHD: Ths Thtr Lê Vinh Phan

Hình 16
e. Các yếu tố của đường cong cánh tay đòn ổn định GZ
 Giới hạn ổn định từ 0º- θ
 Diện tích giới hạn tới các góc nghiêng đặc biệt
 Giá trị cực đại của cánh tay đòn GZmax
 Giá trị yêu cầu của chiều cao thế vững ban đầu GM.
 Góc gập nước, Góc lật
f. Tính diện tích giới hạn bởi đồ thị GZ với các giá trị góc nghiêng.
 Để tính toán diện tích giới hạn bởi đường cong GZ tương đối chính xác, người ta
sẽ coi đường cong này tương đương với đường cong bậc 2 (Parapol). Khi đó người
ta sẽ dùng quy tắc Simpon thứ nhất để tính diện tích giới hạn này.
 Giả sử ta có đồ thị của hàm số bậc hai
Y=
Trong đó

, ,

+

x+

là hằng số bất kỳ. Lấy 03 giá trị của hàm số Y1(x=0),

Y2(x=h), Y3(x=2h)

SVTH: Tống Văn Ánh

Page 22


Ứng dụng phần mềm excel trong tính toán ổn định tàu

GVHD: Ths Thtr Lê Vinh Phan

Hình 17
Như hình vẽ 17 coi thành phần diện tích nhỏ như hình chữ nhật nên diện tích của nó
là ydx và ta có diện tích toàn bộ hình phẳng giớ hạn sẽ là:
S =∫

=∫

+

x+

)dx =

+

+

(*)

Giả sử diện tích hình phẳng giới hạn trên được tính như sau:
S=

+

+

( B + 4C )

=

+

h( B + 2C ) +

(**)

Đồng nhất (*) và(**) ta có:
A + B + C = 2h
B + 2C = 2h

A =
→

B =

→Diện tích trên có thể tính như sau:

B + 4C = h
S = (

SVTH: Tống Văn Ánh

C =
+

+

)

(***)
Page 23


Ứng dụng phần mềm excel trong tính toán ổn định tàu

GVHD: Ths Thtr Lê Vinh Phan

Ta có thể tóm tắt cách tính diện tích theo quy tắc Simpson thứ nhất như sau:
- Lấy 03 giá trị hoành độ (

,

- Thế các giá trị (

) vào hàm số ta sẽ có hàm số tương ứng (

- Thế các giá trị (

,
,

,
,

,

) sao cho

=

(

+

)=h
,

,

)

) và h vào công thức (***) ta có diện tích cần tìm

2.4.TRẠNG THÁI ĐỘNG, TĨNH CỦA NGOẠI LỰC / ỔN ĐỊNH ĐỘNG
 Trong thực tế tàu nghiêng do hai nguyên nhân chính: Một là do sự phân bổ tải
trọng trên tàu và được gọi là nghiêng nội ( List). Hai là do tác động của ngoại lực
như sự tác động của sóng, gió …thì được gọi là nghiêng ngoại (Heel).
2.4.1. Trạng thái động hay tĩnh của ngoại lực tác động tới tàu
a.Ngoại lực tĩnh:
 Ở đây muốn thể hiện rằng ngoại lực tác động vào tàu có cường độ và phương tác

dụng tương đối ổn định (Steady). Ngoại lực này có thể là Gió (steady wind) hay là
Sóng (Wave, Swell). Khi đó tàu sẽ chống đỡ lại sự tác động của ngoại lức này một
cách điều với giá trị hồi phục xác lập.
b.Ngoại lực động:
 Ở đây muốn thể hiện ngoại lực tác động vào tàu có cường độ và phương tác dụng
thay đổi nhanh như Gió giật từng cơn ( Gust Wind) hay sóng do gió giật gây ra.
Khi đó tàu chống đỡ sự tác động “ động” này với giá trị hồi phục thay đổi liên tục
và bất ngờ
2.4.2. ỔN ĐỊNH ĐỘNG
a. Khái niệm
 Ổn định động của tàu tại một góc nghiêng nhất định nào đó chính là công sinh ra
để chống lại sự tác động của ngoại lực lên tàu.
 Khi có ngoại lực tác động làm tàu nghiêng thì có nghĩa là ngoại lực đó đã sinh
công làm nghiêng tàu. Và Mô men hồi phục cũng sẽ sinh ra công “Công hồi phục”
SVTH: Tống Văn Ánh

Page 24


Ứng dụng phần mềm excel trong tính toán ổn định tàu

GVHD: Ths Thtr Lê Vinh Phan

để cân bằng với công gây nghiêng tàu. Trạng thái cân bằng động đạt được khi hai
công này bằng nhau
b.Tính ổn định động của tàu
 Khi bị tác động của ngoại lực tàu sẽ bị nghiêng tới một góc nghiêng động nào
đó. Và cũng có nghĩa là ngoại lực đã thực hiện một công làm cho tàu nghiêng
tới góc đó. Tàu sẽ tự lấy lại vị trí cân bằng ban đầu hoặc chống lại xu thế
nghiêng đó nhờ công của nội lực “Disp” và đó chính là ổn định động của tàu.

Mà lực “Disp” có phương tác dụng thẳng đứng nên công do nó sinh ra chính là
tích số giữa lưực “Disp” và khoảng cách dịch chuyển theo chiều thẳng đứng

Hình 18
Ổn định động = “Disp”* Khoảng dịch chuyển thẳng đứng giữa B vàG
» Ổn định động = Disp*(B1Z - BG)
» Ổn định động = Disp*(B1R+RZ – BG) = Disp*
» Ổn định động = Disp*(

+ BG*

+ PG – BG)
- BG)

Với V là thể tích

SVTH: Tống Văn Ánh

Page 25