Tài liệu Thiết kế canô kéo dù bay phục vụ du lịch trên vịnh nha trang.

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com CHƯƠNG 1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1.TỔNG QUAN. Như chúng ta đã biết trong những năm gần đây, ngành du lịch của tỉnh Khánh Hoà phát triển rất mạnh mẽ, đặc biệt là thành phố Nha Trang, với thiên nhiên ưu đãi nơi đây có một quần thể các đảo, những bãi tắm tuyệt đẹp với lòng biển chứa rừng San Hô khoảng 350 loài và có hơn 350 loài sinh vật biển vịnh Nha Trang không chỉ giàu tài nguyên, đẹp cảnh quan mà còn gắn liền với những nét đẹp của văn hóa biển và những địa chỉ văn hóa - du lịch như Tháp bà Ponagar, Viện Pasteur Nha Trang, bảo tàng A.Yersin, bảo tàng biển lớn nhất Đông Dương.... Chính vì lý do trên nên vịnh Nha Trang được công nhận là một trong 29 vịnh đẹp của thế giới. Khách du lịch đến Nha Trang không chỉ tắm biển mà còn muốn chinh phục Đại Dương vươn ra các hòn đảo, chơi nhiều trò chơi với cảm giác mạnh như: đi môtô nước, bay dù kéo bằng ca nô… Xuất phát từ những nhu cầu thực tế trên, em đã được giao thực hiện đề tài với nội dung: Thiết kế canô kéo dù bay phục vụ du lịch trên vịnh Nha Trang. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Thực tế nhận thấy, một trong những yếu tố quan trọng và khó khăn khi thiết kế chế tạo ca nô là phải đạt được tốc độ cao. Về mặt lý thuyết có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ: Đặc điểm đường hình, bố trí chung, hệ thống động lực…Do đó thiết kế ca nô là một bài toán phức tạp và có ý nghĩa quan trọng. Ở nước ta hiện nay ca nô chủ yếu được thiết kế dựa trên những ca nô mẫu có tốc độ cao và có tính năng tốt được thử nghiệm. Vì vậy trong đề tài này, chúng tôi cũng dựa trên những ca nô có sẵn nhưng có sự phân tích và lựa chọn nhằm mục đích đưa ra mẫu ca nô phù hợp về mặt tính năng, tốc độ, phù hợp điều kiện kinh tế- kỹ thuật- công nghệ nước ta hiện nay. * Đặc điểm địa hình và khí hậu vịnh Nha Trang Vịnh Nha Trang có diện tích khoảng 507 km2 bao gồm 19 hòn đảo, trong đó Hòn Tre là đảo lớn nhất, diện tích 3.250 ha; đảo nhỏ nhất là Hòn Nọc, chỉ 4 ha. Vịnh Nha Trang có khí hậu hai mùa rõ rệt. Mùa khô kéo dài từ tháng riêng đến tháng tám, mùa mưa từ tháng chín đến tháng mười hai, Nhiệt độ bình quân là 26 độ C, nóng nhất 39 độ C, lạnh nhất 14,4 độ C, gió với tần suất khác nhau, mùa đông hướng gió Tây Bắc và Bắc Đông Bắc, chiếm tới tần suất 80  90 %. Về mùa hạ hướng gió là Tây và Tây Nam chiếm tần suất Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com trên 50%. Tốc độ gió trung bình vào khoảng 2 – 2,5 (km/h). Những đặc điểm khí hậu trên rất thuận lợi cho tham quan du lịch biển. 1.2. GIỚI THIỆU CÁC VẬT LIỆU DÙNG TRONG CHẾ TẠO CANÔ. Gỗ là loại vật liệu phổ biến và từ lâu đã được sử dụng trong việc đóng tàu thuyền ở Việt Nam cũng như trên thế giới vì dễ thực hiện cùng với nguồn cung cấp dồi dào và giá rẻ. Ở nước ta hiện nay vẫn còn dùng nhiều gỗ để đóng và sửa chữa đội tàu đánh cá dân gian và tàu vận tải trên sông. Ngày nay với sự phát triển về dân số làm cho nguồn gỗ ngày càng cạn kiệt, nếu đóng nhiều tàu gỗ thì nguy cơ phá rừng cao, gây hại cho môi trường. Thép là loại vật liệu được sử dụng rộng rãi nhất trong đóng tàu, nhờ có những đặc tính ưu việt của thép về tính năng cơ học, giá thành hợp lý…mà người ta có thể đóng những con tàu dài đến 500m trọng tải trên đưới 1/2 triệu tấn trong khi đó vật liệu gỗ chỉ đóng được con tàu trên dưới 50 ÷ 60m. Tuy nhiên, cả hai vật liệu truyền thống này khi làm vỏ tàu đòi hỏi quy trình bảo dưỡng rất nghiêm khắc. Tàu vỏ gỗ phải kéo lên bờ định kỳ, tàu vỏ thép cũng phải đưa vào ụ hoặc lên đà để bảo dưỡng định kỳ. Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ hiện đại dẫn đến nhu cầu to lớn về loại vật liệu, đồng thời có nhiều tính chất cần thiết mà các vật liệu nêu trên (kim loại, ceramic, polymer) khi đứng riêng rẽ Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com không thể có được, mà nổi bật là loại vừa bền lại vừa nhẹ, lại có tính ăn mòn cao. Tính chất cơ bản và cần thiết nhất của vật liệu mà phần lớn các sản phẩm cơ khí, chế tạo máy đòi hỏi là tính chịu nén, kéo, chịu ăn mòn và nhẹ. Qua nghiên cứu, người ta đã tìm được phức hợp vật liệu gồm sợi các bon chịu kéo và keo silicát chịu nén có thể bổ trợ cho nhau, cả hai cùng nhẹ và không bị ăn mòn hoá học, đây là vật liệu mới vật liệu Composite (FRP). Canô là một phương tiện nhỏ dùng để phục vụ quân sự, vận chuyển hàng hoá, hành khách, phục vụ du lịch, tuần tra, cứu nạn, trên các sông, hồ, vịnh… Vì đặc điểm của canô là phải có tốc độ cao, có lượng dãn nước nhỏ, tính quay trở tốt, tính năng động cao, khối lượng nhỏ dễ dàng vận chuyển….Chính những yếu tố trên nên yêu cầu vật liệu chế tạo ca nô cũng phải phù hợp. Trước đây khi chưa có vật liệu Composite hầu hết các canô đều được chế tạo từ hợp kim nhôm vì hợp kim này nhẹ, độ bền cao, khả năng chống chịu môi trường lớn nên phù hợp được các yêu cầu về độ bền, tốc độ, lượng dãn nước nhỏ, tính thẩm mỹ, phương pháp thi công…Hiện nay với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ hiện đại, vật liệu mới cũng ra đời đó là vật liệu Composite (FRP) vật liệu mới này có những đăc điểm sau: * Ưu điểm: + Có độ bền vững cao, trọng lượng nhẹ. + Có độ tính hoá học tốt, tính cơ học cao. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com + Chịu được biến dạng uốn. + Chịu tác dụng lực liên tục. + Không thấm nước. + Riêng nhựa pholyester có độ bền chịu nhiệt cao, chịu ẩm và xâm thực của môi trường. + Phương thức thi công đơn giản, tuổi thọ cao. + Giá thành phù hợp. * Nhược điểm: + Modun đàn hồi thấp. + Sức chịu ma sát và chịu đập thấp. + Bị giòn khi nhiệt độ cao. Chính những ưu điểm nổi bật của vật liệu mới nên nó thay thế dần vật liệu nhôm trong chế tạo canô trước kia. Vì vậy, trong đề tài này tôi cũng sử dụng vật liệu Composite trong việc chế tạo vỏ canô kéo dù bay. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Chương 2: VẬT LIỆU COMPOSITE 1.3.1.Định nghĩa thành phần và phân loại. 1.3.1.1. Định nghĩa. Vật liệu Composite hay Composite là vật liệu tổ hợp từ hai vật liệu có bản chất khác nhau. Vật liệu tạo thành có đặc tính trội hơn đặc tính của từng vật liệu thành phần khi xét riêng rẽ. Tuy nhiên, định nghĩa này chưa đầy đủ. Vật liệu composite được xác định theo các tiêu chuẩn: - Cả hai chất thành phần phải có tỷ lệ lớn hơn 5%. - Chỉ khi các pha thành phần có cơ tính khác nhau và cơ tính của vật liệu Composite khác một cách đáng kể với cơ tính của vật liệu thành phần. - Trong vật liệu Composite, các vật liệu thành phần không hoà tan hẳn vào nhau. Về phương diện hoá học, Composite có hai pha (hoặc nhiều hơn) riêng biệt, được phân ra bởi mặt phân cách riêng biệt. Thành phần liên tục tồn tại với khối lượng lớn trong Composite gọi là nền. Composite có thể là nền gốm, kim loại hoặc polymer. Thành phần thứ hai được gọi là cốt, có tác dụng làm tăng cơ tính cho vật liệu nền. Cơ tính của vật liệu composite phụ thuộc Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com vào: Cơ tính của vật liệu thành phần, luật phân bố hình học của vật liệu cốt, tác dụng tương hỗ giữa các vật liệu thành phần,…. 1.3.1.2. Phân loại. Vật liệu Composite được phân loại theo hình dáng và theo bản chất của các vật liệu thành phần. * Theo bản chất vật liệu nền: Tùy thuộc vào bản chất vật liệu nền, vật liệu Composite chia thành ba nhóm: - Composite nền kim loại (như hợp kim nhôm, titan…) với vật liệu cốt dạng: Sợi kim loại (Bo); sợi khoáng (cacbon, SiC). - Composite nền khoáng (gốm) với cốt là các dạng: sợi kim loại (Bo); hạt gốm (cacbua,nitơ). Hạt kim loại (chất gốm kim). - Composite nền hữu cơ (nhựa, hạt) cùng với vật liệu cốt dạng: sợi hữu cơ (polyamit, Kevlar..); sợi khoáng (thuỷ tinh cacbon…); sợi kim loại (Bo, nhôm..) * Theo hình dáng vật liệu cốt: - Vật liệu Composite cốt sợi: Khi vật liệu cốt là các sợi, ta gọi là Composite cốt sợi, sợi được sử dụng có thể dưới dạng liên tục, có thể dưới dạng gián đọan: Sợi ngắn, vụn….Ta có thể điều khiển sự phân bố, phương của sợi để có vật liệu dị hướng theo ý muốn. Và cũng có thể tạo ra các vật liệu có cơ lý tính khác nhau, khi chú ý tới: + Bản chất của vật liệu thành phần. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com + Tỷ lệ các vật liệu tham gia. + Phương của sợi. - Vật liệu Composite cốt hạt: Khi vật liệu cốt có dạng hạt, ta gọi là Composite cốt hạt. Hạt khác sợi ở chỗ, nó không có kích thước ưu tiên. Hạt thường được sử dụng để cải thiện một số cơ tính của vật liệu nền, chẳng hạn tăng độ cứng, tăng khả năng chịu nhiệt, chịu mòn, giảm khả năng co ngót… 1.3.1.3. Vật liệu Composite (FRP) chế tạo canô. Vật liệu Compositer (FRP) trong chế tạo canô là cốt sợi thuỷ tinh nền nhựa polyester không no. * Cốt là những tấm sợi thuỷ tinh băm (sau đây gọi là “tấm sợi băm”), những tấm vải sợi thuỷ tinh thô (sau đây gọi là “vải sợi thô”), và sợi thuỷ tinh thô (sau đây gọi là “sợi thô”), dùng làm cốt cho FRP được chế tạo từ sợi dài. * Mát gồm các lớp sợi liên tục hoặc gián đoạn, phân bố hỗn loạn trong một mặt phẳng. Các sợi được giữ với nhau nhờ chất liên kết có thể hoà tan hoặc không hoà tan trong nhựa, tuỳ thuộc vào công nghệ sử dụng. Tính phân bố hỗn loạn của các sợi làm cho “mát” có tính đẳng hướng trong mặt phẳng của nó. Vải (hay băng) là một tổ hợp mặt các sợi, các mớ …vv, được thực hiện nhờ kỹ thuật dệt. Vải gồm: - Phương cơ bản (dọc), đó là tập hợp tất cả các sợi song song, phân bố trong mặt phẳng theo chiều dài của vải. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com - Phương ngang, đó là tập hợp tất cả các sợi bắc ngang qua các sợi dọc. Người ta phân biệt các loại vải dựa vào loại sử dụng (sợi đơn giản, mớ…), có nghĩa là dựa vào khối lượng dài của sợi, và vào kiểu tréo sợi dọc và ngang, bao gồm 4 kiểu: Lụa trơn, xa tanh, vân chéo, kiểu đồng phương. * Nhựa polyester. Nhựa polyester được sử dụng từ lâu để chế tạo các vật liệu Composite. Dựa trên mô đun đàn hồi, người ta phân loại polyester: Nhựa nền, nhựa cứng vừa phải và nhựa cứng. Loại nhựa cứng thường được sử dụng để chế tạo vật liệu composite. Chúng ta có thể liệt kê một số cơ tính chính của loại nhựa cứng đã đóng rắn. Khối lương riêng 1.200 kg/m3 Mô đun đàn hồi kéo 2,8 đến 3,5 Gpa Mô đun đàn hồi uấn 3 đến 4 Gpa Ứng suất phá huỷ kéo 50 đến 80 Mpa Ứng suất phá huỷ uấn 90 đến 130 MPa Biến dạng phá huỷ kéo 2 đến Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 5% Biến dạng phá huỷ uấn 7 đến 9% Độ bền nén 90 đến 200 MPa Độ bền cắt 10 đến 20 MPa Nhiệt độ uấn cong dưới tải trọng (1,8 Mpa) 1000C * Nhựa polyester có ưu điểm: - Cứng. - Ổn định kích thước. - Khả năng thấm vào sợi và nhựa cao. - Dễ vận hành. - Chống môi trường hoá học. - Giá thành hạ * Nhựa polyeste có nhược điểm sau: - Dễ bị nứt, đặc biệt nứt do va đập. - Độ co ngót cao (khoảng 8 – 10%). - Khả năng chịu hơi nước, nước nóng kém. - Bị hư hại dưới tác hại của tia cực tím. - Dễ bắt lửa. 60 đến Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com - Chịu nhiệt trung bình (dưới 1200C). Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com chương 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT THUỶ ĐỘNG HỌC CA NÔ CAO TỐC Đa số các canô hiện nay hoạt động dựa trên lý thuyết thuỷ động học vì hoạt động trên nguyên lý này có hình dáng, kết cấu đơn giản hơn hoạt động trên nguyên lý khí động học. Trong đề tài này, canô được thiết kế cũng hoạt động trên nguyên lý thuỷ động học do đó ta cần tìm hiểu về nguyên lý thuỷ động học của canô cao tốc. * Lực nâng và lực cản tấm phẳng. Lực nâng và lực cản của tấm lướt ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ của canô cao tốc, do đó ta cần xác định các thành phần lực này để lựa chọn hình dáng đáy canô hợp lý nhất nhằm làm nhẹ cho ca nô khi chạy. Đối với các tàu chạy chậm hoặc tàu thuộc nhóm tàu chạy nhanh đang đứng yên trên nước phương trình cân bằng được viết dưới dạng trọng lượng toàn tàu đúng bằng lực nổi. W (1.1) Trong đó W - trọng lượng tàu (Tấn). V - thể tích chiếm nước (m3).  - trọng lượng riêng của nước (T/m3). =  .V Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Tàu đang chạy, khi sang giai đoạn quá độ lực nâng bắt đầu tham gia vào thành phần các lực tác dụng lên tàu, phương trình cân bằng sẽ có dạng: W =  .V1+ L (1.2) Trong đó W- trong lượng thân tàu (tấn) Trong đó: V1 - thể tích chìm của phần thân tàu trong trạng thái đang chạy đủ nhanh, trong mọi môi trường V1 - Xem thêm -