Tài liệu Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thử nghiệm mô hình tàu hai thân bằng vật liệu composite

i MỤC LỤC Trang MỤC LỤC ...............................................................................................................i DANH MỤC BẢNG ..............................................................................................x DANH MỤC HÌNH ...............................................................................................xi LỜI NÓI ĐẦU ........................................................................................................1 PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ..........................................................................................3 1.TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU. ......................................................3 2.TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC................................5 2.1. Tình hình nghiên cứu trong nước...............................................................5 2.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước. ..............................................................6 PHẦN II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ..............................................................................7 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TÀU HAI THÂN ....................................................7 1.1. Khái niệm..................................................................................................7 1.2. Lịch sử phát triển.......................................................................................7 1.2.1. Các tàu nhiều thân nguyên thủy...........................................................7 1.2.2. Chinh phục Thái Bình Dương. ............................................................8 1.2.3. Catamaran của người châu Âu và Mỹ..................................................9 1.2.4. Giai đoạn đầu thế kỷ 21.....................................................................13 1.3. Đặc điểm của tàu hai thân........................................................................14 1.4. Phân loại..................................................................................................15 2. TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ TÀU HAI THÂN.............................................15 2.1. Giới thiệu chung......................................................................................15 2.2. Sơ lược về thiết kế catamaran. .................................................................17 2.2.1. Phần vỏ catamaran ............................................................................17 2.2.2. Thống kê quan hệ giữa các thông số của tàu hai thân Catamaran.......19 2.2.3. Một số dạng Catamaran điển hình .....................................................20 2.2.3.1. Sêri NPL Southampton. ..............................................................20 - ii - 2.2.3.2. Sê ri Catamaran VWS’89 (dạng có bẻ góc).................................21 3. GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU COMPOSITE ...................................................23 3.1. Giới thiệu chung......................................................................................23 3.1.1. Khái niệm .........................................................................................23 3.1.2. Lịch sử hình thành và phát triển ........................................................23 3.1.3. Ưu điểm............................................................................................24 3.2. Phân loại composite.................................................................................24 3.2.1. Phân loại theo hình dạng ...................................................................24 3.2.2. Phân loại theo bản chất, thành phần ..................................................24 3.3. Cấu tạo của vật liệu composite ................................................................25 3.3.1. Polymer nền ......................................................................................25 3.3.2. Chất độn (cốt) ...................................................................................28 3.3.3. Chất pha loãng ..................................................................................29 3.3.4. Chất tách khuôn, chất làm kín và các phụ gia khác............................30 3.3.5. Xúc tác – Xúc tiến.............................................................................31 3.4 Ứng dụng .................................................................................................33 3.4.1. Thế giới ............................................................................................33 3.4.2. Việt Nam ..........................................................................................34 3.5. Tầm quan trọng của composite. ...............................................................34 PHẦN III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ .....................................................................35 CHƯƠNG 1: TÍNH CHỌN CÁC THÔNG SỐ CHÍNH.........................................35 1.1. XÂY DỰNG NHIỆM VỤ THƯ...................................................................35 1.1.1. Một vài chú thích về nhiệm vụ thư........................................................35 1.1.2. Mục đích sử dụng .................................................................................36 1.2. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC CHÍNH ...............................36 1.2.1. Chọn tàu mẫu .......................................................................................36 1.2.2. Tính các số liệu cần thiết ......................................................................37 1.2.2.1. Hệ số khối lượng tàu không tải.......................................................37 1.2.2.2. Khối lượng thiết bị năng lượng.......................................................37 - iii - 1.2.2.3. Trọng lượng dự trự lượng chiếm nước............................................38 1.2.2.4. Trọng lượng thuyền viên, lương thực, thực phẩm, nước sinh hoạt ..38 1.2.2.5. Trọng lượng hàng lỏng thay đổi, trọng lượng nước dằn..................38 1.2.2.6. Trọng lượng nhiên liệu dầu mỡ, nước cấp ......................................39 1.2.2.7. Phương trình trọng lượng tàu .........................................................40 1.3. TÍNH CÁC THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC CHÍNH.........................................42 1.4. TÍNH LẠI LƯỢNG CHIẾM NƯỚC THEO CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH ..43 1.5. TÍNH LẠI LƯỢNG CHIẾM NƯỚC THEO CÁC TRỌNG LƯỢNG THÀNH PHẦN..................................................................................................43 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ ĐƯỜNG HÌNH ............................................................45 2.1. CÁC THÔNG SỐ ĐẦU VÀO......................................................................45 2.2. KẾT QUẢ ...................................................................................................45 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN TÍNH NĂNG .............................................................54 3.1. XÁC ĐỊNH CÁC YẾU TỐ THỦY LỰC......................................................54 3.2. TÍNH VÀ VẼ ĐỒ THỊ BONJEAN...............................................................54 3.2.1. Đồ thị bonjean. ....................................................................................54 3.2.2. Phương pháp xây dựng. ........................................................................54 3.3. ĐỒ THỊ THỦY TĨNH..................................................................................64 3.3.1. Cơ sở lý thuyết .....................................................................................64 3.3.2. Tính diện tích mặt đường nước S.........................................................64 3.3.3. Tính thể tích chiếm nước V ..................................................................65 3.3.4. Tính trọng lượng tàu D ........................................................................65 3.3.5. Tính hoành độ trọng tâm diện tích mặt đường nước Xf. ......................65 3.3.6. Tính hoành độ tâm nổi Xc. ..................................................................65 3.3.7. Tính cao độ tâm nổi Zc. ........................................................................65 3.3.8. Tính các hệ số......................................................................................66 3.4. TÍNH CÁC YẾU TỐ THỦY TĨNH TÀU THIẾT KẾ ..................................66 CHƯƠNG 4: BỐ TRÍ CHUNG .............................................................................69 4.1. PHÂN KHOANG ........................................................................................70 - iv - 4.1.1. Phân khoang theo chiều dài tàu.............................................................70 4.1.1.1. Khoang mũi và khoang đuôi:..........................................................70 4.1.1.2. Khoang máy lái ..............................................................................71 4.1.1.3. Khoang chứa lương thực, thực phẩm. .............................................71 4.1.1.4. Khoang chứa nước ngọt .................................................................71 4.1.1.5. Khoang (két) dầu đốt......................................................................71 4.1.1.6. Khoang cách ly ..............................................................................71 4.1.1.7. Khoang máy...................................................................................71 4.1.1.8. Khu vệ sinh ....................................................................................72 4.1.1.9. Khu vực mặt boong mũi .................................................................72 4.1.2. Phân khoang theo chiều cao tàu ............................................................72 CHƯƠNG 5: TÍNH KẾT CẤU .............................................................................75 5.1. GIỚI THIỆU CHUNG .................................................................................75 5.1.1. Công dụng, vùng hoạt động, quy phạm áp dụng ...................................75 5.1.2. Các thông số cơ bản và tỷ số kích thước của tàu ...................................76 5.1.3. Lựa chọn hệ thống kết cấu ...................................................................76 5.2. KHOẢNG CÁCH SƯỜN VÀ SƠ ĐỒ PHÂN KHOANG ............................77 5.2.1. Khoảng cách sườn ...............................................................................77 5.2.2. Sơ đồ phân khoang ..............................................................................77 5.3. TÍNH CHỌN KẾT CẤU. .............................................................................78 5.3.1. Tính toán lớp vỏ ...................................................................................79 5.3.1.1. Lớp vỏ giữa đáy .............................................................................79 5.3.1.2. Lớp vỏ bao ở đoạn giữa tàu. ...........................................................79 5.3.1.3. Gia cường cục bộ lớp vỏ bao..........................................................81 5.3.2. Tính toán boong....................................................................................81 5.3.2.1. Phạm vi áp dụng.............................................................................81 5.3.2.2. Chiều dày tấm boong......................................................................81 5.3.2.3. Gia cường cục bộ boong.................................................................82 5.3.3. Vách kín nước ......................................................................................83 -v- 5.4. TÍNH TOÁN KẾT CẤU GIA CƯỜNG........................................................83 5.4.1. Tải trọng thiết kế. .................................................................................83 5.4.1.1. Tải trọng thiết kế kết cấu đáy. ........................................................83 5.4.1.2. Tải trọng thiết kế kết cấu mạn ........................................................84 5.4.1.3. Tải trọng thiết kế kết cấu boong. ....................................................85 5.4.1.4. Tải trọng thiết kế thượng tầng và lầu. .............................................85 5.4.1.5. Tải trọng thiết kế vách kín nước. ....................................................86 5.5. TÍNH TOÁN DÀN MẠN ............................................................................86 5.5.1. Sườn .....................................................................................................86 5.5.1.1. Phạm vi áp dụng.............................................................................86 5.5.1.2. Lựa chọn quy cách sườn.................................................................86 5.5.1.3. Khoảng cách sườn..........................................................................87 5.5.1.4. Kích thước của sườn ......................................................................87 5.5.2. Nẹp dọc mạn.........................................................................................89 5.5.3. Tính toán dàn đáy. ................................................................................90 5.5.3.1. Đà ngang đáy. ................................................................................90 5.5.3.2. Nẹp dọc đáy ...................................................................................91 5.5.4. Tính toán dàn boong của 2 bên thân tàu (trừ phần cầu nối). ..................92 5.5.4.1. Xà ngang boong. ............................................................................92 5.5.4.1. Xà dọc boong. ................................................................................93 5.5.5. Tính toán kết cấu gia cường vách kín nước...........................................94 5.5.6. Tính toán kết cấu gia cường thượng tầng. .............................................95 5.6. TÍNH KẾT CẤU CẦU NỐI .........................................................................96 5.6.1. Các trường hợp chịu lực .......................................................................97 5.6.1.1. Tàu trên đáy sóng...........................................................................97 5.6.1.2. Tàu trên đỉnh sóng..........................................................................97 5.6.1.3. Tàu chịu xoắn.................................................................................98 5.6.2. Kiểm tra bền cầu nối.............................................................................99 5.6.2.1. Tải trọng cầu nối. ...........................................................................99 - vi - 5.6.2.2.Kiểm tra bền cầu nối. .................................................................... 100 5.6.2.3. Xác định đặc trưng hình học mặt cắt dọc cầu nối.......................... 103 CHƯƠNG 6: TÍNH ỔN ĐỊNH NGUYÊN VẸN.................................................. 104 6.1. GIỚI THIỆU CHUNG ............................................................................... 104 6.1.1. Loại tàu .............................................................................................. 104 6.1.2. Vùng hoạt động .................................................................................. 104 6.1.3. Qui phạm............................................................................................ 104 6.1.4. Các thông số cơ bản............................................................................ 104 6.2 KIỂM TRA TIÊU CHUẨN ỔN ĐỊNH NGUYÊN VẸN.............................. 105 6.2.1. Kiểm tra tiêu chuẩn về chiều cao tâm nghiêng ban đầu ....................... 105 6.2.1.1 Các trường hợp tải......................................................................... 105 6.1.1.2 Chiều cao tâm nghiêng ban đầu .................................................. 107 6.2.2 Xác định đồ thị ổn định tĩnh và động ................................................... 108 CHƯƠNG 7: SỨC CẢN ..................................................................................... 113 7.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT................................................................................. 113 7.1.1. Sức cản sóng....................................................................................... 114 7.1.2. Sức cản ma sát .................................................................................... 114 7.1.3. Sức cản áp suất ................................................................................... 116 7.1.4. Sức cản không khí và gió.................................................................... 117 7.2. TÍNH SỨC CẢN ....................................................................................... 117 7.2.1. Tính sức cản dư .................................................................................. 118 7.2.2. Tính sức cản ma sát ............................................................................ 120 7.2.3. Tính sức cản không khí và gió ............................................................ 121 7.2.4. Tính sức cản phụ bổ xung................................................................... 122 7.2.5. Tính sức cản do tác động của môi trường............................................ 123 7.3. TÍNH SỨC CẢN TÀU BẰNG PHƯƠNG PHÁP SAVITSKY ................... 127 CHƯƠNG 8: TRANG BỊ ĐỘNG LỰC ............................................................... 136 8.1. TÍNH CHỌN MÁY CHÍNH ...................................................................... 136 8.1.1. Hệ số dòng theo.................................................................................. 136 - vii - 8.1.2. Hệ số dòng hút.................................................................................... 136 8.1.3. Đường kính chân vịt ........................................................................... 136 8.1.4. Hiệu suất thân tàu .............................................................................. 137 8.1.5. Hiệu suất xoáy ................................................................................... 137 8.1.6. Hệ số dự trữ công suất . ...................................................................... 137 8.1.7. Hiệu suất đường trục........................................................................... 137 8.1.8. Hiệu suất hộp số ................................................................................ 137 8.1.9. Hiệu suất môi trường .......................................................................... 137 8.1.10. Hệ số ảnh hưởng thân tàu.................................................................. 138 8.1.11. Số cánh chân vịt................................................................................ 138 8.1.12. Tỷ số mặt đĩa .................................................................................... 138 8.1.13. Chọn máy ......................................................................................... 139 8.2. THIẾT KẾ CHÂN VỊT ĐỂ SỬ DỤNG HẾT CÔNG SUẤT MÁY ............. 147 8.2.1. Kiểm tra bền theo coâng thức Romson................................................ 152 8.2.2. Tính khối lượng và momen quán tính chân vịt .................................... 154 8.2.2.1. Tính khối lượng chân vịt .............................................................. 154 8.2.2.2. Momen quán tính ......................................................................... 154 8.2.3. Xây dựng bảng vẽ chân vịt ................................................................. 155 8.2.3.1. Kích thước hình học của chân vịt: ................................................ 155 8.2.3.2. Đặc trưng hình học của cánh chân vịt. ........................................ 156 8.2.3.3. Tính chọn then. ............................................................................ 158 CHƯƠNG 9: THIẾT KẾ HỆ TRỤC.................................................................... 159 9.1. CÔNG DỤNG CỦA HỆ TRỤC TÀU VÀ YÊU CẦU KHI THIẾT KẾ HỆ TRỤC TÀU...................................................................................................... 159 9.2. PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ HỆ TRỤC ............................................................. 159 9.3. XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC HỆ TRỤC ...................................................... 160 9.3.1. Bố trí đường tâm trục.......................................................................... 160 9.3.2. Các kích thước chính của hệ trục ........................................................ 160 9.3.3. Đường kính trục trung gian................................................................. 161 - viii - 9.3.4. Xác định các kích thước khác ............................................................. 162 9.4. PHƯƠNG ÁN BÔI TRƠN, KẾT CẤU...................................................... 163 9.4.1. Phương pháp bôi trơn ......................................................................... 163 9.4.2. Phương án kết cấu .............................................................................. 164 9.5. KIỂM TRA SỨC BỀN TĨNH HỆ TRỤC.................................................... 166 9.6. XÁC ĐỊNH PHẢN LỰC TRÊN CÁC GỐI ĐỠ. TÍNH ÁP LỰC RIÊNG CHO PHÉP TRÊN CÁC GỐI ĐỠ..................................................................... 169 9.7. NGHIỆM BỀN HỆ TRỤC ......................................................................... 173 CHƯƠNG 10: TRANG THIẾT BỊ ...................................................................... 175 10.1. MÁY CHÍNH .......................................................................................... 175 10.2. THIẾT BỊ LÁI ......................................................................................... 175 10.2.1. Tính diện tích bánh lái ...................................................................... 175 10.2.2. Trục bánh lái..................................................................................... 176 10.2.2.1. Phần trên trục lái ....................................................................... 176 10.2.2.2. Phần dưới trục lái ....................................................................... 177 10.2.3. Bánh lái ............................................................................................ 178 10.2.3.1. Chiều dày tôn bánh lái................................................................ 178 10.2.3.2. Xương bánh lái........................................................................... 178 10.2.4. Mối nối giữa trục lái và bánh lái ....................................................... 178 10.2.5. Bulong bích nối ................................................................................ 179 10.2.6 . Bích nối trục lái ............................................................................... 179 10.2.7. Máy lái ............................................................................................. 179 10.2.7.1. Tay lái........................................................................................ 179 10.2.7.2. Xylanh thuỷ lực.......................................................................... 180 10.2.7.3. Bơm thủy lực vận chuyển dầu trong hệ thống............................. 180 10.2.7.4. Két chứa dầu thủy lực trong hệ thống:........................................ 180 10.2.7.5. Các phụ kiện đi kèm:.................................................................. 180 10.3. PHƯƠNG TIỆN TÍN HIỆU ..................................................................... 180 10.3.1. Phương tiện tín hiệu giao thông ........................................................ 180 - ix - 10.3.2. Pháo hiệu dù đỏ ................................................................................ 181 10.3.3. Đèn tín hiệu dự phòng ...................................................................... 181 10.4. THIẾT BỊ VÔ TUYẾN ĐIỆN .................................................................. 181 10.5. TRANG BỊ HÀNG HẢI........................................................................... 183 PHẦN IV: QUI TRÌNH CHẾ TẠO MÔ HÌNH ................................................... 184 1.1. QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ ĐÓNG TÀU COMPOSITE ............................ 184 1.2. QUI TRÌNH CÔNG NGHẾ CHẾ TẠO VỎ MÔ HÌNH .............................. 184 1.2.1. Công tác chuẩn bị ............................................................................... 185 1.2.1.1. Chuẩn bị bản vẽ ........................................................................... 185 1.2.1.2. Chuẩn bị nguyên vật liệu.............................................................. 185 1.2.2. Chế tạo khuôn mẫu ............................................................................. 186 1.2.2.1. Cắt dưỡng .................................................................................... 186 1.2.2.2. Chế tạo khuôn .............................................................................. 186 1.2.3. Chế tạo vỏ composite......................................................................... 191 1.2.4. Lắp máy, hệ động lực và bộ điều khiển............................................... 192 1.3. QUI TRÌNH SỬ DỤNG MÔ HÌNH ........................................................... 192 1.3.1. Kiểm tra và đổ đầy xăng ..................................................................... 192 1.3.2 Kiểm tra pin nguồn của bộ phận điều khiển và tay điều khiển.............. 192 1.3.3 Đóng nguồn bộ điều khiển ................................................................... 193 1.3.4 Kiểm tra bộ điều khiển ........................................................................ 193 1.3.5 Khởi động động cơ .............................................................................. 193 PHẦN V: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN .................................................. 194 1.1 KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI................................................................ 194 1.1.1 Hình ảnh mô hình hoàn thiện............................................................... 194 1.1.2 Kết quả thử mô hình ............................................................................ 195 1.2 KẾT LUẬN ................................................................................................ 195 1.3 ĐỀ XUẤT Ý KIẾN..................................................................................... 196 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 197 -x- DANH MỤC BẢNG Trang Bảng II.1 : Tỉ lệ kích thước theo mô hình sêri NPL ...............................................21 Bảng III. 2.1 : Tọa độ điểm đầu cuối của đường cắt dọc ........................................49 Bảng III.2.2: Tọa độ điểm kết thúc của mặt đường nước........................................49 Bảng III.2.3: Bảng tọa độ đường hình (chiều cao) .................................................50 Bảng III.2.4: Bảng tọa độ đường hình (nửa chiều rộng) .........................................51 Bảng III.3.1: Diện tích mặt cắt ngang  và mômen Moy .......................................55 Bảng III.3.2 : Hydrostatic Properties .....................................................................67 BảngIII.5.1 : Trị số của C ......................................................................................80 Bảng III.5.2: trị số tối thiểu của gia tốc thẳng đứng ở mút trước. .........................84 BảngIII.5.3: Ttính momnent quán tính măt cắt ngang sườn mạn............................89 Bảng 10: tính momnent quán tính măt cắt ngang đà ngang ...................................91 Bảng 11 : Tính momnent quán tính măt cắt ngang xà ngang boong .......................93 Bảng 12: Ttính momnent quán tính măt cắt ngang xà ngang boong .......................95 Bảng 13: Ttính momnent quán tính măt cắt ngang xà ngang boong .......................96 Bảng 14: Trị số tối thiểu của gia tốc thẳng đứng ở mút trước............................. 100 Bảng 15 : Ttính momnent quán tính măt cắt ngang xà ngang cầu nối................... 101 Bảng 16: Tính ổn định ban đầu............................................................................ 107 Bảng 17: tính tay đòn ổn định.............................................................................. 109 Bảng 19. BẢNG TÍNH SỨC CẢN ...................................................................... 124 Bảng 20 : Thông số dùng tính sức cản theo Savitsky ........................................... 131 Bảng 21 : BẢNG TÍNH SỨC CẢN 1 THÂN TÀU ............................................. 134 Bảng 23: BẢNG TÍNH CHÂN VỊT CHỌN MÁY............................................... 141 Bảng 21: CÁC THÔNG SỐ KHÁC..................................................................... 142 Bảng 24: BẢNG TÍNH CHÂN VỊT SỬ DỤNG HẾT CÔNG SUẤT MÁY......... 148 Bảng 25: Thông số chính chân vịt: ...................................................................... 149 Bảng 26: Đường bao cánh chân vịt ...................................................................... 149 Bảng 27: BẢNG TỌA ĐỘ CÁC PROFIL CÁNH ............................................... 150 Bảng 29 : Phương tiện tín hiệu giao thông ........................................................... 181 Bảng 30: Định mức trang thiết bị:........................................................................ 182 Bảng 31: Trang thiết bị hàng hải.......................................................................... 183 - xi - DANH MỤC HÌNH Trang Hình I.1: Tàu Thanh Vân – 05 ........................................................................................... 5 Hình I.2 : Tàu hai thân đóng mới theo thiết kế của nước ngoài .......................................... 6 Hình II.1: Tàu hai thân nguyên thủy .................................................................................. 7 Hình II.2: Catamaran nguyên thủy của New Guinea ....................................................... 9 Hình II.3: Trimaran của người Philippine cổ...................................................................... 9 Hình II.4: Trimaran của Miller ........................................................................................ 10 Hình II.5: Catamaran quân sự Demologos ....................................................................... 10 Hình II.6: Catamaran Castaila.......................................................................................... 11 Hình II.7: Catamaran Calais - Dover............................................................................... 12 Hình II.8 : Catamaran khách cao tốc Express................................................................... 12 Sơ đồ II.1: Tần suất xuất hiện của Catamaran theo chiều dài L ........................................ 19 Sơ đồ II.2: Tần suất xuất hiện của tỉ soosL/B (chiều dài trên chiều rộng toàn bộ)............. 19 Sơ đồ II.3: Tần suất xuất hiện của tỉ sốL/H (H là chiều cao mạn)..................................... 19 Hình II. 10: Mô hình sơ đồ thân vỏ và các ký hiệu........................................................... 20 Hình III.2.1: Lưới 3D nửa thân tàu thiết kế trong Autoship.............................................. 46 Hình III.2.2: Lưới 3D toàn bộ thân tàu thiết kế bằng Autoship......................................... 47 Hình III.2.3: Mô hình 3D thân tàu trên Autoship ............................................................. 48 Bảng III.3.3: Hull Form Coefficients (with appendages).................................................. 67 Hình III.5.1: Sơ đồ phân khoang của tàu thiết kế. ........................................................... 77 Hình III.5.2: Phân bố gia tốc thẳng đứng ......................................................................... 85 Hình III.5.3 Quy cách của sườn. ...................................................................................... 86 Hình III.5.4: Ký hiệu b, d ................................................................................................ 88 Hình III.5.5: Tàu trên đáy sóng........................................................................................ 97 Hình III.5.6: Tàu trên đỉnh sóng ...................................................................................... 97 Hình III.5.7: Tàu chịu xoắn ............................................................................................. 98 Hình III.5.8: Đặc điểm hình học mặt cắt dọc cầu nối. ...................................................... 99 Hình III.5.9: Đặc điểm hình học mặt cắt ngang cầu nối.................................................... 99 Hình III.7.1: Đồ thị xác định hệ số sức cản ma sát ......................................................... 115 Hình III.7.2: Đường cong sức cản dư............................................................................. 120 - xii - của các tàu có tỷ số L/B khác nhau ................................................................................ 120 Hình III.7.4: Đồ thị Savitsky 1964................................................................................. 130 Hình III.8.1: Đồ thị chọn máy........................................................................................ 143 Hình III.8.2: vẽ hình khai triển, hình chiếu thẳng, .......................................................... 151 hình chiếu cạnh, của cánh chân vịt................................................................................. 151 Hình III.8.3: Vẽ đường cắt của mặt bụng ...................................................................... 151 cánh chân vịt và củ chân vịt........................................................................................... 151 Hình III.8.4: xác định các giá trị b1, b2, b ....................................................................... 157 Hình III.9.1 Phương án bố trí hệ trục ............................................................................. 160 Hình III.9.2: Sơ đồ bố trí hệ trục.................................................................................... 165 Hình III.9.3 Sơ đồ kiểm tra sức bền tĩnh của hệ trục ...................................................... 167 Hình IV.1: Đà dọc tâm của thân .................................................................................... 187 Hình IV.3: Khuôn đã dựng xong sườn ........................................................................... 188 Hình IV.4: Khuôn đã được tháo các thanh giằng ngang ở mỗi sườn............................... 189 Hình IV.5: Khuôn dưới đã ốp xong mica ....................................................................... 189 Hình IV.6 : Đà dọc tâm thượng tầng.............................................................................. 190 Hình IV.7 : Khuôn phần thượng tầng đã tháo xong thanh giằng ngang .......................... 190 Hình IV.8 : Khuôn phần thượng tầng đã ốp xong mica .................................................. 191 1 LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đây, ngành đóng tàu nước ta đang phát triển mạnh mẽ. Nhiều nhà máy, cụm công nghiệp đóng tàu được đầu tư xây dựng trên khắp các tỉnh thành ven biển, nhiều dự án mới, hợp đồng mới liên tiếp được ký kết, tỉ lệ nội địa hóa của ngành đóng tàu ngày một nâng cao. Tuy nhiên, năng lực cạnh tranh của ngành đóng tàu nước ta còn thấp, công nghệ còn lạc hậu, trình độ quản lý yếu kém, chủ yếu dựa vào lợi thế giá nhân công rẻ. Điều này khiến ngành đóng tàu nước ta phát triển chưa bền vững. Để cải thiện năng lực cạnh tranh của ngành đóng tàu, một trong những điều kiện quyết định hàng đầu là phải đào tạo được đội ngũ kỹ sư giỏi, có khả năng đáp ứng mọi yêu cầu công việc. Một trong những kĩ năng còn hạn chế của các kỹ sư đóng tàu Việt Nam là khả năng thiết kế tàu, hầu hết các bản thiết kế của các tàu lớn đều được mua từ nước ngoài. Chính vì vậy, việc đào tạo kỹ sư thiết kế tàu là vấn đề cần quan tâm ở các trường có đào tạo ngành đóng tàu. Có như vậy, con tàu Việt Nam mới vươn được ra khơi xa, ngành công nghiệp tàu thủy Việt Nam mới có điều kiện bắt kịp, đón đầu ngành công nghiệp tàu thủy của các nước tiên tiến trên thế giới . Đồ án tốt nghiệp giúp sinh viên hệ thống hóa lại toàn bộ kiến thức chuyên ngành đã được học. Mặt khác, nó còn trang bị cho sinh viên khả năng tư duy, tính toán, thiết kế và công nghệ đóng tàu, nó trang bị cho sinh viên những kỹ năng cần thiết để làm cơ sở cho việc thiết kế những con tàu thương mại sau này. Sau thời gian bốn tháng làm việc với tinh thần khẩn trương nghiêm túc, với sự hướng dẫn tận tình của thầy Huỳnh Văn Nhu, nhóm em đã hoàn thành đề tài tốt nghiệp “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thử nghiệm mô hình tàu hai thân bằng vật liệu composite”. -2- NỘI DUNG THỰC HIỆN 1. Đặt vấn đề. 2. Cơ sở lý thuyết. 3. Tính toán thiết kế. 4. Chế tạo mô hình. 5. Kết luận và đề xuất ý kiến. Chúng em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy Huỳnh Văn Nhu, sự ủng hộ giúp đỡ của các thầy trong khoa ! Nha Trang, tháng 01 năm 2011. Nhóm sinh viên thực hiện: NGUYỄN ĐỨC QUYÊN VŨ VĂN HẢI VŨ VĂN DU ĐINH NGỌC ĐƯỜNG NGUYỄN THANH LIÊM. -3- PHẦN I ĐẶT VẤN ĐỀ 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU. Trong những năm gần đây, ngành đóng tàu nước ta đang có những bước phát triển mạnh mẽ. Chúng ta đã đóng được những con tàu có tải trọng lớn được bạn hàng trong nước và quốc tế đánh giá cao. Tuy nhiên, loại tàu chúng ta đóng chủ yếu vẫn là tàu hàng khô, tàu hàng rời, tàu dầu cỡ nhỏ… Đây là những loại tàu có giá trị kinh tế không cao. Thông thường giá thành của một chiếc tàu hàng thường chỉ từ vài đến vài chục triệu đô la, trong khi đó giá thành của một du thuyền du lịch có thể có giá vài trăm triệu đến cả tỉ đô la. Thị trường du thuyền du lịch những năm trở lại đây liên tục phát triển, nhiều du thuyền sang trọng đã được ra đời, đặc biệt là các du thuyền cá nhân phục vụ cho giới doanh nhân, giới thượng lưu. Trong các loại du thuyền cá nhân thì du thuyền hai thân vẫn được đặt hàng nhiều nhất do có nhiều ưu điểm như tính ổn định cao, độ lắc êm và tốc độ vượt trội so với tàu một thân cùng kích cỡ. Tàu có sức cản thân tàu nhỏ, độ an toàn cao, ít lắc, mặt boong khai thác rộng và có chi phí sử dụng thấp nhất trong các loại tàu cao tốc. Tàu hai thân còn là loại tàu có hình dáng đẹp xét về mỹ thuật và cảnh quan du lịch. Hiện nay, các nước Bắc Âu, Anh, Pháp, Mỹ, Úc…đang là những nước có thế mạnh về đóng du thuyền. Vì lý do về môi trường, sức khỏe người dân, giá trị thương mại…mà những nước này đã và đang chuyển từ đóng tàu hàng sang đóng các loại tàu có giá trị thương mại cao như du thuyền. Thực tế này đặt ra cho ngành đóng tàu nước ta một câu hỏi: tại sao chúng ta không đóng các loại tàu có giá trị thương mại cao như du thuyền cá nhân? Vẫn biết rằng đóng du thuyền thì đòi hỏi trình độ kỹ thuật cao hơn nhưng với sự quan tâm và đầu tư thích đáng chúng ta hoàn toàn có thể đóng được loại tàu này. Song song với việc đóng các loại tàu vận tải thông thường, chúng ta nên đầu tư phát triển đóng các -4- loại tàu có giá trị cao như tàu du lịch. Đây là một hướng đi mới đầy khả quan cho ngành đóng tàu nước ta bởi lẽ với sự phát triển của ngành du lịch, nhu cầu vui chơi, giải trí, nghỉ dưỡng của người dân thì thị trường tàu du lịch, đặc biệt là những du thuyền cá nhân như tàu hai thân sẽ ngày một phát triển. Từ khi ra đời đến nay, vật liệu composite đã chứng minh được tính ưu việt của mình. Với những ưu điểm như độ bền cao, nhẹ, dễ tạo hình, tính thẩm mỹ cao…vật liệu composite đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, trong đó có ngành đóng tàu. Việc ứng dụng vật liệu composite để chế tạo du thuyền hiện đã rất phổ biến. Ở Việt Nam hiện nay, việc nghiên cứu và chế tạo tàu hai thân vỏ composite vẫn còn ít được quan tâm. Một số cơ sở khoa học đã bắt tay vào việc nghiên cứu chế tạo tàu hai thân vỏ composite, tuy nhiên kết quả thu được chưa nhiều. Việt Nam vẫn chưa có quy phạm hướng dẫn việc phân cấp và chế tạo tàu hai thân vỏ composite. Một số cơ sở sản xuất đã chế tạo loại tàu này tuy nhiên kích thước còn nhỏ, thiết kế phải đi mua của nước ngoài. Do vậy muốn phát triển lĩnh vực đóng tàu du lịch vỏ composite tại Việt Nam thì việc nghiên cứu thiết kế loại tàu này là công việc quan trọng trước mắt. Chúng ta cần có những tài liệu và bản thiết kế do chính người Việt Nam thực hiện. Với một sinh viên chuẩn bị ra trường, đề tài tốt nghiệp là cơ hội tốt để sinh viên củng cố lại kiến thức, trang bị cho mình những kỹ năng cần thiết mà một kỹ sư cần phải có. Việc lựa chọn đề tài rất quan trọng với những sinh viên năm cuối. Sau khi bàn bạc cân nhắc kỹ lưỡng, nhóm chúng em đã thống nhất lựa chọn đề tài “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thử nghiệm mô hình tàu hai thân bằng vật liệu composite”,dưới sự hướng dẫn của Th.s Huỳnh Văn Nhu. Mục đích nghiên cứu của đề tài nhằm cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ bản nhất về tàu hai thân, trang bị cho sinh viên khả năng thiết kế loại tàu này, ngoài ra còn trang bị những kiến thức thực tế khác. -5- Ý nghĩa của đề tài -Là cơ hội để sinh viên tổng hợp lại kiến thức trước khi ra trường, đồng thời trang bị cho sinh viên những kỹ năng mà một kỹ sư cần phải có. -Rèn luyện khả năng làm việc nhóm. -Trang bị cho sinh viên nhiều kiến thức thực tế bổ ích cần thiết cho công việc sau này. -Đề tài có ý nghĩa thực tế, có tính ứng dụng cao. 2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 2.1. Tình hình nghiên cứu trong nước Ở Việt Nam hiện nay đã có một số cơ sở nghiên cứu và chế tạo tàu hai thân bằng vật liệu hợp kim nhôm và composite. Viện Nghiên cứu Chế tạo Tàu thủy –Trường Đại học Nha Trang (UNINSHIP) là một trong những cơ sở đầu tiên tại Việt Nam nghiên cứu và chế tạo thành công tàu hai thân bằng vật liệu composite. Hình I.1: Tàu Thanh Vân – 05 Ngoài ra một số cơ sở khoa học khác cũng đang có những đề tài nghiên cứu về tàu hai thân như đại học Bách Khoa Hà Nội, khoa Kỹ Thuật Giao Thông – đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh…. -6- Hiện nay, một số cơ sở sản xuất trong nước như Công ty Cổ phần Công nghệ Hải Long (Hải Phòng), Công ty Viễn Đông (Hà Nội)… đã sản xuất một số loại tàu hai thân phục vụ du lịch và tuần tra. Tuy nhiên, các công ty này đều sử dụng thiết kế của nước ngoài. Hình I.2 : Tàu hai thân đóng mới theo thiết kế của nước ngoài 2.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước. Ở các nước có thế mạnh đóng tàu từ lâu như các nước Bắc Âu, Nga, Mỹ, Canada, Australia… việc nghiên cứu và chế tạo tàu hai thân không còn là vấn đề mới mẻ. Việc thiết kế tàu hai thân đã thu được nhiều kết quả khả quan tuy nhiên có rất ít tài liệu được ban hành về hướng dẫn thiết kế catamaran một cách chi tiết. Các mẫu tàu đang được sử dụng đều là độc quyền của một số công ty, tài liệu thiết kế các loại tàu đó vẫn là bí mật công nghệ. -7- PHẦN II CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TÀU HAI THÂN 1.1. Khái niệm Tàu nhiều thân (multi hull ships) là tên gọi chung của các tàu: tàu hai thân giống nhau (catamaran); tàu hai thân không giống nhau (proa); tàu hai thân (ba thân) có diện tích mặt đường nước nhỏ (SWATH – Small Waterplane Area Twin (Tri) Hull ); tàu ba thân giống nhau (trimaran); tàu có thân phụ (Ship With Outrigger); tàu bốn thân (Four Hull Ship); và thậm chí năm thân (Penta Hull Ship). 1.2. Lịch sử phát triển. 1.2.1. Các tàu nhiều thân nguyên thủy. Tàu nhiều thân được đề cập lần đầu tiên vào thời cổ đại. Người La Mã đã xây dựng một hạm đội lên đến 400 chiếc tàu hai thân. Hình II.1 giới thiệu mẫu tàu chiến hai thân của người La Mã cổ đại. Hình II.1: Tàu hai thân nguyên thủy -8- 1.2.2. Chinh phục Thái Bình Dương. Tàu biển đầu tiên vượt Thái Bình Dương là các catamaran được chế tạo bởi các công cụ bằng đá. Giao thông thủy đã bắt đầu sử dụng các thân cây rỗng như là tàu một thân. Để tăng tính ổn định, một thân cây nhỏ được lắp ở bên hông như một thân phụ. Thân phụ có thể có kích thước nhỏ hơn và đặt sát với thân chính. Những chuyến hải hành xa hơn đã khơi dậy sự phát triển của catamaran bao gồm hai thuyền lớn gắn với nhau bởi các thanh ngang và các thanh ngang nối với nhau bằng một sàn phẳng. Theo các thủy thủ người châu Âu ở thế kỉ 12-18, bao gồm James Cook (1728-1779), thời bấy giờ đội tàu của châu Đại Dương đã có nhiều catamaran. Chẳng hạn như người Tahiti có 160 catamaran, thường có chiều dài khoảng 18 – 24m. Catamaran lớn nhất dài 40m và có thể chuyên chở 144 người chèo và 39 chiến binh. Một số tàu chiến Tahiti có thể vận chuyển hàng trăm chiến binh. Catamaran rất cần thiết cho các chuyến hải hành dài ngày, khi không chỉ có chiến binh mà còn cả phụ nữ và trẻ em đi theo tàu. Nó cần phải mang theo thực phẩm, gà vịt và trâu bò. Catamaran và các tàu có thân phụ nhỏ phục vụ cho mục tiêu giao thông và trinh sát. Trong thế kỷ 18, người châu Âu đã tìm thấy các tàu quân sự cỡ lớn của các bộ lạc người Maori ở New Zealand. Huyền thoại Maori kể rằng tổ tiên của họ đến từ miền trung Polynesia trên những con tàu nhiều thân. Từ địa phương “kattoo maran” có nghĩa là “những thân cây được ghép lại với nhau” trở thành catamaran được thừa nhận như hiện nay.