Tài liệu Nghiên cứu thiết kế,chế tạo thử nghiệm mô hình tàu lặn vỏ composite

  • Số trang: 179 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 97 |
  • Lượt tải: 1
nhattuvisu

Đã đăng 27125 tài liệu

Mô tả:

MỤC LỤC CHƯƠNG I: ĐẶT VẤN ĐỀ....................................................................................3 1.1. Tổng quan về đề tài nghiên cứu .....................................................................3 1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC ..........................5 1.2.1. Tình hình nghiên cứu trong nước ............................................................5 1.2.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước ...........................................................5 1.2. Mục đích, nội dung, phương pháp nghiên cứu ...............................................5 1.2.1. Mục đích ................................................................................................5 1.2.2. Nội dung nghiên cứu ..............................................................................6 1.2.3. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................6 1.2.3.1 Nghiên cứu lý thuyết .........................................................................6 1.2.3.2 Nghiên cứu thực nghiệm ...................................................................6 1.2.4. Giới hạn nội dung nghiên cứu.................................................................6 CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT........................................................................7 2.1 Giới thiệu chung về tàu lặn.............................................................................7 2.1.1 Khái niệm ...............................................................................................7 2.1.2 Lịch sử phát triển tàu lặn ........................................................................7 2.1.3 Phân loại tàu lặn ...................................................................................14 2.2 Quy định tính toán tàu lặn theo quy phạm ...................................................15 2.3 Các phương pháp lặn, nổi............................................................................16 2.3.1 Cơ bản về công nghệ lặn.......................................................................16 2.3.2 Static diving..........................................................................................17 2.3.3 Dynamic diving ....................................................................................22 2.3.4 Cánh khí (thủy) động đuôi ....................................................................23 2.4 Mô hình công nghệ lặn tàu ngầm.................................................................25 2.4.1 Công nghệ lặn động lực ........................................................................25 2.4.2 Công nghệ lặn tĩnh................................................................................26 2.5 Hybrid Ballast Systems (Hệ thống tổ hợp két dằn) ......................................36 2.6 Xây dựng thiết kế, lựa chọn kết cấu két lặn ...............................................38 2.6.1 Phương pháp lặn áp dụng Lặn tĩnh lực kết hợp với lặn động lực ..........38 2.6.2 Cấu tạo ..................................................................................................38 2.6.3 Nguyên lý hoạt động.............................................................................39 2.6.4 Thông số hoạt động ..............................................................................39 2.7 Các phương án điều khiển tàu lặn................................................................41 2.7.1 Động học (dynamics) phương tiện ngầm...............................................41 2.7.2 Chuyển động học (Kinematics) .........................................................42 2.7.3 Động lực học (Kinetics) ...................................................................45 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ - CHẾ TẠO MÔ HÌNH .................................................52 PHẦN A TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ TÀU LẶN.....................................................52 3.1 Xây dựng nhiệm vụ thư thiết kế...................................................................52 3.2 Xác định kích thước chính...........................................................................52 3.3 Thiết kế đường hình lý thuyết.......................................................................54 3.4 Thiết kế kết cấu............................................................................................58 3.4.1 Tính áp lực nước tác động thân tàu ........................................................58 3.4.2 Tính số lớp compozit, kiểm tra độ bền thân tàu......................................61 3.4.3 Thời gian lặn nổi tàu..............................................................................66 3.5 Tính toán tính năng tàu lặn...........................................................................68 3.5.1 Xác định các yếu tố thủy lực..................................................................68 3.5.1.1. Diện tích mặt đường nướcS (mm2) ................................................68 3.5.1.2. Thể tích chiếm nước V (mm3) ứng với các mặt đường nước..........69 3.5.1.3. Diện tích mặt cắt ngang giữa tàu  (mm2).....................................69 3.5.1.4. Hoành độ trọng tâm mặt đường nước Xf (mm) ..............................69 3.5.1.5. Tính tọa độ trọng tâm nổi ZC, XC (mm) .........................................70 3.5.1.6. Bán kính ổn định ngang r0 (mm) ...................................................70 3.5.1.7. Bán kính ổn định dọc R0 (mm) ......................................................71 3.5.1.8. TÍNH VÀ VẼ ĐỒ THỊ BONJEAN. ..............................................75 3.5.2 Tính toán ổn định tàu.............................................................................84 3.5.2.1 Xây dựng đường Pantokaren .........................................................84 3.5.2.2 Tính trọng tâm tàu........................................................................ 139 3.5.2.3 Bảng tính tay đòn ổn định tĩnh – động.......................................... 141 3.6 Thiết kế hệ động lực .................................................................................. 143 3.6.1 Xác định sức cản ................................................................................. 143 3.6.2 Chän c¸c yÕu tè h×nh häc vµ tÝnh s¬ bé chân vịt. .................................. 146 3.6.2.1. Chän c¸c yÕu tè h×nh häc chÝnh cña chân vịt. ............................... 146 3.6.2.2.TÝnh hÖ sè hót t vµ hÖ sè dßng theo Wt. ......................................... 146 3.6.2.3.TÝnh lùc ®Èy cña chânvịt T. .......................................................... 147 3.6.2.4.TÝnh tèc ®é tÞnh tiÕn cña chân vịt................................................... 147 3.6.2.5.TÝnh c«ng suÊt s¬ bé vµ vßng quay s¬ bé cña chân vịt. .................. 147 3.6.2.6.TÝnh ®­êng kÝnh s¬ bé cña ch©n vÞt. ............................................. 148 3.6.2.7. Chän sè c¸nh ch©n vÞt.................................................................. 148 3.6.2.8. Chän tØ sè ®Üa cña ch©n vÞt........................................................... 148 3.6.3 TÝnh to¸n ch©n vÞt. ............................................................................... 149 3.6.3.1. TÝnh chän ®éng c¬ vµ c¸c th«ng sè cña ch©n vÞt. ......................... 149 3.6.3.2. KiÓm tra tØ sè ®Üa cña chân vịt theo ®iÒu kiÖn x©m thùc. ............... 150 3.6.3.3. X©y dùng b¶n vÏ ch©n vÞt. ............................................................ 150 3.6.3.4. C¸c th«ng sè cña ch©n vÞt. ........................................................... 150 3.6.3.5. X©y dùng ®­êng chiÒu dµy lín nhÊt cña profin tiÕt diÖn c¸nh trªn h×nh chiÕu c¹nh.................................................................................. 151 3.6.3.6. X©y dùng cñ ch©n vÞt. ................................................................ 156 3.6.4 Thiết kế, bố trí hệ trục.......................................................................... 157 3.7 Thiết kế bánh lái......................................................................................... 157 3.7.1 Thiết bị lái .......................................................................................... 157 3.7.2 Chọn loại thiết bị ................................................................................. 157 3.7.3 TÝnh to¸n c¸c chi tiÕt kÕt cÊu b¸nh l¸i ®ñ bÒn....................................... 160 3.7.3.1 Lùc t¸c ®éng lªn b¸nh l¸i (®iÒu 25.1.2)......................................... 160 3.7.3.2 Trôc l¸i.......................................................................................... 160 3.7.3.3 Ống bao trục cánh ......................................................................... 161 3.7.3.4. Mèi nèi b¸nh l¸i - trôc l¸i............................................................. 162 3.7.3.5 Chän m¸y l¸i ................................................................................. 162 3.8 Thiết kế bố trí chung ................................................................................. 163 3.9 Thiết kế phương án điều khiển .................................................................. 164 PHẦN B: CHẾ TẠO MÔ HÌNH ....................................................................... 165 3.10. Sơ đồ quy trình thi công vỏ tàu................................................................ 165 3.10.1 Chế tạo khuôn.................................................................................... 166 3.10.1.1 Nguyên tắc chung....................................................................... 166 3.10.1.2 Các bước tiến hành...................................................................... 166 3.10.1.3 Chế tạo khuôn phần đầu và đuôi.................................................. 166 3.10.1.4 Chế tạo khuôn phần thượng tầng ................................................. 167 3.10.1.5 Xử lý khuôn ............................................................................... 167 3.10.1.6 Xử lý bề mặt khuôn ..................................................................... 168 3.10.1.7 Xử lý chống dính......................................................................... 168 3.10.2. Thi công vỏ tàu bằng vật liệu compozit............................................. 169 3.10.2.1 Trát lớp CSM đầu tiên................................................................. 169 3.10.2.2 Trát lớp thứ cấp........................................................................... 169 3.10.2.3 Phun gelcoat................................................................................ 171 3.10.2.4 Tách khuôn ................................................................................. 171 3.11 Phương án làm kín nước.......................................................................... 171 CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN........................................... 173 4.1 Kết quả thử nghiệm mô hình ..................................................................... 173 4.2. Kết luận .................................................................................................... 173 4.3. Đề xuất ý kiến ........................................................................................... 174 4.4. Định hướng phát triển của đề tài................................................................ 174 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 175 1 LỜI NÓI ĐẦU Ngµnh ®ãng tµu cña n­íc ta ®ang trªn ®µ ph¸t triÓn cïng víi sù ph¸t triÓn cña nÒn kinh tÕ n­íc nhµ vµ trë thµnh mét ngµnh c«ng nghiÖp mòi nhän cña nÒn kinh tÕ ViÖt Nam. N­íc ta võa ®­îc chÝnh thøc gia nhËp tæ chøc kinh tÕ ThÕ giíi WTO, ®ã lµ mét lîi thÕ lín vµ lµ ®iÒu kiÖn tèt ®Ó ngµnh ®ãng tµu ViÖt Nam héi nhËp vµ ph¸t triÓn. §­îc sù quan t©m cña §¶ng vµ Nhµ n­íc, ngµnh ®ãng tµu ViÖt N¹m ®· ®¹t ®­îc nh÷ng thµnh tùu ®¸ng khÝch lÖ. Chóng ta ®· ®ãng ®­îc nh÷ng tµu trªn v¹n tÊn ®ång thêi kÝ kÕt ®ãng nhiÒu tµu cã träng t¶i lín h¬n vµ thu hót ®­îc nhiÒu kh¸ch hµng quèc tÕ hîp t¸c víi ngµnh ®ãng tµu n­íc ta. Mặc dù đến nay công việc thiết kế, chế tạo tàu ngầm, tàu lặn vẫn là bài toán khó cho ngành đóng tàu Việt Nam do chưa đấu tư đúng mức. Tuy nhiên với nền tảng đã tích lũy được trong khoảng thời gian vừa qua thì ch¾c ch¾n trong mét t­¬ng lai kh«ng xa ngµnh ®ãng tµu ViÖt Nam sÏ chiÕm mét vÞ trÝ quan träng trong ngµnh ®ãng tµu ThÕ giíi với lĩnh vực tàu dân sự và quân sự. Lµ sinh viªn Khoa “Khoa Kỹ Thuật Tàu Thủy” Tr­êng §¹i häc Nha Trang, sau h¬n 4 n¨m theo häc, cïng víi sù cè g¾ng cña b¶n th©n vµ ®­îc sù d¹y b¶o cña c¸c thÇy gi¸o trong Khoa ®· gióp em tiÕp thu nh÷ng kiÕn thøc cÇn thiÕt ®Ó cã thÓ trë thµnh mét kü s­ cña ngµnh ®ãng tµu Sau thêi gian 4 th¸ng lµm viÖc với tinh thần khẩn trương nghiêm túc, t×m hiÓu tµi liÖu, víi sù nhiÖt t×nh gióp ®ì cña thÇy gi¸o h­íng dÉn chÝnh TS.Trần Gia Thái nay nhóm em ®· hoàn thành ®Ò tµi tèt nghiÖp “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thử nghiệm mô hình tàu lặn vỏ composite” cña m×nh với những nội dung sau: 2 Chương 1 Đặt vấn đề Chương 2 Cơ sở lý thuyết Chương 3 Tính toán thiết kế, chế tạo mô hình Chương 4 Kết luận và đề xuất ý kiến Nhóm sinh viên thực hiên: Đỗ Quang Thắng Tưởng Công Tình Nguyễn Hữu Kiên Phùng Danh Quận Võ Diệp Long 3 CHƯƠNG I ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1. Tổng quan về đề tài nghiên cứu Hiện nay trên thế giới ngành đóng tàu đã phát triển ở một trình độ rất cao về công nghệ và đang phát triển nhiều loại phương tiện thủy mới rất hiện đại nhằm phục vụ cho vận tải cũng như mục đích an ninh quốc phòng. Ở các nước có thế mạnh về đóng tàu từ lâu như các nước Bắc Âu hay Nga, Mỹ, Đức, Hà Lan hiện nay chủ yếu đóng các loại tàu có độ phức tạp cao, yêu cầu công nghệ và trang bị hiện đại như tàu khách, tàu ngầm, chiến hạm…Trong khi đó,với mục đích xây dựng ngành đóng tàu thành một ngành công nghiệp thế mạnh của Việt Nam, những năm gần đây Vinashin đang rất tích cực đầu tư. Tuy nhiên những sản phẩm của chúng ta hầu hết là những con tàu vận tải, tàu dầu. Để nâng tầm của ngành đóng tàu thì việc sản xuất những sản phẩm có chất lượng, độ khó và lợi nhuận cao hơn là việc làm tất yếu, thực hiện càng sớm càng tốt. Hiện tại Vinashin cũng đã có xu hướng phấn đấu trong tương lai Việt nam có thể tiến tới tự chế tạo các loại tàu phục vụ dân sự nhằm mục đích du lịch, thám hiểm, nghiên cứu đại dương, thủy hải sản…dần dần từng bước chế tạo được những con tàu ngầm để phục vụ cho an ninh quốc phòng. Do vậy việc mở rộng tìm hiểu, thiết kế và đóng những loại tàu mới ngay từ bây giờ là việc làm cần thiết là tất yếu khánh quan. Với một sinh viên đóng tàu sắp ra trường thì việc lựa chọn những đề tài, những vấn đề gần gũi với chuyên ngành liên quan và công việc cụ thể trong tương lai là điều cần thiết. Tuy nhiên, những đề tài có tính mới ít được đề cập luôn là những đề tài rất thú vị, kích thích được lòng ham học hỏi tìm tòi của tuổi trẻ. Hơn nữa, đây là một đề tài có tính tổng hợp cao, khi làm đòi hỏi phải huy động nhiều kiền thức chuyên môn về tàu, giúp củng cố lại kiến thức chuyên môn cho người thực hiện. Đề tài có liên quan đến nhiều vấn đề từ lí thuyết tàu, sức bền cho đến công nghệ đóng sửa, điện tử... Khi thực hiện đề tài còn phải đối mặt với nhiều tình huống thực tế phức tạp, luôn phải sáng tạo để tìm ra phương án hợp lí, phải cấp 4 nhận rủi ro cao… Vì những lí do nêu trên, nhóm chúng em quyết định lựa chọn đề tài “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thử nghiệm mô hình tàu lặn vỏ composite”. Việc lựa chọn chế tạo vỏ tàu bằng vật liệu composite là do vật liệu composite ngày càng được ứng dụng rộng rãi, và đã chứng tỏ được tính ưu việt về kinh tế, kỹ thuật, nhất là trong lĩnh vực tàu thuyền (tàu cá, tàu du lịch, tàu đẩy, tàu hàng, xuồng cứu sinh…). Với đề tài này việc chế tạo vỏ tàu bằng vật liệu composite sẽ dễ dàng trong việc tạo hình, lắp đặt kết cấu… nhưng nó sẽ khó khăn trong bài toán làm kín nước, đòi hỏi phải thử nhiệm nhiều lần. Mục đích của nghiên cứu đề tài nhằm cung cấp cho người nghiên cứu những kiến thức cơ bản nhất về phương tiện ngầm như tàu ngầm, tàu lặn. Các khái niệm cơ bản về các hệ thống kết cấu, tính năng, phương pháp tính toán, điều khiển và điều kiện làm việc… - Mục tiêu chung cuả đề tài: “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thử nghiệm mô hình tàu lặn vỏ composite” - Mục tiêu cụ thể: 1. Thiết lập và xác định giải các bài toán tính toán thiết kế tàu với tàu thiết kế có thông số Ltk = 1,4 m, v =10Hl/h, h = 10 m nước. 2. Thiết kế, lựa chọn kết cấu két lặn 3. Tính toán áp lực của nước tác dụng lên các phần kết cấu vỏ thân tàu tại độ sâu 10 m nước để thiết kế kết cấu, kiểm tra bền thân tàu 4. Tính toán số lớp composite cần thiết để chế tạo vỏ tàu đủ bền tại độ sâu 10 m nước ( kiểm tra mẫu thử theo tiêu chuẩn) 5. Xác định tốc độ lặn, nổi (tính toán thời gian thời gian điền đầy nước vào két và thời gian xả hết nước với áp suất đẩy bình ga 1at), độ bền của két lặn với áp suất khí nén bình ga 1(at). 6. Bố trí chung các hệ thống kết cấu tối ưu nhất 7. Chế tạo mô hình 8. Xác định thử nghiệm các phương án làm kín nước 9. Thiết kế lựa chọn phương án điều khiển. 10. Thử nghiệm so sánh với lý thuyết 5 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài: - Mở ra hướng nghiên cứu mới cho các bạn sinh viên đam mê về tàu, tạo tiền đề cơ bản cho các nghiên cứu phát triển đề tài sâu rộng hơn nữa. Tiến tới ứng dụng trong thực tế đời sống. - §Ò tµi thiÕt kÕ cã ý nghÜa quan träng trong viÖc ®¸nh gi¸ n¨ng lùc, t­ duy thiÕt kÕ cña b¶n th©n. Rèn luyện khả năng làm nhóm một cách khoa học để giải quyết các bài toán thực tế đặt ra. Qua viÖc thiÕt kÕ ®Ò tµi mỗi thành viên trong nhóm ®· rót ra ®­îc nh÷ng kinh nghiÖm quan träng trong viÖc thiÕt kÕ tµu, biÕt ®­îc nh÷ng ­u, nh­îc ®iÓm cña b¶n th©n, cã dÞp t×m hiÓu thªm nh÷ng kiÕn thøc thùc tÕ ®Ó thuËn lîi cho qu¸ tr×nh c«ng t¸c sau nµy. 1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 1.2.1. Tình hình nghiên cứu trong nước Theo tìm hiểu của nhóm nghiên cứu, ở Việt nam hiện nay thì lĩnh vực này vẫn còn khá mới mẻ. Qua khảo sát thực tế chúng em thấy rằng đã có trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội có nhóm sinh viên đang nghiên cứu về đề tài này nhưng vẫn tồn tại nhiều vấn đề kỹ thuật cần giải quyết như: kết cấu, kín nước, điều khiển. Nhóm em đã ra tham khảo và đã rút được nhiều kinh nghiệm. Trong đề tài tốt nghiệp này nhóm cố gắng giải quyết hoàn thiện các vấn đề kỹ thuật nêu trên. 1.2.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước Ở các nước có thế mạnh về đóng tàu từ lâu như các nước Bắc Âu hay Nga, Mỹ, Đức, Hà Lan hiện nay chủ yếu đóng các loại tàu có độ phức tạp cao thì lĩnh vực tàu lặn, tàu ngầm đã được nghiên cứu từ lâu họ coi đây là lĩnh vực truyền thống. Ở các nước này thường có các câu lạc bộ chơi mô hình trong đó có tàu ngầm được làm vỏ bằng thép hoặc hợp kim nhôm do tùy theo thị hiếu, thói quen sử dụng và trình độ kỹ thuật của nơi sản xuất. Tuy nhiên với vật liệu composite còn khá mới. 1.2. Mục đích, nội dung, phương pháp nghiên cứu 1.2.1. Mục đích Mục đích chính của đề tài là chế tạo thành công mô hình tàu lặn vỏ composite chạy thử nghiệm thành công, điều khiển bằng sóng siêu âm. Xây dựng và 6 giải các bài toán đáp ứng được các yêu cầu thực tế đặt ra. Tìm hiểu cơ bản phương pháp thiết kế, nguyên lý hoạt động tàu lặn. 1.2.2. Nội dung nghiên cứu - Thiết kế tuyến hình tàu lặn - Tính toán tính năng và thiết kế hệ động lực cho tàu. - Chế tạo và thử nghiệm mô hình tàu lặn. 1.2.3. Phương pháp nghiên cứu 1.2.3.1 Nghiên cứu lý thuyết - Tìm hiểu các yêu cầu, quy định, quy phạm áp dụng cho tàu lặn - Nghiên cứu các phương pháp tính toán thiết kế tàu lặn. So sánh với các loại tàu thông thường. - Giải các bài toán thực tế yêu cầu đặt ra về độ bền, kết cấu, tính năng, điều khiển … - Nghiên cứu lựa chọn tổ hợp vật liệu composite trên cơ sở kinh nghiệm thực tiễn và điều kiện thị trường Việt Nam hiện nay. 1.2.3.2 Nghiên cứu thực nghiệm - Nhóm nghiên cứu tiến hành khảo sát thực tế cơ sở nghiên cứu, cụ thể là bộ môn Kỹ thuật thủy khí & đóng tàu – Đại học BKHN. - Chế tạo vỏ mô hình bằng vật liệu composite từ WR600, M450, cánh lái chế tạo bằng vật liệu PVA 1.2.4. Giới hạn nội dung nghiên cứu Thiết kế và chế tạo mô hình tàu lặn cỡ nhỏ bằng vật liệu composite có chiều dài 1,4m, khả năng lặn ở độ sâu 10 m nước và chuyển động với tốc độ lớn nhất là 10hl/h. 7 CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu chung về tàu lặn 2.1.1 Khái niệm Tàu lặn là tàu tự hành có các phương tiện để lặn xuống và nổi lên nhờ các phương tiện điều khiển tính nổi của chính nó không cần việc cung cấp năng lượng từ các tàu khác 2.1.2 Lịch sử phát triển tàu lặn Trong phạm vi nghiên cứu về tàu lặn, riêng phần lịch sử phát triển này chúng em chỉ đề cập lịch sử về nghiên cứu chế tạo tàu lặn của thế giới trong suốt bốn thế kỉ từ 1624. Tìm hiểu lịch sử phát triển tàu ngầm sẽ giúp chúng ta hiểu về lịch sử hải quân, xây dựng mô hình tàu, lịch sử của công nghệ, các vấn đề thiết kế tàu ngầm và vũ khí dưới nước. Hình1: Mô tả nguyên tắc lặn nổi của William Burn Mặc dầu vào năm 1578 một người Anh William Burn xuất bản một cuốn sách, trong đó lần đầu tiên nêu ra những lý thuyết cơ bản về lặn “Бэрн сразу изобрел все”. Trong cuốn sách ông có viết “Chúng ta có thể xây dựng một con tàu có thể di chuyển dưới đáy biển và nó sẽ trở lại trạng thái nổi theo ý muốn”. Ông đã khẳng định, bất kì vật nào có trọng lượng nước thì sẽ chìm và dễ dàng bật lên và nỗi 8 lên trên bề mặt nước theo tỉ lệ trọng lượng của nó. Để làm được điều này, họ cần một lớp màn có khả năng chịu đàn hồi tốt và dùng vít để thay đổi trọng lượng nước. Công việc thử nghiệm như sau: Ban đầu xây dựng mô hình xà lan hay thuyền nhỏ có trọng lượng tương đối lớn, có độ dày boong thích hợp và yêu cầu là không thẩm thấu nước. Tiếp đến khoang nhiều lỗ nhỏ trên mạn tàu và đặt tấm lá chắn 2 bên mạn tàu. Tiến hành đo độ sâu cần lặn để xác định độ cao của ống thông hơi, ống thông hơi được gắn đủ cao để không cho nước vào và cung cấp không khí cho người bên trong tàu. Để cho tàu lặn xuống ta đẩy vít ra cho nước xuyên qua các lỗ rồi dần dần sẽ tăng trọng lượng tàu và kết quả tàu sẽ lặn xuống. Ngược lại, họ vít để đẩy nước ra và giúp tàu trở lại trạng thái nổi ban đầu. Tuy vậy, mọi ý kiến và đề xuất của ông đưa ra đều bị xem là viễn tưởng. Năm 1620, Van Drebbel đã xây dựng một mô hình một chiếc thuyền nhỏ một chỗ ngồi, có khả năng lặn và bơi dưới nước. Năm 1624 chiếc tàu lặn đầu tiên không chỉ thực hiện được thao tác lặn nổi mà còn chuyển động trong nước được thiết kế bởi các nhà khoa học Hà Lan, tiêu biểu là Cornelius Van Drebbel, người đã sống ở Anh. Và điều đáng chú ý là ngay khi chế tạo thành công thì được dùng ngay vào việc tiêu diệt hạm đội của đối phương, và nó dẫn theo sự ra đời các tàu ngầm sau chủ yếu là phục vụ trong quân đội. Năm 1632, một người Anh tên là Richard Norwood đã phát minh ra máy lặn, “đã nhận được bằng sáng chế 56”. Ông cũng là một trong những người đầu tiên được nhận bằng sáng chế khoa học thế giới. Máy để lặn là công cụ có thể ngâm trong nước, có khả năng lặn nổi với nhiệm vụ là nâng hoặc gỡ bỏ các thiết bị trên mặt biển hay dưới mặt nước biển. MEVA thiết bị kiểu chuông lặn, và không phải một chiếc tàu ngầm, có khả năng di chuyển, nhưng sự ra đời của “Máy lặn “ hiếm khi được đề cập trong lịch sử ngành công nghiệp đóng tàu. Năm 1644, trong cuốn sách của mình, Mersenne đề nghị làm một chiếc tàu ngầm bằng kim loại (đồng) và "xây dựng trên hình dạng của cá, cả hai mũi mài nhọn để làm giảm sức cản" 9 Mersenne nghĩ rằng nó cần thiết làm một vài vị trí bên mạn hay đáy thuyền làm bằng thủy tinh hoặc vật liệu trong suốt khác để quan sát xung quanh. Và kiểm tra và quan sát các đối tượng nằm trên bề mặt nước ông đã đề nghị sử dụng obscura máy ảnh, tức là hệ thống quang học với gương cầu - nguyên mẫu của tầm nhìn hiện đại bằng kính tiềm vọng. Chọn thuyền không gian bên trong Mersenne được đề nghị sử dụng các chất Phos forestsiruyuschih cho phép lưu không khí cần thiết cho các phi hành đoàn. Cách vào và thóat khỏi kiôt phải được thực thông qua germeti (nắp bật) đóng mở khẩn cấp là thích hợp cho việc di tản khẩn cấp của phi hành đoàn trong trường hợp nguy hiểm. Xác định hướng chuyển động dưới nước có thể là la bàn (đối với kim từ tính ở độ sâu hay dưới nước hay trên không khí lấy được vị trí tương tự như mặt nước). Hãy cung cấp thêm không khí bên trong tàu ngầm thích hợp thông qua các ống dài với sự trợ giúp của máy bơm đặc biệt. Mục đích chính của tàu ngầm lúc này là phục vụ cho chiến tranh dưới nước, cho nên nhiệm vụ còn được đặt ra còn phải làm thế nào đành thủng tàu đáy tàu của đối phương. Bắn (Pierce) dưới nước là một lợi thế súng ngắn barreled của tầm cỡ lớn (như vậy để được gọi là "kolumbiad"), khả năng phá hủy lớn đến phương tiện tàu đối phương. Ông đề nghị thiết kế một không gian đặt súng. Trước khi súng bắn, kéo đàu đạn gần lô đặt súng này sau đó nâng van và một viên đạn được đưa tới. Một khi đã xác định đúng hướng, cùng với súng đã được đóng, van được tự động đưa đạn vào nòng súng và đóng lỗ đặt súng. Hầu hết các ý tưởng và đề xuất Mersenne khá hợp lý và áp dụng vào thực tế của (ngoại trừ súng dưới nước). Trong những phát minh sau này phần lớn đều theo các đề xuất của Mersenne. Vào năm 1773, đánh dấu sự ra đời của chiếc chuông lặn đầu tiên được nhà phát minh bởi người Mỹ David Bushnell (David Bushnetl; 1740 –1826). Bushnell được sinh ra tại một trang trại gần thị trấn Seibu-hand (Saybrook), Connecticut. Ông đã có ba chị em gái và em trai. Nền kinh tế xa xút, gia đình sống trong cảnh 10 nghèo đói. David phải làm nghề cơ khí khi còn nhỏ và vì hoàn cảnh khó khăn không cho phép anh ta được học hành. Với quyết tâm theo học, ông đã bán hết đất đai để được ghi danh vào trường Đại Học Yale College vào năm 1771, và sau 2 năm học tập nguyên cứu David Bushnell đã cho ra đời chiếc chuông lặn đầu tiên. Chuông lặn có kích thước (cao 2,28 m, tối đa đường kính 1,82 m). Chuông lặn được làm bằng gỗ sồi, các mảng gỗ được kết hợp với nhau thành khung bằng bu lông và các vòng tròn thép quấn xung quanh. Hình 2: Chuông lặn 1- Trường hợp 6 - Mũi khoan 11 - Van điều chỉnh tăng 2 - Nắp 7 - Bơm chấn lưu 3 - Bánh lái 8 - Thùng để dằn nước 12 - Ống thông gió 4 - Vít 9 - Kim loại chấn lưu 13 - Kính đồng hồ áp lực 5 - Mina 10-Thiết bị để dằn 11 Mặc dù "Chuông lặn " của David Bushnell là cơ cấu vẫn còn rất thô sơ mà trong thực tế Bushnell nó đã hé mở một ý tưởng khoa học trong ngành công nghiệp đóng tàu thế giới. Giáo dục đại học đã cho phép ông ta chế tạo những thành tựu khoa học và công nghệ. Chuông lặn này là một trong số những thiết bị lặn mà sau này có rất nhiều ứng dụng trong “tàu ngầm” thật. Như vậy, với sự ra đời của "chuông lặn" dưới nước ngành đóng tàu đã được thực hiện một bước tiến đáng kể về công nghệ chế tạo tàu ngầm. 12 Submarine đầu tiên trong quân sự là The Nautilus (1800). Hình 3: Dự thảo của các tàu ngầm "Nautilus", 1797. 14 – Bộ truyền tốc độ cho 1- Anchor 7 - Khoan 2 - Windlass 8 - Một cơ chế cho việc hạ chân vịt 3 - Body thấp của cột buồm và gấp 15 - Volăng chỉ đạo 4 - Cơ chế cho các các buồm hướng mỏ dây thừng 16 - lever van dằn 9 - Mina 5 - Vách ngăn kín 10 – Sail nước 17 - keel 11 – Khoang dằn 6 - Kính để quan 12 – Chân vịt sát, với sự nở 13 – Bánh lái Trong 1800, Pháp đã xây dựng “powered submarine” thiết kế bởi người Mỹ Robert Fulton là các Nautilus. Người Pháp cuối cùng đã hình thành công việc thử nghiệm trong năm 1804 và đây là một bất ngờ cho Hải quân Anh khi họ xem xét bản thiết kế submarine của Fulton. 13 Các tàu ngầm "Nautilus" được sử dụng trong chiến tranh 1812 đến 1851, và chấm dứt việc sử dụng vào năm 1887 và hiện được cất giữ tại một bảo tàng ở Dresden. Các tàu lặn ra đời sau ngày càng hoàn thiện dần khi gắn liền với sự phát triển của khoa học công nghệ, đặc biệt là lĩnh vực công nghệ thông tin- liên lạc. Tuy nhiên ngành công nghiệp tàu ngầm hiện đại và cũng là khoảng thời gian phát triển vũ bão là trong khoảng 2 cuộc chiến tranh thế giới. Submarines có một trong các khả năng, kích cỡ và phạm vi ứng dụng khác nhau, từ nhỏ ví dụ một hoặc hai người điều hành tàu trong một vài giờ, hoặc có thể dùng cho ca tiểu đội trong thời gian 6 tháng và Submarines có thể làm ở vị trí sâu hơn. Submarines là lần đầu tiên được sử dụng rộng rãi trong Chiến tranh Thế giới thứ I. Quân đội sử dụng để tấn công tàu thuyền hoặc submarines, máy bay chiến đấu. Trước khi và trong thời gian Chiến tranh Thế giới thứ II, chính vai trò của submarine tạo nên sức mạnh quân sự của các quốc gia. Submarines tấn công dù là trên bề mặt hoặc dưới nước, bằng cách sử dụng torpedoes (ngư lôi) hoặc trên mặt (deck) súng.. Nó đặc biệt hiệu quả trong việc đánh chìm các tàu vượt Đại Tây Dương (sinking Allied transatlantic) vận chuyển trong cả 2 cuộc chiến tranh thế giới và các hoạt động kinh doanh vũ các nước thù địch hay hoạt động như cung cấp cho các tàu khác submarines. Submarines thường có thể định vị các cuộc tấn công của submarines khác ở trên không gian. Anh phát triển một chuyên môn anti-submarine submarine trong Chiến tranh Thế giới thứ I. Sau khi Chiến tranh Thế giới thứ II, với sự phát triển của các ngư lôi homing, sonar (thiết bị phát hiện tàu ngầm của Mỹ), và hạt nhân submarines cũng đã trở nên có khả năng ngắm bắn nhau một cách hiệu quả. 14 Hình 4: Mô hình tàu ngầm hạt nhân Gunther Prien 's U-47 Submarines nguyên thủy sớm có thể được phát hiện dưới âm thanh của nó thực hiện.. Vì nước có khả năng truyền âm thanh rất tốt và submarines có thể phát hiện và theo dõi các tiếng động từ khoảng cách tương đối lớn. Submarines hiện đại được xây dựng với khả năng ẩn nấu cao. Nhờ nâng cao trình độ thiết kế chân vịt, tiêu trừ âm thanh - giảm nhiệt máy móc thiết bị và đặc biệt cho phép một submarine có thể đứng yên lặng tại một vị trí xác định làm cho chúng đặc biệt khó phát hiện. Với công nghệ chuyên ngành mới có khả năng tìm và tấn công submarines hiện đại. Mặc dù phần lớn trên thế giới submarines là những quân đội, có một số công trình dân dụng submarines. Submarines có nhiều loại sử dụng, bao gồm du lịch, thăm dò, dầu khí, kiểm tra đường ống và các cuộc điều tra, Submarines cho dân sử dụng bao gồm hàng hải khoa học.Submarines cũng có thể được chuyên môn vào một chức năng như: tìm kiếm và cứu hộ, hoặc sửa chữa undersea cáp. Submarines cũng đang được sử dụng trong du lịch và học tập cho các nghiên cứu. Submarine du lịch đầu tiên đã được đưa ra năm 1985 đến 1997 đã có 45 chiếc tàu ngầm hoạt động trên khắp thế giới. 2.1.3 Phân loại tàu lặn Các phương tiện ngầm dùng cho mục đích thăm dò và quan sát đáy biển được phân loại như sau: - Phân loại theo cơ chế tự hành AUV: autonomous underwater vehicles - Phương tiện ngầm tự hành - Phương tiện ngầm không tự hành, theo tàu mẹ 15 - Phân loại theo cơ chế điều khiển ROV: remotely operated vehicles - phương tiện được vận hành từ xa URV: underwater robotic vehicles - phương tiện rô bốt ngầm UUV: unmanned underwater vehicles - phương tiện ngầm không người lái 2.2 Quy định tính toán tàu lặn theo quy phạm Độ bằng phẳng nằm trong giới hạn sai số cho phép được đang kiểm chấp nhận. - Độ bằng phẳng ở góc mối hàn trên hình trụ vỏ chịu áp lực giá trị lớn nhất cũng chỉ bằng 1/10 chiều dày dọc mối hàn và 1/5 vòng tròn mối hàn hoặc nhỏ hơn 3mm lấy giá trị nào nhỏ hơn. Sự liên kết ở góc mối hàn trên hình cầu vỏ chịu áp lực độ đắp cao nhiều nhất cũng chỉ bằng 1/10 chiều dày hoặc 3mm lấy giá trị nào nhỏ hơn. - Độ biến dạng của sườn trên vỏ hình trụ chịu áp lực là không vượt quá 1/40 độ dày sườn đối với sườn phía ngoài và 1/20 dối với sườn phía trong hoặc 2mm lấy giá trị nào nhỏ hơn. - Độ bằng phẳng ở gốc mối hàn trên bề mặt sườn giá trị lớn nhất không được vượt quá 2mm cả về hướng chiều sâu và chiều rộng. - Kết quả đo đường kính vòng quanh chu vi phía trong thân chịu áp lực, giá trị tuyệt đối độ lệch của e1, e2 và e3 liên hệ với độ lệch đường tròn thật là không được vượt quá trong khoảng cho phép.  ½ chiều dài của thân chịu áp lực hoặc 10mm lấy giá trị nào nhỏ hơn trong tất cả các giá trị.  Giá trị tuyệt đối e2 không được vượt quá giá trị thiết kế sử dụng trong tính toán độ bền vỏ chịu áp lực. Trong đó: - e1: Khoảng cách từ một điểm tại mặt trong của đường tròn trung bình trừ đi bán kính của đường tròn trung bình (mm). - e2: Trị tuyệt đối cực đại của độ chênh giữa giá trị e1 tại một điểm nhất định và tại một điểm nằm trên một cung tròn ở mặt trong của vỏ chịu áp lực có chiều dài 16 bằng ½ chiều dài cung vòm đối với vỏ áp lực hình trụ và bằng chiều rộng bản mép đối với vỏ áp lực hình cầu (mm). - e3: Độ lệch của bán kính trung bình và bán kính đường tròn thiết kế. Đường tròn trung bình là đường tròn có lý tưởng có diện tích trong bằng diện tích trong của đường tròn của vỏ chịu áp lực và giá trị độ lệch trung bình giữa bán kính đường tròn trung bình và bán kính của vỏ áp lực là nhỏ nhất. Đường tròn thiết kế là đường tròn có đường kính bằng đường kính thiết kế. ½ chiều dài vòm là chiều dài một cung tròn được xác định theo công thức sau: 4 Dl 2 t Chiều rộng bản mép là chiều dài một cung tròn được xác đinhm theo công thức sau: 3.l R1t 4 3(1  v 2 ) D: Đường tròn đường kính thiết kế (mm). R1: Bán kính trong khu vực bản mép (mm). t: Chiều dày tôn vỏ (mm). l :Khoảng sườn  : Tỉ số poát xông 2.3 Các phương pháp lặn, nổi Phương pháp, nguyên lý, cơ sở lý thuyết lặn của tàu ngầm và các thiết bị mô hình lặn: 2.3.1 Cơ bản về công nghệ lặn: Về cơ bản, có 2 cách để làm tàu lặn xuống: dynamic diving (lặn động lực) và static diving (lặn tĩnh lực). Có nhiều mô hình tàu ngầm sử dụng phương pháp động lực (dynamic method) trong khi lặn tĩnh lực (static diving) được sử dụng bởi tất cả các tàu ngầm quân sự. Những tàu lặn động lực là những tàu ngầm mà vốn đã có sẵn tính nổi, chúng luôn có khả năng tự nổi. Loại tàu này thiết kế lặn được nhờ kết hợp
- Xem thêm -