Đề tài Nghiên cứu thiết kế tàu canô cao tốc kéo dù bay nhằm phục vụ du lịch biển trên vịnh Nha Trang

ịnh ở 4 trường hợp tải trọng: Trường hợp 1: Tàu đủ khách, với 100% dự trữ. Trường hợp 2: Tàu đủ khách, với 10% dự trữ. Trường hợp 3: Tàu không khách, với 100% dự trữ. Trường hợp 4: Tàu không khách, với 10% dự trữ. Ngoài 4 trường hợp tải trọng trên thì đối với canô kéo dù kiêm chở khách cao tốc, ta cần phải kiểm tra ổn định cho canô thiết kế trong trường hợp canô kéo dù. 1.Trường hợp I: Tàu đủ khách và 100% dự trữ. TT Các thành phần tải trọng P(tấn) TRỤC X TRỤC Z X(m) Mx(T.m) Z(m) Mz(T.m) 1 Canô không 1.05 -0.85 -0.8925 0.45 0.4725 2 Nhiên liệu 0.1 -0.65 -0.065 0.35 0.035 3 Thuyền viên 0.15 0.5 0.075 1.65 0.2475 4 Hành khách +Hành lý 0.45 -1.8 -0.81 1.6 0.72 5 Tổng cộng 1.75 Xg = -0.96714 Zg = 0.842857143 2.Trường hợp II: Tàu đủ khách và 10% dự trữ. TT Các thành phần tải trọng P(tấn) TRỤC X TRỤC Z X(m) Mx(T.m) Z(m) Mz(T.m) 1 Canô không 1.05 -0.85 -0.8925 0.45 0.4725 2 Nhiên liệu 0.01 -0.65 -0.0065 0.35 0.0035 3 Thuyền viên 0.15 0.5 0.075 1.65 0.2475 4 Hành khách +Hành lý 0.45 -1.8 -0.81 1.6 0.72 5 Tổng cộng 1.66 Xg = -0.98434 Zg = 0.869578313 3.Trường hợp III: Tàu không khách và 100% dự trữ. TT Các thành phần tải trọng P(tấn) TRỤC X TRỤC Z X(m) Mx(T.m) Z(m) Mz(T.m) 1 Canô không 1.05 -0.85 -0.8925 0.45 0.4725 2 Nhiên liệu 0.1 -0.65 -0.065 0.35 0.035 3 Thuyền viên 0.15 0.5 0.075 1.65 0.2475 4 Hành khách +Hành lý 0 -1.8 0 1.6 0 5 Tổng cộng 1.3 Xg = -0.678846 Zg = 0.580769231 4.Trường hợpIV: Tàu không khách và 10% dự trữ. TT Các thành phần tải trọng P(tấn) TRỤC X TRỤC Z X(m) Mx(T.m) Z(m) Mz(T.m) 1 Canô không 1.05 -0.85 -0.8925 0.45 0.4725 2 Nhiên liệu 0.01 -0.65 -0.0065 0.35 0.0035 3 Thuyền viên 0.15 0.5 0.075 1.65 0.2475 4 Hành khách +Hành lý 0 -1.8 0 1.6 0 5 Tổng cộng 1.21 Xg = -0.680992 Zg = 0.597933884 Bảng 3.7:Tính ổn định ban đầu TT Đại lượng Ký hiệu Đơn vị Các trường hợp tải trọng 1 2 3 4 1 Lượng chiếm nước D T 1.75 1.66 1.3 1.21 2 Thể tích chiếm nước V m3 1.708 1.62 1.269 1.181 3 Chiều chìm trung bình TTB m 0.309 0.3 0.26 0.25 4 Hoành độ trọng tâm Xg m -0.96 -0.98 -0.67 -0.68 5 Hoành độ tâm nổi Xc m -0.7 -0.76 -0.62 -0.65 6 Hiệu hai toạ độ Xg- Xc m -0.26 -0.22 -0.05 -0.03 7 Cao độ trọng tâm Zg m 0.84 0.86 0.58 0.59 8 Bán kính ổn định dọc R m 3.7 4 5.2 5.6 9 Cao độ tâm nổi Zc 0.22 0.22 0.22 0.21 10 Chiều cao ổn định tâm dọc H0= R+Zc-Zg m 3.08 3.35 4.84 5.22 11 Chiều dài canô L m 4.9 4.8 3.9 3.8 12 Nghiêng dọc = (Xg- Xc).L/H0 m -0.42 -0.31 -0.04 -0.02 13 Hoành độ trọng tâm MĐN Xf m -0.86 -0.92 -1.25 -1.35 14 Nghiêng dọc mũi =(L/2- Xf)/L m -0.28 -0.21 -0.03 -0.02 15 Nghiêng dọc lái =(L/2+ Xf)/L -0.13 -0.01 -0.03 -0.04 16 Chiều chìm mũi Tm= d+ m 0.223 0.29 0.47 0.48 17 Chiều chìm đuôi Tđ= d- m 0.647 0.52 0.503 0.502 18 Bán kính ổn định ngang r m 1.46 1.51 1.66 1.71 19 Chiều cao tâm ổn định h0= r+Zc-Zg m 0.84 0.86 1.3 1.33 Nhận xét: h0 > 0,35 (m) trong cả 4 trường hợp chứng tỏ canô đủ ổn định ban đầu Kết luận:Canô đủ ổn định ban đầu. 3.7.3. Tính tay đòn ổn định cho các trường hợp: Tay đòn ổn định tĩnh được tính theo công thức gần đúng của Blagôvesenxki: lq = (ZC90 –ZC0)f1(q) + yC90f2(q) + r0f3(q) – (Zg-ZC0)Sinq. Trong đó: + ZC0 – Cao độ tâm nổi của canô tại góc nghiêng q = 00. + r0 - Bán kính ổn định của canô tại góc nghiêng q = 00. + ZC0 và r0 được tính theo công thức Ơle: ZC0 =. r0 =. + Xác định tọa độ tâm nổi của canô khi đã nghiêng q = 900 theo công thức của Pozdyunin: yC90 =. ZC90 =. + r90: Bán kính ổn định của canô tại góc nghiêng q = 900 được tính theo công thức của Pazdianhom: r90 =. fi(q): là hàm phụ thuộc vào góc nghiêng của canô. Giá trị hàm tra theo bảng 3.8 Bảng 3.8: Bảng giá trị của hàm fi(q) fi(q) (q)độ f1(q) f2(q) f3(q) sin(q) 10 -0.0051 0.0156 0.1632 0.1736 20 -0.0376 0.1164 0.2632 0.3420 30 -0.1070 0.3480 0.2590 0.5000 40 -0.1952 0.6912 0.1468 0.6428 50 -0.2541 1.0554 -0.0353 0.7660 60 -0.2165 1.2900 -0.2165 0.8660 70 -0.0161 1.1688 -0.6130 0.9397 80 0.3899 0.8478 -0.2529 0.9848 90 1.0000 0.0000 0.0000 1.0000 Với lượng chiếm nước của canô, dựa trên đồ thị tĩnh thủy lực ta tìm được các thông số cơ bản của canô thiết kế và từ đó tính được các thông số hình học của tàu như trong bảng 3.9 sau: Bảng 3.9 : Bảng các thông số hình học của canô TT Các thông số Các trường hợp tải trọng 1 2 3 4 1 Hệ số a 0.785 0.78 0.775 0.767 2 Hệ số d 0,309 0,3 0,26 0,25 3 Mớn nước T 0.4 0.37 0.38 0.39 4 Hoành độ trọng tâm XG -0.96 -0.98 -0.67 -0.68 5 Hoành độ tâm nổi XC -0.7 -0.76 -1.1 -1.21 6 Cao độ tâm nổi ZC 0.22 0.22 0.22 0.21 7 r90 -0.0017 -0.0010 -0.0006 -0.0004 8 zc0 1.5470 1.5681 1.5901 1.6117 9 r0 1.320 1.460 1.560 1.690 10 yc90 0.6054 0.7253 0.8908 1.1061 11 zc90 1.4809 1.5043 1.5288 1.5527 12 zc90 – zc0 -0.0662 -0.0638 -0.0614 -0.0590 13 zg – zc0 0.0430 0.0819 -0.0501 -0.4507 Tay đòn ổn định động được tính toán theo công thức sau: lqđ = Áp dụng công thức tính toán trên cho từng trường hợp tải trọng theo yêu cầu của quy phạm đã nêu, kết quả tính được cho ở các bảng: 3.10; 3.11; 3.12; 3.13 Bảng 3.10: Trường hợp 1 q (ZC90-ZC0)* f1(q) YC90*f2(q) r0*f3(q) (Zg-ZC0)* Sin(q) Lq=[2]+[3]+[4] -[5] å[6] ld=1/2dq*[7] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] 10 0.0117 0.0006 0.3171 0.0075 0.3220 0.3220 0.0281 20 0.0872 0.0041 0.4961 0.0147 0.5727 0.8947 0.0781 30 0.2585 0.0117 0.4504 0.0215 0.6991 1.5938 0.1391 40 0.4422 0.0209 0.1848 0.0276 0.6202 2.2140 0.1933 50 0.7367 0.0257 -0.1917 0.0329 0.5377 2.7517 0.2402 60 0.8376 0.0185 -0.4924 0.0372 0.3265 3.0782 0.2687 70 0.6986 -0.0059 -0.5296 0.0404 0.1228 3.2010 0.2795 80 0.3283 -0.0427 -0.2573 0.0423 -0.0139 3.1871 0.2782 90 0.0000 -0.0662 0.0000 0.0430 -0.1092 3.0779 0.2687 Hình 3.8: Đồ thị ổn định trường hợp 1 Bảng3.11: Trường hợp 2 q (ZC90-ZC0)* f1(q) YC90*f2(q) r0*f3(q) (Zg-ZC0)* Sin(q) Lq=[2]+[3]+[4] -[5] å[6] ld=1/2dq*[7] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] 10 0.0141 0.0005 0.3526 0.0142 0.3530 0.3530 0.0308 20 0.1045 0.0040 0.5515 0.0280 0.6320 0.9850 0.0860 30 0.3097 0.0113 0.5007 0.0410 0.7807 1.7657 0.1541 40 0.5298 0.0201 0.2055 0.0526 0.7027 2.4684 0.2155 50 0.8825 0.0248 -0.2131 0.0627 0.6314 3.0998 0.2706 60 1.0035 0.0178 -0.5474 0.0709 0.4030 3.5027 0.3058 70 0.8369 -0.0057 -0.5888 0.0770 0.1656 3.6683 0.3202 80 0.3933 -0.0412 -0.2861 0.0807 -0.0145 3.6538 0.3190 90 0.0000 -0.0638 0.0000 0.0819 -0.1457 3.5081 0.3063 Hình 3.9: Đồ thị ổn định trường hợp 2 Bảng 3.12:Trường hợp 3 q (ZC90-ZC0)* f1(q) YC90*f2(q) r0*f3(q) (Zg-ZC0)* Sin(q) Lq=[2]+[3]+[4] -[5] å[6] ld=1/2dq*[7] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] 10 0.0173 0.0005 0.3810 -0.0087 0.4075 0.4075 0.0356 20 0.1284 0.0038 0.5961 -0.0171 0.7454 1.1529 0.1007 30 0.3804 0.0109 0.5412 -0.0251 0.9575 2.1104 0.1842 40 0.6506 0.0194 0.2221 -0.0322 0.9243 3.0346 0.2649 50 1.0839 0.0238 -0.2303 -0.0384 0.9158 3.9504 0.3449 60 1.2324 0.0171 -0.5916 -0.0434 0.7014 4.6518 0.4061 70 1.0279 -0.0054 -0.6363 -0.0471 0.4332 5.0850 0.4439 80 0.4831 -0.0396 -0.3092 -0.0493 0.1836 5.2687 0.4600 90 0.0000 -0.0614 0.0000 -0.0501 -0.0113 5.2574 0.4590 Hình 3.10: Đồ thị ổn định trường hợp 3 Bảng 3.13 :Trường hợp 4 q (ZC90-ZC0)* f1(q) YC90*f2(q) r0*f3(q) (Zg-ZC0)* Sin(q) Lq=[2]+[3]+[4] -[5] å[6] ld=1/2dq*[7] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] 10 0.0215 0.0005 0.4100 -0.0782 0.5102 0.5102 0.0445 20 0.1594 0.0037 0.6414 -0.1541 0.9586 1.4688 0.1282 30 0.4723 0.0104 0.5823 -0.2254 1.2904 2.7592 0.2409 40 0.8079 0.0186 0.2390 -0.2897 1.3552 4.1143 0.3592 50 1.3459 0.0229 -0.2478 -0.3452 1.4662 5.5805 0.4872 60 1.5303 0.0165 -0.6365 -0.3903 1.3005 6.8811 0.6007 70 1.2763 -0.0052 -0.6847 -0.4235 1.0099 7.8910 0.6889 80 0.5998 -0.0381 -0.3327 -0.4438 0.6729 8.5639 0.7476 90 0.0000 -0.0590 0.0000 -0.4507 0.3917 8.9556 0.7818 Hình 3.11: Đồ thị ổn định trường hợp 4 3.7.4. Kiểm tra ổn định theo tiêu chuẩn thời tiết: Ổn định của Canô được kiểm tra cho 4 trường hợp tải trọng trên. Nội dung kiểm tra bao gồm: Mv ³ Mc hay K = Mc / Mv ³ 1. Trong đó: Mv : mômen nghiêng tác dụng động gây nên bởi áp suất gió (Tm). Mv = 0,001 Pv * Av * Z (Tm) Pv : áp lực gió tính toán (Kg/m3). Av : diện tích mặt chịu gió (m3). Z : khoảng cách từ tâm chịu gió tới mặt đường nước thực tế (m). Mc : mômen lực được xác định theo công thức: Mc = D*lđ (Tm). lđ : cánh tay đòn ổn định động được xác định trên đồ thị (m). D: trọng lượng chiếm nước của Canô (Tấn). Biên độ chòng chành của Canô được xác định theo bảng 7.2.3 (TCVN 5801- 2001). Phụ thuộc trị số m được xác định tại 2.3.3 và 2.3.4 trang 445 [tài liệu 3] Kết quả tính được trình bầy trong bảng 3.14 1.Diện tích và tọa độ tâm chịu gió. Trường hợp 1: Canô đủ khách và 100% dự trữ. T1 = 0,309 (m). TT Bề mặt hứng gió Si (m2) Ki Zi (m) AV = Ki*Si (m2) M = Ki*Si*Zi (m3) 1 Mạn khô 3.6 1 0.3 3.6 1.08 2 Cọc buộc + bạt che 0.01 0.6 0.9 0.006 0.0054 Tổng cộng 3.61 1.2 3.606 1.0854 Z = 0.300 Trường hợp 2: Canô đủ khách và 10% dự trữ. T2 = 0,3 (m). TT Bề mặt hứng gió Si (m2) Ki Zi (m) AV = Ki*Si (m2) M = Ki*Si*Zi (m3) 1 Mạn khô 3.708 1 0.309 3.708 1.145772 2 Cọc buộc + bạt che 0.01 0.6 0.909 0.006 0.005454 Tổng cộng 3.718 1.218 3.714 1.151226 Z = 0.309 Trường hợp 3: Canô không khách và 100% dự trữ. T3 = 0,26 (m). TT Bề mặt hứng gió Si (m2) Ki Zi (m) AV = Ki*Si (m2) M = Ki*Si*Zi (m3) 1 Mạn khô 4.002 1 0.3385 4.002 1.354677 2 Cọc buộc + bạt che 0.01 0.6 0.934 0.006 0.005604 Tổng cộng 4.012 1.2725 4.008 1.360 Z = 0.339 Trường hợp 4: Canô không khách và 10% dự trữ. T4 = 0,25 (m). TT Bề mặt hứng gió Si (m2) Ki Zi (m) AV = Ki*Si (m2) M = Ki*Si*Zi (m3) 1 Mạn khô 4.08 1 0.339 4.08 1.38312 2 Cọc buộc + bạt che 0.01 0.6 0.939 0.006 0.0056 Tổng cộng 4.09 1.278 4.086 1.3887 Z = 0.34 Mômen nghiêng do tác động của gió Mv và mômen Mc : Bảng 3.14: Bảng xác định các tải trọng động TT Các thông số Ký hiệu Đơn vị Các trường hợp tải trọng 1 2 3 4 1 Lượng chiếm nước D Tấn 1.75 1.66 1.3 1.21 2 Mớn nước T m 0.307 0.3 0.26 0.25 3 Diện tích hứng gió AV m2 3.6 3.708 4.002 4.08 4 Chiều cao tâm hứng gió Z m 0.3 0.309 0.339 0.4 5 Chiều cao tâm ổn định ban đầu h0 m 1.29 1.42 1.63 1.62 6 Hệ số béo thể tích d 0.45 0.52 0.55 0.58 7 Áp lực gió PV Kg/m2 16 16 16 16 8 Mômen do gió MV Tm 0.07 0.067 0.05 0.046 9 Trị số n1 n1 0.287 0.35 0.97 1.15 10 Trị số mo m0 0.78 0.8 2.31 3 11 Trị số m1 m1 1/s 0.686 0.671 1.809 2.357 12 Tỷ số B/d B/d 7.14 7.037 8 8.095 13 Trị số m2 m2 0.92 0.93 0.96 0.967 14 Trị số m3 m3 0.95 0.97 0.86 0.7 15 Trị số m m 0.449 0.454 1.120 1.196 16 Biên độ lắc fl Độ 9.5 9.5 19 21 17 Tay đòn ổn định động ứng với fr lđr m 0,128 0,151 0,126 0,176 18 Góc vào nước fv Độ 32,7 33,3 33,9 34,6 19 Tay đòn ổn định động ứng với ff lđf m 0,155 0,172 0,206 0,274 20 Mômen lực cho phép MC Tm 0.2418 0.252 0.21 0.25 21 Hệ số ổn định K=Mchg/Mng K 3.4542 3.773 4.2642 5.628 Nhận xét: Trong cả 4 trường hợp K >1.Như vậy, canô thoả mãn điều kiện ổn định 3.7.5. Kiểm tra ổn định theo yêu cầu bổ sung. 3.7.5.1. Các trường hợp tải. Dựa vào các trường hợp tải đã tính trước, ở đây chỉ kiểm tra theo yêu cầu bổ sung 2 trường hợp tải nguy hiểm nhất khi khách tập trung một bên mạn. Đó là trường hợp canô hoạt động với 100% dự trữ và 100% khách và trường hợp canô hoạt động với 10% dự trữ và 100% khách. Nếu hai trường hợp này canô đảm bảo ổn định thì các trường hợp còn lại canô cũng sẽ ổn định. Trường hợp5: Tàu đủ khách và 100% dự trữ. TT Các thành phần tải trọng P(tấn) TRỤC X TRỤC Z X(m) Mx(T.m) Z(m) Mz(T.m) 1 Canô không 1.05 -0.85 -0.8925 0.45 0.4725 2 Nhiên liệu 0.1 -0.65 -0.065 0.35 0.035 3 Thuyền viên 0.15 0.5 0.075 1.65 0.2475 4 Hành khách +Hành lý 0.45 -1.8 -0.81 1.6 0.72 5 Tổng cộng 1.75 Xg = -0.96714 Zg = 0.842857143 Trường hợp 6: Tàu đủ khách và 10% dự trữ. TT Các thành phần tải trọng P(tấn) TRỤC X TRỤC Z X(m) Mx(T.m) Z(m) Mz(T.m) 1 Canô không 1.05 -0.85 -0.8925 0.45 0.4725 2 Nhiên liệu 0.01 -0.65 -0.0065 0.35 0.0035 3 Thuyền viên 0.15 0.5 0.075 1.65 0.2475 4 Hành khách +Hành lý 0.45 -1.8 -0.81 1.6 0.72 5 Tổng cộng 1.66 Xg = -0.98434 Zg = 0.869578313 Xác định đồ thị ổn định tĩnh. Trường hợp 1: D = 1,75 (tấn); Zg = 0,84 (m) q (ZC90-ZC0)* f1(q) YC90*f2(q) r0*f3(q) (Zg-ZC0)* Sin(q) Lq=[2]+[3]+[4] -[5] å[6] ld=1/2dq*[7] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] 10 0.038952 -0.01408 0.0054 0.003806 0.026529 0.0265 0.004629 20 0.133086 -0.04506 0.0071 0.007524 0.087631 0.1141 0.019921 30 0.240204 -0.0704 0.0052 0.011 0.164029 0.2781 0.048544 40 0.321354 -0.09011 0.0019 0.014124 0.219018 0.4972 0.086763 50 0.363552 -0.0704 -0.0009 0.016852 0.27535 0.7725 0.134811 60 0.350568 -0.02253 -0.0028 0.019492 0.305698 1.0782 0.188155 70 0.27591 0.07321 0.0028 0.020658 0.331318 1.4095 0.24597 80 0.152562 0.16332 -0.0014 0.021648 0.292817 1.7023 0.297067 90 0 0.2816 0 0.022 0.2596 1.9619 0.342367 Trường hợp 2: D = 1,66 (tấn); Zg = 0,86 (m). q (ZC90-ZC0)* f1(q) YC90*f2(q) r0*f3(q) (Zg-ZC0)* Sin(q) Lq=[2]+[3]+[4] -[5] å[6] ld=1/2dq*[7] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] 10 0.038952 -0.01408 0.0054 0.003806 0.026529 0.0265 0.004629 20 0.133086 -0.04506 0.0071 0.007524 0.087631 0.1141 0.019921 30 0.240204 -0.0704 0.0052 0.011 0.164029 0.2781 0.048544 40 0.321354 -0.09011 0.0019 0.014124 0.219018 0.4972 0.086763 50 0.363552 -0.0704 -0.0009 0.016852 0.27535 0.7725 0.134811 60 0.350568 -0.02253 -0.0028 0.019492 0.305698 1.0782 0.188155 70 0.27591 0.07321 0.0028 0.020658 0.331318 1.4095 0.24597 80 0.152562 0.16332 -0.0014 0.021648 0.292817 1.7023 0.297067 90 0 0.2816 0 0.022 0.2596 1.9619 0.342367 Trong đó: là cánh tay đòn ổn định tĩnh 3.7.5.3. Trường hợp khách tập trung bên mạn: * Điều kiện mô men: Mchpk Mk (3.76) Trong đó: + Mk : là mô men nghiêng tĩnh do khách tập trung một bên mạn gây ra được xác định theo sơ đồ ứng với việc tập trung khách nguy hiểm nhất về mặt ổn định trong điều kiện hoạt động bình thường của canô như sau: Theo bố trí chung của canô, trường hợp nguy hiểm nhất là tất cả các khách đều tập trung về bên mạn. Mk = Pk.y (T.m). (3.77) Với: + là trọng lượng hành khách trên canô: Pk = 6 người x 75 kg/người = 0,45 (tấn). + y : là khoảng cách từ tâm khu vực tập khách đến mặt cắt dọc giữa canô theo sơ đồ trên, ta xác định được y = 0.645 (m) + Mchpk: là mô men cho phép giới hạn tính theo góc nghiêng tĩnh do hành khách tập trung một bên mạn gây ra. Mchpk = D.lk (T.m). (3.79) Với: D là lượng chiếm nước của canô (tấn). + lk được xác định trên đồ thị tĩnh theo góc nghiêng do khách tập trung bên mạn. * Điều kiện góc nghiêng tĩnh: (3.80) Trong đó: là góc nghiêng tĩnh cho phép giới hạn, < 120 (do canô có chiều dài nhỏ hơn 30m ). : là góc nghiêng tĩnh do khách tập trung một bên mạn gây ra được xác định theo công thức: (độ). (3.81) với: Mk mô men nghiêng tĩnh do khách tập trung một bên mạn gây ra. M1: mô men nghiêng ngang canô 10 xác định theo công thức: M1 = D.h0/57,30 (T.m). (3.82) Với D là lượng chiếm nước của canô (tấn). h0 là chiều cao tâm nghiêng ban đầu. Bảng 3.15: Bảng tính ổn định khi khách tập trung một bên mạn Stt Thông số tính toán Ký hiệu Đơn vị TH5 TH6 1 Lượng chiếm nước D T 1.75 1.66 2 Thể tích chiếm nước V m3 1.70 1.62 3 Chiều chìm trung bình d m 0.30 0.3 4 Cao độ tâm nổi Zc m 0.22 0.22 5 Độ cao trọng tâm Zg m 0.84 0.86 6 Bán kính ổn định ngang r m 1.46 1.51 7 Chiều cao độ tâm nghiêng ban đầu h0= r+Zc-Zg m 0.84 0.87 8 Trọng lượng khách trên canô pk T 0.45 0.45 9 khoảng cách trọng tâm nhóm hành khách đến mặt cắt dọc giữa canô y m 0.56 0.56 10 Mômen nghiêng tĩnh do khách tập trung một bên mạn Mk = Pk.y T.m 0.252 0.252 11 Tay đòn xác định mômen nghiêng cho phép khách tập trung bên mạn lk m 0.56 0.56 12 Mômen cho phép khách tập trung bên mạn Mchpk = D.lk T.m 0.98 0.929 13 Mômen nghiêng ngang canô 10 M1= D.h0/57,3 T.m 0.0256 0.025 14 Góc nghiêng tĩnh do khách tập trung một bên mạn = Mk/M1 độ 9.822 9.99 Nhận xét: + Mchpk Mk trong cả hai trường hợp. + <120 trong cả hai trường hợp. Kết luận: Canô đảm bảo ổn định trong trường hợp khách tập trung một bên mạn. 3.7.5.4. Trường hợp chịu tác dụng đồng thời do khách tập trung một bên mạn và do lực ly tâm quay vòng. Điều kiện ổn định: Mchpq Mqv (3.83) Trong đó: Mqv là mô men nghiêng do lực ly tâm khi quay vòng, được tính theo công thức: Mqv = 0,02. (3.84) Với: + V0 là vận tốc lớn nhất của canô trên nước lặng: V0 = 18 (m/s) + Zg là chiều cao trọng tâm của đáy canô tính từ đường nước cơ bản (m) + L và d là chiều dài và chiều chìm trung bình của canô ứng với đường nước thực tế (m). + D lượng chiếm nước của canô (tấn). Mchpq là mô men cho phép xác định theo đồ thị ổn định tĩnh phụ thuộc vào góc là góc nhỏ nhất của một trong hai góc sau: Góc ứng với lúc mép boong nhúng nước hoặc xác định theo đường nước đi qua cách mép dưới của lỗ hở là 75 (mm). Mchpq = D.lchpq (T.m) (3.85) Với: + D là lượng chiếm nước của canô (tấn) + lchpq được xác định trên đồ thị ổn định tĩnh theo góc và Bảng 3.16: Bảng tính ổn định dưới tác dụng đồng thời do khách tập trung một bên mạn và do lực ly tâm khi quay vòng. Stt Thông số Ký hiệu Đơn vị TH I TH II 1 Lượng chiếm nước D T 1.75 1.66 2 Chiều dài canô L m 4.9 4.8 3 Chiều chìm trung bình d m 0.309 0.3 4 Độ cao trọng tâm Zg m 0.84 0.86 5 Vận tốc canô V0 m/s 18 18 6 Mômen nghiêng do lực ly tâm khi quay vòng Mqv= 0,02 T.m 1.58 1.59 7 Mômen nghiêng tĩnh do khách tập trung Mk T.m 0.52 0.52 8 Mômen do khách tập trung khi quay vòng M1 = Mqv + Mk T.m 2.10 2.11 9 Tay đòn xác định mômen cho phép quay vòng lchpq m 0.25 0.25 10 Mômen cho phép quay vòng Mchpq = D.lchpq T.m 0.4375 0.415 11 Mômen cho phép khi khách tập trung Mchpk T.m 0.98 0.92 12 Mômen cho phép khách tập trung và quay vong M2 = Mchpq +Mchpk T.m 1.4175 1.335 13 Hệ số K K= M2/M1>1 0.672 0.63 Nhận xét: K < 1 trong cả hai trường hợp. Vậy canô không đủ ổn định khi khách tập trung một bên mạn và chịu lực quay vòng. Để canô đủ ổn định ta phải hiệu chỉnh lại vận tốc khi quay vòng. Kết quả hiệu chỉnh được thể hiện trong bảng 3.17. Bảng 3.17: Bảng hiệu chỉnh ổn định dưới tác dụng đồng thời do khách tập trung một bên mạn và do lực ly tâm khi quay vòng. Stt Thông số Ký hiệu Đơn vị TH I TH II 1 Lượng chiếm nước D T 1.75 1.66 2 Chiều dài canô L m 4.9 4.8 3 Chiều chìm trung bình d m 0.309 0.3 4 Độ cao trọng tâm Zg m 0.84 0.86 5 Vận tốc canô V0 m/s 12 12 6 Mômen nghiêng do lực ly tâm khi quay vòng Mqv= 0,02 T.m 0.7051 0.707 7 Mômen nghiêng tĩnh do khách tập trung Mk T.m 0.52 0.52 8 Mômen do khách tập trung khi quay vòng M1 = Mqv + Mk T.m 1.2251 1.22716 9 Tay đòn xác định mômen cho phép quay vòng lchpq m 0.25 0.25 10 Mômen cho phép quay vòng Mchpq = D.lchpq T.m 0.4375 0.415 11 Mômen cho phép khi khách tập trung Mchpk T.m 0.98 0.92 12 Mômen cho phép khách tập trung và quay vong M2 = Mchpq +Mchpk T.m 1.41 1.33 13 Hệ số K K= M2/M1>1 1.15 1.08 Kết luận: Để đảm bảo ổn định thì khi quay vòng canô phải giảm tốc độ, theo tính toán lại, khi quay vòng và khách tập trung thì tốc độ V = 12 (m/s) = 23 hl/g. Vậy canô đảm bảo ổn định dưới tác dụng đồng thời do khách tập trung một bên mạn và do lực ly tâm khi quay vòng. Khi vận tốc canô giảm xuống 23 hl/g khi quay vòng. 3.7.6 .Kiểm tra ổn định khi kéo dù không chở khách. 3.7.6. 1.Tính lực keo dù. Theo định luật II NEWTON để dù cân bằng thì hợp tất cả các lực tại một điểm hồi qui phải bằng không. Vì thế, lực kéo dù được tính như sau: Fhl2 = Fk2 = Fg2 + P2 – 2.Fg.P.cos() Trong đó: + Fhl : Lực tổng hợp + Fk : Lực kéo canô + Fg : Lực của gió tác dụng vào dù. Fg = St.f Với St :Diện tích chịu gió của dù, m2 f : Áp lực của gió, KG/m2 + P : Trọng lực của người kéo. Hình 3.12: Hình phân tích lực + :Góc hợp giữa lực và . = (90-). * Tính lực của gió tác dụng vào dù: (Fg) Loại dù được sử dụng là PE 28 kéo hai người (khối lượng kéo được từ 40 đến 200 kg). Loại dù PE 28 có diện tích 28 m2 và được ghép bởi các mảng vải dù lại với nhau. Tuy nhiên, để giảm bớt lực cản của gió thì trên dù có để những khe hở, diện tích khe hở bằng khoảng 1/3 diện tích dù. Vậy diện tích dù tính toán là: St = 28 x 2/3 = 19 (m2). Khi kéo ứng với các góc nghiêng khác nhau thì diện tích dù có thay đổi. Tuy nhiên, lượng thay đổi này nhỏ không đáng kể, do vậy ta tính cho trường hợp diện tích lớn nhất 19 m2. Canô chỉ kéo dù khi thời tiết đẹp, gió trời trong khoảng từ cấp (13), tương ứng vận tốc gió từ (1m/s. Khi kéo dù canô chạy với vận tốc (30 – 35) Hl/h, ứng với (15,45 – 18) m/s. Như vậy, tạo ra áp lực gió tác dụng lên dù tương ứng với cấp 8 tính theo thang gió Beaufort nên áp lực gió f = 10 (KG/m2). Tra tại Bách khoa toàn thư mở Wikipedie Fg = 10 x 19 = 190 (KG) = 1900 (N). * Tính trọng lực người được kéo (P): P = m.g Trong đó: m = 200 (kg) là trọng lượng lớn nhất dù kéo được. g = 10 (m/s2) là gia tốc trọng trường. P = 200 x 10 = 2000 (N) Kết quả tính Fhl ứng với các trường hợp góc kéo được thể hiện trong bảng 3.18 Bảng 3.18: Bảng tính lực kéo canô Góc kéo (α) Góc (β) Cos(β) P(N) Fg(N) Fhl(N) 0 45 0.7 2000 1900 1513.27 15 37.5 0.79 2000 1900 1267.28 30 30 0.866 2000 1900 1014.1 45 22.5 0.923 2000 1900 771.492 60 15 0.966 2000 1900 518.073 75 7.5 0.991 2000 1900 280 90 0 1 2000 1900 100 3.7.6.2. Tính cân bằng canô khi kéo dù. Khi kéo dù, canô không chở khách, thuyền viên biên chế với số lượng 2 người. Canô chỉ kéo dù trong trường hợp gió trời từ cấp 1 đến 3, thời tiết đẹp. Ngoài ra, sẽ không kéo trong các trường hợp khác. Vì vậy, ta kiểm tra cân bằng canô trong hai trường hợp nghiêng dọc và nghiêng ngang, trong 2 trường hợp canô kéo 1 người và kéo 2 người. Tuy nhiên, khi kéo đơn hay đôi ta tính cho một kích cỡ dù. Nên chỉ cần kiểm tra trong trường hợp kéo 2 người, nếu đủ cân bằng thì trường hợp kéo 1 người thoả mãn. Góc của dây kéo thay đổi, theo khảo sát thực tế góc kéo dù thay đổi trong giới hạn từ (0-800). Do đó ta chỉ kiểm tra cho các trường hợp góc kéo điểm hình là: 00; 300; 450; 600; 800. Lực trong trường hợp này được phân thành 2 thành phần lực và được thể hiện trên hình 3.13. + F1 = Fk.sin( ) + F2 = Fk.cos() Kết quả tính được thể hiện trong bảng 3.19 Hình 3.13: Hình tách lực Bảng 3.19: Bảng tính lực thành phần F1 và F2 Người kéo Góc kéo (α) Sin(α) Cos(α) Fk(N) F1 (N) P1(tấn) F2(N) P2(tấn) 2 người 0 0 1 1513 0 0 1513 0.1513 30 0.5 0.866 1267 633.5 0.063 1097. 0.109 45 0.7 0.7 1014 709.8 0.070 709.8 0.070 60 0.86 0.5 771 663.06 0.066 385.5 0.038 80 0.984 0.173 280 275.52 0.027 48.44 0.004 1, Kiểm tra nghiêng dọc khi kéo dù. Như phân tích lực ở trên hình 3.13, thành phần F2 song song với mặt cắt dọc giữa canô, nên thành phần này gây ra nghiêng dọc nhỏ có thể bỏ qua.Ta chỉ quan tâm tới thành phần F1 và kiểm tra cân bằng cho hai trường hợp. + Trường hợp I: 100% dự trữ và kéo dù Bảng 3.20: Tính trọng lượng và trọng tâm khi kéo dù với góc 00 TT Các thành phần tải trọng P(tấn) TRỤC X TRỤC Z X(m) Mx(T.m) Z(m) Mz(T.m) 1 Canô không 1.05 -0.85 -0.8925 0.45 0.4725 2 Nhiên liệu 0.1 -0.65 -0.065 0.35 0.035 3 TT + hành lý 0.15 0.5 0.075 1.65 0.2475 4 Kéo 2 người 0 -1.8 0 1.6 0 5 Tổng cộng 1.3 Xg =-0.67885 Zg =0.580769 Bảng 3.21: Tính trọng lượng và trọng tâm khi kéo dù với góc 300 TT Các thành phần tải trọng P(tấn) TRỤC X TRỤC Z X(m) Mx(T.m) Z(m) Mz(T.m) 1 Canô không 1.05 -0.85 -0.8925 0.45 0.4725 2 Nhiên liệu 0.1 -0.65 -0.065 0.35 0.035 3 TT + hành lý 0.15 0.5 0.075 1.65 0.2475 4 Kéo 2 người 0.063 -1.8 -0.1134 1.6 0.1008 5 Tổng cộng 1.363 Xg =-0.73067 Zg =0.62788 Bảng 3.22: Tính trọng lượng và trọng tâm khi kéo dù với góc 450 TT Các thành phần tải trọng P(tấn) TRỤC X TRỤC Z X(m) Mx(T.m) Z(m) Mz(T.m) 1 Canô không 1.05 -0.85 -0.8925 0.45 0.4725 2 Nhiên liệu 0.1 -0.65 -0.065 0.35 0.035 3 TT + hành lý 0.15 0.5 0.075 1.65 0.2475 4 Kéo 2 người 0.071 -1.8 -0.1278 1.6 0.1136 5 Tổng cộng 1.371 Xg =-0.73691 Zg =0.633552 Bảng 3.23: Tính trọng lượng và trọng tâm khi kéo dù với góc 600 TT Các thành phần tải trọng P(tấn) TRỤC X TRỤC Z X(m) Mx(T.m) Z(m) Mz(T.m) 1 Canô không 1.05 -0.85 -0.8925 0.45 0.4725 2 Nhiên liệu 0.1 -0.65 -0.065 0.35 0.035 3 TT + hành lý 0.15 0.5 0.075 1.65 0.2475 4 Kéo 2 người 0.066 -1.8 -0.1188 1.6 0.1056 5 Tổng cộng 1.366 Xg =-0.73302 Zg =0.630015 Bảng 3.24: Tính trọng lượng và trọng tâm khi kéo dù với góc 800 TT Các thành phần tải trọng P(tấn) TRỤC X TRỤC Z X(m) Mx(T.m) Z(m) Mz(T.m) 1 Canô không 1.05 -0.85 -0.8925 0.45 0.4725 2 Nhiên liệu 0.1 -0.65 -0.065 0.35 0.035 3 TT + hành lý 0.15 0.5 0.075 1.65 0.2475 4 Kéo 2 người 0.027 -1.8 -0.0486 1.6 0.0432 5 Tổng cộng 1.327 Xg =-0.70166 Zg =0.601507 + Trường hợp II: 10% dự trữ và kéo dù: Bảng 3.25: Tính trọng lượng và trọng tâm khi kéo dù với góc 00 TT Các thành phần tải trọng P(tấn) TRỤC X TRỤC Z X(m) Mx(T.m) Z(m) Mz(T.m) 1 Canô không 1.05 -0.85 -0.8925 0.45 0.4725 2 Nhiên liệu 0.01 -0.65 -0.0065 0.35 0.0035 3 TT + hành lý 0.15 0.5 0.075 1.65 0.2475 4 Kéo 2 người 0 -1.8 0 1.6 0 5 Tổng cộng 1.21 Xg =-0.68099 Zg =0.597934 Bảng 3.26: Tính trọng lượng và trọng tâm khi kéo dù với góc 300 TT Các thành phần tải trọng P(tấn) TRỤC X TRỤC Z X(m) Mx(T.m) Z(m) Mz(T.m) 1 Canô không 1.05 -0.85 -0.8925 0.45 0.4725 2 Nhiên liệu 0.01 -0.65 -0.0065 0.35 0.0035 3 TT + hành lý 0.15 0.5 0.075 1.65 0.2475 4 Kéo 2 người 0.063 -1.8 -0.1134 1.6 0.1008 5 Tổng cộng 1.273 Xg =-0.73637 Zg =0.647526 Bảng 3.27: Tính trọng lượng và trọng tâm khi kéo dù với góc 450 TT Các thành phần tải trọng P(tấn) TRỤC X TRỤC Z X(m) Mx(T.m) Z(m) Mz(T.m) 1 Canô không 1.05 -0.85 -0.8925 0.45 0.4725 2 Nhiên liệu 0.01 -0.65 -0.0065 0.35 0.0035 3 TT + hành lý 0.15 0.5 0.075 1.65 0.2475 4 Kéo 2 người 0.071 -1.8 -0.1278 1.6 0.1136 5 Tổng cộng 1.281 Xg =-0.74301 Zg =0.653474 Bảng 3.28: Tính trọng lượng và trọng tâm khi kéo dù với góc 600 TT Các thành phần tải trọng P(tấn) TRỤC X TRỤC Z X(m) Mx(T.m) Z(m) Mz(T.m) 1 Canô không 1.05 -0.85 -0.8925 0.45 0.4725 2 Nhiên liệu 0.01 -0.65 -0.0065 0.35 0.0035 3 TT + hành lý 0.15 0.5 0.075 1.65 0.2475 4 Kéo 2 người 0.066 -1.8 -0.1188 1.6 0.1056 5 Tổng cộng 1.276 Xg =-0.73887 Zg =0.649765 Bảng 3.29: Tính trọng lượng và trọng tâm khi kéo dù với góc 800 TT Các thành phần tải trọng P(tấn) TRỤC X TRỤC Z X(m) Mx(T.m) Z(m) Mz(T.m) 1 Canô không 1.05 -0.85 -0.8925 0.45 0.4725 2 Nhiên liệu 0.01 -0.65 -0.0065 0.35 0.0035 3 TT + hành lý 0.15 0.5 0.075 1.65 0.2475 4 Kéo 2 người 0.027 -1.8 -0.0486 1.6 0.0432 5 Tổng cộng 1.237 Xg =-0.70542 Zg =0.619806 * Tính toạ độ trọng tâm khi kéo dù . Khi kéo dù trọng tâm của canô bị thay đổi toạ độ trong tâm mới được tính theo công thức sau: XGT = ZGT = Trong đó: XG, ZG : là hoành độ và cao độ trọng tâm canô khi chưa kéo dù XGd, ZGd : Là hoành độ và cao độ của lực tác dụng vào canô khi kéo dù. PG, Pd : Khối lượng canô khi không kéo dù và khối lượng canô khi kéo dù. Kết quả tính được thể hiện trong bảng 3.30. Bảng 3.30: Bảng tính toạ độ trọng tâm khi kéo dù Góckéo () 00 150 300 450 600 800 Trục tính XGT ZGT XGT ZGT XGT ZGT XGT ZGT XGT ZGT XGT ZGT TH I -0.6 0.47 -0.69 0.49 -0.72 0.53 -0.68 0.53 -0.7 0.54 -0.7 0.55 TH II -0.3 0.47 -0.35 0.49 -0.36 0.51 -0.37 0.47 -0.3 0.53 0.41 0.54 Bảng 3.31: Bảng tính kiểm tra cân bằng canô trong trường hợp kéo dù doc tâm TT Đại lượng Ký hiệu Đơn vị Các trường và góc kéo Trường hợp I Trường hợp II 00 300 450 600 800 00 300 450 600 800 4 Hoành độ trọng tâm Xg m -1.31 -1.35 -1.36 -1.37 -1.38 -1.28 -1.33 -1.34 -1.35 -1.36 5 Hoành độ tâm nổi Xc m -1.19 -1.2 -1.2 -1.2 -1.2 -1.1 -1.12 -1.12 -1.21 -1.21 6 Hiệu hai toạ độ Xg- Xc m -0.12 -0.15 -0.16 -0.17 -0.18 -0.18 -0.21 -0.22 -0.14 -0.15 7 Cao độ trọng tâm Zg m 0.3 0.41 0.45 0.47 0.49 0.29 0.41 0.46 0.49 0.5 8 Bán kính ổn định dọc R m 5.98 6.1 6.1 6.35 6.35 5.56 5.6 5.6 6 6 9 Cao độ tâm nổi Zc m 0.21 0.22 0.22 0.21 0.21 0.220 0.22 0.22 0.21 0.21 10 Chiều cao ổn định tâm dọc H0= R+Zc-Zg m 5.89 5.91 5.87 6.09 6.07 5.49 5.41 5.36 5.72 5.71 11 Chiều dài canô L m 4.95 4.96 4.97 4.98 5 4.9 4.92 4.94 4.96 4.97 12 Nghiêng dọc = (Xg- Xc).L/H0 m -0.10 -0.12 -0.13 -0.13 -0.14 -0.16 -0.19 -0.20 -0.12 -0.13 13 Hoành độ trọng tâm MĐN Xf m -1.45 -1.48 -1.49 -1.56 -1.57 -0.84 -1.37 -1.38 -1.46 -1.47 14 Nghiêng dọc mũi =(L/2- Xf)/L m -0.07 -0.09 -0.10 -0.10 -0.11 -0.10 -0.14 -0.15 -0.09 -0.09 15 Nghiêng dọc lái =(L/2+ Xf)/L m -0.02 -0.03 -0.03 -0.03 -0.03 -0.05 -0.04 -0.049 -0.02 -0.03 16 Chiều chìm mũi Tm= d+ m 0.324 0.30 0.29 0.29 0.28 0.29 0.256 0.246 0.30 0.30 17 Chiều chìm đuôi Tđ= d- m 0.425 0.494 0.50 0.50 0.51 0.504 0.543 0.55 0.49 0.49 Nhận xét: Khi kéo dù dọc theo chiều dọc canô, trọng tâm của canô bị dịch chuyển về phía sau, lúc này canô bị nghiêng dọc, mũi canô bị nhấc lên khi kéo dù. So sánh hai trường hợp này với hai trường hợp tải trọng theo quy phạm khi canô chở khách (không kéo dù) là: 100% dụ trữ đầy khách và 10% dự trữ đầy khách thì giá trị này thay đổi như sau: Tính cho trường hợp lớn nhất khi kéo dù, chiều chìm mũi giảm 33%, chiều chìm đuôi giảm 10%. 2,Tính ổn định khi kéo dù ngang. Khi kéo dù chủ yếu là phương của dù và canô theo một đường thẳng đi qua dọc tâm của canô. Tuy nhiên, khi canô đổi hướng chạy hoặc khi chuẩn bị hạ dù thì dù được kéo theo phương ngang hoặc xiên. Ứng với phương kéo khác nhau ta có các góc kéo khác nhau. Được thể hiện trong hình 3.14 sau: Hình 3.14: Hình thể hiện canô kéo dù ngang, xiên Trong hình 3.14. O là điểm buộc dây, G là trọng tâm canô Fhl được tách ra làm hai thành phần là F1, và F2. F1 tác dụng vào canô làm nghiêng dọc, thành phần nay gây ra một mô men nghiêng dọc có giá trị Mngd = F1L3 và đã được tính trong trường hợp nghiêng dọc. Thành phần F2 được phân tích thành 2 thành phần F’2 và F’’2. F’2 song song với đường dọc tâm nên gây ra mô men nghiêng dọc rất nhỏ ta có thể bỏ qua, Thành phần F’’2 vuông góc với đường dọc tâm và gây ra mô men nghiêng ngang có giá trị xác định bằng công thức sau: Mng = F2’’.L2 Trong đó :L2 ,là chiều dài từ cọc buộc dây tới trọng tâm canô L2 =1,15 (m). F’’2 : Lực ngang. Thành phần này sẽ thay đổi tuỳ thuộc vào góc(). Với là góc hợp bởi phương F2 và đường dọc tâm. Khi góc = 00 , F2 nằm trên đường dọc tâm do vậy trùng với trường hợp kéo dọc đã xét. Khi góc = 900 thì F2 trùng với F’’2 và vuông góc với đường dọc tâm. Qua điều tra thực tế cho thấy góc nằm trong khoảng 090. Nhưng ta chỉ tính cho các trường hợp điển hình như sau: 300; 450; 600; 750; 900. Trên hình 3.14 ta thấy: Ứng với một góc , ta sẽ có một giải các góc . Vậy ta sẽ đi kiểm tra từng trường hợp của góc và góc tương ứng. Kết quả tính được trình bày trong các bảng dưới đây: Bảng tính lực F2’’ trong mỗi trường hợp của góc và Trường hợp 1 góc θ = 30 Sin(θ) 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 Góc (α) 0 30 45 60 80 Cos(α) 1 0.86 0.7 0.5 0.17 Fhl 1267 1267 1267 1267 1267 F2 1267 1089.62 886.9 633.5 215.39 F''2 633.5 544.81 443.45 316.75 107.695 L2 1.15 1.15 1.15 1.15 1.15 Mng 728.525 626.5315 509.9675 364.2625 123.8493 Trường hợp 2 góc θ = 45 Sin(θ) 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 Góc (α) 0 30 45 60 80 Cos(α) 1 0.86 0.7 0.5 0.17 Fhl 1267 1267 1267 1267 1267 F2 1267 1089.62 886.9 633.5 215.39 F''2 886.9 762.734 620.83 443.45 150.773 L2 1.15 1.15 1.15 1.15 1.15 Mng 1019.935 877.1441 713.9545 509.9675 173.389 Trường hợp 3 góc θ = 60 Sin(θ) 0.86 0.86 0.86 0.86 0.86 Góc (α) 0 30 45 60 80 Cos(α) 1 0.86 0.7 0.5 0.17 Fhl 1267 1267 1267 1267 1267 F2 1267 1089.62 886.9 633.5 215.39 F''2 1089.62 937.0732 762.734 544.81 185.2354 L2 1.15 1.15 1.15 1.15 1.15 Mng 1253.063 1077.634 877.1441 626.5315 213.0207 Trường hợp 4 góc θ = 75 Sin(θ) 0.965 0.965 0.965 0.965 0.965 Góc (α) 0 30 45 60 80 Cos(α) 1 0.86 0.7 0.5 0.17 Fhl 1267 1267 1267 1267 1267 F2 1267 1089.62 886.9 633.5 215.39 F''2 1222.655 1051.483 855.8585 611.3275 207.8514 L2 1.15 1.15 1.15 1.15 1.15 Mng 1406.053 1209.206 984.2373 703.0266 239.0291 Trường hợp 5 góc θ = 90 Sin(θ) 1 1 1 1 1 Góc (α) 0 30 45 60 80 Cos(α) 1 0.86 0.7 0.5 0.17 Fhl 1267 1267 1267 1267 1267 F2 1267 1089.62 886.9 633.5 215.39 F''2 1267 1089.62 886.9 633.5 215.39 L2 1.15 1.15 1.15 1.15 1.15 Mng 1457.05 1253.063 1019.935 728.525 247.6985 Nhận xét : Trong trường hợp kéo xiên với các góc kéo khác nhau. Ta nhận thấy thành phần mômen làm nghiêng ngang canô trong trường hợp lớn nhất là khi kéo ngang, ứng với góc = 900 và góc = 00. Vậy nên, ta chỉ kiểm tra ổn định ngang cho canô trong trường hợp này. Nếu trong trường hợp này canô đủ cân bằng thì các trường hợp khác có thể xem là đủ cân bằng. * Kiểm tra cân bằng. Trong trường hợp này, canô bị nghiêng ngang do lực của dù tác dụng khi kéo, lực này gây ra một môn men làm nghiêng ngang canô. Do đó, trong trường hợp này có thể kiểm tra nghiêng ngang của canô giống như trường hợp canô không kéo dù khách tập trung một bên mạn theo quy phạm. Nhưng kiểm tra trong hai trường hợp tải trọng 3 và 4 (100% dự trữ không tải và 10% dự trữ không tải). + Tính mômen nghiêng ngang do tác động của F’’2 Mng = F’’2.L2 Trong đó: F’’2 : lực kéo ngang lớn nhất, N L2: là khoảng cách từ trọng tâm canô tới phương lực F’’2, m Tính L2: L2 = (H + lcl) - ZG Trong đó: H = 1,1 m: là chiều cao mạn. Lcl = 0,5 m: là chiều cao cọc buộc dây ZG = 0,45 m: cao độ trọng tâm canô. Ln = (1,1 + 0,5) – 0,45 = 1,15 (m) Mng = 1,15 x 1457 = 1603 (N) = 0,16 (T.m) Bảng 3.32: Bảng tính ổn định khi kéo ngang Stt Thông số tính toán Ký hiệu Đơn vị TH3 TH4 1 Lượng chiếm nước D T 1.3 1.21 2 Thể tích chiếm nước V m3 1.269 1.181 3 Chiều chìm trung bình d m 0.26 0.25 4 Cao độ tâm nổi Zc m 0.22 0.21 5 Độ cao trọng tâm Zg m 0.58 0.59 6 Bán kính ổn định ngang r m 1.66 1.71 7 Chiều cao độ tâm nghiêng ban đầu h0= r+Zc-Zg m 4.84 5.2 10 Mômen nghiêng ngang Mng = F2.Ln T.m 0.16 0.16 11 Tay đòn xác định mômen nghiêng cho phép khi kéo ngang Ld m 0.25 0.25 12 Mômen cho phép khi kéo ngang Mchpd = D.ld T.m 0.325 0.302 13 Mômen nghiêng ngang canô 10 M1= D.h0/57,3 T.m 0.1098 0.109 14 Góc nghiêng tĩnh khi kéo ngang = Mng/M1 độ 1.45 1.45 Nhận xét: + Mchpd Mk trong cả hai trường hợp. + <120 trong cả hai trường hợp. Kết luận: Điều này cho thấy khi kéo ngang canô đủ ổn định 3, Kiểm tra nghiêng ngang khi khi kéo ngang và quay vòng. Khi quay vòng canô chịu tác dụng đồng thời của lực nghiêng ngang do dù gây ra và lực ly tâm khi quay vòng. Do vậy trong trường hợp này ta tính giống như trường hợp canô chịu tác động đồng thời của khách tập trung một bên mạn và lực ly tâm khi quay vòng trong quy phạm. Nhưng tính cho trường hợp canô không tải 100% dự trữ và không tải 10% dự trữ. Nếu trường hợp này đủ ổn định thì các trường hợp còn lại xem như đủ ổn định. Kết quả tính nghiêng ngang khi chịu tác động đồng thời thể hiện trong bảng: 3.33 Bảng 3.33: Bảng tính ổn định dưới tác dụng đồng thời khi kéo ngang và lực ly tâm khi quay vòng. Stt Thông số Ký hiệu Đơn vị TH 3 TH 4 1 Lượng chiếm nước D T 1.3 1.21 2 Chiều dài canô L m 3.9 3.8 3 Chiều chìm trung bình d m 0.26 0.25 4 Độ cao trọng tâm Zg m 0.58 0.59 5 Vận tốc canô V0 m/s 18 18 6 Mômen nghiêng do lực ly tâm khi quay vòng Mqv= 0,02 T.m 1.53 1.52 7 Mômen nghiêng tĩnh khi kéo ngang Mk T.m 0.16 0.16 8 Mômen nghiêng đồng thời M1 = Mqv + Mk T.m 1.69 1.67 9 Tay đòn xác định mômen cho phép quay vòng khi kéo ngang lchpd m 0.25 0.25 10 Mômen cho phép quay vòng Mchpd = D.lchpd T.m 0.325 0.30 11 Mômen cho phép khi kéo ngang Mchpd T.m 0.31 0.33 12 Mômen cho phép khi kéo ngang va quay vòng M2 = Mchpq +Mchpk T.m 0.635 0.63 13 Hệ số K K= M2/M1>1 0.37 0.377 Nhận xét: K < 1 trong cả hai trường hợp. Vậy canô không đủ ổn định khi kéo ngang và chịu lực quay vòng. Để canô đủ ổn định ta phải hiệu chỉnh lại vận tốc khi quay vòng. Kết quả hiệu chỉnh được thể hiện trong bảng 3.34. Bảng 3.34: Bảng hiệu chỉnh ổn định dưới tác dụng đồng thời khi kéo ngang và lực ly tâm khi quay vòng. Stt Thông số Ký hiệu Đơn vị TH 3 TH 4 1 Lượng chiếm nước D T 1.3 1.21 2 Chiều dài canô L m 3.9 3.8 3 Chiều chìm trung bình d m 0.26 0.25 4 Độ cao trọng tâm Zg m 0.58 0.59 5 Vận tốc canô V0 m/s 12 12 6 Mômen nghiêng do lực ly tâm khi quay vòng Mqv= 0,02 T.m 0.432 0.42 7 Mômen nghiêng tĩnh kéo ngang Mk T.m 0.16 0.16 8 Mômen nghiêng đồng thời M1 = Mqv + Mk T.m 0.592 0.58 9 Tay đòn xác định mômen cho phép quay vòng khi kéo ngang lchpq m 0.25 0.25 10 Mômen cho phép quay vòng Mchpq = D.lchpq T.m 0.325 0.305 11 Mômen cho phép khi kéo ngang Mchpk T.m 0.31 0.33 12 Mômen cho phép khi kéo ngang va quay vòng M2 = Mchpq +Mchpk T.m 0.635 0.63 13 Hệ số K K= M2/M1>1 1.072 1.07 Nhận xét: Để đảm bảo ổn định thì khi quay vòng canô phải giảm tốc độ, theo tính toán lại, khi quay vòng và kéo ngang thì tốc độ V0 = 12 (m/s) = 23 hl/g. Vậy canô đảm bảo ổn định định dưới tác dụng đồng thời khi kéo ngang và lực ly tâm quay vòng. Với vận tốc canô giảm xuống còn 23 hl/g. Kết luận: Trong trường hợp kéo xiên ứng với các góc kéo và góc xiên canô luôn đảm bảo ổn định. Tuy nhiên, khi kéo dù canô còn chịu nhiều các yếu tố động ảnh hưởng khác xảy ra mà ta không lường hết. Do đó, khi kéo dù dủi do canô gặp nhiều nguy hiểm hơn khi chở khách. 3.8. TÍNH SỨC CẢN VÀ NGHIỆM TỐC ĐỘ CANÔ. 3.8.1. Tính sức cản và nghiệm tốc độ khi canô trở khách không kéo dù. Hiện nay có nhiều phương pháp xác định sức cản vỏ tàu cao tốc cỡ nhỏ, mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng. Thủ tục tính toán sức cản tàu cao tốc cỡ nhỏ dựa vào đồ thị trình bày dưới dạng: hoặc dưới dạng Trong đó: D hoặc D – lượng chiếm nước; V hoặc Ñ - thể tích phần chìm của thân tàu. Mỗi đồ thị đều có những phạm vi sử dụng khác nhau, cho từng loại hình dáng của tàu. Đồ thị được sử dụng tính sức cản cho tàu cao tốc cỡ nhỏ bao gồm: Đồ thị bể thử quốc gia Thụy Điển SSPA, theo tài liệu của Lingren H. và Williams A., “Systemmatic Tests with Small Fast Displacement Vessels”, SSPA Report No 65, 1965. Đồ thị Kafali. Đồ thị bể thử Taylor năm 1963. Đồ thị bể thử Taylor năm 1965. Đồ thị bể thử SSPA năm 1968. Tài liệu của NPL (UK), năm 1969. Đồ thị của Brawn. Đồ thị của De Groot từ 1951. Đồ thị của Nordstrom từ 1936. Đối với tàu cỡ nhỏ chạy nhanh có đáy chữ V thì phương pháp tính sức cản sử dụng đồ thị De Groot là phương pháp được sử dụng rộng rãi và có độ chính xác cao nhất. Sức cản toàn bộ của vỏ tàu biểu thị bằng công thức: RT = ½*CT*r*v2*WS. Trong đó: CT = (CR + CF + ∆CF) : là hệ số sức cản toàn bộ. Với CR : hệ số sức cản dư, đọc từ đồ thị De Groot. CF = là hệ số sức cản ma sát. Rn : số Reynol. Rn = : hằng số nhớt động học của nước biển ở 150C. = 1,191.10-6 (m2/s). ∆CF : là hệ số sức cản ma sát bổ sung, tính theo công thức ITTC – 57. r = 104,5 (KGs2/m4), là mật độ nước biển. v : là vận tốc của tàu (m/s). WS : diện tích mặt tiếp nước, được xác định theo công thức: WS = 2,75*(V*L)1/2 = 8,03 (m2). Trình tự tính toán sức cản vỏ tàu dựa vào đồ thị De Groot và theo bảng 3.35 Bảng 3.35. Tính sức cản canô khi chở khách TT Ký hiệu & tên gọi Đơn vị Giá trị 1 Tốc độ giả thuyết v hl/h 10 15 20 25 30 35 40 2 Tốc độ qui đổi v m/s 5.15 7.725 10.3 12.875 15.45 18.02 20.6 3 Số Froude Fnv 1.50 2.25 3.01 3.76 4.519 5.27 6.02 4 v/ 2.3 3.48 4.65 5.81 6.97 8.14 9.30 5 V/(0,1L)3 14.44 14.44 14.4 14.4 14.4 14.44 14.44 6 Hệ số sức cản dư, CR 0.0125 0.01 0.0075 0.0055 0.004 0.003 0.003 7 Số Reynolds Rn 106 21.205 31.80 42.41 53.01 63.61 74.22 84.82 8 Hệ số sức cản ma sát, CF 0.0022 0.0021 0.002 0.0019 0.0019 0.0018 0.0018 9 CF, Bổ sung CF 0.004 0.004 0.004 0.004 0.004 0.004 0.004 10 Hệ số sức cản toàn bộ, CT 0.0187 0.0161 0.0135 0.0114 0.0099 0.0088 0.0088 11 Sức cản toàn bộ, RT KG 208.09 403.11 600.910 792.86 991.50 1199.5 1566.81 12 Ne = 15.00 43.61 86.68 142.9 214.54 302.8 452.01 Hình 3.15. Đồ thị sức và công suất máy canô khi không chở khách Nghiệm tốc độ: Dựa vào đồ thị hình 3.15, với công suất máy canô 250 (Hp) đã tính toán và chọn trước, ta nhận thấy tốc độ canô có thể đạt được lớn nhất khi chở khách là 32,5 (hl), ứng với sức cản là 1076 (kG) 3.8.2.Tính sức cản khi canô kéo dù. Sức cản canô khi kéo dù được xác định theo công thức sau: RTH = Rkh + F2 Trong đó: RTH: Sức cản tổng hợp. Rkh: Sức cản canô không khách dự trữ 100%, thuyền viên biên chế 2 người. F2: Lực cản lớn nhất do dù gây ra. * Tính Rkh: Tính tương tự như trên nhưng trong trường hợp này diện tích mặt tiếp nước giảm. WS = 2,75*(V*L)1/2 = 6,11 (m2). Kết quả tính được thể hiện trong bảng 3.36 Bảng 3.36. Tính sức cản khi kéo dù TT Ký hiệu & tên gọi Đơn vị Giá trị 1 Tốc độ giả thuyết v hl/h 10 15 20 25 30 35 40 2 Tốc độ qui đổi v m/s 5.15 7.725 10.3 12.875 15.45 18.02 20.6 3 Số Froude Fnv 1.50 2.25 3.01 3.76 4.51 5.27 6.02 4 v/ 2.60 3.91 5.21 6.51 7.82 9.12 10.43 5 V/(0,1L)3 10.78 10.78 10.78 10.78 10.78 10.78 10.78 6 Hệ số sức cản dư, CR 0.0125 0.01 0.0075 0.0055 0.004 0.003 0.003 7 Số Reynolds Rn 106 16.87 25.31 33.75 42.19 50.63 59.07 67.51 8 Hệ số sức cản ma sát, CF 0.0022 0.0021 0.002 0.0019 0.0019 0.001 0.001 9 CF, Bổ sung CF 0.004 0.004 0.004 0.004 0.004 0.004 0.004 10 Hệ số sức cản toàn bộ, CT 0.0187 0.0161 0.0135 0.0114 0.0099 0.008 0.008 11 Sức cản toàn bộ, RT kG 158.33 306.72 457.23 603.29 754.43 912.7 1192. 12 F2 kG 160 160 160 160 160 160 160 13 Sức cản tổng hợp RTH kG 318.33 466.72 617.23 763.29 914.43 1072 1352 14 Ne = HP 22.96 50.49 89.04 137.63 197.87 270.8 390.1 Hình 3.16. Đồ thị sức cản và công suất máy canô khi kéo dù. Nghiệm sơ bộ tốc độ canô: Dựa vào đồ thị hình 3.16, với công suất máy 250 (Hp) đã tính toán và chọn trước. Ta nhận thấy, tốc độ canô lớn nhất có thể đạt được khi kéo dù là 33,5 (hl/g), ứng với sức cản là 1034 (kG). Như vậy, so với nhiệm vụ thư đặt ra vận tốc canô nhỏ hơn 1,5 hl/g. Kết luận: Trong hai trường hợp kéo dù và chở khách, tốc độ canô đạt được trong trường hợp kéo dù lớn hơn khi chở khách vì sức cản của nó nhỏ hơn. Tuy nhiên, khi kéo dù còn phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố do vậy kết luận trên chưa phải đúng hoàn toàn trong mọi trường hợp. CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Sau thời gian nghiên cứu tính toán, với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo ThS.Phạm Thanh Nhựt, em đã hoàn thành đề tài tốt nghiệp với nội dung: “Thiết kế canô kéo dù bay phục vụ du lịch trên vịnh Nha Trang”. Bản thân em không những củng cố được những kiến thức mà em đã tiếp thu được trong thời gian học tập, mà hơn thế nữa em đã thu được rất nhiều kiến thức bổ ích trong lĩnh vực tàu thuyền, đặc biệt là lĩnh vực canô cao tốc. Qua quá trình nghiên cứu em rút ra một số kết luận sau: 4.1. KẾT LUẬN. Bài toán thiết kế canô kéo dù là một bài toán rất mới và không đơn giản đối với sinh viên, bởi vì để thiết kế được những canô có tốc độ cao cần phải đảm bảo tốt các đặc trưng hình học như: chiều dài canô, chiều rộng canô, chiều cao canô, các hệ số hình dáng thân canô… đồng thời cũng cần phải xét đến các yêu cầu kinh tế - kỹ thuật đối với canô cao tốc. Trong tính toán thiết kế đường hình để có được đường hình hợp lý nhất, ta cần phải phân tích các yếu tố về đặc điểm hình học của canô và kết hợp lựa chọn các yếu tố như: L/B, B/H, H/T, a, b, d theo các canô mẫu. Để từ đó xác định được các yếu tố hình học của canô cần thiết kế. Tuy nhiên, thiết kế theo canô mẫu có những ưu, nhược điểm như: canô mẫu là chỗ dựa chắc chắn những tính năng kỹ thuật của canô mới, từ đây nhanh chóng xác định được các thông số kỹ thuật chủ yếu của canô mới, nhưng bên cạnh đó thường dẫn người ta đến chỗ tiếp nhận các số liệu một cách dễ dãi, từ đó đưa ra những kết luận thiếu chính xác, không tối ưu trong điều kiện thiết kế cho phép. Trong tính toán thiết kế kết cấu và bố trí chung. Canô kéo dù kiêm chở khách có bố trí không khác nhiều so với canô chở khách thông dụng. Canô kéo dù có kết cấu phức tạp hơn canô chở khách vì có thêm cột kéo dù, bạt che mưa, nắng có thể tháo ra được một cách linh hoạt, điều kiện chịu lực của các kết cấu cũng phức tạp hơn. Tuy nhiên, mọi tính toán kết cấu, đều tính theo điều khoản quy định trong quy phạm. Các kết cấu đều được tính theo xu hướng dư bền. Về ổn định, ngoài việc kiểm tra ổn định cho canô khi chở khách không kéo dù, còn phải kiểm tra khi canô kéo dù không chở khách. Tuy nhiên, trong khi tính toán lực kéo dù, thì lực gió tác dụng vào dù chỉ tính được mang tính tương đối bởi diện tích hứng gió của dù thay đổi theo vận tốc của canô khi kéo, lực tác dụng vào dù rất phức tạp do vậy, quá trình phân tích lực khi kéo cũng chỉ mang tính tương đối. Canô khi kéo dù chịu ảnh hưởng của điều kiện ngoại lực thay đổi do đó, phải kiểm tra cho nhiều trường hợp góc kéo khác nhau và từ đó đưa ra kết luận cho trường hợp nguy hiểm nhất. Tính sức cản và nghiệm tốc độ của canô, sức cản của canô được tính theo tài liệu sức cản dùng cho tàu lướt. Ta tính cho cả hai trường hợp chở khách và kéo dù, trong hai trường hợp trên ta thầy sức cản trong trường hợp canô kéo dù nhỏ hơn trong trường hợp canô chở khách, cụ thể như sau: khi kéo dù không chở khách với tốc độ 31(hl/h) thì sức cản canô là 1070 (kG), với tốc độ trên khi kéo dù không chở khách, thì sức cản của canô là 1040 (kG). 4.2. KIẾN NGHỊ. Đi sâu vào tìm hiểu về lĩnh vực canô cao tốc nói chung và canô kéo dù nói riêng thì em nhận thấy rằng đây là một lĩnh vực rất hay, lĩnh vực này, đã đang và sẽ phát triển rất mạnh. Hiện nay, đội canô cao tốc của nước ta đang hoạt động trong nhiều lĩnh vực như: quân sự, du lịch, tìm kiếm cứu nạn … cho thấy đây là lĩnh vực cần phải được phát triển mạnh hơn. Khi khảo sát thực tế trong khu vực Nha Trang, ta thấy có nhiều mẫu canô cao tốc kéo dù mua từ nước ngoài về rất đẹp và có những tính năng hang hải rất tốt. Tuy nhiên, việc tiếp cận xin các mẫu rất khó khăn, các mẫu đã có được là do trong nước chế tạo ra. Vì vậy chúng ta cần phải cố gắng hơn nữa để có thể có được các mẫu canô cao tốc nói chung và canô kéo dù nói riêng mà nước ngoài đã chế tạo ra, là giàu thêm ngân hàng canô mẫu, để từ đó có thể chế tạo ra được các canô như mình mong muốn. Trong tính toán kết cấu chủ yếu là dựa vào quy phạm, nên su hướng của các kết cấu bao giờ cũng dư bền, điều này làm tốn kém vật liệu, giá thành cao giảm đi tính cạnh tranh của sản phẩm. Do vậy, cần phải nghiên cứu áp dụng các phần mềm tính toán để có được các kết cấu vừa đảm bảo về độ bền vừa kinh tế. Hiện nay, tài liệu về canô cao tốc ở nước ta còn hạn chế, canô kéo dù còn hạn chế hơn, đây là một khó khăn đối với sinh viên và những người nghiên cứu, tìm hiểu về lĩnh vực này. Em nghĩ rằng, nếu như có được nguồn tài liệu về canô cao tốc dồi dào đồng thời lĩnh vực này được đưa vào chương trình giảng dạy ở bậc đại học trong các trường kỹ thuật thì lĩnh vực tàu cao tốc ở nước ta sẽ có được sự phát triển rất mạnh. TÀI LIỆU THAM KHẢO Trương Sỹ Cáp (1987), “Lực cản tàu thủy”, Nhà xuất bản giao thông vận tải, Hà Nội. Nguyễn Đăng Cường (2000), “Thiết kế và lắp ráp thiết bị tàu thủy”, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Thành phố Hồ Chí Minh. Nguyễn Thị Hiệp Đoàn, “Lý thuyết tàu”, Trường đại học Hàng Hải, Hải Phòng. Hồ Quang Long (2003), “Sổ tay thiết kế tàu thủy”, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội. Trần Ích Thịnh “Vật Liệu Composite Cơ Học Và Tính Toán Kết Cấu”, Nhà xuất bản giáo dục. Tài liệu [2]. “Sổ Tay Kỹ Thuật Đóng Tàu Thủy Tập 1”, Nhà xuất bản Khoa Học Và Kỹ Thuật. Trần Công Nghị (2001), “Thiết kế tàu cỡ nhỏ chạy nhanh”, Thành phố Hồ Chí Minh -2005 Trần công Nghị (2003), “Thiết kế tàu thủy”, Nhà xuất bản Đại học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh . Tài liệu [4]. Đăng kiểm Việt Nam (2005), “Quy phạm phân cấp và đóng tàu thủy cao tốc TCVN 6451 : 2004”, Hà Nội. Tài liệu [3]. Đăng kiểm Việt Nam (2003), “Quy phạm kiểm tra và chế tạo các tàu làm bằng chất dẻo cốt sợi thủy tinh TCVN 6282 : 2003”. Tài liệu [5]. Đăng kiểm Việt Nam (2003), “Quy phạm phân cấp và đóng tàu sông TCVN 5801 : 2001”, Hà Nội.