Tính toán, thiết kế tàu

lý thuyết tàu là môn học cơ sở cho việc tính toán và thiết kế tàu

LỜI MỞ ĐẦU Cùng với sự phát triển chung của cả nước , ngành đóng tàu có vai trò rất

quan trọng trong sự phát triển kinh tế đất nước,nước ta nằm trong khu vực kinh tế năng động trong tương lai nước ta sẽ trở thành nước đứng đầu về ngành đóng tàu ở Đông nam á,và thực tế ngành đóng tàu đã góp một phần không nhỏ vào nền kinh tế quốc dân

Ơû việt nam hiện nay ngành đóng tàu đang phát triển và trong tương lai nó trở thành một trong những ngành phát triển nhất và trở thành một ngành công nghiệp mũi nhọn để phát triển đất nước chủ trương đánh bắt xa bờ của nhà nước ta đã và đang tạo cơ hội tốt cho sự phát triển của ngành

lý thuyết tàu là môn học cơ sở cho việc tính toán và thiết kế tàu Hơn nữa nó là bước đầu tiên sinh viên được làm quen với những từ ngữ, thuật ngữ, cũng như kiến thức của chuyên ngành do vậy không tránh khỏi những sai sót Nhưng được sự hướng dẫn tận tình của thầy Trần Gia Thái cùng với sự nỗ lực của bản thân Để học tốt môn học này phải hoàn thành các bài tập cơ tập của mơn học

Trong khi tính toán thiết kế không thể tránh những sai sót, vì bài tập lớn này là bài tập đầu tiên em thiết kế tàu, và đây cũng là bài tập đầu tiên em tiếp xúc với môn học này

Bài tập lớn của em có gì sai sót mong thầy giúp đỡ em để hoàn thành bài tập lớn này

Em xin chân thành cảm ơn!

I.VẼ ĐỒ THỊ THỦY TỈNH

tính toán đường nước 1

TT Sườn Nửa Chiều rộng Ym-Yđ trị i:Giá i.(Ym-Yđ) Giá trị: y³

2

10 3

2 1 0

y y y

y y y y

2

2 5

.5 4

.3 2

.1 0

10

0102

10

010

0101

92837465

y y

y y

y y

y y y y y y y y y y y

L

Xf

+

− + + + +

− +

− +

− +

− +

2 / 298 0 407 12

) 2 / ) 298 0 (

5 884 3 ( 38 1

1 1

1 1

S S

xf s X

S f

= 0.353 (m)

-Tính cao độ tâm nổi Zc:

S T

3 0

3 10 3 10

3 9

3 2

3 1

3 0 2

2 1

y y y y y

y y

L dx

y I

L

L x

=(2.1.38/3)(38.312-0.026/2) = 32.235 (m 4 )

- Bán kính tâm ổn định ngang:

1

1 1

+ + +

2

5 ) (

5

) (

1 0 2

2 0 10

2 4

2 5 3 2

= 2.1.38.(44.872 – 0.65/2) = 122.950 (m 4 ).

-Mômen quán tính mặt đường nước đối với trục ngang của trọng tâm mặt đường nước:

2 1 1 1

1 1

516 , 0

=0,5

Hệ số thể tích chiếm nước δ :

i i i

i i T B L

Ym-Yđ trị i:Giá i.(Ym-Yđ)

Giá trị: y³

Ym+Yđ i² i²(Ym+Yđ)

16.014 6.409 48.04322739 75.417

DIỆN TÍCH ĐƯỜNG NƯỚC 2

2

10 3

2 1 0

y y y y

y y y

=2.1,38(16,014-0,66/2) = 43,591 (m 2 )

-THỂ TÍCH ĐƯỜNG NƯỚC V V 2 = ∆T.(S 1 +S 2 - (S 1 +S 2 )/2) =0,2 (25,22+43,591)/2= 12,08 (m 3 ).

2 5

5

4

3

2

1 0

10 0 10 2

1 0

0 10

0 10 1

9 2

8 3

7 4

6 5

y y y

y y y

y y

y y y

y y

y y

y y

y y

− +

− +

− +

− +

∆

=

=

2 / 66 0 014 16

) 2 / 66 0 5 409 6 ( 38 1

2 2 1 1 2 2 1 1

S S S S

X S X S X S X

F f

2 / 1

2 / 2 2

S S S

S

S S

S T

+

− +

− +

∆

= 0.278 (m) -Mômen quán tính của diện tích mặt đường nước đối với trục x:

3 0

3 10 3 10

3 9

3 2

3 1

3 0 2

2 2

y y y y y

y y

L dx

y I

L

L x

=(2.1,38/3)(48,043-0,144) = 44,067 (m 4 )

- Bán kính tâm ổn định ngang:

2

2 2

2

5 ) (

5

) (

1 0 2

2 0 10

2 4

2 5 3 2

= 2.1,38 3 (7,417 – 8,25) = 330,512 (m 4 ).

-Mômen quán tính mặt đường nước đối với trục ngang của trọng tâm mặt đường nước:

2 2 2 2

519 , 43

=0,87

Hệ số diện tích mặt cắt ngang giữa tàu β :

2 2

2 2

T B

ω

4 , 0 019 , 2 2

26 , 1

=0,858

Hệ số thể tích chiếm nước δ :

2 2 2

tính toán đường nước 3

TT Sườn Nửa Chiều rộng Ym-Yđ trị i:Giá i.(Ym-Yđ) Giá trị: y³

2

10 3

2 1 0

y y y y

y y y

=2.1,38(19,342 – 1,051/2) = 51,934 (m 2 )

-THỂ TÍCH ĐƯỜNG NƯỚC V : V 3 = ∆T[S 1 +S 2 +S 3 -( S 1 + S 3 )/2]

= 0.35[25,22+43,591+51,934 - (25,22+51,934)/2] = 28,76 (m 3 ).

2 5

5

4

3

2

1 0

10 0 10

2 1 0

0 10

0 10 1

9 2

8 3

7 4

6 5

y y y

y y y

y y

y y y

y y

y y

y y

y y

− +

− +

− +

− +

+

− +

3 3 1 1 3 3 2 2 1 1

S S S S S

X S X S X S X S X

F F

2 / 1

2 / 3 3 2

S S S

S S

S S S S T

+

− + +

− + +

∆

= 0,46 (m) -Mômen quán tính của diện tích mặt đường nước đối với trục x:

3 0

3 10 3 10

3 9

3 2

3 1

3 0 2

2 3

y y y y y

y y

L dx

y I

L

L x

=(2.1,38/3)(63,654 - 1,051 3 /2) = 58,028 (m 4 )

- Bán kính tâm ổn định ngang:

3

3 3

+ + +

2

5 ) (

5

) (

1 0 2

2 0 10

2 4

2 5 3 2

= 2.1,38 3 (116,856 – 13,138) = 545,159 (m 4 ).

-Mômen quán tính mặt đường nước đối với trục ngang của trọng tâm mặt đường nước:

2 3 3 3

I = − = 545,159 – 51,934.0,084 2 = 542,218 (m 4 ).

3 3

3 3

T B

ω

6 , 0 145 , 2 2

482 , 1

= 0,576

Hệ số thể tích chiếm nước δ :

3 3 3

3 3

T B L

V

=

6 , 0 03 , 14 145 , 2 2

42 , 16

=0,8

tính toán đường nước 4

TT Sườn Nửa Chiều rộng Ym-Yđ trị i:Giá i.(Ym-Yđ) Giá trị: y³

2

10 3

2 1 0

y y y y

y y y

( ) ( ) ( ) ( ) ( )

2

2 5

5

4

3

2

1 0

10 0 10

2 1 0

0 10

0 10 1

9 2

8 3

7 4

6 5

y y y

y y y

y y

y y y

y y

y y

y y

y y

L

X f

+

− + + + +

− +

− +

− +

− +

+

− +

4 4 1 1 4 4 3 3 2 2 1 1

S S S S S S

X S X S X S X S X S X

F F

F f

2 / 1

2 / 4 4 3 2

S S S

S S S

S S S S S T

+

− + + +

− + + +

∆

= 0,61 (m) -Mômen quán tính của diện tích mặt đường nước đối với trục x:

3 0

3 10 3 10

3 9

3 2

3 1

3 0 2

2 3

y y y y y

y y

L dx

y I

L

L x

=(2.1,38/3)(76,108 - (3,203+6,118)/2) = 65,730 (m 4 )

- Bán kính tâm ổn định ngang:

4

4 3

2

5 ) (

5

) (

1 0 2

4

2 5 3 2

= 2.1,38 3 (185,72– 25(1,474+1,829)/2) = 759,158 (m 4 ).

-Mômen quán tính mặt đường nước đối với trục ngang của trọng tâm mặt đường nước:

4 4 4

4 4

T B

ω

8 , 0 221 , 2 2

317 , 2

= 0,652

Hệ số thể tích chiếm nước δ :

4 4 4

4 4

T B L

V

=

δ =15,24927.2,.4912,221.0,8=0,88

tính toán đường nước 5

TT Sườn Nửa Chiều rộng Ym-Yđ Giá

trị i: i.(Ym-Yđ) Giá trị: y³

2

10 3

2 1 0

y y y y

y y y

=2.1,38.(24,068 - (1,902+2,312)/2) = 60,612 (m 2 )

-THỂ TÍCH ĐƯỜNG NƯỚC V : V 5 = ∆T[S 1 +S 2 +S 3 +S 4 +S 5 -( S 1 + S 5 )/2]

= 0,2.[25,22+43,591+51,934 +58,784 - (25,22+58,784)/2] = 89,58 (m 3 ).

2 5

5

4

3

2

1 0

10 0 10

2 1 0

0 10

0 10 1

9 2

8 3

7 4

6 5

y y y

y y y

y y

y y y

y y

y y

y y

y y

− +

− +

− +

− +

∆

=

=

2 / ) 474 , 1 829 , 1 ( 95 , 22

) 2 / ) 829 , 1 474 , 1 (

5 024 , 4 ( 38 , 1

+

− +

+ +

5 5 1 1 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1

S S S S S S S

X S X S X S X S X S X S X

F F

F F

f

= 0,06 (m)

-Tính cao độ tâm nổi Zc:

Z c5 = [ ]

5 5 4 3 2 1

2 / 1

2 / 5 5 4 3 2

S S S

S S S S

S S S S S S T

+

− + + + +

− + + + +

3 0

3 10 3 10

3 9

3 2

3 1

3 0 2

2 5

y y y y y

y y

L dx

y I

L

L x

+ + +

2

5 ) (

5

) (

1 0 2

2 0 10

2 4

2 5 3 2

= 2.1,38 3 (207,425– 52,675) = 813,388 (m 4 ).

-Mômen quán tính mặt đường nước đối với trục ngang của trọng tâm mặt đường nước:

5 5 5

5 5

5 5

T B

ω

β = =3 , 198 / 2 2 , 242 1=0,78

Hệ số thể tích chiếm nước δ :

5 5 5

5 5

T B L

V

=

δ =15,60851.2,19.2,242.1=0,77

XÂY DỰNG ĐỒ THỊ BOONG JEAN

k i

y y y T

0

0

2 2

Cao độ trọng tâm diện tích mặt cắt ngang Zω được tính theo công thức:

Bảng gía trị các yếu tố tính nổi

k i

k k

T

T

oy

y y y

y y

k iy T ydz

zdz y M

0

0 0

ω

ω

Bảng tính cho sườn số 1 Nửa Từng cặp tổng Diện tích Tay

Bảng tính cho sườn số 3

Nửa Từng cặp tổng Diện tích Tay

[2].[5]

Từng cặp tổng Mômen TT

chiều rộng

[2].[5]

Từng cặp

TT chiều rộng của cột [2] cộng ω(m 2 )= đòn của cột [6] cộng M 0y =

y i (m) vào từ trên xuống ∆T.[3] vào từ trên xuống ∆T 2 [7]

bảng tính cho sườn số 5 Nửa Từng cặp tổng Diện tích Tay

Bảng tính cho sườn số 7

Nửa Từng cặp tổng Diện tích Tay

[2].[5]

Từng cặp tổng Mômen

TT chiều rộng của cột [2] cộng ω(m 2 )= đòn [6] cộngcủa cột M 0y =

y i (m) vào từ trên xuống ∆T.[3]

vào từ trên xuống ∆T 2 [7]

[2].[5]

Từng cặp tổng Mômen TT

chiều rộng

của cột [2]

cộng ω(m 2 )= đòn

của cột [6] cộng M 0y =

y i (m) vào từ trên xuống ∆T.[3]

vào từ trên xuống ∆T 2 [7]

Bảng tính cho sườn số 9 Nửa Từng cặp tổng Diện tích Tay

[2].[5]

Từng cặp tổng Mômen

TT chiều rộng của cột [2] cộng ω(m 2 )= đòn của cột [6] cộng M 0y =

y i (m) vào từ trên xuống ∆T.[3] vào từ trên xuống ∆T 2 [7]

TT chiều rộng của cột [2] cộng ω(m 2 )= đòn của cột [6] cộng M 0y =

y i (m) vào từ trên xuống ∆T.[3]

vào từ trên xuống ∆T 2 [7]

B ẢNG TÍNH TOÁN VẺ ĐỒ THỊ BOONJEAN

TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CỦA TÀU

Tính toán ,kiểm tra ổn định cua tàu kéo 280CV Đối với tàu đang tính ta có:

- chiều rộng đường nước thiết kế : Btk= 4,5 m -Chiều chìm trung bình : T = 1 m

- chiều cao mạn tàu : H = 1,8 m

- α =0,86 β = 0,78 δ = 0,6

- Các yếu tố hình học quy đổi, có thể xác định theo các công thức như sau:

δ α

α

H

T B

H L

B L

zco= 1 0 , 59 ( )

6 , 0 86 , 0

86 , 0

m

=

× +

2

) 2 )(

1 (

25 , 0

α

α δ

δ α α α

− α α +

α

α δ

−

L

B L T

H k

) 2 )(

1 (

25 , 0

1 2 2

c 2

yc90 = 2 , 92 ( )

8 , 13

5 , 4 8 , 13 1

8 , 1 1

, 1 ) 6 , 0 86 , 0 2 ( ) 86 , 0 1 (

86 , 0 25 ,

86 , 0 2 86

, 0 6 , 0 2 2

zc90 = kcα H

δ

δ + α

+ α

B

H L

B L

kc

*) zc90= 1 , 05 1 , 8 1 , 27 ( )

6 , 0 86 , 0

86 ,

*) ro = kr T

B 12

2 2

α

T

H H

B L

B 12

2

r0 = 0 , 158 ( )

1 8 , 13

5 , 4 6 , 0 12

86 , 0 05 , 1

2 2

m

=

×

×

*) r90 = o

3

90 c

co 90

y

z z

59 , 0 27 ,

Zg cao độ trọng tâm tàu, ta có thể chọn Zg theo tỷ số Z H g

của tàu mẫu Đối với tàu hàng Z H g

thường nằm trong khoảng 0,45 - 0,6 [3, tr.113]

Zg = 0 , 5 ×H = 0 , 5 × 1 , 8 = 0 , 9 (m)

Tổng hợp kết quả tính tay đòn ổn định hình dáng theo góc nghiêng θ

Bảng tính giá trị cánh tay đòn ổn định tàu

Gócnghiêngθ(độ)

Bảng3.11: Giá trị các hàm f 1 ( θ ), f 2 ( ), fθ 3 ( θ ), f 4 ( θ ) phụ thuộc góc nghiêng tàu θ

Góc nghiêng sin(θ) Giá trị các hàm fi(θ)

Góc nghiêng θ(độ)

lhd

(m) ltl =(ZG-Zc0)sinθ lhp=lhd-ltl ∑[4] lđ= 2

∆

θ [5]

0,3

3 2

Ld [m]

Lhp [m]

4

1.5 2.5 3.5

I.Mục đích và yêu cầu của bài tập:

I.1 Mục đích:

Bài tập này giúp cho sinh viên bước đầu làm quen với việc tính toán sức cản của tàu Nó sẽ là tiền đề để giải quyết các bài toán sức cản trong thực tế nhằm nâng cao tốc độ của tàu

I.2 Yêu cầu:

- Phân tích, lựa chọn và áp dụng công thức tính sức cản phù hợp đối với từng loại tàu Mỗi loại tàu cần ít nhất áp dụng 3 công thức tính gần đúng

- Xây dựng được đồ thị sức cản, công suất theo vận tốc tàu

II Phương pháp tính II.1 Phương pháp của viện thiết kế Leningrad

R=0 , 17 1 , 825 1 , 45 24 5 / 2 V4

T

B V

- D, lượng chiếm nước(m)

II.2 Phương pháp Taylor

Thể hiện kết quả của những lần khảo sát mô hình (120 mô hình) biến đổi có hệ thống hình dáng Mỗi mô hình có 2 chiều chìm tương ứng các tỉ số

B/T= 2,25 và B/T= 3,75 Kết quả khảo sát thu được trị số sức cản dư Taylor thiết lập đồ thị sức cản dư đơn vị tức là tỉ số sức cản dư và lượng chiếm nước những đồ thị được xây dựng cho 2 Seri B/T=2,25 và B/T=3,75 mỗi đường cong tương ứng số Fr (Fround) nhất định Hệ trục của đồ thị Taylor lấy hệ số thân tàu ở dạng D/(0,01L) 3 ở trục tung và hệ số béo dọc ϕ ở trục hoành , số Fr trong khoảng (0,1785- 0,2678) ‘đã chuyển sang hệ mé do Kranz)

Trên cơ sở đồ thị chúng ta có thể xác định được sức cản của tàu đồng dạng hình học gần đúng nào đó khi hình dáng có hơi khác một tí nhưng vẫn giữ số Fr hệ số mảnh, hệ số béo dọc ϕ và tỉ số B/T sức cản này đọc đồ thị sức cản dư đơn vị

j

r và nhân với lượng chiếm nước D

Rr = r j D (KG)

Khi tỉ số B/T của tàu tính toán sai khác với B/T chuẩn của Taylor tì trị số r j

phải được nội suy hay ngoại suy tuyến tính riieng giữa 2 giá trị B/T=2,25 và B/T= 3,75

II.3.Tính sức cản tàu kéo cảng vỏ thép 280CV

Đối với tàu đang tính ta có:

-L: Chiều dài thiết kế: L=13,800(m)

-B: Chiều rộng thiết kế: B=4,5(m)

-T: Chiều chìm trung bình: T=1(m)

δ : Hệ số béo của tàu: δ=0,6

-D: Lượng chiếm nước của tàu: D=41,413(tấn)

S: Diện tích mặt tiếp nước: S= 60,612 (m2)

Áp dụng công thức tính sức cản của viện thiết kế tàu sông Lêningrad :

Ta thu được: R=10,3.V1,825+7,6V4

Ta có bảng giá trị sức cản và công suất theo vận tốc

đại lượng

vận tốc

.V R

Ta xây dựng được đồ thị sức cản và công suất theo vận tốc

B tính theo phương pháp TaylorĐối với tàu đang tính ta có:

-L: Chiều dài thiết kế: L=13,8(m)

-B: Chiều rộng thiết kế: B=4,5(m)

-T: Chiều chìm trung bình: T=1,2(m)

δ : Hệ số béo của tàu: δ=0,6

ϕ : Hệ số béo dọc của tàu : ϕ= 0.55-D: Lượng chiếm nước của tàu: D=41,413 (tấn)-S: Diện tích mặt tiếp nước: S= 60,612 (m2)

-Rr = r j D (KG) -Rf = Cmst

2

.V2 S

+Với: Cmst= k.Cmstp +∆C bm Cmstp= ( )2

2 log

75 , 0

−

e R

∆C bm = 0,00035 ( đối với tàu vỏ thép ∆C bm= 0,0003- 0,0006)

tt đại lượng

kí hiệu và công thức

11

công suất động cơ Ne= 0 , 5

EHS

nội suy ta được k= 1,053

ta có : = 3 , 7

T

B

; ( )3 10 , 9 103

01 ,

L D

Ta xây dựng được đồ thị công suất và sức cả theo vận tốc

Dựa vào đồ thị ta có -Vận tốc tàu : V= 275 5 , 5 ( / )

1

-Công suất động cơ: Ne = 167 114 , 5 ( )

456 , 1

1

ml

=

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHÂN VỊT

I.Mục đích và yêu cầu của bài tập:

I.1 Mục đích:

Bài tập này giúp cho sinh viên bước đầu làm quen với chân vịt của tàu,đây là một bộ phận không thể thiếu của tàu Sử dụng các phương pháp tính để tính toán thiết kế chân vịt phù hợp với con tàu của mình

I.2 Yêu cầu:

- Phân tích và áp dụng phương pháp tính phù hợp để thiết kế chân vịt phù hợp với máy và chân vịt với hiệu suất làm việc là cao nhất

II Lựa chọn phương án:

Trong thực tế hiện nay thường sử dụng các phương pháp thiết kế chân vịt,có thể chia làm 3 nhóm như sau:

Nhóm thứ nhất:

Nhóm này bao gồm các phương pháp tính chân vịt dựa vào các hệ thức số học,các hệ số lấy từ kết quả thí nghiệm tàu thật,từ thí nghiệm mô hình hoặc các công thức kinh nghiệm.Phương pháp này ít sử dụng vì dựa trên cơ sở lý luận ít chính xác và không thật chặt chẽ,thường chỉ dùng ở giai đoạn thiết kế sơ bộ khi chưa đủ số liệu cần thiết hoặc trong trường hợp không thể áp dụng các phương pháp khác,ví dụ trường hợp thiết kế chân vịt cánh rộng

Nhóm thứ hai:

Nhóm này bao gồm các phương pháp tính chân vịt dựa vào lý thuyết vòng xoáy,trên cơ sở sử dụng các hệ số nâng và hệ số sức cản có trong các hàm thủy động học của lực nâng.Do tính toán phức tạp,lại phải trải qua nhiều bước tính trung gian nên trong thực tế phương pháp này cũng ít được sử dụng

Nhóm thứ ba:

Nhóm này bao gồm các phương pháp thiết kế chân vịt dựa trên cơ sở những mẫu

có sẵn theo các đồ thị thực nghiệm,xây dựng từ kết quả thí nghiệm hàng loạt mô hình trong bể thử.Phương pháp này còn gọi là phương pháp thiết kế theo đồ thị

và hiện được sử dụng rộng rãi do đơn giản,nhanh chóng cho kết quả khá chính xác khi tính các yếu tố cơ bản của chân vịt.Tuy nhiên tính theo phương án này

có nhược điểm chính là khi thiết kế chân vịt có lợi nhất cho điều kiện này thì có

Trong thực tế hiện nay thường thiết kế chân vịt dựa theo các đồ thị:

- Đồ thị Papmen được dùng chính thức tại Nga và nhiều nước khác,trong đó có nước ta do có ưu điểm là đơn giản,đảm bảo độ chính xác cần thiết và nhất là cho phép lựa chọn đươc chân vịt tối ưu chỉ sau một lần chọn

-Đồ thị Taylor Bp-δ được sử dụng ở hầu hết các nước

-Đồ thị dạng φ-μ thuận lợi cho việc đánh giá các tính năng chân vịt

III Thực hiện

D = (m)

Vp =Vt = (hl/h)

P = R (KG)Cách làm:

Ta có: D = (m) → Kđ = Vp D = Tra từ hình 8.36:Các đồ thị thiết kế chân vịt của papmen ta tìm được các giá trị K1 và λp Với các giá trị là: K1 = ; λp = (m) => nopt = Vp/( λp D) =

Tra từ hình 8.36:Các đồ thị thiết kế chân vịt của papmen ta tìm được các giá trị còn lại Ta có:

H/D = ;ηmax =