Nghiên cứu thiết kế du thuyền chở 6 khách du lịch, chạy bằng động cơ diesel kết hợp buồm hoạt động trên vịnh hạ long

Kỹ sư : Phạm Mạnh Tuấn LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ DU THUYỀN CHỞ 6 KHÁCH DU LỊCH, CHẠY BẰNG ĐỘNG CƠ DIESEL KẾT HỢP BUỒM HOẠT ĐỘNG TRÊN VỊNH HẠ LONG Lớp/Khoá: Kỹ thuật

Kỹ sư : Phạm Mạnh Tuấn

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ DU THUYỀN CHỞ 6 KHÁCH DU LỊCH, CHẠY BẰNG ĐỘNG CƠ DIESEL KẾT HỢP BUỒM HOẠT ĐỘNG TRÊN VỊNH HẠ LONG

Lớp/Khoá: Kỹ thuật tàu thủy /2012-2014

Người hướng dẫn : PGS.TS TRƯƠNG SĨ CÁP

NỘI DUNG

MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

2

- Tính cấp thiết của đề tài

- Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.

- Phương pháp nghiên cứu

- Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

1 Tính cấp thiết của đề tài

 Việt Nam có tiềm năng rất lớn trong phát triển du lịch biển Đặc biệt Vịnh Hạ Long là một điểm đến lý tưởng của khách du lịch

 Hiện nay, Vịnh Hạ Long du khách chủ yếu lựa chọn các tàu vỏ gỗ không đảm bảo an toàn Gần đây đã có nhiều du thuyền được nhập khẩu hoạt động trên vịnh Tuy nhiên giá thành thường cao

 Một yêu cầu nữa là phát triển du lịch bền vững Chúng ta cần có những chiếc tàu chạy bằng năng lượng tự nhiên thân thiện với môi trường Chính vì lý do đó tác giả lựa chọn du thuyền chạy máy kết hợp với buồm để hoạt động trên Vịnh Hạ Long

4

MỞ ĐẦU

3 Phương pháp nghiên cứu của đề tài.

 Tổng hợp các mẫu du thuyền có buồm cỡ nhỏ trên thế giới

 Phân tích các đặc trưng thiết kế du thuyền

 Lựa chọn mẫu du thuyền phù hợp

 Thiết kế du thuyền theo yêu cầu của quy chuẩn và quy phạm

Việt Nam

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài.

 Đề tài tập trung nghiên cứu các mẫu du thuyền buồm có chiều dài dưới 10m và chở được từ 4 tới 9 du khách Từ đó tính toán

lý thuyết để lựa chọn du thuyền phù hợp chở 6 người

4 Ý nghĩa.

 Ý nghĩa khoa học

 Tính toán thiết kế du thuyền và kiểm nghiệm thỏa mãn các

quy định của quy phạm đảm bảo hoạt động an toàn

 Ý nghĩa thực tiễn

 Tạo ra những du thuyền tiết kiệm nhiên liệu, thân thiện với

môi trường, thúc đẩy du lịch phát triển bền vững

6

MỞ ĐẦU

Tình hình phát triển du thuyền trên thế giới và ở Việt Nam

 Thế giới: Xu hướng du thuyền trên thế giới là thiết kế du thuyền

cỡ nhỏ ứng dụng công nghệ mới, lượng khí thải thấp như du thuyền chạy bằng năng lượng mặt trời, gió Du thuyền buồm phục

vụ du lịch và thể thao đã được nhiều nước quan tâm và phát triển

từ rất lâu

 Tại Việt Nam: Có rất nhiều khách hàng tư nhân muốn sở hữu du thuyền cỡ nhỏ, phục vụ những kỳ nghỉ ngắn ngày và phù hợp với điều kiện neo đậu tại Việt Nam Hiện đã có rất nhiều bến du thuyền quy mô lớn được xây dựng ở Vịnh Hạ Long

- Các thuyền buồm hiện có chủ yếu dùng vỏ gỗ và buồm được chế tạo

theo kinh nghiệm dân gian Một số tàu, buồm chỉ mang tính trang trí

- Hệ thống tài liệu quy chuẩn thiết kế buồm chưa được đầy đủ

- Qua tìm hiểu các mẫu tàu ở Việt Nam và thế giới tác giả đã phân tích lựa chọn mẫu tàu phù hợp điều kiện ở Vịnh Hạ Long Sau đó tính toán thiết kế phù hợp với quy định an toàn của Quy phạm

8

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

1 Đặc điểm thuyền buồm

2 Một số lưu ý khi sử dụng thuyền buồm

3 Cơ sở thiết kế cơ bản

4 Sức cản

5 Cơ sở tính áp lực gió và nghiệm sơ bộ tốc độ tàu

6 Tính ổn định

2.1 Đặc điểm thuyền buồm

Thuyền buồm di chuyển được là do áp lực gió tác dụng vào buồm tạo nên sự tăng áp và giảm áp giữa mặt trước và sau của cánh buồm Chính sự chênh lệch áp suất này đã tạo ra lực đẩy đẩy tàu di chuyển

10

Tại sao thuyền buồm có thể chạy ngược gió?

- Thuyền buồm không thể di ngược

hướng gió hoàn toàn nhưng chếch

một góc nhỏ so với hướng gió thì hoàn toàn có thể

- Vậy gió tác dụng lên thuyền buồm như thế nào? Dù gió có thổi

theo hướng nào thì nó cũng chỉ đẩy buồm theo phương thẳng góc với mặt phẳng của buồm mà thôi

- Nguyên tắc chung là: để lợi thế về tốc độ thì mặt phẳng của buồm chia góc kẹp giữa mặt cắt dọc du thuyền và hướng gió ra làm đôi

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ

2.3.2 Cơ sở bố trí chung toàn tàu

Bố trí những không gian tốt nhất cho hành khách, các phương tiện an toàn, cứu sinh được trang bị đầy đủ và bố trí hợp lí

2.3.3 Cơ sở lựa chọn hình dáng buồm

- Hiện nay có nhiều loại buồm khác nhau Ở Việt Nam thường sử dụng một số loại buồm phổ biến như buồm tai trâu, buồm cánh dơi

2.3 Cơ sở thiết kế cơ bản

2.3.1 Lựa chọn tàu mẫu và các thông số cơ bản

- Khi chưa tích lũy đủ kiến thức và kinh nghiệm thiết kế thì việc sử dụng số liệu của tàu mẫu là biện pháp tốt nhất

 - Ở vùng vịnh bắc bộ buồm cánh dơi

được sử dụng phổ biến Nhờ có hệ

thống khung xương mà buồm cánh dơi

có ưu điểm hơn hẳn so với các buồm

khác đó là có thể chạy được cả trong

trường hợp gió quẩn, gió giật và

ngược gió Buồm cánh dơi có hình

dáng rất đẹp

 - Ở đây lựa chọn buồm kết hợp buồm

cánh dơi và buồm tai trâu

12

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ

2.3.4 Cơ sở tính diện tích buồm và kích thước buồm

Có 2 phương pháp tính diện tích buồm:

 Phương pháp tính theo lý thuyết

So sánh với diện tích mặt ướt của thuyền

SA / W = 2  2,5 Trong đó:

W là diện tích ngâm nước của thuyền (m2)

SA : Tổng diện tích của buồm (m2)

k = 2 với thuyền nhỏ, k = 2,5 thuyền lớn

 Tính dựa theo thống kê tàu mẫu

Trong phạm vi đề tài tác giả lựa chọn kết hợp cả 2 phương pháp để tính tổng diện tích buồm và tính nghiệm ổn định sau khi chọn diện tích buồm

14

2.4 Sức cản

Việc tính toán sức cản dựa trên phần mềm NAPA

2.5 Cơ sở tính áp lực gió và nghiệm sơ bộ tốc độ tàu

2.5.1 Áp lực gió : Q = P.S (KG) Trong đó:

Q là lực đẩy của gió theo phương tác dụng đẩy thuyền về phía trước

P là áp lực của gió (KG/m2)

S là diện tích hứng gió của thuyền (m2)

Ở các hướng gió khác nhau áp lực gió sẽ thay đổi, sau đây ta tính với

tàu chạy xuôi gió

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ

2.5.2 Cơ sở tính tốc độ thuyền chạy xuôi gió

Tổng diện tích hứng gió của cả thuyền được tính như sau:

S = Sa + St

S (m2): là tổng diện tích hứng gió của cả thuyền

Sa = là diên tích hứng gió của buồm

St = là diện tích hứng gió của thân thuyền

2.5.3 Cơ sở tính tốc độ thuyền chạy bằng máy

2.6 Cơ sở tính ổn định

Dùng Quy phạm để kiểm tra ổn định Nội dung kiểm tra như sau:

2.6.1 Các trạng thái kiểm tra

- Trạng thái I: Trạng thái tàu đầy tải và 100% dự trữ (Có buồm)

- Trạng thái II: Trạng thái tàu đầy tải và 10% dự trữ (Có buồm)

- Trạng thái II: Trạng thái tàu không tải và 10% dự trữ (Có buồm)

- Trạng thái IV: Trạng thái tàu đầy tải và 100% dự trữ (Không buồm)

- Trạng thái V: Trạng thái tàu đầy tải và 10% dự trữ (Không buồm)

16

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ

2.6.2 Kiểm tra ổn định theo tiêu chuẩn thời tiết

Mchp ≥ Mng Trong đó: Mng : Mômen nghiêng do tác dụng của gió

Mchp: Mômen cho phép giới hạn

Với : Mng = 0,001.P.A.(Z +a1a2d)

P: Áp suất gió A: Diện tích mặt chịu gió m2

Z: chiều cao tâm hứng gió d : chiều chìm trung bình

a1: hệ số lấy theo tỷ số B/d

a2: hệ số lấy theo tỷ số Zg/d

Đối với tàu lưu trú du lịch ngủ đêm, nhà hàng nổi, khách sạn nổi:

Mchp/ Mng ≥ 2

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 3.1 Lựa chọn tàu mẫu và các thông số cơ bản

18

STT TÊN TÀU LOA

(m)

L (m)

B (m)

T (m)

D tấn

Số khách

chọn kích thước cuối cùng như sau

20

3.2 Tính toán buồm

Diện tích buồm

SA = 2  2,5W

Với hệ số k = 2 được diện tích buồm là: SA = 2* 12.9 = 25 8 (m2)

Dựa vào kích thước buồm theo tàu mẫu và tính nghiệm ổn định theo

quy phạm ta lựa chọn kích thước buồm có diện tích là: SA = 16.5 (m2)

Cột buồm lòng đặt tại giao điểm mặt phẳng dọc tâm tàu và sườn #6+350

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

22

Tốc độ thuyền chạy xuôi gió( Các chế độ khác tính tương tự)

Tổng diện tích hứng gió có tác dụng đẩy thuyền được tính như sau:

S = Sa + St

Trong đó:

Sa = 11 (m2): là diên tích hứng gió của buồm, lấy theo diện tích buồm lòng

St = 2,88 (m2): là diện tích hứng gió của thân thuyền

Lực đẩy của gió

Q = P.S (KG)

Vận tốc thuyền Hl/h

Các trường hợp tải trọng tính toán

- Trạng thái I: Trạng thái tàu đầy tải và 100% dự trữ

- Trạng thái II: Trạng thái tàu đầy tải và 10% dự trữ

- Trạng thái III: Trạng thái tàu không tải và 10% dự trữ

* Bảng tính ảnh hưởng của mặt thoáng

STT Tên gọi Khối lượng

(Tấn)

Chiều rộng bể (m)

Chiều cao bể (m)

24

* Bảng tính khối lượng trọng tâm tàu

Trạng thái I: Tàu đầy tải với 100% dự trữ

STT Thành phần khối

lượng %

Pi Xi Zi Mx Mz[Tấn] [m] [m] [Tm] [Tm]

Hoành độ trọng tâm XG = 3.569 m

Cao độ trọng tâm ZG = 0.262 m

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

* Tính cân bằng dọc và chiều cao ổn định ban đầu

STT Tên gọi Công thức Đ.Vị TT I TT II TT III

3 Mớn nước trung bình d m 0.515 0.502 0.469

4 Hoành độ trọng tâm X G m 3.569 3.881 3.8151

5 Hoành độ tâm nổi X C m 3.453 3.457 3.469

6 Momen nghiêng dọc trên 1 cm MCT Tm/cm 0.100 0.100 0.100

7 Trị số nghiêng dọc dd = (X G - X c )D/100MCT m 0.053 0.185 0.137

8 Hoành độ trọng tâm mặt nước X f m 3.349 3.345 3.347

9 Số gia mớn nước mũi ddm =(L-X f ) * dd/L m 0.031 0.108 0.079

10 Số gia mớn nước lái ddl =X f *dd/L m 0.022 0.077 0.057

11 Mớn nước mũi dm = ( d + ddm) m 0.55 0.61 0.55

12 Mớn nước lái dl = ( d - ddl ) m 0.49 0.42 0.41

13 Chiều cao trọng tâm ZG m 0.262 0.267 0.189

14 Chiều cao tâm nổi Z C m 0.310 0.303 0.284

15 Bán kính tâm nghiêng ngang r m 1.150 1.150 1.140

16 Chiều cao tâm nghiêng Z m = r + Z c m 1.460 1.453 1.424

17 Momen quán tính mặt thoáng S Mh m4 0.0 0.0 0.0

18 Hiệu chỉnh mặt thoáng dho = S Mh / D m 0.0 0.0 0.0

19 Chiều cao ổn định ban đầu ho = Z m - Z G - dho m 1.198 1.186 1.235

2 Trạ

ng thái II:

Tàu đầy tải với 10

%

dự trữ

Góc Lf sinθ a.sinθ Lt = II-IV Stp(V) Ld

Trạng thái I: Tàu đầy tải với 100% dự trữ

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

Đồ thị cánh tay đòn ổn định tĩnh và động trạng thái I

Chiều cao tâm mặt hứng gió cách mặt phẳng đường

* Tính diện tích và trọng tâm mặt hứng gió:

Trạng thái I: Tàu đầy tải với 100%

Áp lực gió theo quy

STT Nội dung Tính toán Giá trị cho

phép

1 Hệ số an toàn theo tiêu chuẩn thời tiết K

Trạng thái I: Đủ khách với 100% dự trữ 1.18 > 1

Trạng thái II: Đủ khách với 10% dự trữ 1.13 > 1

Trạng thái III: Không khách với 10% dự trữ 1.03 > 1

2 Hệ số an toàn theo tiêu chuẩn thời tiết K

( Không buồm)

Trạng thái I: Đủ khách với 100% dự trữ 21.58 > 2

Trạng thái II: Đủ khách với 10% dự trữ 20.37 > 2

* So sánh các tiêu chuẩn ổn định theo quy phạm

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1 Kết luận

Tác giả đã thực hiện một số phần sau:

- Tổng hợp một số mẫu du buồm trên thế giới

- Phân tích và lựa chọn tàu mẫu phù hợp làm cơ sở thiết kế

- Xây dựng đồ án thiết kế sơ bộ và lập thiết kế cơ sở

- Đã tính toán tốc độ tàu khi chạy buồm ở các chế độ gió khác

nhau

- Tính toán kết cấu buồm, tốc độ khi khai thác bằng máy và khi

khai thác bằng buồm

- Tính kiểm tra đảm bảo ổn định, du thuyền được thiết kế phù

hợp, an toàn và tiện nghi cho hành khách

32

Về hướng nghiên cứu và chế tạo

- Có thể phát triển nghiên cứu những du thuyền chạy buồm có kích thước lớn hơn chở được nhiều người hơn và thời gian hoạt động trên biển lâu hơn

Về khai thác:

- Sản xuất hàng hoạt tàu composit theo cùng khuôn mẫu và cung cấp cho các công ty du lịch hoặc trang bị hiện đại phục vụ cho du khách hạng sang

Về hiệu quả kinh tế xã hội:

- Việc đầu tư đóng du thuyền sẽ tạo việc làm cho các nhà máy đóng tàu vừa

và nhỏ Tạo điều kiện cho ngành du lịch có thêm phương tiện an toàn, thúc đẩy ngành du lịch phát triển, như một số nước: Thái Lan, Singapore đã rất thành công

Thiết kế đóng du thuyền chở 6 khách, dùng máy kết hợp với buồm phục vụ du lịch Vịnh Hạ Long là cần thiết và hoàn toàn khả thi, có ý nghĩa cả về kinh tế kỹ thuật và xã hội

EM XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN

34