Trả lời các câu hỏi lý thuyết tàu thủy

Lực thủy tĩnh tác động lên phần tử dS của mặt ướt vỏ tàu trong trường hợp này được hiểu là: Hình: Trọng lực và lực nổi tổng các lực thành phần theo phương nằm ngang sẽ bằng 0 do chúng

Trả lời các câu hỏi “Lý thuyết tàu thủy”

1 Trình bày cách xác định lực nổi tác động lên thân tàu ngâm trong nước Điều kiện cân bằng tàu trong

trạng thái nổi trên nước hoặc trong nước Giải thích những tên gọi liên quan: lượng chiếm nước của

tàu, thể tích chiếm nước, trọng lượng tàu khơng, sức chở của tàu

Lực nổi

Thân tàu chìm trong nước tiếp xúc với nước qua

mặt ướt vỏ tàu Áp lực do nước áp đặt lên mặt tiếp

xúc này mang giá trị:

p = p a + γ z (*)

với: p a - áp suất khí quyển đo tại mặt thống của nước

z - khoảng cách đo từ mặt thống đến điểm đang

được xem xét trên mặt ướt vỏ tàu

Lực thủy tĩnh tác động lên phần tử dS của mặt ướt

vỏ tàu trong trường hợp này được hiểu là: Hình: Trọng lực và lực nổi

tổng các lực thành phần theo phương nằm ngang sẽ bằng 0 do chúng tự triệt tiêu nhau, cịn

Cơng thức (b) được hiểu là lực nổi do nước tác động lên phần thân tàu chìm trong nước F

= γV Lực nổi tính theo định luật Archimedes, bằng trọng lượng khối nước bị thân tàu

chốn chỗ, tác động theo hướng từ dưới lên Lực nổi F cĩ tâm đặt lực tại B, gọi là tâm nổi

của tàu Lực này cố gắng đẩy tàu lên cao hơn vị trí nĩ đang chiếm

Với tàu thủy cĩ thể tích phần chìm trong nước V, viết tắt từ Volume (hoặc ∇ là ký tự thay

thế cho V trong nhiều trường hợp), trọng lượng tồn tàu tại trạng thái tính tốn, đúng bằng

trọng lượng khối nước bị thân tàu chiếm chỗ γ∇ Đại lượng D = γV (hoặc γ∇) được gọi là

lượng chiếm nước của tàu, mang giá trị đúng bằng lực nổi của tàu Ký hiệu D viết tắt từ

Displacement, cịn Δ ký tự thay cho D trong nhiều trường hợp Theo cách đĩ chúng ta cĩ

thể viết:

2

trong đó: Δ (hoặc D) - lượng chiếm nước; γ - trọng lượng riêng của nước

∇ (hoặc V) - thể tích phần tàu chiếm chỗ trong nước, hoặc còn được gọi là

là lượng thể tích chiếm chỗ (volume displacement)

Thứ nguyên dùng cho các thành phần trong công thức, trong hệ thống đo metric, sau đây gọi là hệ mét, được hiểu theo truyền thống đã ghi đậm nét trong ngành đóng tàu:

γ - trọng lượng riêng nước sông bằng 1 t/m3, nước biển γ = 1,025÷1,03 t/m3

V - thể tích tính bằng m3

D - lượng chiếm nước tính bằng tấn hệ metric, viết tắt là T hoặc MT

Thể tích V là thành phần thay đổi trong biểu thức tính lực nổi tàu γV, đóng vai trò thước đo tính nổi tàu

Trọng lượng tàu không (lightship) – trọng lượng ( đúng nghĩa là khối lượng) tàu cùng máy

móc, trang thiết bị Trọng lượng tàu không ký hiệu D0

Sức chở tàu bằng hiệu giữa lượng chiếm nước D và trọng lượng tàu không: DW = D –

D0 Kể đủ trong DW gồm hàng hóa chở trên tàu, dự trữ cho tàu, dự trữ cho máy tàu, đoàn thủy thủ

2 Trình bày cách xây dựng họ đường Bonjean Cách thể hiện họ đường Bonjean bằng đồ thị Ứng dụng đường Bonjean trong thiết kế, chế tạo tàu

Các mặt cắt ngang tàu

Các đại lượng đặc trưng cho mặt cắt ngang tàu:

Diện tích mặt sườn tính đến mớn nước Z

z

S z ( ) = 2∫0 ydz () Mômen tĩnh so với trục Oy của mặt sườn:

( )

∫

0 0

()

Tỉ lệ Bonjean

Với mỗi sườn tàu, từ kết quả tính diện tích phần chìm và mômen tĩnh phần chìm so với đáy, có thể vẽ hai đường cong miêu tả biến thiên của hai giá trị trên theo chiều chìm z Tập hợp toàn bộ các đường cong kiểu này, lập cho tất cả sườn tính toán sẽ được đồ thị có tên

gọi tỉ lệ Bonjean

Tại hình trình bày tỷ lệ Bonjean lập cho tàu cá dài 45,26m

Họ đường cong trên đồ thị mang tên tỉ lệ Bonjean là cơ sở tính thể tích phần chìm giả định, tâm nổi theo chiều dọc, chiều cao trước khi hạ thủy tàu, đồng thời là cơ sở tính chống chìm, phân khoang tàu

3

Biểu đồ Bonjean

3 Khái niệm cân bằng dọc tàu trên nước Trình bày cách xây dựng công thức momen chúi tàu, làm cho mớn nước mũi, lái tàu thay đổi 1 đơn vị dài (1 cmm hoặc 1 m) Thủ tục tiến hành công việc cân bằng tàu trên nước tĩnh Cân bằng dọc tàu để làm gì?

Momen nghiêng dọc làm tàu chúi thêm 1cm

Góc nghiêng dọc viết dưới dạng

L

t GM

x x w

L

=Δ

x x

M ng = ×Δ L

Thay giá trị Δ = γ∇ và GML = IL /∇ vào vế phải của biểu thức cuối, đồng thời nhận giá

trị của t = đơn vị chiều dài, ví dụ t = 1m, công thức tính momen nghiêng dọc tàu thêm 1

đơn vị chiều dài sẽ là:

L

I L

4

I L

Công thức tương đương tính trong hệ thống đo Imperial dùng tại UK,USA:

Moment to trim one inch:

L

I g

5 Tâm đường nước LCF hoặc Xf- đọc từ đồ thị, = f(T) m

6 Hoành độ tâm nổi LCB hoặc XB - đọc từ đồ thị, = f(T) m

7 Chiều cao tâm nổi KB hoặc Zc- đọc từ đồ thị, = f(T) m

8 Bán kính tâm nghiêng BM hoặc r – đọc từ đồ thị = f(T) m

9 Momen chúi 1 m MTRIM - đọc từ đồ thị, = f(T) Tm/m

14 Thay đổi chúi lái δTl =(- L/2 - LCF)ψ m

16 Mớn nước lái Tl = T +δTl = (2) + (14) m

17 Chiều cao tâm ổn định GM = KM – KG = (7) + (8) - (4) m

5

4 Trình bày khái niệm ổn định tàu Ổn định ban đầu hiểu như thế nào và giải quyết những vấn đề gì? Giải thích bằng đồ thị chiều cao tâm nghiêng, tức là khoảng cách từ trọng tâm tàu G đến tâm nghiêng (metacentre) M Ảnh hưởng chiều cao tâm nghiêng GM (các sách của Nga ký hiệu h 0 ) đến tính ổn định tàu Nêu những giá trị thường gặp của GM cho các loại tàu thông dụng

Tàu nổi cũng như tàu ngầm đạt vị trí cân bằng khi lực nổi cân bằng trọng lực và tâm nổi cùng nằm trên đường thẳng vuông góc với mặt thoáng, đi qua trọng tâm tàu

Trong tự nhiên tàu hoạt động trên mặt nước, chịu tác động của môi trường như gió, sóng, dòng chảy Dưới ảnh hưởng của ngoại lực tác động nhất thời, vị trí cân bằng của tàu bị phá vỡ, tàu bị nghiêng về phía mạn hay nghiêng dọc tàu Có thể hình dung được rằng khi hàng hóa, vật tư thiết bị trên tàu được giữ chặt tại các vị trí cố định trong những trường hợp khai thác cụ thể, trọng tâm G của tàu hầu như không đổi khi tàu nghiêng, còn tâm nổi B thuộc phần chìm tàu thay đổi vị trí tùy thuộc hình dáng hình học phần chìm

Trong trường hợp chung, tâm nổi nhất thời B’ không còn nằm trên cùng đường vuông góc với mặt thoáng đi qua G; khoảng cách giữa hướng lực của trọng lực W với hướng lực của

lực nổi F thay đổi từ 0 cho vị trí cân bằng đến giá trị L ≠0 Mômen ngẫu lực giờ đây mang giá trị Mômen này hoạt động tuân thủ định luật cơ học, có thể cùng dấu với mômen nghiêng đã quay tàu khỏi vị trí cân bằng ban đầu, nhưng cũng có thể ngược dấu với mômen trên Trường hợp đầu, mômen ngẫu lực làm cho tàu nghiêng đến góc lớn hơn,

còn trường hợp sau chống lại mômen nghiêng.Hình , mômen ngẫu lực hình a) cố gắng

xoay tàu về bên phải, chống lại hướng nghiêng hiện tại của tàu Trường hợp này mômen ngẫu lực có thể đưa tàu lại vị trí cân bằng ban đầu khi mômen ngoại lực thôi tác động Có thể trông đợi ở đây tàu có tính ổn định

Hình b miêu tả bức tranh ngược lại, mômen ngẫu lực với hướng xoay như chỉ rõ trên hình

làm cho tàu ngày càng nghiêng nhiều hơn Trường hợp sau có thể coi không ổn định

Hình : Mômen phục hồi

Ổn định được hiểu theo nghĩa chung là khả năng của tàu chống lại các tác động của ngoại lực đã đẩy tàu ra khỏi vị trí cân bằng ban đầu để đưa tàu trở lại vị trí cân bằng này, khi tác động ngoại lực không còn nữa

Ổn định tàu xét trong những hoàn cảnh cụ thể Dưới tác động tĩnh của ngoại lực tàu phản ứng trong khuôn khổ của ổn định tĩnh Ngược lại tính ổn định tàu được xét trong điều kiện

mômen ngoại lực tác động lên tàu dưới dạng động sẽ được gọi là ổn định động Tác động

tĩnh của ngoại lực xảy ra với tốc độ tăng chậm Số đo của ổn định là giá trị mômen phục hồi xuất hiện khi nghiêng tàu Mômen phục hồi chống lại mômen gây nghiêng tàu, và khi mômen nghiêng không còn tác động mômen phục hồi đưa tàu về vị trí cân bằng ban đầu

6

Điều này phụ thuộc vào độ lớn của mômen phục hồi so với mômen nghiêng Tác động của mômen ngoại lực thể hiện ở tốc độ tăng trưởng nhanh của nó Số đo ổn định động là công sinh ra để thắng công ngoại lực và đưa tàu đã bị nghiêng đến góc khá lớn quay trở về vị trí cân bằng ban đầu lúc ngoại lực không còn tác động

Phụ thuộc vào hướng nghiêng tàu khi bị ngoại lực tác động có thể phân biệt hai trường hợp khác của tính ổn định là ổn định ngang khi xét ổn định trong trạng thái nghiêng ngang và

ổn định dọc cho trường hợp tàu bị nghiêng dọc

Trong đó GZ - đoạn thẳng nối từ trọng tâm tàu G đến đường tác động lực nổi tại thời

điểm xem xét, qua điểm B’

ϕsin

GM

GM gọi là chiều cao tâm nghiêng, M – tâm nghiêng

GZ gọi là tay đòn ổn định (righting lever)

Chiều cao của điểm M so với mặt chuẩn qua đáy:

KM=KB BM+ hoặc KM = KB + BM ()

Chiều cao tâm nghiêng ngang ban đầu:

KG KM

1 Righting moment

7

trong đó KG - chiều cao trọng tâm so với mặt chuẩn qua đáy tàu

Tâm nổi B di chuyển trên cung gần như cung tròn, bán kính r = BM, tâm tại M Khoảng cách giữa đường tác động của lực F và Δ xác định như sau:

ϕsin

Hình Tay đòn ổn định tàu GZ và chiều cao tâm nghiêng GM

5 Trình bày khái niệm ổn định tàu nổi Hiểu thế nào là ổn định tàu ở góc nghiêng lớn? Những yếu tố tố nào của tàu có ảnh hưởng lớn đến ổn định tàu tại góc nghiêng lớn Trình bày cách xác định momen nghiêng ngang tàu 1°, nêu ứng dụng của công thức này trong tính toán, thiết kế

BG BR BT BR

Momen nghiêng ngang tàu 1°

Công thức xác định momen phục hồi M = D GM sinϕ , trong đó D tương đương ký hiệu Δ, chỉ lượng chiếm nước của tàu Với góc ϕ rất nhỏ, giá trị của sinϕ ≈ ϕ, có thể viết

M ≈ D GM ϕ, trong đó góc nghiêng ϕ tính bằng rad Khi sử dụng hệ thống đo góc bằng

độ, công thức trên được đổi thành

3,57

Dưới tác động của momen nghiêng I, hình 2.15, tàu bị nghiêng chừng nào Mng > Mph Trong giai đoạn đến ϕ1 momen I luôn lớn hơn Mph, do vậy dưới tác động của I tàu phải nghiêng từ 0° đến ϕ1 Nhờ Mph > Mng trong đoạn sau ϕ1, tàu nghiêng từ ϕ3 đến ϕ1 Góc ϕ1 được xét như một góc ổn định tĩnh

9

cĩ thể chịu được tác động của momen ngoại lực làm nghiêng tàu chừng nào momen Mng chưa bằng hoặc vượt qua momen giới hạn II Momen nghiêng đánh số III tác động lên tàu làm tàu mất ổn định

Mph (tm)

10

0 20 30 40 50 60 70 80

(o)ϕ

C

Mng (tm)

III II

I

ϕstgóc ổn định tĩnh

Hình Điều kiện ổn định tĩnh và gĩc ổn định tĩnh ϕst

ỔN ĐỊNH ĐỘNG

Xác định gĩc ổn định động theo cách làm cân bằng cơng các momen nghiêng và momen phục hồi Thành phần cơng phục hồi khi thực hiện chống nghiêng tàu một gĩc nhỏ δϕ như sau:δLph =Mphδϕ , cơng do momen phục hồi thực hiện khi chống nghiêng tàu từ 0 đến ϕ sẽ

Trên đồ thị ổn định tĩnh tiến hành xác định diện tích đưới đường cong Mph(ϕ)

Đường tích phân ký hiệu bằng d = f(ϕ) là đồ thị ổn định động Góc ổn định

7 Hãy giải thích ý nghĩa họ đường cong mang tên gọi Cross Curves hay còn gọi Pantokaren Trình bày

các cách xác định tay đòn hình dáng của phần chìm trong nước của thân tàu, không dẫn dắt công thức

tính Vẽ họ đường Cross Curves tàu, chỉ trình bày định tính, không để ý định lượng Ứng dụng của họ

đường cong này

Khoảng cách SZ tại hình dưới đây đóng vai trò tay đòn hình dáng phần chìm thân tàu

Tập họp họ đường này, tùy thuộc thể tích phân chìm, góc nghiêng tàu có tên gọi

pantokaren hoặc Cross Curves Cách làm quen thuộc là, điểm S trùng với K

φα

αφ

ααφ

φφ

φ

φ α α

cos

0 0

BS d

M B d

M

B

BS z

y

SZ

−+

DỰNG ĐỒ THỊ ỔN ĐỊNH TRÊN CƠ SỞ PANTOKAREN

Đồ thị ổn định được dựng dưới dạng đường GZ = f(ϕ) Momen ổn định dựng dưới dạng momen phục hồi bằng tích số của GZ(ϕ) với lượng chiếm nước Δ = const

ϕsin

KG L

Hình Chuyển dịch hàng

Nếu nhiều trọng vật bị dịch chuyển: .

i i G

trong đĩ: Δ - lượng chiếm nước của tàu; δZ G – thay đổi vị trí trọng tâm tàu

Gĩc nghiêng dọc tàu do dịch chuyển trọng vật: i. i

L

w xGM

δ

Ψ = Δ

∑

ẢNH HƯỞNG BỐC DỠ HÀNG HOĂC NHẬN HÀNG LÊN TÀU

Bốc dỡ hàng khỏi tàu hoặc nhận hàng lên tàu làm thay đổi trọng lượng tàu, mớn nước,

trọng tâm, và thay đổi các đại lượng liên quan

- Trường hợp trọng vật được đưa vào hoặc lấy ra khỏi tàu w khơng lớn hơn 10 15% so

với lượng chiếm nước D của tàu, cĩ thể tính các thay đổi vừa đề cập như sau:

÷

- Trường hợp đưa trọng vật w lên tàu và đặt tại vị trí P trên đường tâm dọc tàu, trên vị trí

trọng tâm G của tàu, cách đường cơ bản đoạn KP Trường hợp này chưa gây ra nghiêng

ngang và nghiêng dọc

Thay đổi chiều chìm: w

TA

trong đĩ: B’ vị trí tâm nổi mới, G’ - vị trí trọng tâm sau khi nhận hàng, P - điểm nhận hàng trên

tàu, C - vị trí giữa của độ thay đổi chiều chìm

Bán kính tâm ổn định thay đổi theo lượng tương ứng với thay đổi chiều chìm:

14

- Trường hợp tổng quát, trọng vật w được đặt tại vị trí P, tọa độ của P là (X,Y,Z):

Thay đổi chiều chìm:

wTA

δ = γ

Chiều cao tâm nghiêng ngang:

Ví dụ: Tàu chở hàng có kích thước chính như sau: L = 132m; D = 4800T;

Tm = 4,6m; T l = 4,9m; diện tích đường nước A W = 1260m2; chiều cao tâm nghiêng GM =

0,8m; GML = 142m; tâm đường nước cách mặt giữa tàu LCF = 2,6m Xác định tính ổn

định và mớn nước tàu sau khi nhận hàng w = 260T lên vị trí X = 20m; Y = 1,5m; Z = 7,8m

= 0,8 + 260

5060(4,75 +

0 2 2

, -0,8 -7,8) = 0,61m

w Ytg

Thay đổi mớn nước mũi và lái:

• Thay đổi mớn nước tại trụ mũi:

Ảnh hưởng hàng treo đến ổn định ban đầu

Hàng treo ảnh hưởng trực tiếp đến ổn định giống như ảnh hưởng của trọng vật được nhận

vào tàu hoặc trọng vật dịch chuyển trên tàu Giả sử rằng trọng vật w được cẩu derrick nhấc

lên từ vị trí trọng vật đang chiếm chỗ Chiều cao puli đỡ dây cẩu so với vị trí chiếm chỗ

ban đầu của trọng vật xác định bằng d Điều có thể nhận biết từ cơ sở cơ học, trọng tâm g của trọng vật w khi vật bị móc vào cẩu đã được chuyển sang vị trí “ảo” g V, tại puli treo trọng vật

Trọng tâm tàu bị thay đổi một lượng, tính theo công thức:

GG1=w ×d

Δ

Trường hợp cần cẩu derrick chuyển trọng vật vừa nêu ra mạn, tùy thuộc tầm vươn tính từ

cột cẩu đến vị trí chuẩn bị hạ hàng a có thể tính góc nghiêng do trọng vật bị treo gây ra:

16

Khi kiểm tra tính ổn định tàu chở hàng rời, người thiết kế tàu nhất thiết phải tính đến mọi nguy hiểm mà hàng rời có thể gây ra trong suốt quá trình vận chuyển Khi rót hàng rời vàu tàu, ví dụ hạt, dù thực hiện cẩn thận cách mấy vẫn không thể nào lấp đầy chỗ trống giữa mặt lớp hạt và trần khoang hàng Chiều cao trung bình của khoảng cách này có thể tính theo công thức kinh nghiệm:

Trong đó h1 - chiều sâu khoảng trống chuẩn (mm), d - chiều cao kết cấu chịu lực của mặt trần (mm) Giá trị h1 đọc theo bảng, phụ thuộc vào l - khoảng cách từ vách dọc miệng hầm hàng đến vị trí xác định h1

Tàu chạy, góc đang đề cập nhỏ lại khoảng 10° so với giá trị đang nêu

Hình ảnh chung khối hàng rời chứa trong tàu như sau: tàu nghiêng ngang khoảng 20°, tư thế hàng không thay đổi Tàu nghiêng đến trên 30° hàng dồn về phía bị nghiêng, trọng tâm hàng thay đổi kéo theo thay đổi trọng tâm tàu

Khi tàu nghiêng về phía ngược lại, tư thế hàng bị xô sang bên không có cơ hội quay lại

vị trí cũ Tàu phải làm việc trong trạng thái có góc nghiêng ban đầu

Trong cả hai trường hợp, tính ổn định của tàu bị xấu

Những biện pháp giữ tính ổn định tàu hàng rời:

1 Tạo két đỉnh có đáy nghiêng chặn ngọn hàng

2 Làm thêm vách dọc hoặc các vách dọc, hạn chế “hiệu ứng mặt thoáng” như với tàu dầu

17

10 Trình bày ảnh hưởng mặt thoáng tàu chở hàng lỏng đến ổn định tàu Trong tính toán thực tế, khi nào người thiết kế phải tính ảnh hưởng mặt thoáng Các biện pháp giảm ảnh hưởng mặt thoáng tàu chở hàng lỏng

Ảnh hưởng mặt thoáng két chứa hàng lỏng

Tàu nghiêng làm cho khối chất lỏng chứa không đầy trong két dịch chuyển, giữ cho mặt toáng trong két song song với mặt thoáng bên ngoài tàu, hình Giả sử góc nghiêng nhỏ, trọng lượng nêm chất lỏng dịch chuyển sẽ là:

2 1

2 2

- momen quán tính mặt thoáng của két chứa chất lỏng,

γ1 - trọng lượng riêng chất lỏng chứa trong két,

γ - trọng lượng riêng của nước ngoài vỏ tàu,

∇ - thể tích phần chìm của tàu

Tay đòn ổn định sau hiệu chỉnh ảnh hưởng mặt thoáng:

ϕγ

γ

sin'

γ

δ là hiệu chỉnh do ảnh hưởng mặt thoáng chất lỏng

Chiều cao tâm nghiêng tàu sau hiệu chỉnh ảnh hưởng mặt thoáng:

GM = KM - KG - δG

ϕ

∆ K

G B

Z B' F M

g' g''

ϕ

Hình Ảnh hưởng mặt thoáng khoang chở hàng lỏng

Ví dụ : Tàu có lượng chiếm nước D = 5300T được bơm nước biển vào hai khoang khu

vực giữa tàu Nước được bơm đến nửa chiều cao của khoang Chiều dài khoang l =11,8m ,

18

chiều rộng b = 7,2m Xác định tổn thất chiều cao tâm ổn định do ảnh hưởng mặt thoáng hai

(o)

70 80 ϕ

GZ (m)

GZ

d

d (rad.m)

50 20

(o) 80

60 70

ϕ 57,3

ϕ d

d ϕ

2/ Momen nghiêng lớn, đường momen này nằm cao do đó diện tích tam giác tương đương tam giác trái của hình A luôn lớn hơn diện tích tam giác phải Trường hợp này không thể cân bằng công

3/ Giữa hai trường hợp này tồn tại một giá trị momen nghiêng đặc biệt, dưới tác động động của nó chúng ta có thể tìm góc giới hạn mà diện tích tam giác bên trái bằng diện tích của phần bên phải được giới hạn bởi chính momen nghiêng với đường momen tĩnh nằm sau góc vừa nêu

Trong trường hợp đặc biệt này momen nghiêng mang tên gọi là momen giới hạn hay còn gọi là momen lật tàu

Trên đồ thị ổn định tĩnh momen giới hạn đúng bằng giá trị momen vừa nêu Trên đồ thị công momen, tức đồ thị ổn định động xác định tại vị trí ϕ = 1 rad = 57,3°

30 40

GZ (m)

80

60 70

Hình B Xác định tay đòn momen lật trên đồ thị ổn định tĩnh và ổn định động

Ảnh hưởng góc nước tràn đến giá trị momen giới hạn

Momen giới hạn cho trường hợp tính đến ảnh hưởng góc tràn nước của tàu được trình bày tại hình 2.39 Trên đồ thị này đường momen giới hạn nối từ tâm hệ toạ độ mới lập, từ điểm

K đến điểm gặp góc tràn nước vời đường cong ổn định

20

d (rad.m)

GZ

GZ (m)

50

30 40 20

10 0

57,3

(o)

ϕ

80 70

(o)

ϕ

80 70 60 60

ϕ f

Hình Ảnh hưởng góc nước tràn đến tay đòn giới hạn lc

12 Giải thích ảnh hưởng lắc ngang tàu do sóng ngang tác động, đến tính ổn định tàu Giả sử góc lắc ngang tàu ϕ R đã xác định, ví dụ ϕ R = 20°, hãy xác định momen lật tàu cho trường hợp tính đến góc vào nước ϕ f xác định So sánh momen lật tàu tính trong trường hợp có lắc ngang và không có lắc ngang

Ảnh hưởng lắc ngang đến ổn định động

Ngoài gió, tàu còn bị sóng tác động làm thay đổi tính ổn định Tàu chịu tác động đồng thời của gió và sóng trong hai tình thế khác nhau Khi tàu đã bị lắc sang phía cuối sau sóng (cùng chiều tác động của sóng) với biên độ lắc lớn nhất, vận tốc lắc tiến tới 0, nếu bị bồi tiếp momen nghiêng làm cho tàu nghiêng theo chiều nghiêng vừa xẩy ra tàu sẽ bị lắc đến góc lớn hơn Tàu sẽ nghiêng cho đến góc ϕd và khi momen nghiêng hết tác động tàu quay trở lại, ngược với hướng vừa nghiêng Trường hợp này góc ổn định của tàu xác định theo trường hợp tàu đã có góc nghiêng ban đầu

Ngược lại, tàu bị momen nghiêng tác động tại thời điểm khi đã bị nghiêng với góc lắc lớn nhất sang phiá đầu sóng, tình hình ổn định sẽ mang tính khác Tại thời điểm này vận tốc góc của lắc ngang tàu bằng 0, toàn bộ năng lượng momen phục hồi chuyển sang thế năng Năng lượng này cùng năng lượng sóng, momen nghiêng tác động đồng thời sẽ bắt tàu nghiêng về cuối sóng Trong trường hợp này tàu sẽ bị nghiêng đến góc nghiêng động lớn hơn góc động tính trong trường hợp trước Sóng nước gây lắc, tích năng lượng cho tàu làm cho tàu bị nghiêng góc lớn hơn

21

G Z (m )

Hình Xác định tay đòn momen nghiêng l ng tàu lắc ngang

13 Trình bày những hiểu biết của thí sinh về “Tiêu chuẩn ổn định” Hãy giải thích ý nghĩa những qui định ghi tại “Tiêu chuẩn ổn định” mà thí sinh biết, ví dụ chiều cao đồ thị ổn định tĩnh GZ max ≥ c 1 ; GM 0 ≥

c 2 vv Hãy trình bày những tiêu chuẩn cụ thể trong hai phần: ổn định tĩnh và ổn định động “Tiêu chuẩn ổn định” đóng vai trò như thế nào trong thiết kế tàu đi biển

Yêu cầu về ổn định tàu theo TCVN 6259 – 10

Đồ thị ổn định tĩnh phải thỏa mãn các yêu cầu:

• Diện tích dưới đường cong tay đòn hồi phục không nhỏ hơn 0,055 m.rad đến góc nghiêng 30° và không nhỏ hơn 0,09 m.rad đến góc nghiêng 40° hoặc góc vào nước ϕf, nếu ϕf < 40° Diện tích dưới đường cong giữa góc 30° và 40°, hoặc góc vào nước

ϕf, chọn góc nhỏ hơn, không nhỏ hơn 0,03 m.rad

• Tay đòn lớn nhất không nhỏ hơn 0,20m khi góc nghiêng không nhỏ hơn 30°

• Góc lặn không nhỏ hơm 60°

• Chiều cao tâm nghiêng: không nhỏ hơn 0,15m

Yêu cầu đối với đường ổn định động:

Khuyến cáo của tổ chức hàng hải quốc tế IMO:

m rad d

d40 − 30 ≥0,03

Nếu góc vào nước của tàu ϕf > 40°, công thức trên có dạng:

m rad d

14 Kể ra những vấn đề cần giải quyết trong “Ổn định tai nạn” Trình bày những thay đổi về tính nổi, tư thế tàu khi tàu bị thủng một khoang hoặc một số khoang Phương pháp “nhận thêm trọng lượng” xác định tư thế tàu sau thủng dùng trong trường hợp nào? Thủ tục tính theo phương pháp này

Ổn định tai nạn giải quyết hai việc chính (của chống chìm) là:

1) Xác định tình trạng tàu khi bị đắm, nước dồn vào một hoặc một số khoang,

2) Bố trí hợp lý các vách ngăn kín nước, gồm các vách dọc, các vách ngang trên tàu, đảm bảo tàu bị thủng một hoặc một số khoang vẫn còn khả năng nổi, ổn định tối thiểu

Tính chống chìm

Khả năng giữ được ổn định của tàu và các tính năng hàng hải khác trong trường hợp bị đắm một hoặc một số khoang của tàu gọi chung tính chống chìm Để đảm bảo tính chống chìm của tàu cần phải bố trí các vách ngăn kín nước, đủ bền, tại những vị trí thích hợp, cùng các boong tạo thành các khoang kín nước Tàu đi biển nhất thiết phải đảm bảo tính chống chìm, tuy nhiên mức độ chống chìm có khác nhau,tùy thuộc công dụng và kiểu tàu Nước tràn vào khoang bị đắm của tàu, các khả năng có thể xẩy ra là:

1) Tăng thể tích phần chìm và tăng chiều chìm của tàu,

2) Chúi mũi hoặc chúi lái, tùy thuộc vị trí khoang bị đắm,

3) Nếu tàu có vách dọc, tàu bị nghiêng ngang,

4) Thay đổi diện tích mặt thoáng các két đựng chất lỏng, làm giảm tính ổn định

Tính toán trạng thái tàu bị thủng gồm hai phần việc: tính toán tính nổi và tính toán ổn định Những phép tính trong phần tính nổi gồm:

1 Tính lượng nước ngập thể tích khoang

2 Tính lực làm thay đổi chiều chìm 1 đơn vị (tiện hơn cả tính cho 1cm), tọa độ tâm đường nước CF theo chiều dọc và theo chiều ngang

3 Tính momen quán tính mặt đường nước theo trục dọc, trục ngang qua tâm CF, tiếp đó tính giá trị mới của bán kính tâm nghiêng BMS

4 Tính thay đổi mớn nước và thay đổi tâm nổi phần chìm CB do bị thủng khoang

5 Tính giá trí mới của chiều cao tâm nghiêng GMS

6 Tính góc nghiêng tàu sau các thay đổi vị trí tâm nổi, trọng tâm, trọng lượng nêu trên

Phương pháp nhận thêm trọng lượng (added weight) Trọng lượng khối nước vừa nhận

thêm hãy là w, momen quán tính mặt khoang bị đắm là i

w D

Bb w BB

+

= .

w D

Gg w GG

+

= .

23

Giá trị mới của chiều cao tâm nghiêng ngang:

1 1 1

1 1 1 1

w BG w D

i I M

++

−+

−

=γ1

M G w

ng trọng lượng khối nước vừa tính ở trên w, momen quán tính mặt khoang bị đắm là i

D

bg w

BB2 = .

Giá trị mới GM =B2M2 −B2G =B2M2 −BG+BB2

D D

Momen phục hồi tính theo công thức

bg w BG i I

ϕ GM2

D sẽ trùng công thức chúng ta vừa nhận từ phương pháp nhận thêm trọng lượng

1

1

1

1 1

y

K

G

B B g

Hình Tư thế tàu bị thủng khoang

15 Phương pháp “tổn thất sức nổi” dùng trong trường hợp nào? Trình bày thủ tục tính theo phương pháp

“tổn thất sức nổi”

Công thức tính theo phương pháp tổn thất sức nổi

1 - Tăng chiều chìm tàu ΔT

25

trong đó i - momen quán tính mặt khoang bị đắm

0

2 0

V

Y a i BM

T T

i V

KB

9 - Góc nghiêng ngang và nghiêng dọc sau khi một khoang bị đắm:

)(

)(

V

Y Y

)(

s

GM GM

V

X LCG

a LCF X

LCF

X

W g

a A

16 Trình bày phương trình lắc đứng, lắc ngang , lắc dọc tàu hay là lắc số 3, 4, 5, trên nước yên lặng Giải thích các thành phần tham gia phương trình Giải thích tần số riêng của lắc Chu kỳ lắc tính như thế nào? Trình bày công thức gần đúng tính chu kỳ lắc đứng, lắc ngang, lắc dọc Nêu mối quan hệ giữa chu kỳ lắc ngang và tính ổn định tàu

Ba chuyển động được xem xét trong phần này gồm chuyển động số 3, 4 và 5 Phương trình chuyển động được viết cho mỗi trường hợp:

+

=+

+

=+

+

0

2

0

2

0

2

ψω

ψ

ν

ψ

ϕω

ϕ ϕ

2 2 0 0

2 2 0 0

1

1

1

ψ ψ

ψ

ϕ ϕ

ϕ

ς ς

ς

ωψψ

ω

ωϕϕ

ω

ωςς

Chu kỳ dao động tự do được tính bằng T ≈ 2π/ω Theo cách này chu kỳ các chuyển động

số 3, 4 và 5 theo các công thức trên sẽ có dạng:

w

A

m g D

B

T C C

B L g

C T B L A

m

22

22

2

Iy L

4,2

trong công thức cuối, GMt là chiều cao tâm ổn định ban đầu, C - hệ số kinh nghiệm rút ra

từ thực tế Hệ số C có thể tính từ công thức kinh nghiệm sau:

2

1)7,0

17 (Câu hỏi sau mức độ khó Sinh viên được phép sử dụng tài liệu khi chuẩn bị trả lời) Trình bày phương trình lắc kết hợp của lắc số 3 và số 5, trên sóng điều hòa, hướng sóng trùng với hướng tiến của tàu Giải thích các thành phần tham gia phương trình, trong đó giải thích rõ khái niệm “lượng nước kèm – added mass” hay “momen quán tính bổ sung” Phương hướng giải hệ phương trình này

Chuyển động dọc của tàu trên sóng điều hòa

Chuyển động đồng thời của chuyển động số 3 và số 5 có thể diễn đạt dưới dạng:

+++

++

=+

++

+++

t i L

t i

E E

e F C

B A C

B A

I

e F C

B A

C B A

g

D

5 53 53

53 55

55 55

3 35 35

35 33 33 33

.)

(

.)

/

(

ω

ως

ςςψ

ψψ

ψψ

ψς

ςς

trong đó 2

5

1 5 5

2 3

1 3

;

m m m

m m m

i

i

ψψψ

ςςς

).cos(

ψ

ς

εω

ψ

ψ

εω

e m

Các hệ số A jk, Bjk, Cjk, Fj tính từ thuyết “strip theory”

Sử dụng các ký hiệu sau khi giải hệ phương trình nêu trên

e e

e e

e

e e

e e

e

L

B A

C B A C B A

C B A

C

b

B B B B A

C A

C A

C A

C

a

A I A A g

D

A

ωω

ωω

ω

ωω

ωω

ω

])(

)(

)

.(

).[(

)(

).).(

.(

).)(

.(

;

;/

53 2

* 55 35 35

2 53 53 33 2

* 55 55 55 2

*

33

33

2 35 33 53 35

2 53 53

2 35 35 2

* 55 55 2

−

=

−+

=

e e

2 5 35

1 5 2 1

3 2

1 3 55

2 5

2 35 35

2 3 2

* 55

−

=

e e

2 3 53

1 3

2 53 53

1 5 2

1 35 33

2 3

2 53 53

2 5 2

* 33

2 2

b a

h f

bh af tg

−

+

=ψ

30

18 (Câu hỏi sau mức độ khó Sinh viên được phép sử dụng tài liệu khi chuẩn bị trả lời) Nêu những điểm giống và khác nhau của 2 phương pháp nghiên cứu sóng nước: phương pháp tất định và phương pháp xác suất – thống kê Trình bày những điểm cơ bản của phương pháp xác suất dùng nghiên cứu sóng biển như quá trình ngẫu nhiên, lắc tàu trên sóng biển như quá trình ngẫu nhiên Giải thích khái niệm chiều cao hữu nghĩa, chiều cao lớn nhất trên đồ thị tương ứng

Mô hình giản đơn của sóng tự nhiên là tập họp nhiều sóng điều hoà trong mặt phẳng

Độ dâng mặt biển, so với một điểm chuẩn trên mặt biển có thể miêu tả trong hàm thời

ω ω ω ς

d S

d an

Các đặc trưng sóng biển

Dựa vào hàm mật độ xác suất dạng Rayleigh có thể xác định các đại lượng đặc trưng của

sóng Xác suất để chiều cao sóng hw lớn hơn chiều cao cho trước h 1 được tính theo công thức:

x dx

x f

0

2

0 exp 2)

1

/

21

n erf

n n

m n dx x xf

1()