TCVN Tiêu chuẩn việt nam về tính năng hãm và quay trở của tàu biển đóng mới yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử

Xây dưng bộ tiêu chuẩn việt nam phục vụ cho việc thử các đặc tính quy trở, và tính năng hãm của những tàu biển được đóng mới. Phân tích cơ sở khoa học và cơ sở pháp lý phục vụ việc xây dựng tiêu chuẩn này.

LỜI NÓI ĐẦU

Tiêu chuẩn cấp Bộ về “TÍNH NĂNG HÃM VÀ QUAY TRỞ TÀU BIỂN ĐÓNG MỚI - YÊU CẦU KỸ THUẬT VÀ PHƯƠNG PHÁP THỬ - TCVN” được

biên soạn trên cơ sở các quy định của Tổ chức hàng hải quốc tế (IMO) hiện hành

Tiêu chuẩn cấp Bộ về “TÍNH NĂNG HÃM VÀ QUAY TRỞ TÀU BIỂN ĐÓNG MỚI - YÊU CẦU KỸ THUẬT VÀ PHƯƠNG PHÁP THỬ - TCVN” này

cũng dựa trên sự tham khảo các tiêu chuẩn về quy trình của một số quốc gia có ngành công nghiệp đóng tàu và vận tải biển phát triển, các tổ chức đăng kiểm trên thế giới

Căn cứ vào thực tế thử tàu đóng mới tại các nhà máy đóng tàu và của các công

ty vận tải tàu biển Việt Nam hiện nay Bộ Giao thông vận tải phối hợp với Bộ Khoa

học & Công nghệ cho ấn hành bộ Tiêu chuẩn cấp Bộ về “TÍNH NĂNG HÃM VÀ QUAY TRỞ TÀU BIỂN ĐÓNG MỚI - YÊU CẦU KỸ THUẬT VÀ PHƯƠNG PHÁP THỬ - TCVN” nhằm chuẩn hoá công tác thử tàu đóng mới tại Việt Nam

TÍNH NĂNG HÃM VÀ QUAY TRỞ TÀU BIỂN ĐÓNG MỚI - YÊU CẦU KỸ

THUẬT VÀ PHƯƠNG PHÁP THỬ - TCVN

THE STOPPING AND TURNING ABILITIES –TECHNICAL REQUIREMENTS AND SEA TRIAL PROCEDURES - VTS

PHẦN 1 - QUY ĐỊNH CHUNG CHƯƠNG 1 - QUY ĐỊNH CHUNG 1.1 Phạm vi áp dụng

“Tiêu chuẩn quốc gia về tính năng hãm và quay trở của tàu biển đóng mới- Yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử” được áp dụng cho tất cả các loại tàu biển

đóng theo tiêu chuẩn Việt Nam có chiều dài trên 100m, và mọi loại tàu hoá chất, tàu dầu không tính đến chiều dài

1.2 Tài liệu viện dẫn và tham khảo

[1] “A guide to ship handling”

[2] IMO, “IMO Resolution A.751(18) Interim standards for ship maneuverability”, November 1993

[3] IMO, “Annex 6, Resolution 137(76) Standards for ship manoeuvrability”, December 2002

[4] ITTC, “Full scale manoeuvring trials procedure”, 2002

[5] Lloyd “Lloyd’s Register Provisional Rules”, 1999

[6] PGS TS Phạm Tiến Tỉnh, “Nghiên cứu xây dựng trường thử tàu ở Việt Nam”, Đề tài độc lập cấp Nhà nước 2003

[7] Nguyễn Viết Thành, “Điều Động Tàu”, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội, 2007

1.3 Các thuật ngữ và định nghĩa

- Chiều dài tàu: là chiều dài đo được giữa hai đường thuỷ trực mũi và lái

- Chiều dài lớn nhất: là chiều dài đo được giữa hai điểm xa nhất của tàu

- Chiều rộng tàu: là chiều rộng thiết kế của tàu

- Điểm giữa tàu: là điểm nằm trên đường trung tâm giữa hai đường thuỷ trực

mũi và lái

- Mớn nước mũi: là mớn nước của tàu tại đường thuỷ trực mũi

- Mớn nước lái: là mớn nước của tàu tại đường thuỷ trực lái

- Mớn nước trung bình: là mớn nước trung bình của mớn nước mũi và mớn

nước lái

- Tốc độ thử tàu (V): là tốc độ bằng ít nhất 90% tốc độ tàu tương ứng với 85%

công suất tối đa của máy

- Điều động quay trở tàu: là việc thực hiện quay trở tàu về cả bên phải và bên

trái với góc bẻ lái 350 hoặc là góc bẻ lái tối đa cho phép tương ứng với tốc độ thử tàu Việc bẻ lái này được tiến hành sau khi tàu đã chạy ổn định với tốc độ quay trở bằng không

- Thử tính năng hãm cưỡng bức của tàu (crash-stop test): là việc xác định độ

tiến tới của tàu tính từ thời gian ra lệnh lùi hết máy cho đến khi tàu dừng lại trên mặt nước.Việc thử hãm tàu này được tiến hành sau khi tàu đã chạy ổn định với tốc độ quay trở bằng không

- Thử tính năng hãm tự do của tàu (stopping inertia test): là việc xác định độ

tiến tới của tàu tính từ thời gian ra lệnh ngừng máy cho đến khi tốc độ tàu giảm đến 5 hải lý/giờ.Việc thử hãm tàu này được tiến hành sau khi tàu đã chạy ổn định ở tốc độ chạy tới hết máy và với tốc độ quay trở bằng không

- Độ tiến về phía trước (head reach): là quãng đường mà tàu đi được tính theo

hướng đi ban đầu của tàu khi thử hãm tàu

- Quán tính tới (track reach): là quãng đường mà tàu đi được tính dọc theo vệt

di chuyển của tàu khi thử hãm tàu

- Độ dạt ngang (lateral deviation): là quãng đường mà tàu đi được tính theo

phương vuông góc với hướng đi ban đầu của tàu khi thử hãm tàu

- Tốc độ chạy tới hết máy (full ahead speed): là tốc độ mà tàu đạt được tương

ứng với chế độ tới hết máy (full ahead)

- Tốc độ chạy biển (full sea speed or navigation full): là tốc độ tối đa mà tàu có

thể đạt được trong khai thác

- Thử zig-zag: là phương pháp điều động tàu mà trong đó khi tàu lệch khỏi

hướng ban đầu một lượng đã định thì bánh lái sẽ được bẻ sang hướng ngược lại

- Thử zig-zag 10 0 /10 0 : là phương pháp thử zig-zag trong đó mỗi khi tàu lệch

khỏi hướng ban đầu một góc 100 thì bánh lái sẽ được bẻ sang phía ngược lại một góc

100 tương ứng

- Thử zig-zag 20 0 /20 0 : là phương pháp thử zig-zag tương tự như thử zig-zag

100/100 trong đó sử dụng các giá trị góc bẻ lái 200 và góc lệch hướng 200 thay thế cho các giá trị tương ứng 100 đã nêu ở trên

PHẦN II - NỘI DUNG CHƯƠNG 2 - ĐIỀU KIỆN THỬ

Tính năng điều động của con tàu chịu tác động rất mạnh của sự tương tác giữa tàu và đáy biển, bờ, các tàu chạy ngang qua, sóng, gió Do đó, khu vực tiến hành thử tàu phải được bố trí một cách thích hợp để có thể hạn chế đến mức thấp nhất các tác động nêu trên Trong chừng mực có thể khuyến cáo phải tuân thủ các điều kiện sau đây:

2.1 Điều kiện về vùng nước thử

2.1.1 Các ảnh hưởng của vùng nước thử tàu đến tính năng điều động tàu

Ảnh hưởng của nông cạn và chật hẹp

Sự thay đổi hình dạng đáy biển ngoài đại dương không ảnh hưởng gì đến các đặc tính điều động của con tàu, nhưng ở nước nông thì có ảnh hưởng lớn đến tính năng điều động của con tàu Các hiệu ứng phụ do sự thay đổi đặc biệt về hình dáng đáy luồng và là nguyên nhân gây ra:

- Mũi tàu di chuyển cách xa chỗ nước nông hơn Đây là hiệu ứng “Đệm bờ”, nó được tạo ra do áp suất ở khu vực mũi tăng lên, ta nhìn thấy nước như được dâng cao lên giữa mũi tàu và bãi cạn hoặc bờ

- Con tàu di chuyển toàn bộ một bên mạn về phía gần chỗ nước nông khi mà phần giữa tàu di chuyển song song qua chỗ đó Sự di chuyển này được tạo nên là do

sự tăng tốc độ của dòng nước chảy qua khu vực bị hạn chế giữa tàu và chỗ cạn, kết quả là làm giảm áp suất bên mạn đó của tàu

- Phần lái của tàu di chuyển về phía khu vực cạn hơn hoặc phía bờ, do vận tốc dòng chảy ở khu vực phía sau tàu bị suy giảm

Chính xác hơn cần nói rằng “Một con tàu có xu hướng hướng mũi ra khỏi bãi cạn” Sự hút vào bờ được thấy lớn hơn nhiều so với “Đệm bờ” và nó làm cho tàu đảo

khi gặp chỗ cạn hoặc gần bờ Đây là hiệu ứng quan trọng và nó có thể làm cho việc lái tàu khó khăn khi gặp phải sự thay đổi của hình dạng đáy luồng ở vùng nước nông

Tất cả các hiệu ứng này đã được cảm nhận tùy theo sự giảm độ sâu khi tàu ở giai đoạn đến cảng hoặc cầu, sẽ trở nên rõ rệt hơn khi tàu hành trình trong các luồng kênh hẹp, nước nông

Hình 1.1: Ảnh hưởng do sự thay đổi hình dạng đáy bờ

Hiện tượng tăng mớn nước và biến đổi hiệu số mớn nước

Khi con tàu bắt đầu di chuyển trên mặt nước, nó phải chịu sự thay đổi mớn nước trung bình, đó là hiện tượng bị chìm xuống Việc thay đổi này có thể xuất hiện tương đương cả về phía trước và phía sau, hoặc là lớn hơn ở phía trước mũi hoặc lái Kết quả của việc thay đổi độ chúi gọi là hiện tượng “Chìm thêm” “SQUAT”

Khi di chuyển trên mặt nước, con tàu đã chiếm chỗ trong nước một lượng tương đương với chính nó Lượng nước này di chuyển ra xung quanh vỏ tàu trên mọi hướng Nước đã bị chiếm chỗ di chuyển chủ yếu ra dọc hai bên mạn tàu và ở dưới thân tàu trở về đuôi tàu để “Lấp” khoảng trống khi tàu di chuyển tới và việc tăng vận tốc cũng tạo ra sự suy giảm áp suất tương ứng lớn hơn Áp suất suy giảm này sẽ làm cho tàu chìm thêm (tăng mớn nước) tại mũi hay lái phụ thuộc vào vị trí nơi nào mà áp suất suy giảm lớn nhất dọc theo thân tàu

Khi con tàu vào vùng nước nông, dòng nước chiếm chỗ tăng lên, bị hạn chế do việc giảm khoảng trống cả phía dưới và trên một hoặc hai mạn tàu Mức độ giới hạn hoặc “Hệ số cản trở” phụ thuộc vào một vài thay đổi sau:

- Tốc độ của tàu trên mặt nước;

- Tỉ số giữa mớn nước và độ sâu;

- Tỉ số giữa diện tích mặt cắt ngang của tàu và diện tích mặt cắt ngang của luồng (hình 1.2);

- Hệ số béo thể tích (các ảnh hưởng của hệ số béo thể tích tới mớn nước và đặc tính điều động);

Lượng rẽ nước của tàu quyết định khối lượng nước tràn ra xung quanh vỏ tàu tại tốc độ đã cho Gọi fB là hệ số cản "Blockage Factor", ta có:

H B

d b

b - chiều rộng và d là mớn nước tàu (m) ;

H - độ sâu và B là chiều rộng luồng (m)

Hình 1.2: Các kích thước tàu, luồng và mối quan hệ giữa chúng

Trước hết, ta xem xét ảnh hưởng của tốc độ tàu, vì đây là yếu tố bao trùm mà người điều khiển tàu phải quan tâm nhất Dựa trên sự quan sát cả con tàu thực tế và các mô hình mẫu, người ta thấy rằng hiện tượng “Chìm thêm” biến đổi tỷ lệ thuận với bình phương tốc độ Nếu tốc độ tàu tăng gấp đôi thì hiện tượng chìm thêm có hệ số tăng gấp bốn Vì vậy, tốc độ và hiện tượng “Chìm thêm” phải được sự quan tâm rất lớn của người điều khiển tàu, nhất là với các tàu lớn hiện nay thì độ sâu dưới ki tàu thường là rất nhỏ khi đi trên luồng

b

d

B

H

Diện tích mặt cắt ngang lớn nhất của phần chìm vỏ tàu được quan sát bằng cách nhìn mặt cắt ngang giữa tàu trong các bản vẽ hồ sơ tàu, nó có giá trị khi ta so sánh với diện tích mặt cắt ngang của luồng hẹp Tỉ số của hai diện tích này quyết định khoảng trống mà nước phải chảy qua đó Rõ ràng là, diện tích nhỏ thì làm cho tốc độ dòng chảy ở khu vực đó tăng lên khi tàu có tốc độ, dẫn tới áp suất xung quanh tàu giảm xuống nhiều hơn

Ảnh hưởng của tốc độ và hệ số cản của tàu tới các đặc tính điều khiển có thể được giải thích vắn tắt: Một con tàu ở trên mặt nước bị hạn chế, có thể so sánh với một “Piston” trong xi lanh, rõ ràng là để lái con tàu đi thẳng về phía trước khi lực cản tăng sẽ gặp nhiều khó khăn Do vậy, ở đây có một giới hạn thực tế đối với tốc độ mà con tàu có thể hành trình trên luồng Giới hạn này đạt được khi dòng nước chảy theo

ở các tốc độ tương đối cao, con tàu trở nên khó lái, xuất hiện việc rung lớn suốt chiều dài tàu và phát sinh một loạt sóng lớn ở đuôi tàu Lằn sóng do tàu chạy tạo ra trở nên ngắn và dốc, bị gãy dọc theo chiều dài của nó và di chuyển ra ngoài với một góc lớn hơn so với chiều dài tàu tại thời điểm khi mà dòng chảy theo lớn nhất xung quanh vỏ tàu

Vậy hiện tượng tăng mớn nước sẽ xuất hiện ở phía lái hay mũi mạnh hơn? Chỉ

có thể xác định chính xác được bằng cách quan sát, nhưng một kinh nghiệm thông thường được chấp nhận vận dụng là với một con tàu có hệ số béo thể tích Cb lớn (Cb > 0,75), hầu hết là các tàu viễn dương, là các tàu có hệ số béo thể tích lớn, có diện tích đầy đặn như các tàu dầu và tàu chở hàng rời lớn, sẽ bị chìm thêm về mũi

Tàu càng lớn, mớn nước càng sâu thì độ chìm thêm càng trở nên là vấn đề quan trọng Bắt buộc người điều khiển tàu phải chú ý đến độ chìm thêm khi xếp hàng và phải giảm tốc độ khi tàu đầy mớn đang hành trình trong luồng hẹp nông Trước kia, hầu hết các sĩ quan tàu đã phục vụ trên các tàu cỡ lớn, nhưng hiện tượng chìm thêm không được để ý đến Các tàu ngày nay, chở hàng với trọng tải lớn nhất, cần phải biết giới hạn tốc độ để hiện tượng chìm thêm nhỏ nhất khi đi trong luồng

Hiện tượng giảm tốc độ khi đi vào vùng nông cạn

Một vùng nước được gọi là vùng nông cạn, khi độ sâu của nó nhỏ hơn hai đến

ba lần mớn nước của tàu ( ), với H là độ sâu nơi chạy tàu còn d là mớn nước của tàu và nếu sử dụng tốc độ tàu ở mức thì sẽ xuất hiện lực cản

do sự ma sát giữa nước với đáy luồng khiến sóng ngang phát triển mạnh Sự phân bố

áp lực nước lên thân vỏ tàu phát triển không đồng đều, khả năng điều động của tàu bị thay đổi hẳn đi

Khi tỉ số và nếu sử dụng tốc độ tàu ở mức thì tàu sẽ tạo ra sóng ngang gần như 900 so với hướng chạy tàu, lúc này bước sóng sẽ tỉ lệ thuận với

bình phương tốc độ tàu (

g

V2

2

 ), tàu sẽ khó nghe lái và sẽ bị chìm xuống một lượng

d = 0,5 Ngoài ra sóng do tàu chạy gây ra sẽ phá hủy lòng, sườn dốc kênh luồng, gây mất an toàn cho tàu thuyền khác hoạt động, neo đậu trong khu vực luồng kênh đó

Khi tỉ số và nếu sử dụng tốc độ tàu ở mức sẽ rất nguy hiểm cho tàu, số gia mớn nước chìm thêm d sẽ là cực đại, tàu sẽ mất khả năng nghe lái Lúc đó lượng chìm thêm d sẽ tỉ lệ với bình phương tốc độ tàu, một cách tổng quát ta

có thể xác định lượng chìm thêm theo công thức sau:

2 2

1 2

5 , 0

S V d

K K

trong đó:

V - tốc độ tàu (mét/giây);

g - 9,81 mét/giây2;

SK - diện tích mặt cắt ngang kênh luồng;

S - diện tích mặt cắt ngang của tàu

Dưới ảnh hưởng của nông cạn, tốc độ các dòng chảy đến thân tàu, bánh lái và chân vịt giảm Điều này làm suy giảm lực bẻ lái của tàu Ngoài ra, tàu bị chìm thêm làm tăng lực cản Tổng hợp các tác động trên cho thấy tàu khó nghe lái hơn khi đi vào vùng nước nông Tốc độ quay trở cũng như tốc độ dịch chuyển giảm đi, đường kính

H g

3 , 1

vòng quay trở vì thế mà tăng lên Qua thực nghiệm cũng cho thấy đường kính vòng quay trở tăng lên (hình 1.3)

Do ảnh hưởng của nông cạn, một vài tính năng điều động khác cũng bị thay đổi như đặc tính quán tính, tốc độ

Hình 1.3: Ảnh hưởng độ sâu đến đường kính vòng quay trở

Ảnh hưởng tác động tương hỗ giữa các tàu

Hình 1.4: Sự phân bổ áp lực nước khi con tàu đang chạy

+ +

+ +

P min

Hiệu ứng hút vào Hiệu ứng đẩy ra

P max

Khi hai tàu hành trình ở nơi chật hẹp, nếu gần nhau sẽ dễ bị hút nhau Thực ra

đó là do sự chênh áp lực nước giữa hai tàu, sơ đồ phân bố áp lực của một con tàu đang hành trình như hình 1.4 Dọc theo thân tàu có các vùng phân bố áp lực khác nhau, cho nên, tuỳ vào tương quan về vị trí giữa hai tàu mà có những thời điểm phát sinh hiệu ứng hút hay đẩy nhau Do đó gây ảnh hưởng đến việc xác định chính xác tính năng điều động của con tàu Ngoài ra, nguy cơ đâm va giữa các tàu chạy trong vùng cũng luôn tồn tại, có thể gây gián đoạn quá trình thử tàu

Ảnh hưởng giữa hai tàu đang chạy

Khi hai con tàu ở khoảng cách xa nhau, lực tác dụng tương hỗ giữa chúng là nhỏ và nó hầu như không làm ảnh hưởng gì đến tính năng điều động của nhau Tuy nhiên, khi tàu hành trình gần nhau, tác động tương hỗ này lớn dần lên Theo hình 1.4,

ta thấy hình thành các khu vực có áp lực cao (ở phía mũi và lái) và áp lực thấp (giữa tàu) gây nên sự thay đổi hướng đi khi hai tàu đi qua nhau ở khoảng cách gần

Khi vị trí các phần áp lực cao của con tàu tiến đến gần nhau thì chúng có xu thế đẩy phần đó của hai tàu xa nhau ra Khi phần áp lực cao của một tàu ngang phần áp lực thấp của tàu kia thì chúng có xu thế hút vào gần nhau Khi hai tàu đi cùng hướng với cùng tốc độ, do xuất hiện dòng chảy giữa hai thân tàu, vùng áp lực thấp phát triển mạnh có xu thế hút hai tàu lại gần nhau Nếu không có biên pháp khắc phục thì hai tàu có thể va chạm nhau với toàn bộ thân tàu

Hình 1.5: Tác động hút nhau giữa các tàu

Chạy qua một tàu đang neo đậu

Trường hợp này đòi hỏi phải hết sức thận trọng, vì tàu đang neo không có khả năng tiến hành một động tác tránh né nào cả Có nguy cơ là lái tàu đang neo sẽ bị hút

về phía tàu đang chạy qua Nếu không có cách gì tránh được mà phải vượt qua quá gần nhau thì phải nhớ rằng tác động tương hỗ giữa hai con tàu sẽ được hạn chế tới mức thấp nhất bằng cách giảm tốc độ hoặc cho dừng máy khi chạy ngang qua (hình 6) Ngoài ra một điều cần nhớ ở đây là không bao giờ chạy cắt ngang qua quá gần

(-) (-)

phía trước mũi một tàu đang neo đậu, vì tàu mình có thể sẽ bị trôi dạt va chạm vào neo hoặc mũi của tàu neo

Hình 1 6: Tàu đang neo bị lực hút của tàu chạy gần

Chạy qua một tàu đang cặp ở cầu:

Điều này là thường xảy ra khi tàu chạy trong luồng hẹp, trong sông Sĩ quan trên tất cả các tàu phải hiểu biết sự cần thiết là phải cố định chắc chắn con tàu vào cầu tàu Tàu chạy ngang qua càng gần và tốc độ của nó càng lớn thì lực hút giữa hai con tàu càng lớn Chân vịt quay cũng làm lực hút tăng lên, nhưng không phải lúc nào cũng

có thể dừng máy khi một tàu chạy ngang qua tàu khác Các dao động đột ngột của tàu đang đậu trong cầu rất có thể sẽ làm đứt các dây buộc nếu các dây này đang trong tình trạng lỏng lẻo và hậu quả có thể xảy ra thì ai cũng dễ dàng hình dung được

Một tàu chạy ngang qua một tàu khác có thể rơi vào tình trạng rất lúng túng khi không làm gì được để giữ cho hai tàu cách xa nhau Động cơ phải dừng để giảm cả tốc độ lẫn sức hút của chân vịt Mũi tàu có xu thế tự nhiên hướng ra xa Nếu lái tàu đến gần tàu kia tạo ra thế nguy hiểm thì phải tăng dần tốc độ và bẻ lái hẳn về phía tàu đang buộc dây

Càng phải hết sức thận trọng khi một tàu chạy ngang qua một tàu khác để tiến vào cầu tàu gần bên cạnh Chiếc tàu đang chuyển động phải xin phép khi đến gần để tránh hút nhau, nhưng nếu tàu đang cặp trong cầu được buộc cẩu thả, dây không căng Nó sẽ trôi đến gần chiếc tàu đang chạy vào Nếu dây đứt thì rất có nguy cơ cả hai va chạm vào nhau

Trong trường hợp trên đây, có ba nguyên tắc quan trọng để tránh tai nạn:

Neo

- Chạy chậm ngang qua tàu kia;

- Không chạy quá gần tàu thuyền kia (giữ khoảng cách an toàn);

- Phải buộc tàu đúng quy cách vào cầu (hình 1.7)

Hình 1.7: Dây buộc tàu có thể bị giật đứt khi có tàu khác chạy qua

Nói tóm lại, các ảnh hưởng về chật hẹp, nông cạn cũng như việc đến gần một tàu thuyền khác đều làm biến đổi khả năng điều động của tàu Đánh giá tính năng điều động tàu trong những trường hợp như vậy không đem lại kết quả chính xác chưa

kể đến nguy cơ đâm va giữa tàu đang tiến hành thử với các tàu hay các mục tiêu cố định khác Chính vì thế, khi lựa chọn khu vực thử tàu cần hạn chế tối đa các ảnh hưởng nêu trên của vùng nước thử tàu Để đảm bảo được điều đó thì vùng nước thử tàu phải thoả mãn các điều kiện tối thiểu như được nêu ở mục sau đây

2.1.2 Các điều kiện cần thiết của vùng nước thử tàu

- Vùng thử tàu phải đủ rộng để tiến hành điều động mà không gặp bất cứ trở ngại nào

- Vùng thử tàu phải có mật độ tàu bè qua lại ít, hạn chế tối đa việc tiến lại gần của các tàu thuyền khác trong quá trình thử tàu

- Độ sâu của khu vực thử tàu phải đảm bảo loại trừ được ảnh hưởng của nông cạn gây ra Độ sâu tối thiểu phải vượt quá 4 lần mớn nước trung bình của tàu

- Khu vực thử phải có các mục tiêu bờ và/hoặc các hệ thống định vị phục vụ cho việc xác định vị trí tàu với độ chính xác cao Khu vực này phải đảm bảo không

chịu ảnh hưởng của các nguồn bức xạ, các tác nhân có thể gây sai lệch trong việc đo đạc các thông số xác định vị trí tàu

2.2 Điều kiện về dòng chảy

2.2.1 Ảnh hưởng của dòng chảy đến tính năng điều động của tàu

Dòng chảy do, hải lưu hoặc thuỷ triều gây ra, tác động làm cho tàu trôi dạt so với vệt đi thực tế một lượng tương ứng với hướng và tốc độ của dòng chảy

Liên qua đến khả năng điều động của tàu, ảnh hưởng của dòng chảy có tác động rất rõ rệt Đặc biệt là khi hướng của dòng chảy cùng hoặc ngược hướng với hướng đi của tàu Lực tác động của bánh lái phụ thuộc vào tốc độ của dòng nước chảy đến bề mặt bánh lái Dòng nước này chịu ảnh hưởng tổng hợp của dòng nước do chân vịt tạo ra, dòng nước chảy ngược do sự chuyển động của tàu và dòng chảy Chính vì thế, khi dòng chảy ngược chiều với chiều chuyển động của tàu, dòng chảy có tác động làm tăng tốc độ dòng nước đến bề mặt bánh lái Tăng lực tác động của bánh lái Tàu

dễ điều khiển hơn hay còn gọi là tàu ăn lái hơn Phản ứng của tàu nhanh hơn dưới tác dụng bẻ lái Ngược lại, khi dòng chảy cùng chiều với chiều chuyển động của tàu, nó

sẽ làm giảm tốc độ của dòng nước đến bề mặt bánh lái, giảm lực bánh lái sinh ra khi

bẻ lái một góc nhất định Tàu sẽ phản ứng chậm hơn khi bẻ lái Điều này rất nguy hiểm vì tàu không nghe lái sẽ rất khó điều khiển

Đối với dòng chảy có các chiều khác, thì ngoài tác động ảnh hưởng đến lực bẻ lái, dòng chảy còn làm tàu trôi dạt Tác động trôi dạt này đòi hỏi con tàu muốn giữ được đường đi phải có khả năng bù được sự trôi dạt do dòng chảy gây ra Nếu không

có khả năng thắng được ảnh hưởng của dòng chảy thì rất có thể sẽ phát sinh các hiểm nguy hàng hải đối với con tàu

Dòng chảy, nếu ổn định, thì các tác động của nó có thể được dự đoán và loại bỏ trong quá trình xác định tính năng điều động tàu Tuy nhiên, việc xác định tính năng điều động tàu sẽ trở nên thiếu chính xác khi ảnh hưởng của dòng chảy là quá lớn hoặc dòng chảy không ổn định về hướng hay tốc độ

Khi dòng chảy quá lớn, chuyển động của con tàu sẽ biến đổi mạnh do tác động của dòng chảy Các sai số trong việc dự đoán ảnh hưởng của dòng chảy sẽ tác động rất lớn lên độ chính xác trong xác định tính năng điều động tàu Thiếu chính xác, việc xác định tính năng điều động tàu sẽ trở nên vô nghĩa

Khi dòng chảy trong khu vực thử tàu không ổn định, chúng ta khó có khả năng

dự đoán ảnh hưởng của dòng chảy trong suốt quả trình thử tàu Do đó việc loại bỏ ảnh hưởng này cũng sẽ khó khăn Và kết quả xác định tính năng điều động tàu cũng thiếu chính xác

Ảnh hưởng của dòng chảy còn phụ thuộc vào điều kiện tải trọng của con tàu

Nó tác động vào phần chìm dưới nước của con tàu Nếu tàu có phần chìm dưới nước càng lớn thì ảnh hưởng của dòng chảy càng lớn và ngược lại

Sự có mặt của dòng chảy sẽ gây khó khăn trong việc đo đạc xác định các thông số điều động của tàu nhất là khi hướng và tốc độ của dòng chảy không ổn định Do đó, khi lựa chọn khu vực thử tính năng điều động tàu cần chú ý xem xét, đánh giá ảnh hưởng của dòng chảy tại khu vực đó

2.2.2 Các điều kiện cần thiết về dòng chảy trong khu vực thử tàu

Khu vực thử tàu tốt nhất là không có dòng chảy Nếu không thể tránh khỏi ảnh hưởng của dòng chảy thì phải đảm bảo một số yêu cầu sau:

- Hướng và tốc độ dòng chảy trong khu vực thử tàu tại thời điểm tiến hành thử tàu phải được tính toán và xác định

- Khi tiến hành thử tính năng điều động thì hướng và tốc độ dòng chảy tại khu vực thử phải ổn định Các số lượng đo đạc phải được hiệu chỉnh ảnh hưởng của dòng chảy gây ra

- Tại thời điểm thử, dòng chảy phải có tốc độ càng thấp càng tốt Tốc độ tối đa của dòng chảy không được vượt quá 1hải lí/giờ

2.3 Điều kiện về gió

2.3.1 Ảnh hưởng của gió đến tính năng điều động tàu

Gió tác động vào phần nổi trên mặt nước của tàu làm thay đổi chuyển động của tàu

Áp lực do gió gây ra có tể được tính theo công thức gần đúng sau đây:

V - tốc độ gió (hải lý/giờ) và PW là sức gió (Pound=0,454 Kg)

Nếu đơn vị của W là m2; sức gió PW là kg còn tốc độ gió V là hải lý/giờ thì công thức trên có dạng: PW = 8,185W.V2

Diện tích mặt hứng gió có thể được tính gần đúng bằng các công thức:

Gió thổi ngang:

Gió thổi ở phía mũi:

trong đó:

LOA là chiều dài lớn nhất (m);

B là chiều rộng lớn nhất (m);

D là chiều sâu lớn nhất của tàu (m);

LBP là chiều dài giữa hai đường thủy trực mũi lái (m);

dm là mớn nước trung bình (m);

df là mớn nước mũi của tàu (m)

Hoặc căn cứ vào phương trình chuyển động của tàu:

I

Yur)mm(v)m

m

(

Xvr)mm(u)m

m

(

zz zz

x y

y x

f

d B D

 W

U: tốc độ chuyển động của tàu

u: tốc độ chuyển động theo chiều dọc tàu

v: tốc độ chuyển động theo chiều ngang tàu

r: tốc độ quay trở của tàu

T: lực đẩy do chân vịt tạo ra

n: vòng quay của chân vịt

β: góc dạt ngang

δ: góc bẻ bánh lái

Lực tác động do gió gây ra có thể được tính theo công thức sau:

R = ½.ρair.CR.V2.(A.cos2φ + B.sin2φ)

V : tốc độ gió biểu kiến (m/s)

φ : hướng gió biểu kiến (độ)

A : diện tích mặt hứng gió phía trước (m2)

B : diện tích mặt hứng gió ngang mạn (m2)

ρair: mật độ không khí (kg.s2/m4)

XW : phân lực dọc của lực do gió gây ra (kg)

YW : phân lực ngang của lực do gió gây ra (kg)

NW : mô-men do gió gây ra (kg.m)

CR, CY, CM, αK : các hệ số

Qua nghiên cứu, các hệ số CR, CY, CM, αK đối với các loại tàu thông thường với kết cấu thượng tầng ở phía lái tàu có hình dạng như hình 10, 11, 12, 13 Từ biểu đồ các hệ số lực và mô-men chúng ta nhận thấy:

Lực do gió gây ra làm cản trở chuyển động của tàu khi gió ngược hướng và tăng tốc độ tàu khi gió xuôi

Khi gió gần chính ngang thì sẽ làm tàu trôi dạt rất mạnh, tuy nhiên mô-men làm quay tàu tương đối nhỏ

Đối với các tàu có kiến trúc thượng tầng phía sau lái, gió đến từ sau trục ngang

sẽ tạo mô-men quay mạnh hơn gió đến từ trước trục ngang

Hình 1.10: Hệ số lực cản tổng hợp của gió

Hình 1.11: Hệ số phân lực ngang của gió

Hình 1 12: Hệ số mô-men quay của gió

Hình 1.13: Hệ số liên hệ giữa lực cản tổng hợp và phân lực dọc của gió

Hình 1.14: Ảnh hưởng của gió đối với quá trình quay trở của tàu

Dưới tác động của các thành phần lực và mô-men do gió gây ra, chuyển động của con tàu sẽ bị thay đổi Hình 1.14 miêu tả vệt đi của trọng tâm một con tàu VLCC trong điều động thử quay trở của tàu về bên phải trong điều kiện hướng gió thực 0300, tốc độ gió 10 hải lí/giờ Trục tung thể hiện tỉ lệ dịch chuyển theo vĩ tuyến so với chiều dài tính toán của tàu (X/L) Trục hoành thể hiện tỉ lệ dịch chuyển theo kinh tuyến so với chiều dài tính toán của tàu (Y/L) Đường nét đậm thể hiện kết quả trong điều kiện tàu chạy đầy tải Đường nét thường thể hiện kết quả trong điều kiện tàu chạy không hàng

Ta thấy rằng, dưới ảnh hưởng của gió, tàu bị đẩy dạt về phía dưới gió Vệt đường đi của tàu không chỉ thể hiện khả năng điều động riêng của bản thân con tàu

mà nó còn thể hiện mức độ ảnh hưởng của gió

Cùng một điều kiện về gió nhưng gió trong điều kiện không hàng có ảnh hưởng lớn hơn gió trong điều kiện đầy tải Đó là do trong điều kiện không hàng, diện tích mặt hứng gió lớn hơn trong điều kiện có hàng

Tốc độ gió càng cao thì áp lực do gió tác động lên phần trên mặt nước của tàu càng lớn Do đó, tàu sẽ bị dạt mạnh hơn khi tốc độ gió tăng lên

Dưới tác động của gió, các đường cơ bản thể hiện đặc tính điều động của tàu sẽ

bị biến đổi (đường quay trở, đường zigzag, ) Việc xác định và đánh giá tính năng điều động tàu vì thế cũng trở nên thiếu chính xác

Ngoài ra gió còn tạo ra sóng ảnh hưởng đến chuyển động của con tàu Phần ảnh hưởng của sóng sẽ được đề cập ở mục 2.4.1

2.3.2 Các điều kiện về gió trong khu vực thử tàu

Ảnh hưởng của gió tồn tại trong kết quả đo đạc, đánh giá tính năng điều động tàu khi tiến hành thử tàu Nó gây khó khăn trong việc đánh giá riêng tính năng điều động tàu Chính vì thế mà khi tiến hành thử tính năng điều động của tàu, cần thiết phải chọn điều kiện cấp gió càng thấp càng tốt để đảm bảo xác định chính xác khả năng điều động của con tàu Ngoài ra tuỳ vào điều kiện diện tích nổi trên mặt nước của từng con tàu mà có thể cho phép thử tính năng điều động ứng với cấp gió tới hạn khác nhau Tuy nhiên, khi thử tính năng điều động với tất cả các tàu, cấp gió không nên vượt quá cấp 3 beaufort (<10 hải lý/giờ)

2.4 Điều kiện về sóng

2.4.1 Ảnh hưởng của sóng đến tính năng điều động tàu

Sóng là những dao động của bề mặt nước biển Nó được tạo thành từ một số nguyên nhân sau: do gió gây ra, do động đất hoặc truyền ra từ các vùng tâm bão

Sóng gây ra các lực tác động không đồng đều theo thời gian làm thay đổi tư thế của tàu theo thời gian

Khi con tàu bị nghiêng, phần chìm dưới nước của hai bên mạn sẽ không giống nhau Các thành phần lực của nước tác động vào hai bên mạn tàu cũng khác nhau Dẫn đến khả năng điều khiển tàu sang hai phía bị ảnh hưởng nhiều Không đảm bảo việc xác định tính năng điều động tàu một cách chính xác

Khi con tàu bị chúi mũi, phần mũi tàu bị chìm sâu vào trong nước Lực cản phía trước mũi tăng lên làm tâm quay của tàu dịch chuyển gần về phía mũi tàu Trong khi đó phần lái tàu có thể bị nhô lên khỏi mặt nước Lúc đó tải của chân vịt thường xuyên bị thay đổi và phần diện tích bánh lái chìm trong nước cũng bị thay đổi Điều

đó làm giảm tác dụng của bánh lái và chân vịt trong điều khiển con tàu Dẫn đến giảm khả năng điều khiển của con tàu trong nước

Khi con tàu bị chúi lái, phần mũi tàu nổi nhiều lên trên mặt nước Lúc đó khả năng con tàu giữ ổn định hướng đi sẽ suy giảm Tàu sẽ bị đảo hướng nhiều Khả năng điều khiển của con tàu vì thế cũng thay đổi

Ngoài ra, sự biến đổi thường xuyên của các thành phần lực tác động do sóng gây ra sẽ dẫn tới sợ biến đổi của các thành phần lực khác tác động lên con tàu Ngoài các sóng đến tàu với chu kỳ ổn định thì còn có các phổ sóng bất thường Khả năng dự đoán tác động của các thành phần lực do sóng gây ra đối với những chuyển động nhằm xác định đặc tính điều động tàu là tương đối khó khăn Khi chúng ta không thể đánh giá một cách đầy đủ tác động của sóng lên kết quả thực nghiệm, chúng ta sẽ không loại trừ được chúng ra khỏi kết quả đó Từ đó dẫn đến việc xác định, đánh giá tính năng điều động tàu không đạt được kết quả chính xác như mong muốn, gây lãng phí thời gian và tiền bạc trong quá trình thử tàu

Tác động của sóng gió đối với những con tàu khác nhau sẽ khác nhau Đối với những con tàu càng lớn thì bản thân các thành phần lực phát động của nó sẽ càng lớn Những tác động do sóng gây ra sẽ ảnh hưởng ít hơn do tương quan giữa các thành phần lực Cho nên, có thể tiến hành thử tàu trong các điều kiện sóng to hơn mà các

ảnh hưởng của sóng không có tác dụng đáng kể đối với kết quả thử tàu Điều kiện ngược lại đối với các tàu thuyền nhỏ

2.4.2 Các điều kiện về sóng trong khu vực thử tàu

Sóng làm thay đổi chuyển động của tàu trong quá trình thử nghiệm Nó làm việc đo đạc xác định các tính năng điều động tàu trở nên thiếu chính xác Chính vì thế

mà khi tiến hành thử tính năng điều động của tàu, cần thiết phải chọn điều kiện mặt biển càng lặng càng tốt để đảm bảo xác định chính xác khả năng điều động của con tàu Cấp sóng tối đa không được vượt quá cấp 2 beaufort (<0,5m)

2.5 Điều kiện về tải trọng và hiệu số mớn nước

2.5.1 Ảnh hưởng của tải trọng và hiệu số mớn nước đến tính năng điều động tàu

Tải trọng của tàu có liên quan chặt chẽ với quán tính tàu và quyết định lượng giãn nước của tàu cũng như phần mạn khô phía trên mặt nước Việc thay đổi tải trọng dẫn đến các yếu tố đó cũng thay đổi Chúng làm thay đổi tính năng điều động của tàu

Khi con tàu chuyển động, lực bẻ lái luôn là lực chủ động dược sử dụng để điều khiển con tàu Trong khi đó, các thành phần lực tác động từ nước vào thân tàu luôn có tính chất làm cản trở chuyển động của nó Mối tương quan giữa hai lực này sẽ quyết định chủ yếu đến khả năng điều khiển của con tàu

Tải trọng của tàu càng tăng thì mớn nước tàu cũng tăng Diện tích phần chìm dưới nước của bánh lái và thân tàu vì thế cũng tăng theo Diện tích bánh lái tăng làm cho lực bẻ lái sẽ tăng Tuy nhiên, do tỉ lệ kích thước giữa bánh lái và thân tàu tương đối nhỏ, ứng với mỗi lượng mớn nước chìm thêm do tăng tải trọng, thì việc tăng lực

bẻ lái luôn chậm hơn so với việc tăng lực cản trở chuyển động (do thân tàu chìm thêm) Điều này làm hạn chế khả năng điều động của con tàu Con tàu khó nghe lái hơn

Ngược lại, khi tải trọng của con tàu giảm thì khả năng điều khiển của con tàu sẽ

dễ dàng hơn

Hiệu số mớn nước ảnh hưởng đến tư thế của con tàu Một con tàu đóng ra thì thiết kế của nó luôn đảm bảo đạt hiệu quả rẽ nước tối ưu để con tàu tiến về phía trước Với các con tàu lớn, phần đáy tàu được thiết kế bằng phẳng Hiệu quả rẽ nước của tàu chủ yếu là do thiết kế phần mũi và lái tàu đem lại Với các tàu đó, các thiết kế về tuyến hình tàu thường được tính toán với điều kiện hiệu số mớn nước mũi lái bằng không Cho nên, một khi con tàu có sự chênh lệch hiệu số mớn nước mũi lái, thì khả năng rẽ nước của con tàu sẽ bị thay đổi do phần đáy bằng của tàu sẽ tham gia vào rẽ nước Khi đó tính năng điều động tàu sẽ thay đổi

Khi con tàu bị chúi mũi, trọng tâm và tâm quay của tàu sẽ dịch chuyển về phía mũi tàu Khoảng cách từ điểm đặt của lực bẻ bánh lái đến tâm quay tăng làm tăng mô-men giúp tàu quay trở Tàu sẽ quay nhanh hơn và với đường kính hẹp hơn Khi tàu chạy tới, mũi tàu có xu thế tiến sâu hơn vào trong nước Lực cản trở chuyển động do

đó sẽ tăng lên Chuyển động tới của con tàu sẽ trở nên khó khăn hơn Tốc độ tàu sẽ bị giảm

Khi con tàu bị chúi lái, trọng tâm và tâm quay của tàu sẽ dịch chuyển về phía lái tàu Khoảng cách từ điểm đặt của lực bẻ bánh lái đến tâm quay giảm làm giảm mô-men giúp tàu quay trở Tàu sẽ quay chậm hơn và với đường kính lớn hơn

Trên đây chúng ta xem xét tính năng điều động của con tàu với điều kiện diện tích phần chìm dưới nước của bánh lái không thay đổi Điều này có khả năng xảy ra với điều kiện tàu đầy tải và hiệu số mớn nước mũi lái không quá lớn Tuy nhiên, trong các điều kiện tàu chạy không đầy tải thì việc tàu chúi mũi hay chúi lái sẽ làm thay đổi diện tích phần chìm dưới nước của bánh lái Diện tích phần chìm dưới nước của bánh lái là một trong những yếu tố quyết định đến độ lớn của lực bánh lái tạo ra Nó ảnh hưởng đến tính năng điều động của con tàu Tàu bị chúi mũi, bánh lái nhô nhiều trên mặt nước Diện tích bánh lái giảm Hiệu quả bẻ lái của bánh lái giảm Nếu hiệu số mớn nước quá cao, bánh lái bị nhô lên khỏi mặt nước quá nhiều Sẽ khó khăn trong việc sử dụng bánh lái trong điều khiển con tàu Nếu tàu bị chúi lái, diện tích bánh lái tăng Lực bẻ lái sẽ tăng Do mớn nước mũi tàu thấp hơn mớn nước lái tàu Tàu có xu

thế lướt sóng tiến về phía trước Lực bẻ lái tăng giúp dễ dàng hơn trong điều động Tuy nhiên, diện tích bánh lái chỉ tăng đến giá trị tối đa của bánh lái Nếu hiệu số mớn nước tiếp tục tăng lên thì lực bẻ lái cũng không tăng Mũi tàu nhô lên cao, hiệu quả rẽ nước của phần mũi tàu sẽ giảm đi Khả năng ổn định phương hướng sẽ giảm

Các yếu tố về tải trọng và hiệu số mớn nước làm ảnh hưởng đến đến tính năng điều động của tàu Khi thử tàu không thử được hết tính năng điều động với mọi điều kiện tải trọng và hiệu số mớn nước Do vậy, cần thiết phải xác định các thông tin về tính năng điều động tàu tương ứng với điều kiện tải trọng và hiệu số mớn nước quan trọng làm cơ sở phục vụ dẫn tàu an toàn và đánh giá tính năng điều động tàu Nội dung cụ thể được nêu trong phần sau

2.5.2 Các điều kiện về tải trọng và hiệu số mớn nước trong khu vực thử tàu

Trong điều kiện thử tàu, do không có đủ thời gian cũng như kinh phí, cho nên không thể thử hết tất cả các tính năng điều động tàu Chính vì thế, người ta chỉ tiến hành kiểm tra nhưng tính năng cơ bản phục vụ cho công tác dẫn tàu an toàn Người ta cần thiết đánh giá khả năng tối đa của con tàu để lấy đó là cơ sở phục vụ dẫn tàu Đồng thời cũng kiểm tra, đánh giá lại các tính toán lý thuyết khi đóng con tàu

Trong điều kiện đầy tải, việc điều khiển con tàu trở nên khó khăn hơn các mức tải trọng khác Trong điều kiện đó, tính năng điều động tàu thể hiện khả năng tối đa của con tàu Việc thử tính năng điều động tàu ở mớn nước đầy tải sẽ cung cấp thông tin về giới hạn của khả năng điều khiển con tàu Những thông tin này rất quan trọng trong quá trình điều khiển phương tiện

Con tàu được thiết kế để di chuyển trên mặt nước Các thiết kế thân tàu, đặc biệt là mũi và lái, nhằm đảm bảo cho khả năng chuyển động tối ưu của nó Tuy nhên, khi có sự xuất hiện của hiệu số mớn nước mũi lái thì tính năng điều động, theo thiết

kế, cũng bị ảnh hưởng không nhỏ Hiệu số mớn nước mũi lái càng lớn thì tính năng điều động tàu biến đổi càng lớn Với các hiệu số mớn nước khác nhau trong cùng một điều kiện tải trọng sẽ cung cấp những thông tin khác nhau về tính năng điều động tàu Chính vì thể, để đảm bảo xác định tính năng điều động tàu và lấy đó làm căn cứ dự

đoán khả năng chuyển động của con tàu trong các điều kiện khác nhau, thì việc lựa chọn điều kiện hiệu số mớn nước bằng không trong khi thử tàu là một căn cứ hợp lý

Các điều kiện tốt nhất về tải trọng và hiệu số mớn nước đã được trình bày ở trên Tuy nhiên, áp dụng các điều kiện đó sẽ rất khó trong điều kiện thực tế Tiêu chuẩn này khuyến cáo tới các bên có liên quan, trong chừng mực có thể được, tiến hành thử tàu với mớn nước trung bình càng gần với mớn nước đầy tải càng tốt và với hiệu số mớn nước tối thiểu

Trong điều kiện không thể đảm bảo về mặt tải trọng, phải thử ở điều kiện ballast, yêu cầu việc thử tính năng điều động tàu được tiến hành với hiệu số mớn nước tối thiểu và chân vịt phải đảm bảo chìm dưới nước