ĐỀ CƯƠNG LÝ THUYẾT TÀU

Đề cương ôn tập Lý thuyết tàu, gồm 2 phần lý thuyết và bài tập. Những kiến thức cơ bản về tàu. Có mô tả bằng hình vẽ: Các kích thước chủ yếu, các hệ số của tàu, các loại dung tích, căn cứ để tính bảo hiểm, phí qua kênh, qua cảng...

Đề Cương Ôn tập phần lý thuyết : 1

Trình bày hiểu biết về các kích thước chủ yếu và hệ số béo của tàu (minh họa bằng hình vẽ)? chúng có ảnh hưởng như thế nào đến các tính năng của con tàu ?

A.Các kích thước chủ yếu và tỷ số kích thước thân tàu

1 Chiều dài tàu

Phân biệt các tên gọi liên quan đến chiều dài tàu trên hình như sau:

Chiều dài toàn bộ tàu Loa,

Chiều dài đường nước thiết kế LKW,

Chiều dài lớn nhất phần chìm Los,

Chiều dài giữa hai trụ Lpp,

2.Chiều rộng tàu

Chiều rộng tàu lớn nhất Bmax

Chiều rộng tàu B,

3.Chiều cao tàu

Chiều cao tàu , ký hiệu bằng D (ký hiệu tương đương H),

B.Hệ số đầy (hệ số béo)

Quan hệ giữa kích thước chính của tàu với thể tích phần chìm, diện tích đườngnước, diện tích mặt giữa tàu, vv được thể hiện qua các hệ số đầy

Hệ số đầy đường nước, ký hiệu CW, Nếu ký hiệu AW - diện tích mặt đường nước, L

- chiều dài tàu, đo tại đường nước, B - chiều rông tàu, hệ số CW tính theo công thức:

(2.4)

Hệ số đầy lăng trụ , ký hiệu CP,

C Tỷ lệ giữa các kích thước tàu có ý nghĩa thực tế với các tính năng tàu Tỷ lệ L/B

thường nói lên tính di động của tàu, theo cách nghĩ này tỷ lệ L/B lớn dùng cho tàu chạynhanh Tỷ lệ giữa B và d mang ý nghĩa tăng hay giảm ổn định tàu, ảnh hưởng lớn đến sứccản vỏ tàu khi chạy trong nước và tính quay trở của tàu

Tỷ lệ D/d đặc trưng cho tính ổn định tàu ở các góc nghiêng lớn, tăng khả năng chốngchìm của tàu

2.Tính Tông dung tích (GT) và dung tích có ích (NT) của tàu theo công ước đo dung tích 69.Căn cứ vào đâu để người ta tính phí bảo hiểm tàu, phí qua kênh, qua cảng?

Ngày nay GT và NT của tàu được đo và tích theo qui định trong công ước 1969 Công thức tính GT và NT theo của Công ước có dạng:

GT = k1.V

trong đó k1 = 0,20+0,02log10V

V – toàn bộ thể tích (volume) các khoang kín, đo bằng m3.

Công thức tính NT cho tàu khách, là tàu chở 13 khách trở lên

H



 

Trong đó:

Vcargo - toàn bộ thể tích (volume) hầm hàng, m3

T - chiều chìm trung bình, đo tại giữa tàu, m

H - chiều cao tàu, đo tại giữa tàu, m

  không quá 0,25GT

− NT không được nhận nhỏ hơn 0,30 GT

GT và NT là cơ sở pháp lý khi thực hiện công tác thống kê, bảo hiểm cho tàu Cóthể khái quát như sau:

− GT được sử dụng trong công ước quốc tế hoặc quy định của mỗi quốc gia khiphân loại lớn, nhỏ cho tàu

− Các cơ quan bảo hiểm trên toàn thế giới đều sử dụng GT như đơn vị đo lường khitính mức bảo hiểm cho tàu

− Phí kiểm tra tàu, đo đạc trên tàu, đăng ký tàu đều tính theo GT

3 Trình bày lực nổi của tàu, điều kiện cân bằng tàu (minh họa bằng hình vẽ)?

Tàu thủy nổi trên nước, tàu ngầm nổi trong nước chịu tác động đồng thời hai hệ lực:

-Trọng lực: gồm trọng lượng bản thân tàu, trọng lượng hàng hóa trên tàu, máy

móc thiết bị, dự trữ cùng hành khách trên tàu vv tác động cùng chiều hút củatrái đất

- Lực nổi:do nước tác động theo chiều ngược lại.

LỰC NỔI

Trong hệ toạ độ gắn liền với tàu, gốc tọa độ đặt tại trọng tâm G của tàu, trục Ozhướng lên trên, ngược với chiều tác động của lực hút trái đất, mặt xOy song song với mặtnước ở trạng thái tĩnh, trọng lực W có điểm đặt tại G, tác động hướng xuống dưới

Trọng lực và lực nổi

Thân tàu chìm trong nước tiếp xúc với nước qua mặt ướt vỏ tàu Lực nổi tính theo định luật Archimedes, bằng trọng lượng khối nước bị thân tàu choán chỗ, tác động theo hướng từ dưới lên Lực nổi F có tâm đặt lực tại B là tâm khối nước bị phần chìm thân tàu chiếm chỗ Có thể giải thích thêm ký hiệu B viết tắt từ Buoyancy Lực nổi F cố gắng đẩy tàu lên cao hơn vị trí nó đang chiếm

Với tàu thủy có thể tích phần chìm trong nước V, trọng lượng toàn tàu tại trạngthái tính toán, đúng bằng trọng lượng khối nước bị thân tàu chiếm chỗ γV Đại lượng D

= γV ( hoặc γ∇) được gọi là lượng chiếm nước của tàu, mang giá trị đúng bằng lực nổi

của tàu Theo cách đó chúng ta có thể viết:

W = ∆ = γ∇

Trong đó:

∆ hoặc D - lượng chiếm nước;

γ - trọng lượng riêng của nước;

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

là lượng thể tích chiếm chỗ.

Thể tích ngâm nước V thay đổi trong biểu thức tính lực nổi tàu γV, đóng vai tròthước đo tính nổi tàu

CÂN BẰNG TÀU Ở TRẠNG THÁI NỔI

Trường hợp W > F, có nghĩa trọng lượng tàu lớn hơn lực nổi, tàu còn bị kéo xuống Khi bị chìm sâu thêm trong nước, thể tích phần chìm của tàu lớn lên và như vậy,theo địnhluật Archimedes, lực F lớn dần Khi vượt qua giới hạn cân bằng, F> W tình hình sẽ ngược lại, tàu bị đẩy lên cao hơn, thể tích phần chìm của tàu giảm dần dẫn đến F nhỏ dần

Tàu chỉ có thể nằm ở vị trí cân bằng khi hai lực ngược chiều nhau này cân bằng.

Điều kiện W = F trong thực tế chưa đủ đảm bảo để tàu nổi cân bằng Trường hợp tàu

bị nghiêng ngang đến góc nhất định, tâm nổi dịch dời vị trí tùy thuộc hình dáng phần chìmcủa tàu Đường tác động lực nổi qua tâm B’ hiện thời không trùng với đường tác động lực trọng trường qua G Vì rằng W = F và khoảng cách giữa hai đường tác động lực manggiá trị nhất định, ví dụ khoảng cách giữa chúng l, xuất hiện mômen ngẫu lực W.l làm quaytàu Nếu mômen này lớn hơn 0, tức là theo chiều quay kim đồng hồ, tàu còn bị quay theo

chiều thuận kim đồng hồ Ngược lại mômen mang giá trị âm, tàu quay ngược Trong cả hai trường hợp, khi góc nghiêng còn bé tàu quay ngang qua tâm nghiêng ngang M.

Tàu chỉ ở tư thế ổn định khi hoành độ tâm nổi bằng hoành độ trọng tâm tàu

Từ đó có thể thấy điều kiện cần và đủ để tàu nổi và cân bằng trên nước, dưới tác động của lực W và F sẽ là:

(a) cân bằng lực: W = F

(b) cân bằng mômen: khoảng cách L giữa hai đường tác động lực của W và F bằng

0, dẫn đến W.l - F.l = 0 hoặc W.L – F.L = 0

Điều kiện trên đây được phát biểu cách khác: lực nổi do nước tác động tĩnh lên tàu

phải bằng trọng lượng toàn tàu, còn tâm nổi của tàu B’ phải cùng nằm trên đường thẳng vuông góc vơí mặt thoáng, đi qua trọng tâm G của tàu.

4.Trình bày dự trữ tính nổi và dấu hiệu mạn khô (minh họa hình vẽ)?

Dự trữ nổi đảm bảo bằng thể tích kín nước thân tàu nằm cao hơn đường nước chởhàng và bao gồm các khoang giới hạn bởi mặt boong kín nước trên cùng, các thượng tầng,lầu Nó xác định tải trọng bổ sung có thể nhận vào tàu tới khi tàu mất khả năng nổi trênmặt nước Dự trữ nổi biểu diễn qua số phần trăm của thể tích chiếm nước Tàu vận tải, tàuhàng 25-30%, tàu dầu 10-15%, tàu khách 80-100% Để đảm bảo dự trữ nổi cần thiết tàu

phải có trị số mạn khô tối thiểu, đủ và an toàn khi chạy trong khu vực xác định và mùanhất định trong năm

Mạn khô tàu được xác định bằng khoảng cách theo chiều đứng, tính từ đường nướcchở hàng đến mép boong, ký hiệu F hoặc Fb, viết tắt từ tiếng Anh freeboard:

F = D - d ≡ (H – T)

Chiều cao mạn khô F, cùng với chiều chìm d, đảm bảo tính chống chìm của tàu,đảm bảo sức nổi dự trữ Chiều cao F đủ lớn đảm bảo hạn chế nước phủ boong, hạn chếsóng tạt vào ca bin, đảm bảo an toàn khai thác

Dấu hiệu chở hàng

Dấu hiệu chở hàng đặt trên cả hai mạn của tầu và bao gồm 3 bộ phận:

Dấu đường boong

Dấu hiệu đường nước chở hàng

5 Khái niệm ổn định tàu, phân loại ổn định, các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định tàu ?

Ổn định được hiểu theo nghĩa chung là khả năng của tàu chống lại các tác động của

ngọai lực đã đẩy tàu khỏi vị trí cân bằng ban đầu để đưa tàu trở lại vị trí cân bằng này,khi ngoại lực không còn tác động 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 xẩy ra với tốc độ tăng trưởng chậm Số đo của ổn định tĩnh

là giá trị mômen phục hồi xuất hiện khi nghiêng tàu Mômen phục hồi, ký hiệu Mph hoặc

Mr, chống lại mômen gây nghiêng tàu, và khi mômen nghiêng không còn tác độngmômenphục hồi đưa tàu về vị trí cân bằng ban đầu Điều này phụ thuộc vào độ lớn củamômen phục hồi so với mômen nghiêng Tác động động của mômen ngoại lực thể hiện ởtốc độ tăng trưởng nhanh của nó Số đo ổn định động là công sinh ra để thắng côngngọai lực và đưa tàu đã bị nghiêng đến góc khá lớn quay trở về vị trí cân bằng ban đầu lúcngoại 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.

các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định tàu:

*.ẢNH HƯỞNG CỦA TRỌNG VẬT TRÊN TÀU ĐẾN ỔN ĐỊNH

- Ảnh hưởng chuyển dịch hàng đến ổn định

- Ảnh hưởng bốc dỡ hàng hoặc nhận hàng lên tàu

*.ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC LOẠI HÀNG ĐẾN ỔN ĐỊNH BAN ĐẦU

-Ảnh hưởng hàng treo đến ổn định ban đầu

Các em tự soạn câu này

7 Trình bày điều kiện ổn định tĩnh của tàu? Một con tàu đảm bảo ổn định tĩnh có được xem là đảm bảo ổn định chưa (giải thích).

Khi tính toán kiểm tra ổn định chúng ta

phải kiểm tra ổn định tàu ở "trạng thái tĩnh" và "động".Trạng

thái tĩnh ở đây chúng ta chỉ quan tâm đến cao độ trọng tâm

Lưu ý , khi tính toán một bài toán nào đó, chúng

ta đều mong muốn đưa "quá trình tính toán" trong điều kiện môi trường "lý tưởng".Giờ

chúng ta hãy quay lại về bản chất của ổn định.Vậy tính ổn định là gì? đó chỉ là những đặc tính hàng hải xác định khảnăng của nó chống lại được với mômen ngoại lực tác động làm nó mất cânbằng

- Trong tính toán người ta giả định tàu nằm trên nước tĩnh lặng và sau

đó tiến hành xoay nghiêng tàu đi 1 góc nghiêng nào đó, sau đó tiến hànhtính toán tâm nổi và xác định cánh tay đòn ổn định hình dáng phần ngâmnước (giá trị này là cơ sở xây dựng họ đường cong Patocarene hoặc còn

- Cánh tay đòn ổn định tĩnh gồm 2 phần chính : L = Lf -Zg*sin(phuy)(phần sau chính là cánh tay đòn ổn định trọng lượng nó phụ thuộc vào

Như vậy, từ đường cong này chúng ta có thể xét toàn bộ trạng thái ổnđịnh của tàu (không nhất thiết phải có đường cong ổn định động), vậy ýnghĩa của đường cong ổn định tĩnh như thế nào?

- Cho ta phạm vi ổn định của tàu (hay còn gọi là góc lật, là góc mà mômen ngoại lực cân

- Cho ta đại lượng cánh tay đòn ổn định (vị trí cực đại tại đỉnh đường cong)

- Cho phép xác định góc nghiêng của tàu dưới ngoại lực tác động

- Cho phép ta xác định chiều cao tâm nghiêng tại góc nghiêng bất kỳ

Đồ thị ổn định động đây chỉ là đường cong thể hiện công

của mômen phục hồi chống lại sự nghiêng của mômen ngoại lực, bằng cáchtích phân đường cong ổn định tĩnh ta xác định được đường cong ổn địnhđộng

- Điểm cực đại của đường cong ổn định tĩnh là điểm uốn của đường cong ổn định động.

- Tại vị trí cân bằng trên đường cong ổn định tĩnh là giá trị cực đạicủa đường cong ổn

- Kiểm tra ổn định bổ sung (tùy vào công dụng tàu).Ví dụ : tàu kháchthì kiểm tra thêm khi khách tập trung 1 bên mạn và khi tàu quay vòngđồng thời (80% vận tốc hàng hải tự do), tàu kéo thì kiểm tra bổ sunglực giật của cáp

8 : Những yếu tố nào ảnh hưởng đến tính ổn định của con tàu? Hãy chứng minh điều đó?

Các em tự soạn câu này.

9 : Trình bày khái niệm về tính chống chìm tàu thủy, nhiệm vụ của tính chống chìm, trường hợp gì xảy ra khi nước tràn vào khoang bị đắm của tàu?

Tính chống chìm của tàu thủy được hiểu là khả năng giữ được ổn định của tàu vàcác tính năng hàng hải khác trong trường hợp bị đắm một hoặc một số khoang củatàu.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 biểnnhất thiết phải đảm bảo tính chống chìm, tuy nhiên mức độ chống chìm có khác nhau,tùy thuộc công dụng và kiểu tàu

Trong mọi trường hợp khi nước tràn vào khoang bị đắm của tàu, các khả năng có thể xảy 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.Lượng nước có thể ngập khoang trong điều kiện có các kết cấu choáng chỗ thường íthơn lượng nước lý thuyết bằng dung tích khoang, không tính đến kết cấu Nếu ký hiệu

Vo là dung tích lý thuyết của khoang, còn V là dung tích thực tế mà nước có thể chiếmchỗ khi khoang bị đắm, tỷ lệ giữa chúng có thể viết dưới dạng:

Tỉ lệ này có tên gọi hệ số ngập thể tích khoang, hệ số ngập nước hay hệ số đắm

(permeability) của khoang.

10: Lực cản của nước tác động lên tàu khi chuyển động Các thành phần lực cản cơ bản?

Sức cản tác động lên vỏ tàu

Chuyển động trên mặt nước, trong nước, bề mặt vỏ tàu phải tiếp xúc với môitrường bao quanh nó: mặt ướt vỏ tàu tiếp xúc với nước, phần trên mớn nước tiếp xúc vớikhông khí, và bề mặt này chịu tác động của các lực do môi trường gây ra Chịu tác độngảnh hưởng qua lại này trên bề mặt vỏ tàu xuất hiện phân bố lực bề mặt

Lực thủy động tác động lên vỏ tàu khi chuyển động tiến

Trong thành phần của R có lực cản phụ thuộc vào áp lực p gọi là sức cản áp suất vàlực cản phụ thuộc vào τ, gọi là sức cản ma sát Mỗi thành phần chính trên đây được coi

là tập họp của những thành phần nhất định Trong sức cản áp suất sức cản tạo sóng vớitàu chạy nhanh là thành phần chủ yếu, còn với tàu chạy chậm tham gia vào đây chủ yếulại là sức cản do tính chất nhớt của nước Sức cản vì đã tạo sóng của tàu có thể coi là sứccản tạo sóng do phần thân tàu, do phần mũi tàu và do phần chìm của đuôi tàu dạngtransom trong nước tạo sóng

Trong thành phần sức cản ma sát của vỏ tàu có thể nhìn nhận các thành phần: masát vỏ tàu trên nước lặng và lực ma sát bổ sung trong quá trình khai thác

Tập họp các thành phần trên chúng ta có thể đánh giá sức cản dưới cách nhìn khác,rằng đây là tập họp của sức cản nhớt Rv và sức cản tạo sóng Rw

Trong thành phần sức cản nhớt, theo quan niệm mới từ những năm cuối thế kỷ XXnày, Rv gồm sức cản ma sát Rf như chúng ta đã đề cập và sức cản hình dáng Rp Trongthực tế thành phần Rf phụ thuộc vào chất lượng bề mặt còn sức cản sóng Rw và sức cảnđược ký hiệu Rp như vừa nhắc phụ thuộc vào hình dáng của thân tàu, và có thể coi tậphọp của Rw và Rp là sức cản dư Rr, để từ đó có thể tính R = Rf + Rr

Sức cản do xoáy

Sức cản dư

Sức cản không khí và sức cản do gió

Sức cản tàu do sóng

Sức cản do các phần lồi thân tàu

11 :Khái niệm về tính ăn lái, các loại thiết bị đảm bảo tính ăn lái?

Một trong những tính năng cơ bản của tàu thuỷ đó là tính ăn lái Tính ăn lái của tàu thuỷ

là khả năng giữ nguyên hoặc thay đổi hướng đi theo ý muốn của người lái tàu.Trên các tàu tự hành (ngay cả một số tàu không tự hành) người ta thường trang bị cácthiết bị lái để đảm bảo tính ăn lái cho tàu ở bất kỳ trạng thái nào trong suốt quá trình

Tính ăn lái của tàu gồm hai tính chất:

Tính ổn định hướng đi là khả năng tàu giữ nguyên hoặc thay đổi hướng chuyển động.Tính quay vòng là khả năng thay đổi hướng chuyển động và được mô tả bởi quỹ đạo

Hai tính chất này mâu thuẫn với nhau, một con tàu có tính ổn định hướng đi tốt thì sẽ cótính quay vòng tồi và ngược lại Vì vậy phải tuỳ thuộc vào từng loại tàu (công dụng vàchức năng), từng vùng hoạt động mà người ta ưu tiên cho 1 trong 2 tính chất trên khithiết kế Ví dụ, khi tàu chạy ở vùng hoạt động không hạn chế (tàu biển) do điều kiệnkhông gian hoạt động không hạn chế, để đảm bảo cho thời gian hành trình thì phải ưutiên cho tính ổn định hướng đi còn đối với tàu có vùng hoạt động hạn chế (tàu sông) thì

Tính ăn lái cũng phụ thuộc vào các bộ phận cố định, ổn định khác như: ki hông, ki đuôi,giá chữ nhân (X) hoặc chữ Y, số lượng và chiều dài chong chóng, đoạn trục chóngchóng, số bánh lái cũng như các thiết bị khác.Trên tàu để đảm bảo tính ăn lái, người ta có thể bố trí nhiều loại thiết bị lái hoạt độngđộc lập hoặc phối hợp như: bánh lái, đạo lưu định hướng xoay, chóng chóng (tàu lắpnhiều chong chóng), thiết bị phụt nước, chân vịt, v.v nhưng phổ biến nhất là bánh lái vàđạo lưu định hướng xoay vì đó là những thiết bị dễ chế tạo, giá thành rẻ, làm việc tin cậy

Bánh lái là một vật thể dạng cánh tấm phẳng hoặc dạng có prôfin thoát nước nhúngchìm trong nước, còn đạo lưu định hướng xoay là một vật thể hình trụ tròn xoay có dạngprôfin thoát nước theo chiều dọc trục của nó, bao quanh chong chóng ở phía sau thântàu