Nghiên cứu thiết kế và chế tạo các loại tàu cao tốc cỡ nhỏ làm bằng vật liệu composite

Bài viết giới thiệu một số kết quả nghiên cứu thiết kế và chế tạo loại tàu cao tốc cỡ nhỏ bằng vật liệu composite, rút ra từ thực tế và thiết kế và chế tạo loại tàu này trong thời gian qua. Để nắm nội dung mời các bạn cùng tham khảo.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu thiết kế và chế tạo các loại tàu cao tốc cỡ nhỏ làm bằng vật liệu composite Tạp chí Khoa học Công nghệ Thủy sản Số 2/2006 Trường Đại học Thủy sản NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CÁC LOẠI TÀU CAO TỐC CỠ NHỎ LÀM BẰNG VẬT LIỆU COMPOSITE TS. Trần Gia Thái Khoa Cơ khí Đại học Thuỷ sản 1.TỔNG QUAN Trong những năm gần đây, nhu cầu đóng mới những loại tàu cao tốc cỡ vừa và nhỏ làm bằng vật liệu Composite ở nước ta nhằm phục vụ cho công tác tuần tra, kiểm ngư, du lịch v..v…là rất lớn. Nhìn chung, thiết kế tàu đáp ứng yêu cầu về tốc độ, đặc biệt là tốc độ cao, là bài toán không đơn giản do đó vấn đề thiết kế và chế tạo loại tàu cao tốc Composite có ý nghĩa lý thuyết và thực tế quan trọng. Trong loạt bài báo này, chúng tôi sẽ giới thiệu một số kết quả nghiên cứu thiết kế các loại tàu cao tốc cở nhỏ bằng vật liệu Composite, rút ra từ thực tế thiết kế và chế tạo loại tàu này trong thời gian qua. Theo như quy định ở điều 2.1.2 của Quy phạm phân cấp và đóng tàu thuỷ cao tốc của Việt nam TCVN 6451- 2004, tàu cao tốc được hiểu là các tàu có tốc độ lớn nhất tính bằng m/s hoặc bằng hl/h phải bằng hoặc lớn hơn giá trị tính theo công thức sau : 0,1667 0,1667 V ≥ 3,7∆ (m/s) hoặc V ≥ 7,1922 ∆ (hl/h) với ∆ là thể tích lượng chiếm nước tương ứng đường nước chở hàng thiết kế lớn nhất của tàu 3 (m ). 2.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Thực tế nhận thấy, khó khăn lớn nhất khi thiết kế tàu cao tốc là cần phải đạt được tốc độ cao, một yêu cầu không dễ thực hiện khi tính toán, thiết kế các loại tàu nói chung và tàu cao tốc nói riêng nên việc thiết kế mới tàu cao tốc thường không đơn giản do thiếu các số liệu khi thử nghiệm mô hình. Vì thế, theo chúng tôi phương pháp nghiên cứu thích hợp nhất trong trường hợp này là sử dụng các mẫu tàu cao tốc đã được thử nghiệm sẵn và áp dụng các giải pháp kỹ thuật nhằm làm tăng tốc độ tàu Từ thực tế thiết kế và chế tạo hàng loạt tàu cao tốc bằng vật liệu Composite trong thời gian gần đây, chúng tôi nhận thấy có ba yếu tố chính có ảnh hưởng lớn đến tốc độ tàu cao tốc, cụ thể như sau : - Đặc điểm hình học của tàu, bao gồm các đặc điểm hình học và đặc điểm đường hình - Lắp đặt và bố trí hệ trục tàu - Khối lượng tàu, bao gồm trọng lượng vỏ tàu và phân bố khối lượng tàu. Do đó việc nghiên cứu tính toán hợp lý các yếu tố ảnh hưởng nói trên có thể được xem như là những giải pháp kỹ thuật hiệu quả và khả thi nhất nhằm làm tăng tốc độ tàu đến mức độ cho phép. 3.KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Trong loạt bài này, chúng tôi sẽ giới thiệu kết quả đạt được khi thiết kế loại tàu cao tốc cở nhỏ bằng vật liệu Composite, trên cơ sở nghiên cứu áp dụng các giải pháp kỹ thuật làm tăng tốc độ tàu. Riêng bài này sẽ giới thiệu đặc điểm một số mẫu tàu cao tốc Composite cở nhỏ do chúng tôi thiết kế, gồm nhóm các canô cao tốc có chiều dài lớn nhất khoảng (6 – 8) m với tốc độ khoảng (35 – 40) hl/h và nhóm các tàu cao tốc có chiều dài lớn nhất khoảng (12 – 16) m với tốc độ khoảng (25 – 30) hl/h. 3.1.Các mẫu canô cao tốc điển hình Trong những năm gần đây, nhu cầu thiết kế chế tạo loại canô công vụ (working boat) là rất lớn, dùng để chở khách du lịch hoặc dùng chở nhân viên công tác thực hiện công việc trên sông, biển. Yêu cầu chung cho các tàu này là tính ổn định tốt, tính năng hàng hải cao và tốc độ tàu phải lớn. Đường hình của các loại tàu này thường khá giống nhau, với đáy có dạng tấm phẳng, sườn chữ V, hai bên mạn và hông có bố trí các gẫy dọc chạy suốt từ mũi đến đuôi để tăng tính năng hàng hải tàu. Bố trí chung trên tàu thường mang những đặc trưng riêng tuỳ theo sở thích và yêu cầu của chủ tàu, nhưng cần phải thật đơn giản và hợp lý, nhằm đảm bảo yêu cầu phân bố hợp lý các tải trọng trên tàu. Đa số tàu thường bố trí bàn lái nằm ở khoảng 1/3 chiều dài tàu, tiếp theo là khoang ghế hành khách, khoang máy đặt phía sau, thường dùng các loại máy đẩy chuyên dùng của các hãng nổi tiếng thế giới hiện nay như Volvo Penta (Thuỵ điển), Mercury (Mỹ), Yamaha (Nhật) v..v.. với hệ thống trục - chân vịt kèm bên trong máy (stern drive), được lắp bên ngoài (Out Board) hoặc lắp bên trong tàu (In Board). Máy tàu loại này thường được điều khiển từ xa nhờ hệ thống lái thuỷ lực bố trí ngay tại bàn lái tàu. Chân vịt kèm theo loại máy tàu này thường được đúc từ hợp kim nhôm, có thể chỉ gồm một chân vịt hoặc có thể là hệ thống chân vịt đôi, tức là gồm hai chân vịt lắp đồng trục và quay ngược chiều nhau. Phần dưới đây giới thiệu đặc điểm một số mẫu canô cao tốc điển hình được thiết kế và chế tạo tại Công ty TNHH đóng tàu Sông Lô ở Nha trang đã được khách hàng chấp nhận trong thời gian qua. 37 Trường Đại học Thủy sản Tạp chí Khoa học Công nghệ Thủy sản Số 2/2006 Hình 1 là canô cao tốc thiết kế đầu tiên có chiều dài 6,3 m, lắp máy outboard 200 HP, chở 16 khách và khi thử chạy biển đã đạt đến tốc độ 45 hl/h nhờ kết cấu vỏ nhẹ và phân bố các khối lượng trên tàu hợp lý nên đảm bảo canô có khả năng cất mũi cao khi chạy. CAÙC THOÂNG SOÁ CÔ BAÛN Chieàu daøi lôùn nhaát Lmax = Chieàu daøi thieát keá Ltk = Chieàu roän g lôùn nhaát Bmax= Chieàu roän g thieát keá Btk = D = Chieàu cao maïn = Chieàu chìm trung bình T Cb = Heä soá beùo theå tích Cw = Heä soá ñöôøng nöôùc W = Löôïn g chieám nöôùc V = Toác ñoä khai thaùc n = Soá löôïn g khaùch 6,30 m 5,50 m 2,20 m 2,08 m 1,10 m 0,42 m 0,43 0,75 2,50 taán 40-45 hl/g 16 ngöôøi MECRUSER HAÀ M MUÕ I GHEÁ NGOÀ I HAÀM MAÙY 1070 130 2800 500 1800 Voâ laêng laùi 500 Gheá phuï Göông mica Naép haà m muõ i Gheá ngoài 1600 x 450 Gheá laùi Baûng ñoà ng hoà Gheá ngoài Hình 1 : Mẫu canô cao tốc chở khách Từ mẫu canô 6,3 m này, chúng tôi đã thiết kế mẫu canô 7 m trên cơ sở cải tiến hình dáng đường hình mẫu canô này khi bố trí thêm hai gẫy dọc, chạy suốt từ mũi đến lái để tăng tính năng tàu. Nhờ các gẫy dọc hướng dòng ở đáy nên tàu có khả năng chuyển sang chế độ lướt sớm hơn mẫu cũ, kết quả là chất lượng thuỷ động của tàu đã được tăng lên rõ rệt, do đó mặc dù có chiều dài lớn hơn so với mẫu tàu cũ nhưng tốc độ chạy của mẫu tàu này lại cao hơn và va đập vào sóng được êm ...