›
›

Bài giảng Lý thuyết tàu - Đỗ Hùng Chiến

pdf 68 trang hapham 210
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Lý thuyết tàu - Đỗ Hùng Chiến", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_ly_thuyet_tau_do_hung_chien.pdf

Nội dung text: Bài giảng Lý thuyết tàu - Đỗ Hùng Chiến

  1. BBÀÀII GIGIẢẢNGNG MÔNMÔN HHỌỌCC LÝLÝ THUYTHUYẾẾTT TTÀÀUU DÀNH CHO SINH VIÊN NGÀNH KHÔNG CHUYÊN PHẦN I: TĨNH HỌC TÀU THỦY Chuyên ngành áp dụng: ĐIỀU KHIỂN TÀU BIỂN Cán bộ giảng dạy: KS. Đỗ Hùng Chiến Thờigianthự chiện: Từ 15/12/2006 đến 07/05/2007. Thành phố Hồ Chí Minh tháng 9 năm 2007 23/10/2007 1
  2. CHCHƯƠƯƠNGNG MMỞỞ ĐĐẦẦUU BÀI MỞ ĐẦU VÀI NÉT VỀ SỰ PHÁT TRIỂN NGÀNH TÀU THUYỀN Tàu thủy: Ra đờ i cách đây ba, bốn ngàn năm. -Cuối năm 1999 người ta đã tìm thấy xác tàu gỗ, chôn vùi dưới đáy biển cách đây khoảng 2500 năm. -Tàu thủy đã và đang được nghiên cứu, thiết kế, chế tạo phục vụ vào nhiều mục đích khác nhau, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của nhân loại -Các chủng loại tàu chủ yếu bao gồm: Tàu làm việc trên nguyên tắc khí động học, thủy động lực, định luật Archimesdes 23/10/2007 2
  3. Các loại tàu thông dụng hiện nay:: 1.1. TTààuu khkháách:ch: 23/10/2007 3
  4. 2.2. TTààuu chchởở hhààngng ttổổngng hhợợp:p: 23/10/2007 4
  5. 3. Tàu chở container: 23/10/2007 5
  6. 4.Tàu chở dầu: 23/10/2007 6
  7. 5. Tàu chở xe (Ro-ro) 23/10/2007 7
  8. 6.6. TTààuu ngngầầm:m: 23/10/2007 8
  9. 7. Tàu chiến: 23/10/2007 9
  10. 8. Ụ nổi: 23/10/2007 10
  11. Giới thiệu môn học: Môn học lý thuyết tàu nghiên cứu các vấn đề về: 1. Tính nổi 2. Tính ổn định. 3. Tính chống chìm. 4. Sức cản vỏ tàu. 5. Chân vịt tàu th ủy. 6. Lắc tàu. 7. Tính ăn lái. 23/10/2007 11
  12. CHCHƯƠƯƠNGNG II TTÍÍNHNH NNỔỔII TTÀÀUU THTHỦỦYY Bài 1. Các khái niệm cơ bản, điều kiện cân bằng trên nước tĩnh: 1. Các khái niệm cơ bản. Tàu thủy nổi trên mặt nước, tàu ngầm nổi trong nước chịu tác động của hai lực ngược chiều nhau: Trọng lực. Bao gồm toàn bộ trọng lượng bản thân tàu (tàu không), hàng hóa, máy móc, trang thiết bị, dự trữ cùng hành khách trên tàu, tác động cùng chiều với lực hút của trái đất. Lực nổi F. Là lực đẩy của phần ngâm nước do thân tàu chiếm chỗ, phù hợp với định luật Archimesdes, có chiều tác động ngược với trọng lực. Lượng chiếm nước. W = Δ = γV. Trong đó: γ: Tỷ trọng của nước tại vùng hoạt động của tàu (tấn/m3) 3 V: Thể tích chiếm nước của tàu (m ) 23/10/2007 12
  13. 2. Điều kiện cân bằng tàu trong trạng thái nổi: -Nếu W > F: Trọng lượng tàu lớn hơn lực nổi, tàu bị kéo xuống, khi đó giá trị lực nổi F tăng dần lên, đến khi vượt qua giớ i hạn cân bằng F > W. Tàu chỉ có thể nằm ở vị trí cân bằng khi cân bằng 2 lực ngược chiều nhau này. - Khi W = F, chưa đủ để tàu cân bằng, vì khi nghiêng ngang, khoảng cách giữa hai đường tác động lực mang gí trị nhất định, sinh ra một mô men nghiêng, khi đó tàu quay quanh một tâm M, gọi là tâm nghiêng. 23/10/2007 13
  14. •• Trường hợp tâm nổi nằm xa trọng tâm, tính theo chiều dọc tàu, mô men ngẫu lực W.L làm cho tàu bị chúi về phía trước nếu mô men ngẫu lực mang dấu âm. ML : Được gọi là tâm chúi tàu. 23/10/2007 14
  15. BBààii 3.3. TrTrọọngng llưượợngng vvàà trtrọọngng tâmtâm ttààuu 1.1. TrTrọọngng llưượợngng ttààu:u: TrTrọọngng llưượợngng vvỏỏ ttààu.u. TrTrọ ọngng llưượợngng trangtrang thithiếếtt bbịị vvỏỏ TrTrọ ọngng llưượợngng mmááyy chchíínhnh vvàà ccáá cc mmááyy phphụụ TrTrọ ọngng llưượợngng hhệệ ththốốngng totoàànn ttàà u.u. TrTrọ ọngng llưượợngng trangtrang thithiếếtt bbịị trêntrên boong.boong. TrTrọ ọngng llưượợngng thithiếếtt bbịị đđiiệện,n, đđiiệệ nn ttửử TrTrọ ọngng llưượợngng trangtrang thithiếếtt bbịị nnộộii ththấất.t. TrTrọ ọngng llưượợngng nhiênnhiên liliệệu,u, nnưướớc.c. TrTrọ ọngng llưượợngng đđooàànn ththủủyy ththủủ,, khkhááchch vvàà ddựự trtrữữ TrTrọ ọngng llưượợngng vvậậtt ddằằnn vvàà ccáácc phphầầnn khkháác.c. 23/10/2007 15
  16. 2.2. TrTrọọngng tâmtâm ttààu:u: Việc xác định trọng lượng và trọng tâm tàu phải qua các bước, đòi hỏi công việc thực hiện với kh ối lượng rất lớn, thông qua công tác thử nghiêng lệch qua 8 lần di chuyển trọng vật. 23/10/2007 16
  17. BBààii 4:4: CCáácc kkííchch ththưướớcc chchíínhnh vvàà ccáácc hhệệ ssốố bbééo.o. 4.14.1 CCáácc kkííchch ththưướớcc chchíính:nh: ChiChiềềuu ddààii ttààu:u: 23/10/2007 17
  18. •• ChiChiềềuu rrộộngng ttààu:u: 23/10/2007 18
  19. 2.2. CCáácc ttỷỷ ssốố kkííchch ththưướớcc chchíính:nh: 23/10/2007 19
  20. 3.3. CCáácc hhệệ ssốố bbééo:o: 23/10/2007 20
  21. BBààii 55 ĐưĐườờngng hhììnhnh vvỏỏ ttààuu PhPhươươngng phpháápp mômô ttảả đưđườờngng hhì ìnhnh vvỏỏ ttààu:u: 23/10/2007 21
  22. 23/10/2007 22
  23. DDạạngng đưđườờngng hhììnhnh ththểể hihiệệnn trêntrên bbảảnn vvẽẽ kkỹỹ thuthuậật.t. 23/10/2007 23
  24. BBààii 6.6. CCáácc đđặặcc trtrưưngng hhììnhnh hhọọcc ccủủaa thânthân ttààu:u: 1.1. Đặc trưng đường nước: 23/10/2007 24
  25. 2.2. ĐĐặặcc trtrưưngng mmặặtt ccắắtt ngang:ngang: 23/10/2007 25
  26. 3.3. TTỷỷ llệệ Bonjean:Bonjean: 23/10/2007 26
  27. CCáácc đđặặcc trtrưưngng hhììnhnh hhọọcc phphầầnn chchììmm thânthân ttààuu 23/10/2007 27
  28. BBààii 7.7. CCáácc đưđườờngng congcong ttíínhnh nnổổii 23/10/2007 28
  29. ĐĐồồ ththịị FirsovFirsov 23/10/2007 29
  30. BBààii 8.8. CCáácc phphéépp ttíínhnh ggầầnn đđúúng:ng: 1.1. CôngCông ththứứcc hhììnhnh thang:thang: 23/10/2007 30
  31. 2.2. CôngCông ththứứcc SimpsonSimpson 23/10/2007 31
  32. 23/10/2007 32
  33. BBààii 9.9. DDựự trtrữữ ttíínhnh nnổổii vvàà mmạạnn khôkhô 23/10/2007 33
  34. CHCHƯƠƯƠNGNG IIII TTÍÍNHNH ỔỔNN ĐĐỊỊNHNH TTÀÀUU BBààii 1.1. KhKhááii niniệệmm vvềề ổổnn đđịịnhnh ttààu.u. •• CânCân bbằằngng ttààu:u: •• Tà u cân bằng khi lực nổi cân bằng trọng lực và tâm nổi cùng nằ m trên cùng một đường thẳng vuông góc với mặ t thoáng, đi qua trong tâm tàu. •• Trường hợp tổng quát, khi tâm nổi nhất thời không nằm trên đư ờng vuông góc với mặt thoáng đi qua G, khi đó xuất hiện một mô men nghiêng quay tàu trở về vị trí cân bằng ban đầu, gọi là mô men phục hồi. Mô men làm cho tàu rời khỏi vị trí cân bằng ban đầu gọi là mô men nghiêng. •• Giá tr ị mô men phụ hồi: W.L = F.L ≠ 0. 23/10/2007 34
  35. MôMô menmen phphụụcc hhồồi:i: •• Hình 2.1a mô men phục hồi chống lại mô men nghiêng, có thể đưa tàu về trạng thái ổn định. •• Hình 2.1b, mô men ph ục hồi cùng chiều với mô men nghiêng, làm tàu nghiêng nhiều hơn, trường hợp này tàu không ổn định, hay mất tính ổn định. 23/10/2007 35
  36. ỔỔnn đđịịnh:nh: •• Theo nghĩa chung: Là khả năng của tàu chống lại các tác động củ a ngoại lực, đưa tàu trở về vị trí cân bằng ban đầu, khi tác động ngoại lực không còn nữa. •• Trong hoàn cảnh cụ thể: •• Dư ới tác động tĩnh của ngoại lực tàu phản ứng trong khuôn kh ổ của ổn định tĩnh. •• Dưới tá c động của mô men ngoại lực tàu phản ứng trong điều kiệ n ổn định động. •• Số đo ổn định động là công sinh ra để thắng ngoại lực và đưa tàu đã bị nghiêng đến góc khá lớn trở về v ị trí cân bằng ban đầu khi ngoại lực không còn tác đ ộng. •• Ổn định ngang khi xét trong trạng thái nghiêng ngang và ổn định dọc cho trường hợp tàu bị nghiêng dọc (chúi). 23/10/2007 36
  37. BBààii 2.2. ỔỔnn đđịịnhnh banban đđầầuu •• 2.12.1 ỔỔnn đđịịnhnh ngangngang banban đđầầu:u: •• Chi ều cao của điểm M so với mặt phẳng đáy KM: KM KB = BM + hay: = KM + KB BM •• Chiều cao tâm nghiêng ban đầu GM: GM KM KG= − hay: = GM + KB − BM KG •• Tay đòn ổn định tĩnh GZ: GZ = GMsinhay Φ GZ: =sin GM Φ •• Mô men ổn định tĩnh M: M GZ =.: Δ hay M= . Disp GZ •• Mô men phục hồi Mph: M =. ΔGMhay sinΦ M : = . Disp sinΦ GM ph ph •• Nếu a = KG - KB và r = BM thì: GM BM= KG() − − KB= − ⇒( r a= )− sin GZΦ ( 2 r . 6 a ) 23/10/2007 37
  38. TayTay đđònòn ổổnn đđịịnhnh ttĩĩnhnh GZGZ:: •• Công thức (2.6) có thể viết lại như sau: GZ( )= r− sin a Φ = sin rΦ − Φ a sin •• Thành phần rsinΦ được gọi là tay đòn ổn định hình dáng vì nó ph ụ thuộc vào vị trí của B, mà B ph ụ thuộc vào kích thước và hình dá ng hình học ph ầ n chìm của t àu. •• Thành phần asin Φ được gọi là tay đòn ổn định trọng lượng vì nó phụ thuộc vào vị trí của G, mà G là trọng tâm tàu trong mộ t trạng thái chở hàng, không lệ thuộc v ào h ình dạng h ình học thân tàu. •• Một số công thức kinh nghiệm dùng cho tàu chở hàng: ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ d5 CB 1 d5 V KB=⎜ − ⎟ hay: = KB ⎜ − ⎟ 3 ⎝ 2 CW ⎠ 3 ⎝ 2 AW ⎠ ⎛ AW ⎞ ⎛ CW ⎞ KB= ⎜ d hay⎟ : KB= ⎜ d ⎟ ( 2 . 7 ) A⎝ W + V/ ⎠ d CC⎝ WB+ ⎠ 23/10/2007 38
  39. VVưượợtt rara khkhỏỏii phphạạmm vivi ổổnn đđịịnhnh banban đđầầu,u, đđiiểểmm MM vvàà BB didi chuychuyểểnn đđếếnn 9900 đđộộ:: •• Biểu diễn GZ trong hệ tọa độ gắn liền với tâm nổi: GZ= . Z sinΦ + cos YΦ − KG sin Φ •• Lấy đạo hàm 2 vế của phương trình trên ta có: dGZ dZ dY = Φsin +Z cos ΦΦ +cos −Y sin ΦKG −cos Φ dΦ dΦ dΦ 23/10/2007 39
  40. XXáácc đđịịnhnh GMGM trêntrên đưđườờngng congcong GZGZ •• Với dZ/dΦ = BMsinΦ và dY/dΦ = BMcosΦ • Từ đó: d • GZ= + BM Φcos Z −sin Φ YcosKG − ( 2 Φ . 8 ) dΦ •• Trường hợp với góc nghiêng Φ = 0, (2.8) có dạng: d BMGZ= KB() + KG − =() KB + ( BM − 2 . 9 ) KG dΦ Φ0 = •• GM là thước đo độ dốc của đường cong ổn định GZ, xác định GM theo hình vẽ như sau : 23/10/2007 40
  41. ẢẢnhnh hhưưởởngng ccủủaa GMGM đđếếnn ổổnn đđịịnhnh ngangngang •• Chu kỳ lắc ngang: CB. TΦ = ( 2 . 10 ) GM •• C = 0,7 – 0,82 là hệ số thực nghiệm tùy thuộc kiểu tàu. •• Số liệu thống kê GM th ườ ng gặp trên các tàu: •• Tà u kh ách lớn: 0,5 – 1,5 m. •• Tà u hàng cỡ lớn: 0,3 – 1,5 m. •• Tà u hàng cỡ trung b ình:0,3 – 1,0 m. •• Tà u hàng cỡ nhỏ : 0,4 – 0,8 m. •• Tà u đánh cá: 0,5 – 0,9 m. •• Tà u kéo: 0,5 – 0,8 m. •• Tà u chở dầu: 0,5 – 1,6 m. •• GM có ảnh h ưởng lớn đến ổn định ban đầu, GM càng lớn càng tốt , tuy nhiên nếu GM lớn quá dẫn tới chu kỳ lắ c nh ỏ, nên cần khống chế GM trong giới hạn như thống kê nêu trên. 23/10/2007 41
  42. GiGiáá trtrịị GMGM llàà đđiiềềuu kikiệệnn ccầầnn chocho ổổnn đđịịnh:nh: •• GM 0 là điều kiện cần cho ổn định. Điề u kiện đủ cho ổn định vẫn đang tiếp tục đư ợc nghiên cứu. •• Ví dụ: Tàu “Captain” có GM = 0,79 đã không thể về cảng trong khi thiết hạm “Monarch” có GM = 0,73 vẫn về an toàn khi gặ p bão trên biển, do “Monarch” có đường cong GZ cao hơn ở các góc lớn. 23/10/2007 42
  43. ỔỔnn đđịịnhnh ddọọcc banban đđầầu:u: •• Chiều cao tâm nghiêng dọc ban đầu GML: •• GML = KB + BML – KG (2.11) •• Tay đòn mô men phục hồi GZ L khi chúi: •• GZL = GML.sinψ (2.12) •• Vì L>B nhiều lần nên BM L > (KG -KB) nhiều lần, khi tính có thể lấy: GML ≈ BML. Mô men phục hồi cho ổn định tĩnh: •• M ph = D.GZ L = D.GML.sinψ (2.13) 23/10/2007 43
  44. BBààii 3.3. ẢẢnhnh hhưưởởngng ccủủaa trtrọọngng trêntrên ttààuu đđếếnn ổổnn đđịịnh.nh. •• 3.1. Ảnh hưởng chuyển dịch hàng hóa đến ổn định: •• Dịch chuyển một trọng vật w từ vị trí P1(x1,y1,z1) đến vị trí P2(x2,y2,z2), độ dịch chuyển δx = x2-x1, δy = y2-y1, δz = z2-z1. •• Độ d ịch chuy ể n cao độ trọng tâm: w wδ z δKG= z() − z = −( 2 . 14 ) W 2 1 W •• Chiều cao tâm nghiêng dịch chuyển: GM 1= GM +δ ( 2 KG . 15 ) •• Chiều cao tâm chúi dịch chuyển: GM= GM+δ ( 2 . KG 16 ) L1 L •• Khi có nhiều trọng vật dịch chuyển trên tàu: 1 δKG= − .wδ ( z 2 . 17 ) ∇ ∑ i i 23/10/2007 44
  45. TTưư ththếế ccủủaa ttààuu khikhi ddịịchch chuychuyểểnn hhààngng •• Góc nghiêng ngang: w() y− y wiδ i y Φ = 2 1 ( 2 . 18hay )Φ : = ∑ ( 2 . 19 ) ΔGM() +δ KG ΔGM() +δ KG •• Góc nghiêng dọc (góc chúi): w() x− x wiδ i x Ψ = 2 1 hay : Ψ =∑ ( 2 . 20 ) Δ.GM L Δ.GM L •• Độ thay đổi mớn nước t: t ∑wiδ i x t d=FA d −: khiΨ ( = 2 .⇒ 21t = ) L Ψ . L = ( 2 . 22 ) L Δ.GM L •• Độ thay đổi mớn nước tại trụ mũi δdF: L ⎛ ⎞ khi= a: LCF ⇒δ F ⎜ = d a⎟Ψ −( 2 . 23 ) ⎝ 2 ⎠ •• Độ thay đổi mớn nước tại trụ lái δd : A ⎛ L ⎞ δd=A −⎜ a +⎟Ψ( 2 . 24 ) ⎝ 2 ⎠ 23/10/2007 45
  46. 3.23.2 MôMô menmen nghiêngnghiêng ttààuu 11o:: •• Từ công thức M = Δ.GM.sinΦ, với Φ rất nhỏ, nên sinΦ ≈ Φ, có thể viế t: •• M = Δ.GM.Φ với Φ (rad) •• Đổ i sang độ, với các gó c Φ rất nhỏ, ta có: •• M = Δ.GM(Φo) •• Để nghiêng tàu thêm 1o mô men cần thiết: 1 M= Δ. GM ( 2 . 25 ) dv 57 , 3 •• Góc nghiêng tàu khi chịu mô men nghiêng Mng: M ng Φ = ( 2 . 26 ) M dv 23/10/2007 46
  47. 3.33.3 MôMô menmen nghiêngnghiêng ddọọcc (ch(chúúi)i) ttààuu 1cm1cm:: •• Góc chúi: w()2 x− 1 x t GM L Ψ = = ⇒w() x2 − 1 x. = t Δ Δ.GM L L L GM L •• Mô men nghiêng dọc M : Mng=. t Δ ng L •• Thay Δ = γ.∇ và GML = IL/∇ đồng thời nhận t = 1 cm •• Để tàu chúi thêm 1cm mô men c ần thiết: I M =100γ L ⋅ ( 2 . 27 ) dv L •• Độ chúi tàu khi chịu mô men nghiêng dọc Mng: M t = ng M TRIM 23/10/2007 47
  48. BBààii 4.4. MMộộtt ssốố bbààii totoáánn liênliên quanquan đđếếnn ttíínhnh nnổổii vvàà ttíínhnh ổổnn đđịịnhnh banban đđầầu.u. •• 4.1 Ảnh hưởng bốc dỡ hàng hoặc nhận hàng lên tàu: •• Bố c dỡ hàng hoặc nhận hà ng lên tàu làm thay đổi trọng lượng, trọng tâm, mớn nước, và một số đại lượng khác. trọ ng tâm, mớn nước, và một số đại lượng khác. •• Khi đưa trọng vật w lên/xuống tàu không lớn hơn 10 – 15% Δ, ta có thể tính các thay đổi như sau: w •• Thay đổi chiề u chìm: δd = ( 2 . 28 ) γ .A w •• Thay đổi vị trí tâm nổi và trọng tâm: w ⎛ δd ⎞ BB'= ⎜d+ −KB(⎟ 2 . 29 ) Δ +w ⎝ 2 ⎠ w GG'= KP()− KG( 2 . 30 ) Δ + w •• Khi dỡ hàng có thể coi là nhận hàng mang giá trị “âm”, các công thức vẫn đúng khi áp dụng. 23/10/2007 48
  49. XXáácc đđịịnhnh ttưư ththếế ttààuu khikhi llààmm hhààng:ng: •• Chiều cao tâm nghiêng ngang mới: w ⎛ δd ⎞ G M''= GM + ⎜+d Z − − GM⎟( 2 . 36 ) Δ +w ⎝ 2 ⎠ •• Chiều cao tâm nghiêng dọc. Δ GM'' = ()GM ( 2 . 37 ) L Δ + w L •• Góc nghiêng Φ, chúi Ψ của tàu: w. Y w X.(− LCF ) tgΦ = ( 2 .⇒ 38 ) tg Ψ = ( 2 . 39 ) Δ()w +.'' G M Δ.GM L •• Chiều chìm tàu tại mũi dF, lái dA: w ⎛ L w ⎞ X.( − LCF) d=FF' d + +⎜ LCF − ⎟ ( 2 . 40 ) γ.Aw ⎝ 2 ⎠ Δ.GM L w ⎛ L w⎞ X.()− LCF =dAA' + d +⎜ −LCF −⎟ ( 2 . 41 ) γ.Aw ⎝ 2 ⎠ Δ.GM L 23/10/2007 49
  50. 4.24.2 ẢẢnhnh hhưưởởngng hhààngng treotreo đđếếnn ổổnn đđịịnhnh banban đđầầu:u: •• Hàng treo ảnh hưởng trực tiếp đế n ổn định giống như ảnh hưởng của trọng vật được nhận vào tàu hoặc trọng vật di chuyển trên tàu. •• Khi treo trọng vật w, trọng tâm tàu thay đổi: w. d GG = ()a 1 Δ •• Trường hợp cần cẩu derrick chuy ển trọng vật ra mạn, góc nghiêng do trọng vật gây ra: w. a tgΦ = ()b Δ.GM 23/10/2007 50
  51. 4.34.3 ẢẢnhnh hhưưởởngng ccủủaa hhààngng llỏỏngng đđếếnn ổổnn đđịịnhnh banban đđầầu:u: •• Khi bị tàu bị nghiêng, tuy thể tích chất lỏng tuy thể tí ch chấ t lỏng không thay đổi nhưng vị không thay đổi nhưng vị trí trọng tâm khối chất trí trọng tâm khối chất lỏng luôn thay đổi theo lỏng luôn thay đổi theo nhịp nghiêng của tàu là trọng tâm của tàu cũng trọng tâm của tàu cũng thay đổi theo. 23/10/2007 51
  52. Độ ổn định thay đổi do ảnh hưởng mặt thoáng chất lỏng: 3 w. gg1 γ 1 b l GG1 = = ⋅ Δ1 γ 2 12∇ . • Thay đổi trọng tâm theo chiều ngang: • γ 1 i GG1T = ⋅ tgΦ γ 2 ∇ •• Thay đổi trọng tâm theo chiều thẳng đứng: 3 w. gg1γ 1 b2 l GG1V = = ⋅ tg Φ Δ γ 2 12∇ . •• Tay đòn G1Z1 được tính như sau: ⎛ γ 1 i ⎞ G Z1= 1 ⎜ GM −sin ⋅⎟ Φ ( 2 . 43 ) ⎜ ⎟ ⎝ γ 2 ∇ ⎠ •• Độ dâng ảo của trọng tâm tàu: γ i δG=1 ⋅ ( 2 . 44 ) γ 2 ∇ •• Chiều cao tâm nghiêng tàu sau khi hiệu chỉnh do ảnh hưởng mặ t thoáng chất lỏng: GM= KM −δ KG − ( 2 . G 45 ) 23/10/2007 52
  53. BBààii 5.5. CânCân bbằằngng ddọọcc ttààuu •• Tính cân bằng dọc tàu để xác định tư thế thực của tàu tại trạng thá i khai thác. •• Bảng tính cân bằng dọc tàu: TT Tên gọi Công thức và ký hiệu Đ.vị tính 1 Thể tích chiếm nước ∇=Δ/γ m3 2 Chiều ch ìm trung bình d – đọc từ đồ thị f(∇) m 3 Hoành độ trọng tâm LCG m 4 Cao độ trọng tâm KG m 5 Tâm đường nước a = LCF, đọc đồ thị m 6 Hoành độ tâm nổi LCB, đọc đồ thị f(d) m 7 Cao độ tâm n ổi KB , đọc đồ thị f(d) m 8 Bán kính tâm nghiêng BM , đọc đồ thị f(d) m 23/10/2007 53
  54. BBảảngng ttíínhnh câncân bbằằngng ddọọcc ttààu:u: TT Tên gọi Công thức và ký hiệu Đ.vị tính 9 Mô men chúi 1m MTRIM– đọc đồ th ị f(d) T.m/m 10 Mô men chúi tàu Mch = Δ.(LCG - LCB) T.m 11 Độ chúi tàu δd = M ch/MTRIM m 12 Góc ch úi của tàu Ψ = δd/L 13 Thay đổi chúi mũi δdF = (L/2 - LCF)Ψ m 14 Thay đổi chúi lái δdA = ( -L/2 - LCF) Ψ m 15 Mớn nước mũi dF = d + δdF m 16 Mớn nước lái dA = d + δ dA m 17 Chiều cao tâm nghiêng GM = KM - KG m o 18 Mô men nghiêng tàu 1 M1o = Δ.GM/57,3 T.m 23/10/2007 54
  55. BBààii 66 TThhưướớcc ttảảii trtrọọngng •• Thước tải trọng hay tỷ lệ chở hàng là đơn giản và dễ là đơn giả n v à dễ sử dụng nhất so sử dụng nhất so với đường cong với đư ờng cong lượng chiếm nước, xác định chiều chìm khi nhận và trả hàng của tàu trả hàng của tàu hoặc khi tàu đi từ hoặc khi tàu đi từ nước mạn vào nước ngọt, cùng cho phép ta xác định lượng chiếm nước của tàu với chiều chìm đã biết. 23/10/2007 55
  56. BBààii 7.7. ỔỔnn đđịịnhnh ggóócc llớớnn •• 7.1 Ổn định tĩnh: •• Cá c khái niệm cơ bản: •• Chi ều cao tâm nghiêng dùng để đo ổn định ban đầu nhưng không cho ta đầy đủ hình ảnh về tính ổn định của tàu. •• Ở góc nghiêng lớn, ổn đ ịnh ngang quy ết định những điều kiện hà nh hải và an toà n của con tà u. •• Ở góc nghiêng lớn, tâm nghiêng M không còn nằm trên trục đối xứ ng, tâm nổi B di chuyển không phải trên cung gần tròn như ban đầu mà theo đư ờng cong không theo luật. •• Độ tăng tay đòn mô men ngẫu lực giữa lực nổi và trọng lực không còn tuyến tính với góc nghiêng mà chuyển hẳn sang giai đoạn phi tuyến. 23/10/2007 56
  57. 2.2. CCáánhnh taytay đđònòn ổổnn đđịịnhnh ttĩĩnhnh GZGZ •• Bán kính tâm nghiêng: BM = IΦ/∇. Φ Φ •• Tọ a độ tâm nổi mới: Y= BM Φ()cos Φd Φ; Z= BM Φ()sin Φd Φ ∫ ∫ 0 0 •• Cánh tay đòn ổn định tính theo công thức sau: •• GZ = YcosΦ + (Z - KB)sinΦ – a.sinΦ •• Tọ a độ tâm nghiêng mới: •• Y M = Y - BMΦ sinΦ ; ZM = (Z – KB) + BMΦ cosΦ •• Kho ảng cách GMΦ khi tà u nghiêng: •• GM Φ = dGZ/dΦ = -Y.sin Φ + (Z - KB).cosΦ – a.cosΦ. •• Khi KG = const, GZ được xác định: GZ = Lk – KG.sin Φ (2.47) •• Mô men phục hồi được xác định: Mph= Δ.GZ (2.48) 23/10/2007 57
  58. 3.3. ĐĐồồ ththịị ổổnn đđịịnhnh ttĩĩnh:nh: •• Đặc tính của đư ờng cong: – Trị số chiều cao tâm nghiêng GM. – Trị số tay đòn lớn nhất GZmax và góc nghiêng Φm tại GZmax. – Kho ảng đường cong tay đòn, kho ảng góc nghiêng m à ổn định dương, góc nghiêng mà trị số tay đòn âm ta gọi là g óc nghiêng tới hạn Φv. 23/10/2007 58
  59. 4.4. CCáácc ddạạngng ththưườờngng ggặặpp ccủủaa đđồồ ththịị ổổnn đđịịnhnh ttĩĩnh.nh. •• Dạng thông thường cho các tàu vận tải: 23/10/2007 59
  60. Đồ thị ổn định tĩnh cho tàu chở gỗ: 23/10/2007 60
  61. Đồ thị ổn định tĩnh cho tàu có lầu kín: 23/10/2007 61
  62. Đồ thị ổn định tĩnh cho tàu có trọng tâm không nằm trên trục đối xứng gi ữa tàu: 23/10/2007 62
  63. Góc vào nước: •• Là góc nghiêng của tàu Φf, tại đó nước bắt đầu tràn qua lỗ khoét hoặc miệng của kết cấu tương đương lỗ khoét để vào tàu, dẫn đến nguy cơ đắm tàu. 23/10/2007 63
  64. 5.5. ĐĐiiềềuu kikiệệnn ổổnn đđịịnhnh ttĩĩnhnh •• Dưới tác động của mô men nghiêng I, tàu bị nghiêng chừng nào Mng > Mph . •• Đường II tiếp xú c với M ph tại điểm C, ứng với Φm , tại đây Mph = Mng , xuất hiện điều ph ng kiện cần cho ổn định tĩnh. Mô men nghiêng II đóng vai trò mô men giới hạn. •• Đường Mng đánh số III lớn hơn II, nên nếu III tác động thì không đảm bảo ổn định. 1MM= •• Điều kiện cần và đủ để ổn ( ) ph ng định tĩnh là: d dM ph dM ng ()2 MM()− >0 hay > dΦ ph ng dΦ dΦ 23/10/2007 64
  65. 7.27.2 ỔỔnn đđịịnhnh đđộộng.ng. •• 1. Các khái niệm cơ bản. •• Th ực tế, tàu không bao giờ làm việc trong điều kiện tĩnh lý tư ởng. •• Phản ứng của tàu trong điều kiện thực là mô men nghiêng tác độ ng đến tàu không tĩnh mà là động, phụ thu ộc vào quá trình tích lũy năng lượng tàu. •• Thường sử dụng nguyên lý cân bằng công để xem ổn định. •• Gó c tàu nghiêng dưới tác động môm men động luôn lớn hơn gó c ổn định tĩnh. •• Vấn đề giữ tàu khi mô men nghiêng tác động động đưa chúng ta đến khá i niệ m về ổn định bao gồm những trường hợp ít hoặc nhiều tác động động giậ t của ngoại lực vào tàu như sóng, gió đập mạnh vào tàu. 23/10/2007 65
  66. 2.2. TiêuTiêu chuchuẩẩnn ổổnn đđịịnhnh đđộộng.ng. •• Trị số góc nghiêng và trị số giới hạn mô men nghiêng chưa ph ải nguy cơ lật tàu mà quy ết định trong trường hợp tác động cũng không phải trị số mô men hồi phục mà là trị số công làm nghiêng tàu. •• Thước đo ổn định là công, công phải thực hiện làm nghiêng tàu từ tư thế không nghiêng đến góc nghiêng nào đó. •• Khi nghiêng, công này dựa trên dịch chuyển thẳng đứng điểm đặ t trọng lượng tàu G so với tâm nổi B. •• Công của mô men hồi phục Ld khi tàu nghiêng đến góc Φ nào đó, ta có thể tính như tích của trọng lượng với trị số dịch chuyển thẳng đứ ng giữa trọng tâm và tâm nổi. •• Công nghiêng tàu bằng công hồi phục. Đo ổn định tàu nghiêng gó c Φ : Φ L=d Mph () Φ d Φ ∫0 23/10/2007 66
  67. 3.3. GGóócc nghiêngnghiêng đđộộng.ng. •• Nghiêng tàu thật lâu đến khi động năng biến thành thế năng, thời điểm công mô men nghiêng bằng công mô men phục hồi Φ Φ (Ln =L= Ld). n M Φn () Φ d =d L =ph () M Φ d Φ ∫0 ∫0 •• Xác đ ịnh g ó c nghiêng động bằng tính toán thỏa mãn phương trì nh trên hầu như không xác định được. Góc nghiêng này có thể tìm được nhờ đồ thị mô men hồi phục và mô men nghiêng. •• Sau khi tàu đạt đến góc Φd , cả động năng biến th ành thế năng, tàu bắt đầu trở về trạng thái ban đầu. Tích tụ thế năng lại biến thành động năng. •• Tại góc nghiêng tĩnh mô men nghiêng bằng mô men hồi phục. Mô men tác động động làm tàu nghiêng góc lớn hơn, tuy cùng trị số mô men. •• Φd ≈ 2 Φ t. •• Đố i với g óc nghiêng lớn hơn thì: Φd > 2 Φt. 23/10/2007 67
  68. 3.3. GGóócc nghiêngnghiêng đđộộng.ng. •• Nghiêng tàu thật lâu đến khi động năng biến thành thế năng, thời điểm công mô men nghiêng bằng công mô men phục hồi Φ Φ (Ln =L= Ld). n M Φn () Φ d =d L =ph () M Φ d Φ ∫0 ∫0 •• Xác đ ịnh g ó c nghiêng động bằng tính toán thỏa mãn phương trì nh trên hầu như không xác định được. Góc nghiêng này có thể tìm được nhờ đồ thị mô men hồi phục và mô men nghiêng. •• Sau khi tàu đạt đến góc Φd , cả động năng biến th ành thế năng, tàu bắt đầu trở về trạng thái ban đầu. Tích tụ thế năng lại biến thành động năng. •• Tại góc nghiêng tĩnh mô men nghiêng bằng mô men hồi phục. Mô men tác động động làm tàu nghiêng góc lớn hơn, tuy cùng trị số mô men. •• Φd ≈ 2 Φ t. •• Đố i với g óc nghiêng lớn hơn thì: Φd > 2 Φt. 23/10/2007 68