chương 8: Trình tự tính toán thiết kế tối ưu tàu đánh cá xa bờ Theo thực tế tìm hiểu đội tàu nghề cá xa bờ tỉnh Phú Yên và theo s ố liệu của Chi Cục Bảo Vệ Nguồn Lợi Thuỷ Sản Phú Yên cung c ấp thì tàu cá Phú Yên tương đối hoàn chỉnh, phù hợp với sóng gió và luồng lạch ở Phú Yên, ít xảy ra tai nạn do tính năng kỹ thuật và đã đem lại hiệu quả kinh tế cao trong sử dụng. Nhằm nâng cao chất lượng của con tàu được thiết kế và để tiếp nhận những ưu điểm của t àu mẫu dân gian hiện nay, ta tiến hành chọn một số thông số cho tàu thiết kế dựa vào tàu mẫu, một số thông số khác sẽ được lựa chọn dựa vào cơ sở lý luận. Với cách tiến h ành này tàu được thiết kế ra sẽ khắc phục được những nhược điểm vốn có đồng thời phát huy được những ưu điểm của tàu mẫu. Trước hết cần lựa chọn một số thông số cơ bản của tàu, việc lựa chọn này sẽ dựa vào hệ thống tàu mẫu của tập hợp tàu nghề câu cá ngừ đại dương Phú Yên đồng thời kết hợp với những lý luận mang tính chất lý thuyết. Sau đây là phần trình bày cơ sở lý thuyết để lựa chọn các yếu tố cơ bản cho tàu. 1. Lựa chọn mớn nước T Mớn nước T là một trong những kích thước cơ bản của tàu. M ớn nước T phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó điều kiện tự nhiên nơi mà tàu sẽ hoạt động là yếu tố quan trọng nhất. Qua thực tế tìm hiểu được biết hầu hết các luồng lạch, cảng cá tại Phú Yên có độ sâu khá lớn. Theo số liệu thống kê được từ thực tế các tàu câu cá ngừ đại dương ở Phú Y ên có mớn nước T nằm trong khoảng 1,401,84(m). Như vậy, để phù hợp với nhiệm vụ thư thiết kế là tàu câu cá ng ừ đại dương, hoạt động xa bờ thì chọn mớn nước T nằm trong khoảng 1,40T1,84(m). 2. Lựa chọn tỷ số H/T Tỷ số H/T có ảnh hưởng đến tính ổn định và sức cản của tàu. Khi l ựa chọn tỷ số này cần chú ý đến một số điểm sau: - Bảo đảm đủ mạn khô thoả mãn yêu cầu qui phạm. - Đủ lực nổi dự trữ. - Đủ dung tích của tàu. - Chú ý đến tính ổn định của tàu. * N ếu giữ nguyên mớn nước T, tăng chiều cao mạn tàu H thì: - Tính ổn định của tàu tăng. - Giảm bớt tình trạng nước phủ boong tàu. - Chi ều cao mạn khô tăng, lực cản do gió tác dụng vào tàu tăng không có lợi cho tàu về mặt tốc độ và ổn định. - Trọng tâm của tàu bị nâng cao, ảnh hưởng đến tính ổn định ban đầu của t àu. - Gây khó khăn trong thao tác khai thác. * Nếu giữ nguyên mớn nước T, giảm chiều cao mạn H: - Trọng tâm của tàu tương đối thấp, ổn định ban đầu của tàu được tăng lên. - L ực cản do gió tác dụng vào tàu giảm. - Thuận tiện trong khai thác đánh bắt. - Chiều cao mạn khô thấp nên nước phủ boong tàu. Điều này r ất nguy hiểm vì tàu hoạt động xa bờ trong điều kiện sóng gió hết s ức phức tạp. * Nếu giữ nguyên H, giảm mớn nước T của tàu: sức cản tác dụng vào tàu giảm, tốc độ của tàu tăng lên. Tuy nhiên tính ổn định cũng như tính lắc của tàu sẽ giảm mạnh. Điều này rất nguy hiểm không thể chấp nhận được. * Nếu giữ nguyên H, tăng mớn nước T của tàu: sẽ có lợi về cả hai mặt ổn định và lắc. Tuy nhiên mớn nước T của tàu bị khống chế bởi điều kiện tự nhiên nơi mà tàu hoạt động. Theo số liệu thống kê một số tàu mẫu ở Phú Yên, tỷ số H/T có giá trị nằm trong khoảng 1,2H/T1,36. 3.Lựa chọn hệ số thể tích nước chiếm  Hệ số  được xác định:  = LBT V . (2.6) Trong đó: - V: thể tích chiếm nước của con tàu (m 3 ). - L,B,T: chiều dài, chiều rộng và chiều chìm của tàu (m). C ũng như hệ số , hệ số  có ảnh hưởng lớn đến các tính năng của tàu, đặc biệt đối với tàu cá cần sức chở lớn. Nếu hệ số  lớn thì sức cản tác dụng vào tàu sẽ lớn, công suất có ích của tàu bị giảm, nhưng bù lại sức chở của tàu sẽ tăng lên. Khi h ệ số  lớn thì bán kính ổn định ngang r 0 của tàu giảm (r 0 = T B   12 22 ), đồng thời cũng làm giảm cao độ tâm nổi ban đầu Z C0 (Z C0 = T    ) và chiều cao tâm ổn định ban đầu h 0 giảm (h 0 = r 0 + Z C0 - Z g ). Điều này làm cho tính ổn định của tàu xấu đi không thể chấp nhận được. Ngược lại: Khi hệ số  bé thì tính ổn định của tàu tăng lên, sức cản của tàu giảm, tốc độ của tàu tăng nhưng sức chở của tàu giảm, không đáp ứng được y êu cầu thực tế trong nhiệm vụ thư. Đối với t àu câu cá ngừ đại dương, hoạt động xa bờ, thời gian một chuyến biển dài, do đó cần sức chở tương đối lớn để có thể chở được nhiều sản phẩm đánh bắt, chứa đủ lương thực, thực phẩm, nhiên liệu dự trữ v.v kèm theo cho một chuyến biển. Vậy hệ số  được chọn tương đối lớn. Để bù lại việc tính ổn định của tàu bị giảm, ta sử dụng các biện pháp như tăng hệ số diện tích mặt đường nước  hoặc tăng chiều rộng B của tàu. Theo số liệu thống kê một số tàu mẫu ở Phú yên, hệ số  có giá tr ị nằm trong khoảng 0,590,64. 4.Lựa chọn hệ số diện tích mặt cắt ngang  Hệ số  được xác định:  = BT  . (2.7) Trong đó: - : diện tích mặt cắt ngang (m 2 ). - B: chiều rộng của tàu (m). - T: chi ều chìm của tàu (m). H ệ số  ít ảnh hưởng đến tính ổn định cũng như tính lắc của tàu, nên ở đây hệ số  được chon dựa theo hệ thống tàu mẫu ở Phú yên. Theo số liệu thống kê ở bảng 2.1 hệ số  có giá trị nằm trong khoảng 0,900,93. Giá trị phổ biến nhất hiện nay là:  = 0,92. 5. Lựa chọn hệ số diện tích mặt đường nước  Hệ số  được xác định:  = LB S . Trong đó: - S: diện tích mặt đường nước (m 2 ). - L: chi ều dài tàu (m). - B: chi ều rộng tàu (m). H ệ số  có ảnh hưởng nhiều đến một số tính năng của tàu. N ếu hệ số  lớn thì bán kính ổn định ngang ban đầu r 0 (r 0 = T B   12 22 ) sẽ lớn, lúc này tính ổn định của tàu sẽ tăng. Mặt khác, khi hệ số  lớn thì diện tích S sẽ tăng lên, lúc này mặt boong được mở rộng thuận tiện cho thao tác đánh bắt và đi lại trên tàu. Tuy nhiên lúc này tính ổn định hướng của tàu sẽ giảm. Ngược lại: Nếu hệ số  quá bé sẽ ảnh hưởng đến nhiều tính năng của tàu, đặc biệt là tính ổn định. Lúc này tính ổn định của tàu sẽ giảm, điều n ày không thể cho phép đối với tàu cá. Khi  nhỏ diện tích mặt boong bị thu hẹp, không thuận tiện trong thao tác đánh bắt, đi lại trên tàu nhưng trên cơ sở vẫn ổn định cho tàu. Theo s ố liệu thống kê một số tàu mẫu ở Phú Yên, ta thấy hệ số  nằm trong khoảng 0,84   0,89. 6. Lựa chọn các kích thước cơ bản của tàu theo điều kiện ổn định Phương trình ổn định của tàu được viết: B/H 10 229 B H B         (2.8). Ta có th ể viết lại (2.8) như sau: B/H  . 10 )/()/(229 TTHHB    TTH HB   )/(210 29 / = y 1 . (2.9) Ta biết rằng miền xác định của công thức (2.8) theo công trình nghiên c ứu của thầy PGS.TS Nguyễn Quang Minh là 1,75 B/H2,75. Do đó miền xác định của hàm số y 1 là: 1,75 y 1 2,75. Từ biểu thức này ta có thể nhận thấy tỷ số B/H và mớn nước T tỷ lệ nghịch. Nghĩa là khi tăng giá trị mớn nước T thì tỷ số B/H sẽ giảm. Ta có thể biểu diễn quan hệ này lên hệ trục (B/H;T) như hình 2.4 Hình 2.4 V ới mớn nước T 1 được chọn trước, để tàu thoả mãn điều kiện ổn định th ì tỷ số B/H được chọn sao cho: B/H = m  , 1 m . Ví dụ điểm M. Trong đó , 1 m là nghiệm của phương trình: B/H = . )/(210 29 1 TTH  7. Lựa chọn các kích thước cơ bản của tàu theo điều kiện lắc Theo lý thuyết tàu, chu kỳ lắc ngang của tàu được xác định:      0 h CB  h 0    2 22   BC (2.10) Trong đó: - h 0 : là độ cao tâm ổn định ban đầu h 0 = r 0 +Z C0 - Z g = 12 22 HT T B         (2.11) - C = (0,78 0,82): là hệ số quán tính. Thay h 0 vào (2.10) ta được:         2 22 2 2 2 2 2 22 ./// 12 TTHHB C TTHTT T H H B                                            THT C THHB / 12 // 2 22 22      2/1 2 22 2 12 / )/(                           T C TH TH H B        = y 2 (2.12) Từ biểu thức trên ta có thể nhận thấy tỷ số B/H và T tỷ lệ thuận nhau nhưng khi T tăng đến một giá trị tới hạn (T th ) nào đó thì bi ểu thức trên vô nghiệm. Trong phạm vi khảo sát những giá trị T của đề tài này thì biểu thức trên luôn luôn có nghiệm (T<T th ), điều này sẽ được minh chứng ở phần tính toán cụ thể sau. Có thể biểu diễn quan hệ này lên hệ trục toạ độ (B/H;T) như hình vẽ 2.5. V ới mớn nước được chọn T=T 1 thì để tàu thoả mãn điều kiện lắc tỷ số B/H phải được lựa chọn sao cho thoả mãn điều kiện là: B/H = m 1 , 1 m . Ví dụ điểm N. Trong đó: , 1 m là nghiệm của phương trình:      2/1 1 2 22 2 12 / )/(                           T C TH TH H B        (2.13) T(m) B/H 2,75 T 1 0 Hình 2.5 m 1,75 m i N 8. Lựa chọn tỷ số B/H cho tàu tối ưu Để tàu thiết kế ra được tối ưu, đáp ứng được yêu cầu đã đặt ra, thì các kích thước cơ bản của tàu phải được lựa chọn trong vùng giới hạn của các đường y 1 ,y 2 và B/H =1,75; B/H=2,75. Theo s ố liệu thống kê tàu mẫu ở Phú Yên tỷ số B/H có giá trị nằm trong khoảng: (1,79  2,76). 9. Lựa chọn chiều dài L/B cho tàu thiết kế Chiều dài tàu được chọn bị khống chế bởi điều kiện luồng lạch, bến bãi nơi mà tàu hoạt động. Chiều dài L không nên quá dài để tăng tính cơ động cho tàu. Nhưng chiều dài tàu quá bé thì tính ổn định hướng của tàu sẽ giảm. Theo số liệu thống kê hệ thống tàu mẫu ở Phú Yên ta thấy tỷ số L/B của tàu câu có giá trị nằm trong khoảng: 3,12 L/B 3,80. T ừ phương trình nổi (2.2): P = D = .V = LBT =  3 2 2 2 2 T T H H B B L  .  L/B = 322 1 )/( 1 )/( 1 TTHHB D   . (2.14) Trong đó:  = 1,025 (T/m 3 ) là trọng lượng riêng của nước biển. Dựa vào lượng cá đánh bắt (kể cả đá và muối) trong nhiệm vụ thư ta sẽ xác định được lượng chiếm nước D và từ đó tìm ra được chiều dài của tàu. 10. Kiểm tra phương trình trọng lượng: [...]... hành xét từng trọng lượng thành phần: - Tính Pv: Trọng lượng vỏ tàu Pv được tính theo công thức gần đúng của Herner Verhosek: Pv = P(LBT) (2.16) Trong đó: L,B,T: là các kích thước cơ bản của tàu (m) P: là khối lượng thân tàu trên một đơn vị thể tích thân tàu (T/m3) Giá trị này được tính ở phần sau - Tính Pm: Trọng lượng máy Pm (kể cả hệ trục tàu) được tính theo công thức gần đúng sau: Pm =n.Ne (2.17) Trong... đối với tàu cá thì khối lượng máy có thể lấy gần đúng như sau: Pm = 2MNe (2. 18) Với: MNe: là khối lượng của máy chính (T) + Tính Pnl: Trọng lượng nhiên liệu được tính theo công thức gần đúng sau: Pnl = 2q l q  Ne    N e  t 1000 v 1000 (2.19) Trong đó: t: là thời gian đánh bắt (h) q: lượng tiêu hao nhiên liệu của máy chính (kg/ml.h) l: khoảng cách giữa ngư trường và bến (hl) V: tốc độ tàu (hl/h)... 2/3 V 3 C0 : Là công suất trên trục chân vịt C0: là hằng số Hải Quân Đối với tàu cá C0 = (100200) m: là hiệu suất truyền động, đối với tàu cá truyền động gián tiếp qua hộp số có thể lấy m = 0,95 - Tính Pbt: Lượng dầu bôi trơn được tính theo công thức gần đúng sau: Pbt = (0,020,06)pnl (2.21) - Tính Ptt: Trọng lượng toàn bộ thuỷ thủ đoàn (kể cả hành lý mang theo) được tính như sau: Ptt = 0,07i (T)... Tính Pl: Trọng lượng lưới phụ thuộc vào kích cỡ của tàu Ở đây ta tính Pl dựa vào hệ thống tàu mẫu Vậy với giá trị các tải trọng thành phần được tính ở trên thay vào phương trình trọng lượng để kiểm tra, sau đó so sánh với giá trị lượng chiếm nước D được tính theo lượng cá đánh bắt Pc 11 Kiểm tra phương trình tốc độ Kiểm tra phương trình tốc độ của tàu theo công thức Hải Quân EPS => D 2 / 3V 3 = C0 = . biết hầu hết các luồng lạch, cảng cá tại Phú Yên có độ sâu khá lớn. Theo số liệu thống kê được từ thực tế các tàu câu cá ngừ đại dương ở Phú Y ên có mớn nước T nằm trong khoảng 1,401 ,84 (m). Như. thư thiết kế là tàu câu cá ng ừ đại dương, hoạt động xa bờ thì chọn mớn nước T nằm trong khoảng 1,40T1 ,84 (m). 2. Lựa chọn tỷ số H/T Tỷ số H/T có ảnh hưởng đến tính ổn định và sức cản của tàu. . chương 8: Trình tự tính toán thiết kế tối ưu tàu đánh cá xa bờ Theo thực tế tìm hiểu đội tàu nghề cá xa bờ tỉnh Phú Yên và theo s ố liệu của Chi