intTypePromotion=3

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

Chia sẻ: Danh Tuong Vi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:0

0
25
lượt xem
4
download

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

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: 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<br /> <br /> Trường Đại học Thủy sản<br /> <br /> NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CÁC LOẠI TÀU CAO TỐC CỠ NHỎ<br /> LÀM BẰNG VẬT LIỆU COMPOSITE<br /> TS. Trần Gia Thái<br /> Khoa Cơ khí Đại học Thuỷ sản<br /> 1.TỔNG QUAN<br /> Trong những năm gần đây, nhu cầu đóng mới những loại tàu cao tốc cỡ vừa và nhỏ làm bằng vật<br /> liệu Composite ở nước ta nhằm phục vụ cho công tác tuần tra, kiểm ngư, du lịch v..v…là rất lớn. Nhìn<br /> chung, thiết kế tàu đáp ứng yêu cầu về tốc độ, đặc biệt là tốc độ cao, là bài toán không đơn giản do<br /> đó vấn đề thiết kế và chế tạo loại tàu cao tốc Composite có ý nghĩa lý thuyết và thực tế quan trọng.<br /> Trong loạt bài báo này, chúng tôi sẽ giới thiệu một số kết quả nghiên cứu thiết kế các loại tàu cao<br /> tốc cở nhỏ bằng vật liệu Composite, rút ra từ thực tế thiết kế và chế tạo loại tàu này trong thời gian<br /> qua. Theo như quy định ở điều 2.1.2 của Quy phạm phân cấp và đóng tàu thuỷ cao tốc của Việt nam<br /> TCVN 6451- 2004, tàu cao tốc được hiểu là các tàu có tốc độ lớn nhất tính bằng m/s hoặc bằng hl/h<br /> phải bằng hoặc lớn hơn giá trị tính theo công thức sau :<br /> 0,1667<br /> 0,1667<br /> V ≥ 3,7∆<br /> (m/s)<br /> hoặc V ≥ 7,1922 ∆<br /> (hl/h)<br /> với ∆ là thể tích lượng chiếm nước tương ứng đường nước chở hàng thiết kế lớn nhất của tàu<br /> 3<br /> (m ).<br /> 2.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU<br /> Thực tế nhận thấy, khó khăn lớn nhất khi thiết kế tàu cao tốc là cần phải đạt được tốc độ cao,<br /> một yêu cầu không dễ thực hiện khi tính toán, thiết kế các loại tàu nói chung và tàu cao tốc nói riêng<br /> nên việc thiết kế mới tàu cao tốc thường không đơn giản do thiếu các số liệu khi thử nghiệm mô hình.<br /> Vì thế, theo chúng tôi phương pháp nghiên cứu thích hợp nhất trong trường hợp này là sử dụng các<br /> mẫu tàu cao tốc đã được thử nghiệm sẵn và áp dụng các giải pháp kỹ thuật nhằm làm tăng tốc độ tàu<br /> Từ thực tế thiết kế và chế tạo hàng loạt tàu cao tốc bằng vật liệu Composite trong thời gian gần đây,<br /> chúng tôi nhận thấy có ba yếu tố chính có ảnh hưởng lớn đến tốc độ tàu cao tốc, cụ thể như sau :<br /> - Đặc điểm hình học của tàu, bao gồm các đặc điểm hình học và đặc điểm đường hình<br /> - Lắp đặt và bố trí hệ trục tàu<br /> - Khối lượng tàu, bao gồm trọng lượng vỏ tàu và phân bố khối lượng tàu.<br /> Do đó việc nghiên cứu tính toán hợp lý các yếu tố ảnh hưởng nói trên có thể được xem như là<br /> những giải pháp kỹ thuật hiệu quả và khả thi nhất nhằm làm tăng tốc độ tàu đến mức độ cho phép.<br /> 3.KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU<br /> Trong loạt bài này, chúng tôi sẽ giới thiệu kết quả đạt được khi thiết kế loại tàu cao tốc cở nhỏ<br /> bằng vật liệu Composite, trên cơ sở nghiên cứu áp dụng các giải pháp kỹ thuật làm tăng tốc độ tàu.<br /> Riêng bài này sẽ giới thiệu đặc điểm một số mẫu tàu cao tốc Composite cở nhỏ do chúng tôi thiết kế,<br /> gồm nhóm các canô cao tốc có chiều dài lớn nhất khoảng (6 – 8) m với tốc độ khoảng (35 – 40) hl/h<br /> và nhóm các tàu cao tốc có chiều dài lớn nhất khoảng (12 – 16) m với tốc độ khoảng (25 – 30) hl/h.<br /> 3.1.Các mẫu canô cao tốc điển hình<br /> Trong những năm gần đây, nhu cầu thiết kế chế tạo loại canô công vụ (working boat) là rất lớn,<br /> dùng để chở khách du lịch hoặc dùng chở nhân viên công tác thực hiện công việc trên sông, biển.<br /> Yêu cầu chung cho các tàu này là tính ổn định tốt, tính năng hàng hải cao và tốc độ tàu phải lớn.<br /> Đường hình của các loại tàu này thường khá giống nhau, với đáy có dạng tấm phẳng, sườn chữ V,<br /> hai bên mạn và hông có bố trí các gẫy dọc chạy suốt từ mũi đến đuôi để tăng tính năng hàng hải tàu.<br /> Bố trí chung trên tàu thường mang những đặc trưng riêng tuỳ theo sở thích và yêu cầu của chủ tàu,<br /> nhưng cần phải thật đơn giản và hợp lý, nhằm đảm bảo yêu cầu phân bố hợp lý các tải trọng trên tàu.<br /> Đa số tàu thường bố trí bàn lái nằm ở khoảng 1/3 chiều dài tàu, tiếp theo là khoang ghế hành khách,<br /> khoang máy đặt phía sau, thường dùng các loại máy đẩy chuyên dùng của các hãng nổi tiếng thế giới<br /> hiện nay như Volvo Penta (Thuỵ điển), Mercury (Mỹ), Yamaha (Nhật) v..v.. với hệ thống trục - chân vịt<br /> kèm bên trong máy (stern drive), được lắp bên ngoài (Out Board) hoặc lắp bên trong tàu (In Board).<br /> Máy tàu loại này thường được điều khiển từ xa nhờ hệ thống lái thuỷ lực bố trí ngay tại bàn lái tàu.<br /> Chân vịt kèm theo loại máy tàu này thường được đúc từ hợp kim nhôm, có thể chỉ gồm một chân vịt<br /> hoặc có thể là hệ thống chân vịt đôi, tức là gồm hai chân vịt lắp đồng trục và quay ngược chiều nhau.<br /> Phần dưới đây giới thiệu đặc điểm một số mẫu canô cao tốc điển hình được thiết kế và chế tạo<br /> tại Công ty TNHH đóng tàu Sông Lô ở Nha trang đã được khách hàng chấp nhận trong thời gian qua.<br /> <br /> 37<br /> <br /> Trường Đại học Thủy sản<br /> <br /> Tạp chí Khoa học Công nghệ Thủy sản Số 2/2006<br /> <br /> Hình 1 là canô cao tốc thiết kế đầu tiên có chiều dài 6,3 m, lắp máy outboard 200 HP, chở 16<br /> 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<br /> trên tàu hợp lý nên đảm bảo canô có khả năng cất mũi cao khi chạy.<br /> CAÙC THOÂNG SOÁ CÔ BAÛN<br /> Chieàu daøi lôùn nhaát<br /> Lmax =<br /> Chieàu daøi thieát keá<br /> Ltk =<br /> Chieàu roän g lôùn nhaát Bmax=<br /> Chieàu roän g thieát keá Btk =<br /> D<br /> =<br /> Chieàu cao maïn<br /> =<br /> Chieàu chìm trung bình T<br /> Cb =<br /> Heä soá beùo theå tích<br /> Cw =<br /> Heä soá ñöôøng nöôùc<br /> W<br /> =<br /> Löôïn g chieám nöôùc<br /> V<br /> =<br /> Toác ñoä khai thaùc<br /> n<br /> =<br /> Soá löôïn g khaùch<br /> <br /> 6,30 m<br /> 5,50 m<br /> 2,20 m<br /> 2,08 m<br /> 1,10 m<br /> 0,42 m<br /> 0,43<br /> 0,75<br /> 2,50 taán<br /> 40-45 hl/g<br /> 16 ngöôøi<br /> <br /> MECRUSER<br /> <br /> HAÀ M MUÕ I<br /> <br /> GHEÁ NGOÀ I<br /> HAÀM MAÙY<br /> <br /> 1070<br /> <br /> 130<br /> <br /> 2800<br /> <br /> 500<br /> <br /> 1800<br /> <br /> Voâ laêng laùi<br /> <br /> 500<br /> <br /> Gheá phuï<br /> Göông mica<br /> <br /> Naép haà m muõ i<br /> Gheá ngoài<br /> 1600 x 450<br /> <br /> Gheá laùi<br /> <br /> Baûng ñoà ng hoà<br /> <br /> Gheá ngoài<br /> <br /> Hình 1 : Mẫu canô cao tốc chở khách<br /> Từ mẫu canô 6,3 m này, chúng tôi đã thiết kế mẫu canô 7 m trên cơ sở cải tiến hình dáng đường<br /> hình mẫu canô này khi bố trí thêm hai gẫy dọc, chạy suốt từ mũi đến lái để tăng tính năng tàu. Nhờ<br /> các gẫy dọc hướng dòng ở đáy nên tàu có khả năng chuyển sang chế độ lướt sớm hơn mẫu cũ, kết<br /> quả là chất lượng thuỷ động của tàu đã được tăng lên rõ rệt, do đó mặc dù có chiều dài lớn hơn so<br /> với mẫu tàu cũ nhưng tốc độ chạy của mẫu tàu này lại cao hơn và va đập vào sóng được êm hơn.<br /> Hình 2 là canô cao tốc dài 7 m, lắp máy outboard 200 HP, tốc độ (42 – 45) hl/h, chở được 16 khách.<br /> CAÙC THOÂNG SOÁ CÔ BAÛN<br /> Chieàu daøi lôùn nhaát Lmax =<br /> Chieàu daøi thieát keá<br /> Ltk =<br /> Chieàu roän g lôùn nhaát Bmax=<br /> Chieàu roän g thieát keá Btk =<br /> Chieàu cao maïn<br /> D<br /> =<br /> =<br /> Chieàu chìm trung bình T<br /> Cb =<br /> Heä soá beùo theå tích<br /> Cw =<br /> Heä soá ñöôøn g nöôùc<br /> W<br /> =<br /> Löôïn g chieám nöôùc<br /> V<br /> =<br /> Toác ñoä khai thaùc<br /> n<br /> =<br /> Soá löôïn g khaùc h<br /> <br /> 7,00 m<br /> 5,50 m<br /> 2,20 m<br /> 2,08 m<br /> 1,10 m<br /> 0,42 m<br /> 0,43<br /> 0,75<br /> 2,90 taán<br /> 42-45 hl/g<br /> 16 ngöôøi<br /> <br /> MECRUSER<br /> <br /> HA ÀM M UÕ I<br /> <br /> GHEÁ NGOÀ I<br /> HA ÀM M AÙ Y<br /> <br /> 1150<br /> <br /> 130<br /> <br /> 3200<br /> <br /> 600<br /> <br /> 1920<br /> <br /> Voâ l aê n g laùi<br /> <br /> Göông m ic a<br /> <br /> 500<br /> <br /> Ghe á phuï<br /> <br /> Naép haàm m uõi<br /> <br /> G he á ng oài<br /> 1600 x 450<br /> <br /> G he á laùi<br /> <br /> Baûn g ñoà ng hoà<br /> <br /> G he á ng oà i<br /> <br /> Hình 2 : Mẫu canô chở khách<br /> 3.2.Tàu cao tốc<br /> Hình 3 là mẫu tàu cao tốc Composite cở nhỏ đầu tiên được thiết kế, chế tạo khoảng năm 2003<br /> dùng để chở khách du lịch trên biển của Công ty TNHH Du lịch và Thương mại Hòn Tre tại Nha trang.<br /> Tàu có chiều dài lớn nhất 12 m, chiều rộng lớn nhất 3,2 m, chiều cao mạn 1,2 m, chiều chìm 0,45<br /> m lắp máy Inboard công suất 300 HP của hãng Mecruser và khi thử chạy biển đã đạt đến tốc độ 32<br /> hl/h. Để đạt đến tốc độ này, ngoài giải pháp về đường hình tàu thì kích thước của các bộ phận kết cấu<br /> <br /> 38<br /> <br /> Trường Đại học Thủy sản<br /> <br /> Tạp chí Khoa học Công nghệ Thủy sản Số 2/2006<br /> <br /> đã được tính toán hợp lý nhằm đảm bảo sao cho trọng lượng toàn bộ vỏ tàu chỉ đạt đến khoảng 2,5<br /> tấn. Bên cạnh đó, việc tính toán và bố trí hợp lý khoang nước và khoang nhiên liệu nằm ở phần đáy<br /> tàu đã góp phần làm cho tàu có khả năng chuyển sang chế độ lướt sớm, đảm bảo đạt được tốc độ<br /> yêu cầu.<br /> THOÂNG SOÁ CHUÛ YEÁU<br /> Chieàu daø i lôù n nhaá t<br /> Lmax= 12,0 m<br /> Chieà u daø i thieát keá<br /> Ltk = 11,0 m<br /> Chieàu roäng lôùn nhaá t Bmax= 3,20 m<br /> Chieàu roäng thieá t keà Btk = 2,87 m<br /> D<br /> = 1,2 m<br /> Chieàu cao maï n<br /> Thuyeàn vieâ n vaø p.v<br /> t<br /> = 2 ngöôøi<br /> Nk = 28 ngöôøi<br /> Haønh khaùc h<br /> Maù y chính : MERCURY (Inboard)<br /> Ne = 300 HP<br /> Coâ n g suaá t<br /> V = 27- 30 hl/h<br /> Toác ñoä<br /> <br /> Keùt thaûi<br /> 0<br /> <br /> Keùt daà u<br /> <br /> 5<br /> <br /> Keùt nöôùc<br /> <br /> 10<br /> <br /> Ñöôøng chuaån<br /> <br /> 15<br /> <br /> 20<br /> <br /> BOONG CHÍNH<br /> <br /> Nhaø beáp<br /> Ca bin laùi<br /> <br /> 5<br /> <br /> 0<br /> <br /> 10<br /> <br /> 15<br /> <br /> 20<br /> <br /> W.C<br /> <br /> Hình 3 : Mẫu tàu cao tốc chở khách du lịch<br /> Việc chế tạo thành công mẫu tàu này đã góp phần giải quyết những khó khăn khi thiết kế loại tàu<br /> cao tốc cở nhỏ, đồng thời khẳng định Composite là loại vật liệu phù hợp nhất đối với loại tàu này, với<br /> khả năng làm việc an toàn trong môi trường nước mặn và chịu tác dụng của tải trọng sóng biển. Từ<br /> mẫu tàu này đã phát triển thêm nhiều mẫu tàu cao tốc khác, trong đó có tàu tuần tra của cảnh sát<br /> giao thông tỉnh Khánh Hoà với chiều dài 9m, lắp máy Inboard 200 HP, chạy tốc độ 32 hl/h (hình 4).<br /> THOÂNG SOÁ CHUÛ YEÁU<br /> <br /> 1550<br /> <br /> Chieàu daø i lôù n nhaát<br /> Lmax= 9,0 m<br /> Chieà u daø i thieát keá<br /> Ltk = 8,22 m<br /> Chieàu roäng lôùn nhaát Bmax= 2,40 m<br /> Chieàu roäng thieá t keà Btk = 2,12 m<br /> Chieàu cao maï n<br /> D<br /> = 0,85 m<br /> t<br /> = 2 ngöôø i<br /> Thuyeàn vieâ n vaø p.v<br /> Nk = 14 ngöôø i<br /> Haø nh khaùch<br /> Maù y chính : MERCRUISER (Inboard)<br /> Ne = 220 HP<br /> Coâng suaá t<br /> V = 27- 30 hl/h<br /> Toá c ñoä<br /> <br /> 500<br /> <br /> 18 00<br /> <br /> 1500<br /> <br /> Keùt nöôùc<br /> <br /> 4 00<br /> <br /> Keùt daàu<br /> <br /> 2250<br /> <br /> 800<br /> <br /> 1850<br /> <br /> Ñöôøng chuaån<br /> <br /> 2 600<br /> <br /> 9000<br /> <br /> BOONG CHÍNH<br /> Giöôøng nguû<br /> <br /> 10<br /> Tuû<br /> <br /> 450<br /> 450<br /> <br /> 45 0<br /> <br /> 600<br /> <br /> 970<br /> <br /> WC<br /> 5<br /> <br /> 0<br /> <br /> 15<br /> <br /> Cabin laùi<br /> <br /> 20<br /> <br /> 25<br /> <br /> Giöôøng nguû<br /> <br /> 1350<br /> <br /> Hình 4 : Mẫu tàu cao tốc làm nhiệm vụ tuần tra<br /> Tuy nhiên sau thời gian sử dụng loại máy đẩy cao tốc nói trên nhận thấy, việc sử dụng loại máy<br /> này gặp phải nhiều bất lợi so với loại máy tàu truyền thống, nhất là trong điều kiện nước ta hiện nay.<br /> Có thể kể một số nhược điểm như sau :<br /> Giá thành của các loại máy cao tốc cao, dẫn đến giá thành chế tạo tàu khá cao (khoảng 50%) so<br /> với các loại tàu lắp máy trục thông thường có cùng công suất.<br /> Loại máy cao tốc có yêu cầu điều kiện sử dụng khắt khe nên chi phí sử dụng cho tàu cao. Mặt khác,<br /> do ít khi đáp ứng được các điều kiện sử dụng khắt khe đã được quy định nên loại máy này thường rất<br /> hay bị hư hỏng và có tuổi thọ thấp nên chi phí sử dụng là khá cao.<br /> <br /> 39<br /> <br /> Trường Đại học Thủy sản<br /> <br /> Tạp chí Khoa học Công nghệ Thủy sản Số 2/2006<br /> <br /> Các chi phí về bảo dưỡng, sửa chữa, phụ tùng thay thế của các loại động cơ cao tốc v..v… cao hơn<br /> rất nhiều (khoảng 70 %) so với loại máy trục truyền thống.<br /> Do đó trong thời gian gần đây có xu hướng sử dụng máy trục truyền thống có bộ truyền động với<br /> hộp số bố trí dạng chữ V (engine with reverse reduction gearbox in Vee – Drive arrangement). Cách<br /> bố trí hệ truyền động như thế đưa lại hiệu quả khá cao và tiết kiệm khoảng không gian trong tàu và<br /> mặc dù đã được áp dụng khá lâu trên thế giới nhưng hầu như chưa được áp dụng tại Việt nam. Mô<br /> phỏng theo các mẫu tàu đã có sẵn, chúng tôi đã thiết kế và thử nghiệm hệ truyền động kiểu này trên<br /> loại tàu cao tốc 12 m lắp máy Outboard, trên một số loại tàu khác và đã đạt được kết quả khá tốt.<br /> Hình 5 giới thiệu bản vẽ bố trí chung cũng của tàu cao tốc dài 12 m như đã giới thiệu trên hình 3<br /> nhưng thay thế máy Outboard bằng loại máy trục truyền thống là máy CUMMINS 6CTA – 8,3 M (Mỹ)<br /> o<br /> công suất 430 HP, với hộp số dạng chữ V, đường trục chân vịt đặt nghiêng 12 so với đường cơ bản.<br /> Tốc độ tàu đạt được khoảng 20 hl/h, nhìn chung là đáp ứng được yêu cầu về phương diện tốc độ<br /> nhưng có chi phí sử dụng và sửa chữa thấp hơn rất nhiều so với khi trang bị loại máy đẩy cao tốc.<br /> THOÂN G SOÁ CHUÛ YEÁU<br /> Chieàu daøi lôùn nhaát<br /> Lmax = 12,0 m<br /> Chieàu daøi thieát keá<br /> Ltk<br /> = 10,51 m<br /> Chieàu roän g lôùn nhaát<br /> Bmax = 3,20 m<br /> Chieàu roän g thieát keà<br /> Btk<br /> = 2.66 m<br /> Chieàu cao maïn<br /> D<br /> = 1,20 m<br /> ngöôøi<br /> Thuyeàn vieân vaø phuïc vuï t<br /> = 2<br /> Nk<br /> = 20 ngöôøi<br /> Haøn h khaùch<br /> Maùy chính :<br /> CUMMINS 6CTA - 8.3M<br /> Ne = 430 HP<br /> Coâng suaát<br /> V<br /> Toác ñoä<br /> = 22-25 hl/h<br /> <br /> Ñeøn pha<br /> <br /> Buoàng ñöïng haønh lyù<br /> Keùt nöôùcù<br /> <br /> Ñöôøng chuaån<br /> <br /> BOONG CHÍNH<br /> Buoàng ñöïng haønh lyù(1)<br /> <br /> 0<br /> <br /> 5<br /> <br /> Ca bin laùi<br /> 10<br /> <br /> 15<br /> <br /> 20<br /> <br /> 25<br /> <br /> Buoàng ñöïng haønh lyù(2)<br /> <br /> Hình 5 : Bản vẽ bố trí chung tàu du lịch cao tốc 12 m<br /> 4.KẾT LUẬN<br /> Như đã trình bày, do có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ nên việc thiết kế và chế tạo loại tàu<br /> cao tốc nói chung và tàu cao tốc cở nhỏ bằng vật liệu Composite nói riêng là bài toán không đơn giản<br /> và cần phải có các giải pháp kỹ thuật thích hợp để có thể tăng tốc đô tàu trong điều kiện cho phép.<br /> Trong các bài báo tiếp theo, chúng tôi sẽ giới thiệu các kết quả nghiên cứu đạt được trong quá trình<br /> áp dụng các giải pháp tăng tốc độ tàu cao tốc khi thiết kế các tàu cao tốc.<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> 1.Hayward Leslie, The History of Hydrofoils , Hoverning Craft and Hydrofoil, Vol 5, 1966<br /> Peter du Cane, High speed small craft, 1973, Jonh de Graff, Inc., N.Y.<br /> 2.Trần Công Nghị, Thiết kế tàu cở nhỏ chạy nhanh, 2005, Nhà xuất bản ĐHQG, Tp Hồ Chí Minh.<br /> 3.Hồ sơ thiết kế các mẫu canô và tàu cao tốc Composite<br /> 4.Quy phạm phân cấp và đóng tàu cao tốc Việt nam TCVN 6451 - 1 : đến TCVN 6451 - 6 : 1998.<br /> ABSTRACT<br /> This newspaper is the first one in several newspapers concerning the problem of designing and<br /> building the small composite high speed crafts, which has demands to be built with large quantity in<br /> our country nowaday. With representing solutions of increasing velocity of high speed for small crafts<br /> applied effectly, it introduces some forms of composite high speed crafts that were designed by author<br /> and they were tested with good results.<br /> <br /> 40<br /> <br />

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản