THIẾT KẾ MÔN HỌC LÝ THUYẾT TÀU
Sinh viên: Chu Văn Khoa Trang: 1
Lớp: MTT51 – ĐH1
BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI
KHOA ĐÓNG TÀU
THIẾT KẾ MÔN HỌC
LÝ THUYẾT TÀU
THIẾT KẾ CHONG CHÓNG TÀU BÁCH HOÁ TRỌNG TẢI 5000T
Họ tên: Chu Văn Khoa
Lớp: MTT51 – ĐH1
MSV: 39254
GVHD: Hoàng Trung Thực
HẢI PHÒNG - 2014
THIẾT KẾ MÔN HỌC LÝ THUYẾT TÀU
MỤC LỤC
Trang
Đề bài
PHẦN 1
TÍNH TOÁN SỨC CẢN VÀ CÔNG
SUẤT KÉO CỦA TÀU
1.1.
Lựa chọn phương pháp tính
1.1.1. Phương pháp lựa chọn để tính toán
1.1.2. Giới hạn của phương pháp
1.1.3. Kết luận
1.2.
Tính sức cản và công suất kéo
PHẦN 2
TÍNH TOÁN CHONG CHÓNG
2.1. Chọn vật liệu chế tạo chong chóng

Đề bài: Thiết kế bánh lái tàu bách hoá trọng tải 5000T, tốc độ 12,5hl/h. chạy tuyến ĐNÁ. Cho
kích thước chủ yếu của tàu như sau:
L × B × D × d = 97.0 × 17,0 × 9,0 × 7,0 (m)
C
B
× C
M
× C
WP
= 0,69 × 0,97 × 0,805
GIỚI THIỆU CHUNG
Loai tàu: Tàu chở dầu
Vùng hoạt động: Tuyến ĐNA
Chiều dài: L = 97 (m)
Chiều rộng: B = 17 (m)
Chiều chìm: d = 7 (m)
Hệ số béo thể tích: C
B
= 0,69
Hệ số béo sườn giữa: C
M
= 0,97
Hệ số béo đường nước: C
WP
= 0,805
Trọng tải: DWP = 5000T
Công suất máy : P
s
Sinh viên: Chu Văn Khoa Trang: 3
Lớp: MTT51 – ĐH1

Sức cản tạo sóng và sức cản xoáy thường lấy tên chung là sức cản dư. Ngoài ra còn 1 số sức
cản: sức cản hình dáng, sức cản phần nhô…
Sinh viên: Chu Văn Khoa Trang: 4
Lớp: MTT51 – ĐH1
THIẾT KẾ MÔN HỌC LÝ THUYẾT TÀU
Sức cản tàu có thể tính theo nhiều phương pháp khác nhau,độ chính xác cũng khác nhau và khả
năng thực tế thực hiện của từng phương pháp cũng khác nhau.Có thể xác định sức cản của tàu theo
những phương pháp khác sau:
1. Xác định sức cản bằng phương pháp phân tích
2. Xác định sức cản trên cơ sở khảo sát mô hình
3. Xác định sức cản nhờ các công thức gần đúng
4. Xác định sức cản trên cơ sở phân tích các kết quả thử trên đoạn đường đo đạc.
Có rất nhiều phương pháp tính gần đúng sức cản tàu thủy dựa vào kết quả khảo sát mô hình và
kết quả đo ở các tàu thực.
Các phương pháp được biết nhiều nhất :
- Papmiel,Ayre, Lapa-Keller, Kabaczynski,Holtrop-Mennen cho tàu
vận tải 1 hoặc 2 chong chóng.
- Doust và Oertsmersen – tàu đánh cá.
- Kafali và Henschke – tàu vận tải cỡ nhỏ…
- Serri 60 – tàu hàng, tàu dầu, tàu chế biến hải sản…
⇒

Phương pháp lựa chọn để tính toán: phương pháp Serri 60
- Giới hạn áp dụng của phương pháp Serri 60 để tính sức cản của tàu:
C
B
= 0,6 ÷ 0,8
B/d = 2 ÷ 5
L/B = 6 ÷ 8,5
L/

Trong đó:
C
Ro
= f (C
B,
F
r
) – Tra trên đồ thị 6.9 theo C
B
= 0,69
Fr = v/
gL
(g = 9,81 m/s
2
- gia tốc trọng trường)=0,200
k
B/d
và a
B/d
là hệ số tính đến ảnh hưởng của tỷ số B/d - Tra trên đồ thị 6.8 và 6.10 theo B/d = 2,42
k
l
là hệ số ảnh hưởng của chiều dài tương đối l = L/
3
∇
Sinh viên: Chu Văn Khoa Trang: 5
Lớp: MTT51 – ĐH1
THIẾT KẾ MÔN HỌC LÝ THUYẾT TÀU
∇
là thể tích chiếm nước của tàu:

C
Fo
.10
3
=[ 0,455/(lgR
e
)
2,58
] × 10
3
C
A
. 10
3
- hệ số kể đến độ nhám (bảng 1.2)
C
AP
. 10
3
– hệ số kể đến phần nhô (bảng 1.3)
Lực cản: R =
2
1
ρ
.C × 10
3
.
v
2
.

E
= R × v (P
E
là công suất kéo của tàu)
Kết quả tính toán được ghi ở bảng sau
Sinh viên: Chu Văn Khoa Trang: 6
Lớp: MTT51 – ĐH1
- 7 -
BẢNG TÍNH LỰC CẢN VÀ CÔNG SUẤT KÉO TÀU THEO SERRY 60
TT Đại lượng tính toán Đơn vị Vận tốc giả thiết
1 Vận tốc giả thiết: v
s
hl/g 10 11 12 13 14
2 Vận tốc giả thiết: v = 0,514
v
s
m/s 5,14 5,654 6,168 6,682 7,196
3 v
2
(m/s)
2
26,42 31,97 38,044 44,649 51,782
4
Fr = v/
gL
- 0,17 0,18 0,2 0,22 0,23
5 C
Ro
= f (C
B,

ν
- 472,1.10
6
10
6
566,6.10
6
613,8.10
6
661,1.10
6
11 C
Fo
.10
3
=[ 0,455/(lgR
e
)
2,58
] ×
10
3
- 1,73 1,71 1,69 1,67 1,61
12 C
A
. 10
3
- hệ số kể đến độ
nhám (bảng 1.2)
- 0,39 0,39 0,39 0,39 0,39

200
250
300
350
400
400
800
1200
1600
2000
2400
2800
3200
V (hl/h)
PE (kW)
R (kN)
3600
4000
450
500
R=f(v)
PE=f(v)
Như vậy, từ bảng tính sức cản và công suất kéo cùng với đồ thị ta nội suy được:
Lực cản: R = 175 (kN)
- 9 -
Công suất kéo: P
E
= 1130 (kW)
PHẦN 2: TÍNH TOÁN CHONG CHÓNG
2.1. Chọn vật liệu chế tạo chong chóng

C
B
:hệ số béo thể tích.
C
B
= 0,69
Z
P
: số lượng chong chóng.
x = 1

∇
: thể tích chiếm nước của tàu

∇
= C
B
× L × B × d = 0,69 × 97 × 17 × 7 = 7964,67 (m
3
)
D : đường kính chong chóng.

•
Đối với tàu 1 chong chóng ta chọn:
D = (0,5
÷
0,6).d
Vậy ta chọn:
D = 0,5.d = 0,5.7 = 3,5 (m)


ω
∆
= 0,1.0,69.(0,20 – 0,2) = 0

T
ω
= 0,165.0,69.
3
7964,67
3,5
= 0,272
∗
Hệ số hút t :
t = 0,7.
T
ω
= 0,190
∗
Xác định lực đẩy chong chóng T:
T

= T
E
/(1 – t)
T
E
: Lực đẩy cần thiết của chong chóng
T
E
= R/Z

v/p
Đường kính XL
D(mm)
Hành trình piston S(mm)
S35 1912 280
2.3.2. Chọn sơ bộ vòng quay của chong chóng
•
Đối với động cơ có công suất nhỏ ( N
e
cỡ vài trăm cv) ta chọn: n>500 vg/p
•
Đối với động cơ công suất trung bình ( N
e
từ 1000
÷
3000 cv) ta chọn: n= (300
÷
500) vg/ph.
•
Đối với động cơ có cụng suất lớn ( N
e
>3000 cv) ta chọn: n= (80
÷
300)
- Vòng quay làm việc của chong chóng:
n =0,85.n
đm
= 0,85.280 = 238 (vg/ph) = 3,96(vg/s)
2.3.3. Chọn sơ bộ đường kính chong chóng
Đường kính sơ bộ của chong chóng tính theo công thức:

- 11 -
Kiểm tra điều kiện D
sb
= (0,5
÷
0,6)d
Xét d = 7 m
⇒
D
sb
/d = 3,7/7 =0,52( thỏa mãn)
2.4. Chọn số cánh chong chóng
k
NT
=
4
.
T
n
v
A
ρ

k
DT
=
T
Dv
A
ρ

DT
=
1,04
4,68.3,7.
216,1
= 1,21
Do k
NT
< 1 và k
DT
< 2 nên chọn Z = 4
2.5. Tính các yếu tố cơ bản của chong chóng
2.5.1. Chọn tỷ số đĩa theo điều kiện bền
≥
0
A
A
E
min
0
)(
A
A
E
= 0,24.(1,08 -
H
d
)
3/2
max

= 0,08
T: lực đẩy của chong chóng, T = 216,1 kN
m: hệ số kể đến trạng thái tải trọng, m = 1,15
[ ]
σ
: ứng suất cho phép giới hạn của vật liệu,
[ ]
σ
= 6.10
4
kPa
D
d
d
H
H
=
= 0,167 – tỷ số giữa đường kính trung bình của chong chóng với đường kính của nó
Thay số:
- 12 -
0
A
A
E
= 0,24.(1,08 – 0,167).
2/3
4
3,7.0,08
 
 ÷

T
n
ρ
=
- 0,529 0,509 0,493 0,478 0,470
6 J
0
= f(k
NT
) - 0,48 0,475 0,470 0,46 0,455
7 J = a.J
0
- 0,504 0,499 0,494 0,483 0,478
8
A
opt
v
D
nJ
=
m 3,985 3,875 3,789 3,756 3,667
9
2 4
T
opt
T
k
n D
ρ
=

- 0,669 0,676 0,686 0,680 0,663
13
.
s
D
D
R v
P
η
=
kW
1680,68
1663,2
8
1639,0
3 1653,49 1695,89
14
D
S
S G E
P
P
k
η η
=
kW
2017,62
1996,7
3
1967,6

Các giá trị tính toán
1 Vận tốc giả thiết, v
s
knot 10 11 12 13 14
2
)1(514,0
. TSA
wvv −=
m/s 3,742 4,116 4,49 4,864 5,239
3
( )
SE
vfRT ==
kN
100,14 124,09 155,08 195,04 250,14
4
t
T
T
E
−
=
1
kN
123,630
153,20
3 191,454 240,791
308,81
9
5

m
3,112 3,388 3,650 3,876 4,085
9
42
opt
T
Dn
T
k
ρ
=
- 0,171 0,173 0,174 0,175 0,176
10
( )
Jkf
D
P
T
,=
- 0,68 0,69 0,71 0,72 0,73
11
( )
Jkf
T
,
0
=
η
- 0,56 0,575 0,59 0,6 0,585
12

P
P
ηη
=
kW
1884,26 2501,84 3334,35 4577,22 6293,54
Dựa vào bảng tính, ta xây dựng đồ thị : P
s
= f(v
S
), D
opt
= f(v
S
),
)(
0 S
vf=
η
, P/D = f(v
S
)
Dựa vào đồ thị ta xác định được các thông số tối ưu của chong chóng.
Tại η
D
max = 0,67 ta tra ngược lại được
Tại P
s
= 4577.22 kW ta tra được v
s max

E
/A
0
) =0,55 với Z=4
Ta có hiệu suất của chong chóng trong nước tự do : η
0
=0,584
Tỉ số bước hình học P/D =0,72
Kết luận:
Các đặt trưng hình học của chong chóng
D =3,88 m
P/D =0,72
Z=4
A
E
/A
o
=0,55
Các đặc tưng thủy động học của chong chóng
J=0,501
K
T
=0,164
η
0
=0,584
Số vòng quay của chong chóng n=150 rpm
Tốc độ tàu v
S
= 13 knot

= f(Z;P/D;J) = 0,17 – hệ số, tra đồ thị
( )
sa
hPP
γ
+=
0
, kN/m
2
304,101=
a
P
- áp suất khí quyển, kN/m
2
10=
γ
- trọng lượng riêng của nước, kN/m
2
DTh
s
55,0−=
- khoảng cách từ tâm trục chong chóng đến đường nước thiết kế,m
n – vòng quay chong chóng, rps
D – đường kính chong chóng, m
T = d = 7 m
=>
232,0
min
0
=

Đường kính củ của chong chóng có bước cố định d
0
= (0,167-0,220) D
d
0
= 0,167.D= 0,167.3,88 = 0,648 (m)
Đường kính trục chong chóng có thể xác định như sau:
d
b
=100
D
n
N
e
.25.0.
3
+

N
e
công suất trên bích ra của động cơ hoặc hộp số
N
e
=
2059
2
s
P
i
=

=0,167.D = 0,167.3,88 = 648 (mm)
Đường kính đầu của củ: d
1
=d
0
-l
k
/30 = 648 – 600/30 = 628 (mm)
Đường kính cuối của củ : d
2
=d
0
+l
k
/30 = 648 + 600/30 = 668 (mm)
Đường kính đầu của trục chong chóng:d
3
=d
b
-l
k
/15 = 210- 600/15=170(mm)
3.2 Tính chọn then và kiểm tra bền cho then
Chiều dài then : l
t
=(0.8
÷
0.9).l
k
= 480 ÷ 540

t
d
ltd
T
σσ
≤=

.2
2

Theo ứng suất cắt :
[ ]
c
t
t
c
bld
T
ττ
≤=

.2
Với: T= 9,55.10
6
.
n
Ne
= 55,5.10
6
(Nmm)

k
= (0,05÷0,1).600= (30÷60)
chọn r = 40 (mm)
Bảng xác định các thông số của củ chong chóng
Stt
Thông số Giá trị
Lấy
tròn
Đơn
vị
1
Đường kính trung bình trục chong
chóng:
d
b
= 100
D
n
N
e
.25.0.
3
+
210 210 mm
3
Chiều dầy lớn nhất của cánh tại trục
chong chóng: e
0
=0.045
×

0
+l
k
/30
668 670 mm
9
Đường kính đầu của trục chong
chóng:
d
3
=d
b
-l
k
/15
170 170 mm
11 Chiều dài then : l
t
=(0.8
÷
0.9).l
k
480
÷
540 510 mm
12 Chiều rộng then :b
t
=(0.25
÷
0.3)d

l
0
=(0,3
÷
0,45)l
k
180 ÷240 200 mm
5
Đường kính trung bình củ lỗ khoét:
d’
0
= d
0
-2.e
k
(e
k
=0,9 e
0
)
332 335 mm
6
Bán kính tiếp tuyến giữa mặt đạp và
mặt củ:
r
1
= 0,04.D
155 155 mm
7
Bán kính tiếp tuyến giữa mặt hút và

D
d
D
b
D
Z
γγ
+












−+








Trong đó:

θ
= = 0,692 m
e
0,6
: là chiều dày lớn nhất của tiết diện cánh tại bán kính r = 0,6R;
e
0,6
= e
0
- 0,6(e
0
– e
m
)
e
0
chiều dày cánh giả định tại củ chong chóng
e
0
= (0,04÷ 0,055).D
p
= 0,15
e
m
chiều dầy đỉnh cánh chong chóng

( )
)(011,0
1000
5008,0

được xác định theo phần trăm của b
max
X
0
là khoảng cách từ trục cánh đến đường chiều dầy lớn nhất được xác định theo phần
trăm chiều rộng toàn bộ (X
1
+X
2
)
Bảng giá trị tung độ hình bao duỗi phẳng
Xác định toạ độ x
1
, x
2
tại các bán kính tương đối:
x
1
: Là khoảng cách từ đường chiều dày lớn nhất đến mép đạp.
x
2
: Là khoảng cách từ đường chiều dày lớn nhất đến mép thoát.
x
o
: Là khoảng cách từ đường tâm cánh đến đường chiều dày lớn nhất.
b: Là chiều rộng profin cánh.
b
1
: Là khoảng cách từ đường tâm cánh tới mép đạp.
e

b
1
227,9 257,5 280,5 294,7 333,0 371,9 368,7 309,7 -
e
max
146,2 129,3 112,4 95,5 78,6 61,7 44,8 27,9 11,0
t
φ
53,1 46,7 39,9 33,1 26,7 20,7 14,9 7,4 2,7
đ
φ
10,7 9,8 9,9 9,9 9,9 9,7 9,0 7,4 3,4
x
o
173,6 148,1 201,6 198,4 147 68,1 -12,9 -92,7 -
3.3 Xây dựng prôphin cánh
Để xây dựng được prôphin cánh ta cần phải xác định các thông số sau đây:
3.3.1 Chiều dày lớn nhất của prôphin cánh e tại các bán kính tương đối
- 20 -
e = e
0
- r
p
.(e
0
–e
R
)
Trong đó:
- e

Mép đạp của prôphin được lượn tròn với đường kính d
BX
. Mép theo của prôphin được
lượn tròn với bán kính r
BX
. Giá trị của d
BX
và r
BX
được xác định thông qua tỉ số d
BX
/e và
r
BX
/e
Bảng tính toán d
BX
và r
BX
R
p
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0,95
d
bx
/e 0,4 0,344 0,301 0,27 0,22 0,187 0,192 0,18 0,177
r
bx
/e 0,136 0,125 0,122 0,12 0,13 0,142 0,16 0,17 0,19
d
bx

0
2
0
2
0
4
0
6
0
8
0
1
0
0
0,2 - 31,8 43,3 51,8 57,5 58,8 56,4 51,9 44,4 -
- 21 -
hú
t
0,3 - 26,9 37,8 45,8 51,1 51,9 49,6 45,3 38,3 -
0,4 - 21,9 32,3 39,8 44,6 45,1 42,9 38,7 32,4 -
0,5 - 16,9 26,7 33,7 37,7 38,4 36,1 32,2 26,5 -
0,6 - 13 21,7 27,6 31,3 31,7 29,5 25,6 20,5 -
0,7 - 10 17 21,6 24,6 24,8 22,6 19 14,5 -
0,8 - 7,6 12,6 15,9 18 18 15,9 12,8 9 -
0,9 - 5,3 8,2 10,2 11,4 11,4 10,2 8,2 5,3 -
0,95 - - - - - - - - - -
Bảng tính toán tung độ mặt đạp
Tu
ng
độ

0,2 17,9 10,9 6,5 3,3 0,9 0,3 1,7 3,5 3,5 23,9
0,3 13,4 6,4 3,1 0,9 - - 0,7 2,4 5,7 19,7
0,4 8,2 2,8 0,7 - - - - 1,2 3,6 15,9
0,5 3,5 0,7 - - - - - 0,3 1,7 11,9
0,6 1,6 - - - - - - - 0,3 7,9
0,7 - - - - - - - - - 4,1
0,8 - - - - - - - - - 1,4
0,9 - - - - - - - - - -
0,95 - - - - - - - - - -

3.6 Xây dựng tam giác đúc
Để xác kích thước của tam giác đúc, trên hình chiếu pháp của cánh người ta vạch ra trên
nó một bán kính xác định, trên mặt khóa (mép khuôn ) và tính theo công thức sau đây :
R
Ф
= R+ (50÷60) = 3300 + 60 = 875 (mm)
Trên hình chiếu pháp từ điểm O người ta kẻ những tia giới hạn dưới góc bao cánh α
1
và
α
2
như thế nào đó để đảm bảo ở điều kiện tự nhiên , khe hở nhỏ nhất giữa các đường bao
cánh và các tia đó không nhỏ hơn 50 mm . Với α
1
= 32
0
và α
2
= 18,8
0

l
Ф1
=
φ
αα
α
l.
21
1
+
= 0,63.1374 = 865,5 (mm)
l
Ф2
=
2
1 2
.l
ϕ
α
α α
+
= 0,37.1374 = 1951 (mm)
- 22 -
Củ chong chóng được vẽ quy ước nét đứt có vị trí đường kính trung bình củ d
0
cách
giao của đường tâm cánh với cạnh huyền của tam giác đúc một khoảng m
Ф
= R
Ф


2 5
. . .
.
2.
T
P P
K n D
M G
Z
ρ
=

2 5
. . .
.
2.
Q
T T
K n D
M G
Z
ρ
=
Theo kết quả phần 2 ta có:
T
K
=
1
K

ρ
= 104 :Mật độ riêng của nước biển
n = 7 (v/s) : Vòng quay chong chóng
D = 1,63 (m) : Đường kính chong chóng
Tra bảng với bán kính tương đối của củ r = 0,3 ta có:
P
G
= 0,4 và
T
G
= 1,1
Thay số vào ta có:
- 23 -
M
P
=
2 5
0,164.104.5 .3,88
.0,4
2.4
= 1892 (N/m
2
)
M
T
=
2 5
0,029.104.5 .3,88
.1,1
2.4

+ −
 ÷  ÷
 
   
 

Với:
d
0
: Đường kính trung bình của củ chong chóng
d
0
= 0,65 (m)
D : Đường kính chong chóng, D = 3,88 (m)
e
0,6
: Chiều dày lớn nhất của cánh tại tiết diện 0,6 R
e
0,6
= 0,0481 (m)
l
0
: Chiều dài củ chong chóng
l
0
= 0,6 (m)
b
0,6
: Chiều rộng profin cánh tại tiết diện 0,6R
b


r
γ
:Góc nghiêng của cánh:
r
γ
=
15
o
Vậy:
0,7.80354.0,578. 15
o
G
M tg
=
= 8711 (N.m)
Mô men uốn toàn phần trên mặt cánh thiết kế khai triển tính theo công thức:
( ) os .sin
P G T
M M M c M
ξ
ϕ ϕ
= + +

( )sin . os
P G T
M M M M c
η
ϕ ϕ
= + −

ξ
ξ
ξ
σ
=
(kG/cm
2
)
Trong đó:
2
W . .e b
ξ
ξ
=
:Mômen chống uốn của mặt cát cánh đối với trục
ξ

ξ
= 0,085 :Đối với điểm C của profin cánh máy bay.
e = 0,079 (m): chiều dày profin cánh tại
P
r
= 0,3
b = 0,458 (m) chiều rộng profin tại
P
r
= 0,3
Ta có:
2
0,085.0,079 .0,458W

1
. .F g e b=
(
2
m
) : diện tích mặt cắt cánh khi khai triển trên mặt phẳng.
Với:
1
g
= 0,72
Ta có F = 0,72.0,079.0,458 = 0,026 (m
2
)
Vậy ta có:
80354
0,026
G
σ
=
= 3,09.10
6
(N/m
2
) = 30,9 (kG/cm
2
)
Vậy tổng giá trị ứng suất kéo và nén là:
G
ξ
σ σ σ