TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY SẢN
KHOA CƠ KHÍ
BỘ MÔN TÀU THUYỀN
b TRẦN VĂN THỤ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ SƠ BỘ MẪU THUYỀN BUỒM DU LỊCH
LẮP MÁY, VỎ COMPOSITE CHUYÊN NGÀNH: CƠ KHÍ TÀU THUYỀN
GVHD: TS. NGUYỄN VĂN ĐẠT NHA TRANG, 06 - 2006
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Họ, tên SV : Trần Văn Thụ Lớp 43TT
Ngành : Cơ khí tàu thuyền Mã ngành : 18.06.10
Tên đề tài : Thiết kế sơ bộ mẫu thuyền buồm du lịch lắp máy, vỏ Composite.
Số trang : 70 Số chương : 03 Số tài liệu tham khảo : 13
Hiện vật : NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ CHẤM PHẢN BIỆN
Điểm phản biện :
Nha Trang, ngày tháng năm 2006
CÁN BỘ PHẢN BIỆN
( Ký, ghi rõ họ tên)
Nha Trang, ngày tháng năm 2006
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
( Ký, ghi rõ họ tên) ĐIỂM CHUNG
Bằng số Bằng chữ
Kết luận và kiến nghò.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
III KẾ HOẠCH THỜI GIAN
1. Đi thực tế
Đòa điểm :Khu vực ven biển phía bắc.
Thời gian :Từ 10/3 đến 24/3
Mục tiêu : Tìm hiểu về các loại thuyền buồm hiện nay ở nước ta.
2.Kế hoạch hoàn thành bản thảo.
Chương1 : từ 26/3 đến 3/4/2006
Chương 2: từ 4/4 đến 12/4/2006
Chương 3: từ 14/4 đến 5/6/2006
Chương 4: từ 6/6 đến 12/6/2006
Hoàn Thành Bản Thảo 14/6/2006
Nha trang ngày tháng năm 2006
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Mục Lục
Lời Nói Đầu
CHƯƠNG 1: VAI TRÒ CỦA THUYỀN BUỒM XƯA VÀ NAY 1
Chương 2: TÌM HIỂU VỀ THUYỀN BUỒM LẮP MÁY TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở
VIỆT NAM
2.1 Thuyền buồm trên thế giới 5
2.2.Ở Việt Nam 5
2.3 Nguyên lý hoạt động và một số chú ý khi vận hành thuyền buồm 6
2.4. Giới thiệu về vật liệu composite 9
2.4.1.Khái niệm 9
3.7.1. Loại tàu 47
3.7.2 Vùng hoạt động 47
3.7.3 Qui phạm 47
3.7.4 Các thông số cơ bản 47
3.7.5 Kiểm tra ổn định ban đầu 48
3.7.6 Kiểm tra ổn định theo tiêu chuẩn cơ bản 52
3.7.7. Kiểm tra ổn định theo các yêu cầu bổ sung 63
3.8 Tính sức cản và nghiệm tốc độ thuyền 63
3.8.1 Tính sức cản 63
3.8.2.Tính áp lực gió và nghiệm sơ bộ tốc độ tàu 64
KẾT LUẬN ĐỀ XUẤT KIẾN NGHỊ 69 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
LỜI NÓI ĐẦU
Nước ta được thiên nhiên ưu đãi cho bờ biển dài và đẹp, khí hậu rất thuận lợi
và giàu tiềm năng du lịch. Vùng biển nào của Việt Nam cũng có thể tổ chức du lịch
và hoạt động thể thao bằng thuyền buồm được. Tuy nhiên hiện nay nước vẫn chưa
có một phương án nào khả thi để khai thác tiềm năng du lịch biển này.
Đứng trước thực tế đó em đã được ban giám hiệu, ban chủ nhiệm khoa Cơ
Khí - Trường Đại Học Thuỷ Sản giao cho thực hiện đề tài tốt nghiệp: “Thiết kế sơ
bộ mẫu thuyền buồm du lịch lắp máy, vỏ composite ”. Nhằm giải quyết nhu cầu
thiết kế chế tạo thuyền buồm bằng vật liệu Composite trong tương lai. Đề tài thực
hiện gồm những nội dung chính sau:
- Vai trò của thuyền buồm xưa và nay.
- Tìm hiểu về thuyền buồm lắp máy ở Việt Nam và trên thế giới.
- Thiết kế sơ bộ mẫu thuyền buồm du lịch lắp máy, vỏ composite.
- Kết luận và kiến nghị.
Đề tài được thực hiện sẽ góp phần nào làm phong phú thêm các sản phẩm du
buồm đã trở thành món ăn tinh thần. Đã có
biết bao câu chuyện và những chiến tích
trên khắp thế giới được nhắc đến trong đó
có sự góp mặt của thuyền buồm. Trong
suốt chiều dài lịch sử mâý nghìn năm dựng
nước và giữ nước của đất nước ta, cánh
buồm đã viết nên nhưng trang sử oanh liệt,
làm nên biết bao chiến công huy hoàng
trong việc bảo vệ chủ quyền trên biển, là
một trong những niềm tự hào của người
dân Việt Nam thời bấy giờ. Hình ảnh thuyền buồm đã trở nên rất đỗi gần gũi, thân
thương, gắn liền với cuộc sống của người dân. Tình cảm đó chúng ta có thể cảm
nhận được qua những áng văn thơ như nhà thơ Huy Cận đã viết:
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- 2 -
“Mặt trời xuống biển như hòn lửa
Sóng đã cài then đêm sập cửa
Đoàn thuyền đánh cá lại ra khơi
Câu hát căng buồm cùng gió khơi.”
Ngày nay trước sự phát triển của khoa học kỹ thuật, những con thuyền đã
được cải tiến rất nhiều với máy móc hiện đại kỹ thuật cao đã trở thành những con
tàu lớn với nhiều tính năng, đảm nhiệm nhiều vai trò khác nhau. Vì vậy thuyền
buồm đã dần bị đẩy lùi và không còn giữ được nhiều trọng trách như xưa nữa.
Tuy không còn đảm nhiệm nhiều trọng trách như xưa nhưng thuyền buồm
vẫn giữ một vai trò hết sức quan trọng trong du lịch và thể thao chính bởi vẻ đẹp và
các tính năng hàng hải đặc biệt của nó.
Đối với du lịch: Khi nền kinh tế phát triển mạnh mẽ, sự hưởng thụ của con
người cũng trở nên tinh tế hơn thì du lịch bằng thuyền buồm được coi là một trong
hình thức du lịch được rất nhiều người ưa thích. Ngày này trên thế giới du lịch bằng
thuyền buồm đã trở thành một hình thức hấp dẫn, mới lạ và thu hút được sự chú ý
thuyền buồm đem đến cho người tham gia một cảm giác mạnh, cảm giác được
chinh phục. Đồng thời qua đó thể hiện được bản lĩnh, sự khéo léo và điêu luyện khi
điều khiển những cánh buồm mong manh trước những ngọn sóng cao và dữ dội.
Chỉ với một cánh buồm trắng nhỏ xinh đã chinh phục được cả bầu trời xanh và mặt
biển rộng đó quả là một cảm giác thật tuyệt vời.
Hàng năm trên thế giới đã có rất nhiều những cuộc đua thuyền buồm được tổ
chức với quy mô lớn, thu hút được sự tham gia tranh tài của rất nhiều đội đua thuộc
nhiều quốc gia khác nhau. Ở một số nước thuyền buồm đã trở thành hình ảnh thân
quen, một biểu tượng không thể thiếu trong đời sống sinh hoạt vui chơi giải trí của
mỗi người dân.
Ở nước ta, mặc dù thể thao thuyền buồm còn rất mới lạ song vừa qua vào
tháng 10 năm 2004 nước ta đã lần đầu tiên có mặt trong cuộc đua thuyền buồm
quốc tế Hồng kông - Nha trang và đã thu hút được sự quan tâm chu ý của nhiều du
khách cùng toàn thể chúng trong và ngoài nước. Sắp tới vào tháng 8 năm 2006 Việt
nam sẽ chính thức tổ chức cuộc đua thuyền buồn quốc tế diễn ra tại biển Đà nẵng.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- 4 -
Đây là lần đầu tiên cuộc đua thuyền buồm quốc tế được tổ chức tại Việt nam nên dự
kiến sẽ thu hút nhiều du khách quan tâm đến loại hình thể thao đặc biệt này. Đây
cũng là dịp để các du khách tranh thủ đi mua sắm, đi tham quan nhiều nơi. Nó sẽ là
cơ hội để chúng ta giới thiệu với du khách quốc tế về tiềm năng du lịch của Việt nam.
Đồng thời mở ra hướng du lịch biển mới, du lịch bằng du thuyền dọc bờ biển Việt
Nam. Bên cạnh đó chúng ta sẽ có cơ hội để giới thiệu với công chúng một số loại
hình thể thao trên biển khác như dù lượn, lướt sóng, bơi lặn…Đây thật sự là một cơ
hội tốt cho ngành du lịch Việt Nam và các dịch vụ khác có cơ hội để phát triển. Nó
định ra hướng phát triển lâu dài với loại hình du lịch biển kết hợp với thể thao.
Quả thực không thể phủ nhận được vai trò to lớn của thuyền buồm ngày nay
đối với du lịch và thể thao. Chính thuyền buồm đã tạo ra một vẻ đẹp riêng có sức hấp
dẫn rất lớn, là một món ăn tinh thần và trở thành một trong những điểm nhấn quan
trọng trong việc thu hút khách du lịch trong và ngoài nước tới tham quan. Đồng thời
dày rất mỏng, nhẹ và đặc biệt là có tính
chống thấm cao.
Mặt boong của các thuyền có kết
cấu kín nước nhằm đảm bảo độ ổn định
(tăng góc vào nước cho thuyền).
Thuyền có thể có một hoặc hai
buồm trong đó có một cột buồm luôn
được đặt ở giữa thuyền.
Cột buồm thường được làm bằng
hợp kim nhôm, có chiều cao lớn và có
thể quay đươc quanh trục của nó.
2.2.Thuyền buồm ở Việt Nam.
Ngày này du lịch và thể thao bằng thuyền buồm ở Việt nam vẫn còn rất mới
lạ và chưa được quan tâm trú trọng phát triển như các nước khác.
Cho đến thời điểm này các thuyền buồm của Việt Nam được chế tạo bằng
vật liệu gỗ và thừơng buồm chỉ mang tính trang trí.
Gỗ dùng để đóng tàu thường là chò chỉ và chỉ được sử lý đơn giản như phơi,
sấy khô trước khi đóng.
Hình 2.1PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- 6 -
Vì không có ky nhô sâu dưới đáy thuyền nên các thuyền buồm truyền thống
của nước ta được đảm bảo ổn định ngang bằng cách sử dụng các cây xiếm nằm ở
trước cột buồm lòng, sau cột buồm mũi hoặc là sử dụng bánh lái có diện tích lớn
hơn diện tích cần thiết để điều khiển thuyền. Các xiếm có thể nâng lên hạ xuống
được tuỳ ý nhờ những chốt gỗ bên hông. Để bánh lái bớt nặng, các bánh lái lớn
thường được khoét lỗ.
buồm.
Khi thuyền chạy thuận gió không có điều gì đặc biệt cần phải quan tâm cả.
Ở đây cần chú ý tới lúc thuyền chạy ngang gió hoặc chạy ngược gió.
Khi thuyền chạy ngược gió: Với những người không có kinh nhiệm đi biển
thì việc điều khiển thuyền buồm đi ngược gió là việc thật khó tưởng tượng. Thực ra,
thuyền không thể đi ngược hướng gió hoàn toàn nhưng chệch một góc nhỏ so với
hướng gió thì hoàn toàn có thể.
Để hiểu rõ hơn vấn đề này, chúng ta hãy tìm hiểu lực gió tác dụng lên
thuyền buồm như thế nào? Nhiều người nghĩ rằng, cánh buồm được đẩy theo chiều
gío thổi nhưng thực tế không phải vậy: Dù gió có thổi theo hướng nào thì nó cũng
chỉ đẩy buồm theo phương thẳng góc với mặt phẳng của buồm mà thôi.
Trong hình 2.1, đường thẳng AB biểu diễn cánh buồm. R là lực đẩy của gió
tác dụng vào cánh buồm. Phân tích lực R làm hai phần, gồm lực Q vuông góc với
cánh buồm và lực P hướng dọc theo buồm. Vì sự ma sát của gió với cánh buồm là
không đáng kể, nên lực P chỉ trượt qua chứ không tác dụng gì với buồm, vì vây chỉ
có lực Q tác động vào cánh buồm mà thôi.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- 8 -
Hình 2.5
Nếu hiểu được vấn đề trên, cũng có thể hiểu tại sao thuyền buồm có thể đi
ngược một góc nhọn với chiều gió.
Giả sử đoạn thẳng MN biểu diễn
chiều dài của thuyền. Đường thẳng AB
khăn và mép dưới của buồm dễ vướng vào vật để trên thuyền. Cũng không nên treo
buồm quá cao sẽ làm trọng tâm buồm dâng cao dẫn đến thuyền dễ bị lật.
* Góc gió tác dụng lên mạn thuyền có ảnh hưởng cơ lớn tới tốc độ và sự trôi
dạt của thuyền. Nguyên tắc chung là : để lợi thế về tốc độ trên bất kỳ hướng đi nào
cũng để mặt phẳng của buồm chia góc kẹp giữa mặt cắt dọc giữa thuyền và hướng
gió ra làm đôi.
* Khi chạy xuôi gió có thể để buồm chính và buồm phụ ăn gió ở các mặt
khác nhau.
Thí dụ : buồm chính ăn gió ở mặt phải thì buồm phụ ăn gió ở mặt trái.
* Khi gặp gió giật nguy hiểm thì tốt nhất là thu buồm lại hoặc chỉ nên dùng
buồm phụ.
2.4. Giới thiệu về vật liệu composite.
2.4.1.Khái niệm.
Vật liệu composite là loại vật liệu được tổng hợp từ ít nhất hai thành phần có
bản chất khác nhau đó là vật liệu nền và vật liệu cốt. Vật liệu tạo thành có đặc tính
trội hơn đặc tính của từng vật liệu thành phần khi xét riêng rẽ.
Sự kết hợp giữa vật liệu nền và vật liệu cốt trong vật kiệu composite phải thoả
mãn những điều kiện sau.
- Các thành phần phải có tỷ lệ tối thiểu lớn hơn hoặc bằng 5%.
- Các pha thành phần phải có cơ tính khác nhau và cơ tính của composite
khác hẳn với cơ tính của vật liệu thành phần.
- Các pha thành phần không hoàn toàn hoà tan vào nhau.
Vật liệu cốt giúp cho vật liệu composite có khả năng chịu lực cao hơn, vật liệu
nền đóng vai trò liên kết với vật liệu cốt và truyền lực cơ học tới chúng, cũng như
bảo vệ vật liệu cốt chống chọi với môi trường xung quanh. Sự kết hợp đó nhằm hạn
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- 10 -
chế nhược điểm cơ học của vật liệu này bằng ưu điểm của vật liệu kia, nhằm tạo ra
sản phẩm có cơ tính khác hẳn với vật liệu thành phần.
2.4.2.Vật liệu composite (FRP) dùng trong ngành đóng tàu.
, kí hiệu WR 800.
Trong các sản phẩm FRP vải thô được sử dụng với mat nhằm tạo ra vật liệu
có cơ tính tốt. Hàm lượng sợi trong FRP khoảng 40 – 50 %.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- 11 -
2.4.3.Đặc trưng vật lý.
Theo TCVN 6282 – 2003, hàm lượng nhựa - sợi của tổng vật liệu khi gia
công bằng tay thường nằm trong khoảng:
Với CSM: W
f
= ( 30 -35)% ( về trọng lượng).
Với WR: W
f
=( 45 - 55) % ( về trọng lượng).
Trong đó thường gặp nhất là: 33% - 50 % ( tương ứng với CSM và WR).
Nếu bỏ qua ảnh hưởng của bọt khí thì chiều dày mỗi lớp được tính như sau:
ú
ú
û
ù
ê
ê
ë
é
÷
÷
ø
ö
ç
, d
m
: trọng lượng riêng của sợi và nhựa (g/cm
2
).
Như vậy với chiều dầy d, số lớp cần thiết là:
p
t
n
d
= (2.2)
Trong trường hợp GRP gồm nhiều lớp CSM và WR kết hợp với nhau, ta
cũng dễ dàng xác định được số lớp WR và số lớp Mat cần thiết để tạo nên chiều dầy
d khi ta biết được quy luật phân bố giữa WR và CSM.
Trọng lượng riêng của nhựa và sợi:
-Sợi thuỷ tinh dạng CSM: d
M
= 2,5 g/cm
3
-Sợi thuỷ tinh dạng WR: dwr= 2,55 g/cm
3
-Nhựa polyester không no: d
p
= 1,15 g/cm
3
* Xác định chiều dày lớp GRP:
+Với tấm GRP có cốt là một lớp CSM loại 450g/m
045,0 mmcmt
p
==
ỳ
ỳ
ỷ
ự
ờ
ờ
ở
ộ
ữ
ữ
ứ
ử
ỗ
ỗ
ố
ổ
-
+=ị
+ Vi tm GRP cú ct l mt lp WR loi 800g/m
2
.
Ta cú:w
f
=0,08g/cm
2
.
W
ộ
ữ
ữ
ứ
ử
ỗ
ỗ
ố
ổ
-
+=ị
* Khi lng riờng ca tm GRP:
fmt
ppp
fm
WW
1
+= (2.3)
+ Vi tm GRP ct CSM:
Vi W
f
=0,32 ; p
f
=2,52g/cm
3
; W
m
=0,63 ; p
m
=0,48 ; p
m
=1,15 g/cm
3
Thay vo biu thc(2.3) c:
58,2
46,0
15,1
0,48
1
+=
t
p
)/(68,1
3
cmg
t
=ị
r
+ Vi tm GRP cú kt cu bao gm ct mat v WR xen k.
(
)
)m/g(6,1
tt
.t.t
3
- Modun đàn hồi thấp.
- Độ bền va đập kém
- Chất thải chưa có cách sử lý
v Công dụng: được sử dựng rộng rãi trong đời sống xã hội như:
-Hàng không: chế tạo cánh máy bay, ghế ngồi trang trí nội thất, thùng chứa nước ngọt.
-Ô tô: chế tạo khung gầm, cabin, trục lái, bánh răng, ổ đỡ…
-Tàu thuyền: chế tạo vỏ tàu, mặt boong, cột buồm, bệ máy, két nhiên liệu, két nước…
-Hoá chất: ống dẫn, các thùng chứa, các loại van…
-Dân dụng:chế tạo người mẫu, mũ bảo hiểm, bồn tắm, tolet, bể chứa…
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- 14 -
2.5. Cơ sở thực hiện đề tài.
Có thể nói nước ta là một trong những nước đã sử dụng thuyền buồm từ rất
sớm so với các nước khác ở trên thế giới. Theo tài liệu “thuyền buồm ở Đông
Dương” của nhà nghiên cứu hàng hải người Pháp Pierre Paris thì trong quá khứ
nhiều người nước ngoài đến nước ta đã hết sức ngạc nhiên trước tài nghệ điều khiển
thuyền buồm của thuỷ thủ Việt Nam, đặc biệt là những chiếc thuyền buồm đan bằng
tre nứa với những tính năng hàng hải đáng kinh ngạc “chỉ thấy ở nơi đây không
thấy ở nơi nào khác trên thế giới”. Bên cạnh đó nước ta được thiên nhiên ưu đãi cho
bờ biển dài và đẹp, khí hậu thuận lợi rất giầu tiềm năng du lịch. Vùng biển nào của
nước ta cũng có thể tổ chức du lịch và thể thao bằng thuyền buồm được cả. Tuy
nhiên hiện nay chúng ta cũng chưa có một phương án nào để kết hợp du lịch với
việc làm sống lại những chiếc thuyền buồm thuần Việt mà ngay trong từ điển hàng
hải của thế giới cũng được nhắc đến.
Đứng trước thực trạng nguồn năng lượng đang ngày càng khan hiếm và sự ô
nhiễm môi trường do các động cơ diezen gây nên thì việc sử dụng buồm trở lại để
hỗ trợ cho máy móc đang là một giải pháp hiệu quả. Các thuyền buồm đã tỏ ra ưu
việt hơn hẳn khi chỉ sử dụng năng lượng gió được tận dụng từ thiên nhiên: Gió làm
việc không đòi hỏi trả công, buồm chiếm ít chỗ trên tàu cũng không kồng kềnh như
các loại máy móc khác và năng lượng của gió thuộc loại “sạch”. Chính vì vậy việc
của Việt Nam đồng thời mở ra hướng phát triển lâu dài cho loại hình du lịch biển
đầy tiềm năng “du thuyền dọc theo bờ biển Việt Nam”. Viêc thiết kế ra những
chiếc thuyền buồm tạo dựng cho đất nước ta một hình ảnh riêng độc đáo có sức hấp
dẫn trong con mắt của cộng đồng và du khách quốc tế. Tạo điểm nhấn quan trọng
thúc đẩy du lịch biển phát triển cũng như góp phần thúc đẩy nền kinh tế của Việt
Nam phát triển.
Góp phần nào giải quyết tình trạng thiếu chất đốt do cuộc khủng hoảng năng
lượng và nạn ô nhiễm môi trường do các máy đẩy tàu gây ra.
* Một số lợi thế khi lựa chọn vật liệu composite làm vật liệu đóng thuyền đó là:
Gỗ để đóng tàu ở nứơc ta đang ngày càng trở nên khan hiếm và đắt đỏ. Việc
lựa chọn được tấm gỗ không có khuyết tật để đóng tàu là vấn đề tương đối khó
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- 16 -
khăn, tốn nhiều thời gian và công sức. Bên cạnh đó gỗ cũng không đáp ứng được
các yêu cầu khắt khe của ngành đóng tàu về độ kín nước. Gỗ dễ bị ngấm nước, hay
bị hà bám, cần được thường xuyên kiểm tra xử lý và bảo dưỡng. Độ bền và tuổi thọ
của gỗ không cao, so với vật liệu composite thì gỗ không thể tốt bằng.
Nước ta cũng chưa thể sử dụng vật liệu ba lớp composite bọc gỗ để đóng tàu
bởi vì: Chúng ta chưa có đủ trình độ cũng như các phương tiện kỹ thuật để có thể áp
dụng phương pháp đóng tàu bằng vật liệu ba lớp ( composite bọc gỗ ). Gỗ dùng để
bọc đòi hỏi phải được sử lí rất kĩ để gỗ vừa mỏng, nhẹ lại có tính chống thấm cao,
đây là việc tương đối khó khăn và phức tạp. Đồng thời việc đảm bảo chống bong
tách lớp giữa composite và gỗ cũng không kém phần khó khăn và phức tạp. Bên
cạnh đó nước ta cũng chưa hề có qui phạm để kiểm tra đối với các tàu có kết cấu
bằng vật liệu ba lớp đặc biệt này.
Không những thế ở nước ta cũng chưa hề có thuyền buồm làm bằng vật liệu
composite. Vì vậy khi chọn vật liệu composite làm vật liệu đóng thuyền buồm sẽ
tạo ra điểm khác biệt và mới lạ trong con mắt của mọi người.
Máy chính: 18 (HP)
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Copyright: Tài liệu đại học ©