BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG
oo0oo
HUỲNH VĂN VƯƠNG
HUỲNH NGỌC ĐOAN
NGUYỄN VĂN QUYẾT
PHÙNG MINH TOÀN

ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THỬ
NGHIỆM MÔ HÌNH TÀU CÁNH NGẦM
BẰNG VẬT LIỆU COMPOSITE

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
CHUYÊN NGÀNH: ĐÓNG TÀU THỦY GHVD: ThS. HUỲNH VĂN NHU

- Bản vẽ.
- Mô hình tàu.
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
Điểm phản biện………………………………………………………………………………………
Nha Trang, ngày….tháng… năm 2013
CÁN BỘ PHẢN BIỆN Nha Trang, ngày….tháng… năm 2013
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG ĐIỂM CHUNG
Bằng số
Bằng chữ

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Họ và tên sinh viên : NGUYỄN VĂN QUYẾT Lớp: 51TTDT-2
Ngành : Đóng tàu Mã :
Tên đề tài: “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thử nghiệm mô hình tàu cánh ngầm bằng
vật liệu composite”.
Số trang: 143 Số chương:5 Số tài liệu tham khảo: 16
Hiện vật: - 03 đĩa CD.
- Bản vẽ.
Nha Trang, ngày….tháng… năm 2013
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG ĐIỂM CHUNG
Bằng số
Bằng chữ

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Họ và tên sinh viên : PHÙNG MINH TOÀN Lớp: 51TTDT-2
Ngành : Đóng tàu Mã :
Tên đề tài: “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thử nghiệm mô hình tàu cánh ngầm bằng
vật liệu composite”.
Số trang: 143 Số chương:5 Số tài liệu tham khảo: 16
Hiện vật: - 03 đĩa CD.
- Bản vẽ.
- Mô hình tàu.

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Họ và tên sinh viên : HUỲNH VĂN VƯƠNG Lớp: 51TTDT-2
Ngành : Đóng tàu Mã :
Tên đề tài: “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thử nghiệm mô hình tàu cánh ngầm bằng
vật liệu composite”.
Số trang: 143 Số chương:5 Số tài liệu tham khảo: 16
Hiện vật: - 03 đĩa CD.
- Bản vẽ.
- Mô hình tàu.

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
Kết luận………………………………………………………………………………………………
Nha trang, ngày… tháng…. năm 2013.
Cán bộ hướng dẫn
Th.S. Huỳnh Văn Nhu
PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG LÀM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên : HUỲNH VĂN VƯƠNG Lớp: 51TTDT-2
Ngành : Đóng tàu Mã :
Tên đề tài: “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thử nghiệm mô hình tàu cánh ngầm bằng

1 : Nguyễn Văn Quyết MSSV: 51131281 51DT-2
2 : Huỳnh Văn Vƣơng MSSV: 51132048 51DT-2
3 : Huỳnh Ngọc Đoan MSSV: 51132115 51DT-2
4 : Phùng Minh Toàn MSSV: 51131656 51DT-2
Điện thoại: 01656003802
Email: [email protected]
Tên đề tài:
“Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thử nghiệm mô hình tàu cánh ngầm
bằng vật liệu composite”.
Chuyên ngành: Đóng tàu thủy
Cán bộ hƣớng dẫn: Ths. Huỳnh Văn Nhu
- Nội dung thực hiện.
1. Đặt vấn đề
2. Cơ sở lý thuyết
3. Tính toán thiết kế
4. Chế tạo mô hình
5. Kết luận và kiến nghị
I. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI MỤC TIÊU ĐỀ TÀI.
1. Đối tƣợng đề tài.
Tàu cánh ngầm vỏ composite.
2. Phạm vi đề tài.
Tàu cánh ngầm vỏ composite.
3. Mục tiêu đề tài.

i

Thiết kế và chế tạo thử nghiệm mô hình tàu cánh ngầm bằng vật liệu
composite.
II. NỘI DUNG ĐỀ TÀI.
Chƣơng 1: ĐẶT VẤN ĐỀ

3.4.4 Cụm Diesel – máy phát
3.4.5 Các hệ thống tàu
3.4.6 Hệ trục
3.4.7 Thiết kế chân vịt
3.4.8 Trang thiết bị

i

Chƣơng 4: CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM
4.1 CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO TÀU CÁNH NGẦM
4.1.1 Lựa chọn vật liệu và công nghệ chế tạo
4.1.2 Chế tạo vỏ tàu
4.1.3 Chế tạo trụ cờ, lan can và lắp trụ cờ lan can
4.1.4 Căn chỉnh và lắp cánh ngầm vào vỏ tàu
4.1.5 Gia công các chi tiết hệ động lực
4.1.5 Chuẩn bị các linh kiện phục vụ cho mô hình tàu cánh ngầm
4.1.6 Hệ động lực và hệ thống điều khiển tàu
4.2 CHẠY THỬ NGHIỆM TÀU CÁNH NGẦM
4.2.1 Thử nghiệm tính nổi của tàu
4.2.2 Thử nghiệm tính ổn định của tàu
4.2.3 Thử nghiệm tính năng của cánh
Chƣơng 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
5.1 KẾT LUẬN
5.2 KIẾN NGHỊ

III. KẾ HOẠCH THỜI GIAN.
- Chƣơng 1,2: Đặt vấn đề, cơ sở lý thuyết (từ ngày 25/2 đến ngày 5/3/2013)
- Chƣơng 3: Tính toán thiết kế (từ ngày 6/3 đến ngày 25/04/2013)
- Chƣơng 4: Chế tạo thử nghiệm (từ ngày 26/04 đến ngày 25/06/2013)
- Chƣơng 5: Kết luận và kiến nghị (từ ngày 25/6 đến hết)

thiếu sót, rất mong được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn để luận văn của
chúng tôi được hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn!

Nha Trang, ngày… , tháng…., năm 2013
iii

MỤC LỤC
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN
PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG TLTN
ĐỀ CƢƠNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP………………………………………………… … i
LỜI NÓI ĐẦU……………………………………………………………………… … ii
MỤC LỤC…………………………………………………………………………… …iii
DANH MỤC KÝ HIỆU…………………………………………………………… … iv
DANH MỤC CÁC BẢNG…………………………………………………………… …v
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ………………………………………………….vi
Chƣơng 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1
1.1 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1
1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐỐI VỚI TÀU CÁNH NGẦM 1
1.2.1 Tình hình nghiên cứu tàu cánh ngầm trên thế giới 1
1.2.2 Tình hình nghiên cứu về tàu cánh ngầm trong nƣớc 5
1.3 PHƢƠNG PHÁP, NỘI DUNG VÀ GIỚI HẠN PHẠM VI NGHIÊN CỨU 6
Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 7
2.1 ĐỘNG LỰC HỌC CÁNH 7
2.2 CÁC YẾU TỐ CHÍNH ẢNH HƢỞNG ĐẾN CÁC HỆ SỐ THỦY ĐỘNG CÁNH 8
2.2.1 Profile cánh 8
2.2.2 Góc tấn 11

3.4.4 Cụm Diesel – máy phát 106
3.4.5 Các hệ thống tàu 106
3.4.6 Hệ trục 110
3.4.7 Thiết kế chân vịt 116
3.4.8 Trang thiết bị 119
Chƣơng 4: CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM 122
4.1 CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO TÀU CÁNH NGẦM 122
4.1.1 Lựa chọn vật liệu và công nghệ chế tạo 122
4.1.2 Chế tạo vỏ tàu 123
4.1.3 Chế tạo trụ cờ, lan can và lắp trụ cờ lan can 128
4.1.4 Căn chỉnh và lắp cánh ngầm vào vỏ tàu 130
4.1.5 Gia công các chi tiết hệ động lực 131
4.1.6 Chuẩn bị các linh kiện phục vụ cho mô hình tàu cánh ngầm 133
4.1.7 Hệ động lực và hệ thống điều khiển tàu 136
4.2 CHẠY THỬ NGHIỆM TÀU CÁNH NGẦM 139
4.2.1 Thử nghiệm tính nổi của tàu 139
4.2.2 Thử nghiệm tính ổn định của tàu 139
4.2.3 Thử nghiệm tính năng của cánh 139
Chƣơng 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 142
5.1 KẾT LUẬN 142
5.2 KIẾN NGHỊ 142
TÀI LIỆU THAM KHẢO 143 iv

DANH MỤC KÝ HIỆU

F
T
– Lực nâng cánh trước
H – Chiều cao
L – Chiều dài tàu
L – Chiều dài cánh
M – Mômen
P – Trọng lượng
Rn – Số Reynolds
T – Chiều chìm
V – Vận tốc
α – Góc tấn cánh

– Trọng lượng riêng của nước

– Thể tích chiếm nước
FRP – Vật liệu composite v

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1 : Bảng hệ số lực nâng, lực cản và tỷ số lực nâng trên lực cản của cánh
Profile NACA 63-412 có số RN = 3.000.000 theo góc tấn α 10
Bảng 3.1: Bảng so sánh hệ số lực nâng cánh, hệ số lực cản, tỷ số lực nâng và lực cản
một số loại biên dạng cánh thường dùng để chế tạo cánh tàu cánh ngầm 35
Bảng 3.2 : Bảng tính hệ số phụ thuộc độ chìm phần nghiêng cánh sau khi tàu bay 39
Bảng 3.3: Bảng so sánh hệ số lực nâng cánh, hệ số lực cản, tỷ số lực nâng và lực cản
một số loại biên dạng cánh thường dùng để chế tạo cánh tàu cánh ngầm 42
Bảng 3.4 : Bảng tính hệ số phụ thuộc độ chìm phần nghiêng cánh sau khi tàu bay 47

Hình 3.2: Tuyến hình tàu mẫu 21
Hình 3.3: Tuyến hình thiết kế tàu cánh ngầm 22
Hình 3.4 : Tuyến hình sau khi chỉnh trơn và bảng tọa độ tuyến hình 23
Hình 3.5 : Chuyển tuyến hình qua autoship để tính nhanh các yếu tố thủy tĩnh. 24
Hình 3.6 : Tab tính nhanh các yếu tố thủy tĩnh thân tàu bằng AutoShip. 24
Hình 3.7: Cấu hình tàu cánh ngầm 25
Hình 3.8: Tàu cánh ngầm có cánh chìm nông 26
Hình 3.9 : Tàu cánh ngầm có cánh chìm trung bình 26
Hình 3.10: Tàu cánh ngầm có hệ thống cánh tầng 27
Hình 3.11: Hệ thống cánh thủy lực 27
Hình 3.12: Hệ thống cánh Aquavion 28
Hình 3.13: Cấu trúc hệ thống cánh tàu cánh ngầm 28
Hình 3.14: Kết cấu cánh sau theo tính toán sơ bộ 31
Hình 3.15: Kết cấu cánh trước tàu cánh ngầm 32

vi

Hình 3.16: Biên dạng cánh của tàu cánh ngầm 32
Hình 3. 17: Các chế độ làm việc của tàu cánh ngầm 33
Hình 3.18: Các phần lực nâng tác động lên cánh sau khi hoạt động 34
Hình 3.19: Đồ thị hệ số lực nâng của cánh có biên dạng NACA 4412 theo góc tấn và số
Reynolds. 36
Hình 3.20: Đồ thị hệ số lực nâng, hệ số lực cản và tỷ số trên lực cản của cánh có biên
dạng NACA 4412 theo góc tấn. 37
Hình 3.21: Các phần lực nâng tác động lên cánh trước khi hoạt động 41
Hình 3.22: Đồ thị hệ số lực nâng của cánh có biên dạng NACA 4412 theo góc tấn và số
Reynolds. 43
Hình 3.23: Đồ thị hệ số lực nâng, hệ số lực cản và tỷ số trên lực cản của cánh có biên
dạng NACA 4412 theo góc tấn. 44
Hình 3.24 : Thanh đỡ cánh cánh sau 49

Hình 3.46 : Phao cứu sinh 86
Hình 3.47 : Bố trí cánh ngầm 86
Hình 3.48 Bố trí lan can 86
Hình 3.49: Bố trí ghế nghồi hành khách 87
Hình 3.50 : Bố trí neo 88
Hình 3.51 : Thiết bị vô tuyến 89
Hình 3.52 : Bố trí máy chính và hệ thống máy phụ 90
Hình 3.53 : Bản vẽ hai mặt cơ bản của tàu …….90
Hình 3.54 : Ảnh xếp bố trí ghế hành khách của một số tàu cánh ngầm 90
Hình 3.55 : Bản vẽ sàn lái và sàn khách 91
Hình 3.56: Tổng thể bố trí chung của tàu cánh ngầm 92
Hình 3.57 : Bản vẽ mặt cắt ngang 100
Hình 4.1 : Sơ đồ quy trình công nghệ chế tạo tàu bằng vật liệu Composite 123
Hình 4.2 : Tạo mặt cong thô vỏ dưỡng 124
Hình 4.3 : Làm trơn láng bề mặt cong của dưỡng 124
Hình 4.4 : Khuôn dưới 125
Hình 4.5 : Khuôn trên 125
Hình 4.6 : Quét lớp gen 125
Hình 4.7 : Trải Mat lên khuôn 125
vi

Hình 4.8 : Trải vải 126
Hình 4.9 : Thả vách 126
Hình 4.10 : Tách vỏ tàu ra khỏi khuôn 126

vi

Hình 4.40 : Sản phẩm cuối cùng 138
Hình 4.41: Tàu nổi ổn định và quay trở cơ động 139
Hình 4.42: Tàu chạy đà 140
Hình 4.43: Tàu bắt đầu nổi trên cánh ngầm 140
Hình 4.44: Tàu nổi hoàn toàn trên cánh ngầm 141
Trang 1

Chƣơng 1: ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
Tàu cao tốc nói chung có tốc độ chạy rất nhanh có tàu trên 100 km/h, và tàu cánh
ngầm nói riêng cũng thuộc nhóm tàu cao tốc có tốc độ chạy cao. Tàu thường dùng làm
tàu tốc hành để chở hành khách và hàng hoá, ngoài ra tàu còn được sử dụng trong các
lĩnh vực quân sự như tàu phóng lôi, tàu thường được sử dụng trên biển, sông, hồ v v
Hệ thống cánh gắn dưới đáy tàu có tác dụng nâng tàu nổi lên trên mặt nước khi tàu chạy ,
làm giảm sức cản của nước nên tàu có thể đạt tốc độ cao và giảm tiêu hao nhiên liệu.
Trong những năm gần đây, ở nước ta cũng đã nhập khẩu tàu cánh ngầm nhưng chủ
yếu chỉ để vận chuyển khách trên các tuyến đường thuỷ như ở tuyến thành phố Hồ Chí
Minh, Vũng Tàu, Phú Quốc, Vinpeal Land (Nha Trang), Hải Phòng.
Hiện tại ở nước chúng ta đang rất phát triển du lịch, biển là nguồn khai thác du
lịch vô tận mà bất cứ công ty du lịch hay nhà nước đều muốn hướng tới, mà chúng ta
muốn đưa hành khách ra các đảo cũng như du lịch trên biển thì cần sử dụng những loại
tàu cao tốc chạy với tốc độ cao nhưng vẫn êm và ổn định nên nhóm đã tìm hiểu và đề

dụng một số đổi mới của Bell và Badwin, Philip L.Rhodes đã chế tạo được tàu cánh
ngầm Miss USA có chiều dài 10,7 m lượng chiếm nước 2,95 tấn, động cơ 650 HP và đã
đạt được kỷ lục thế giới về tốc độ lúc bây giờ là 80 HL/h.
Sau chiến tranh thế giới thứ II
Tàu cánh ngầm được nghiên cứu và phát triển mạnh và nhà khoa học có vai trò
quan trọng trong lịch sử tàu cánh ngầm là Christopher Hook. Năm 1945, tại Cowles nước
Anh, ông đã chế tạo hệ thống lực nâng thân tàu bởi các cánh ngầm phía trước, kết nối với
thiết bị thăm dò mức nước (Feeler) để có thể liên tục điều chỉnh góc tấn của các cánh
nâng phía trước nhằm kiểm soát độ cất cao của mũi tàu. Trong thập niên 1950, Tiến sĩ

Trang 3

Vannevar Bush, cố vấn khoa học cho Tổng thống Mỹ bắt đầu công việc nghiên cứu thiết
kế tàu cánh ngầm trên con tàu trọng tải 3.500 tấn.
Các mẫu tàu buồm cánh ngầm thường sử dụng cấu hình cánh thông thường, trong
đó mẫu tàu buồm cánh ngầm tốt nhất mang tên Williwaw của David Keiper là một chiếc
trimaran (tàu ba thân) có chiều dài 9,75 m, được đóng năm 1970 (hình 1.4). Tính cho đến
nay, chiếc tàu này đã chạy hành trình được vào khoảng 32.000 km, chủ yếu là tuyến hàng
hải từ California đến Hawaii, New Zealand và ngược lại. (a) (b)
Hình 1.3: (a) Chiếc trimaran Williwaw của David Keiper.
(b)Chiếc Jetfoil tốc độ cao của Boeing chở 400 khách
Ở Mỹ, tàu cánh ngầm đầu tiên XCH-4 của hải quân Mỹ do kỹ sư William P.Carl thiết
kế và chế tạo vào năm 1954 đã xác lập một kỷ lục tốc độ 64,65 HL/h (hình 1.4). Hình 1.4 : Tàu XCH-4 của Mỹ
Tàu quân sự lớn nhất của Mỹ là Plainview với lượng chiếm nước lên đến 320 tấn, còn tàu