LỜI CẢM ƠN

Sau hơn bốn tháng nghiên cứu và tính toán, với sự hướng dẫn tận tình của
thầy giáo TS.Trần Gia Thái, em đã hoàn thành đề tài tốt nghiệp với nội dung:
“Nghiên cứu phương pháp xác định thực nghiệm sức cản thông qua cặp thông
số tốc độ tàu và số vòng quay chân vịt”.
Nhân đây em chân thành gởi lời cảm ơn đến thầy giáo TS.Trần Gia Thái đã
hướng dẫn hết sức tận tình trong thời gian em thực hiện đề tài.
Em xin cảm ơn Chi cục bảo vệ nguồn lợi thuỷ sản tỉnh Phú Yên, Khánh Hoà
đã tạo điều kiện, giúp đỡ em thực tập số liệu tại chi cục trong thời gian thực hiện đề
tài.
Và em cũng xin được cảm ơn toàn thể thầy giáo trong bộ môn tàu thuyền,
cán bộ thư viện trường Đại Học Nha Trang cùng các bạn và những người thân của
mình đã giúp đỡ, động viên em rất nhiều trong thời gian thực hiện đề tài.
Em xin chân thành cảm ơn! Nha Trang, ngày 20 tháng 06 năm 2007
Sinh viên thực hiện.

Đặng Văn Cường. MỤC LỤC
Trang

3.1.1. NHỮNG THÔNG SỐ CƠ BẢN VỀ TÀU..................................................... 36
3.1.2. CÁC KẾT QUẢ TÍNH TOÁN TÀU PY - 93024 - TS .................................. 38
3.1.3. ĐƯỜNG CONG SỨC CẢN CỦA TÀU PY - 93024 - TS THEO CÔNG
THỨC LENINGRAD...................................................................................................... 47
3.1.4 ĐƯỜNG CONG SỨC CẢN CỦA TÀU PY - 93024 - TS THEO PHƯƠNG
PHÁP THỰC NGHIỆM.................................................................................................. 47
3.2 XÂY DỰNG ĐỒ THỊ VẬN HÀNH TÀU KH - 90327 - TS................................... 54
3.2.1. NHỮNG THÔNG SỐ CƠ BẢN VỀ TÀU.................................................... 54
3.2.2. CÁC KẾT QUẢ TÍNH TOÁN TÀU KH - 90327 - TS.................................. 55
3.2.3. SO SÁNH CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH SỨC CẢN CHO TÀU KH-90327-TS
................................................................................................................... 64
CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH CÁC KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..................................... 66
4.1 PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 66
4.1.1. XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG CONG SỨC CẢN THÔNG QUA CẶP THÔNG SỐ
TỐC ĐỘ TÀU VÀ SỐ VÒNG QUAY CHÂN VỊT 66
4.1.2. MỘT SỐ NHẬN XÉT VỀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỨC CẢN
THÔNG QUA CẶP THÔNG SỐ TỐC ĐỘ TÀU VÀ SỐ VÒNG QUAY CHÂN VỊT 69
4.2 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 71
TÀI LIỆU THAM KHẢO .....................................................................................72 1
LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp tàu thủy ở nước ta phát triển
khá mạnh. Chúng ta đã hạ thuỷ những loạt tàu 100.000 tấn, đã gây được những
tiếng vang trên trường quốc tế.
Việt Nam có một vị trí rất thuận lợi để phát triển ngành công nghiệp đóng
tàu cũng như phát triển ngành khai thác thuỷ - hải sản.Việt Nam có Biển Đông, cửa
ngỏ của châu Á. Biển Đông có diện tích 3.447.000 km

hoàn thành nội dung đề tài.

Nội dung đề tài gồm bốn phần:
Chương 1: Đặt vấn đề.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết .
Chương 3: Kết quả tính toán cho một tàu cụ thể.
Chương 4: Nhận xét và đề xuất ý kiến.
Song với thời gian thực hiện không nhiều cùng với hiểu biết còn hạn chế nên
đề tài của em không tránh khỏi những thiếu sót, em mong nhận được những ý kiến
đóng góp của thầy cô và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn tất cả thầy cô và các bạn đã động viên giúp đỡ em
trong quá trình thực hiện đề tài, đặc biệt em xin cảm ơn thầy giáo TS.Trần Gia Thái
đã hướng dẫn em rất tận tình trong thời gian thực hiện đề tài.
Nha Trang, ngày 05 tháng 02 năm 2007
Sinh viên thực hiện Đặng Văn Cường
3
CHƯƠNG 1:
ĐẶT VẤN ĐỀ

1.1. TỔNG QUAN.
Như chúng ta biết, xác định sức cản là một trong những bài toán quan trọng

cách nghiên cứu và xác định nó. Hiện nay, bài toán tính sức cản thường sử dụng
công thức tính sức cản gần đúng. Các công thức tính sức cản gần đúng không đánh
giá được độ chính xác.
Ví dụ, đối với tàu đánh cá vỏ gỗ thường sử dụng công thức của Viện Thiết kế
Leningrad do việc tính toán đơn giản và công thức của Võ Văn Trác. Nhưng công
thức của Võ Văn Trác được xây dựng cho mẫu tàu sông Việt Nam vào những năm
70, cho đến nay không còn phù hợp nữa.
Hiện nay, bài toán tính sức cản tàu sau một thời gian khai thác còn gặp nhiều
khó khăn. Chính vì thực trạng đã đặt ra bài toán xác định sức cản thông qua cặp
thông số tốc độ tàu V và số vòng quay chân vịt n.
1.3. MỤC TIÊU, PHƯƠNG PHÁP VÀ GIỚI HẠN NỘI DUNG NGHIÊN
CỨU.
Mục tiêu của đề tài này là nghiên cứu xây dựng đường cong sức cản thông
qua cặp thông số tốc độ tàu V và số vòng quay chân vịt n.
Đây là bài toán ngược, khi đã biết công suất động cơ N, tốc độ tàu V, số
vòng quay chân vịt n trong điều kiện khai thác thực tế nhờ thiết bị đo. Từ những
thông số đầu vào là tốc độ tàu V và số vòng quay chân vịt n để xây dựng đồ thị vận
hành tàu thực nghiệm từ đó xác định sức cản tàu.
Bài toán xác định thực nghiệm sức cản thông qua cặp thông số tốc độ tàu V
và số vòng quay chân vịt n được xác định trên cơ sở lý thuyết và những kết luận
luận án tiến sĩ “ Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố sử dụng đạt hiệu quả khai
thác của liên hợp máy - vỏ - chân vịt tàu thuỷ” của T.S Trần Gia Thái.
Trong phạm vi đề tài, chúng tôi chỉ đặt vấn đề xác định đường cong sức cản
đối với loại tàu đánh cá vỏ gỗ. Với những nội dung được trình bày như sau:
5
Chương 1: Đặt vấn đề.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết.
Chương 3: Xây dựng đường cong sức cản dựa vào cặp thông số vận tốc tàu
và số vòng quay chân vịt cho một số tàu cụ thể.
Chương 4: Phân tích kết quả, nhận xét và đề xuất ý kiến.

khi chuyển động, nên luôn được các nhà thiết kế quan tâm và nghiên cứu.
2.1.1.1. Sức cản môi trường nước
Khảo sát phân tố diện tích dS trên bề mặt vỏ tàu dưới nước (còn gọi là diện
tích mặt ướt S). Lực thuỷ động tác dụng lên phân tố dS được phân tích thành các
thành phần pháp tuyến (
p

dS) và tiếp tuyến (


dS).

Tổng hợp các lực trên toàn bộ mặt ướt vỏ tàu, chiếu theo phương Ox tương
ứng sẽ được các thành phần sức cản có tên gọi là sức cản áp suất (R
p
) và sức cản ma
sát (R
ms
).
Hình 2.1: Lực thuỷ động tác dụng lên vỏ tàu khi chuyển động tiến theo Ox

7

x)dSos(p,

2
V

S (2-3)
Trong đó: V: Vận tốc tàu.
S: Diện tích mặt ướt.
C
mstàu
: Hệ số sức cản ma sát của tàu.
C
mstàu
được tính theo công thức:
C
mstàu
= k. C
mstptđ
+ C
bm

Với k: Hệ số tính đến ảnh hưởng của độ cong bề mặt vỏ tàu so với
tấm phẳng, có giá trị nằm trong khoảng (1.02 1.08), phụ thuộc vào tỷ số L/B.
C
bm
: Hệ số tính đến ảnh hưởng của độ nhám bề mặt vỏ tàu, thường
có giá trị nằm trong khoảng (0.0003  0.0008), phụ thuộc vào vật liệu làm vỏ tàu và
điều kiện làm việc …
C
mstptđ
: Hệ số sức cản ma sát của tấm phẳng tương đương với tàu, tức
là tấm phẳng có chiều dài và diện tích mặt ướt của tàu, chuyển động trong cùng một

)2Re
2
(lg
075.0

(2-7)
2.1.1.3 Sức cản áp sức (R
p
)
Khi tàu chuyển động làm phân bố lại áp lực và tốc độ dòng chất lỏng chảy
quanh bề mặt vỏ tàu (hiện tượng này gọi là hiện tượng lưu tuyến). Theo định luật Becnuly, ở khu vực mũi và đuôi do tiết diện dòng chảy tăng
lên nên tốc độ dòng chảy giảm và áp lực dòng chảy tăng. Trong khi đó tại phần giữa
tàu, do các dòng chất lỏng bị ép lên nhau làm giảm tiết diện ngang nên tốc độ dòng
chảy lại tăng và áp lực trong dòng chảy lại giảm xuống.
Kết quả của sự phân bố lại áp lực và tốc độ trong dòng chất lỏng quanh bề
mặt vỏ tàu là nguyên nhân gây ra sức cản áp suất gồm sức cản hình dáng và sức
cản sinh sóng.
1. Sức cản hình dáng (R
hd
)
Sức cản hình dáng xuất hiện là do sự phân bố lại áp lực và tốc độ trong dòng

chất lỏng chảy dọc bề mặt vỏ tàu, gây ra các hệ thống sóng xung quanh tàu khi
chuyển động. Ở khu vực mũi và đuôi tàu, do áp lực trong dòng chất lỏng lớn hơn áp lực
khí quyển nên mặt nước bị đẩy nhô lên, ngược lại ở giữa tàu mặt nước hạ xuống
hình thành lên các sóng tàu. Do khu vực mũi và đuôi tàu là nơi có độ cong lớn nên
là các tâm hình thành sóng đầu tiên vì vậy sóng tàu gồm sóng mũi, sóng đuôi và
trong mỗi hệ thống sóng lại chia thành hai nhóm là sóng lan toả và sóng ngang.
Năng lượng tổn thất do tạo sóng là công của sức cản sinh sóng.
Sóng lan toả
Sóng ngang
Hình 2.4: Sức cản sinh sóng



10
2.1.2 Đường cong sức cản tàu thuỷ
Quá trình làm việc của bộ phận vỏ tàu trong liên hiệp tàu thường được đặc
trưng bởi đường đặc tính vỏ tàu hay còn gọi là đường cong sức cản vỏ tàu, là đường
cong biểu diễn mối quan hệ giữa sức cản vỏ tàu R hoặc công suất kéo có ích N với
vận tốc chuyển động của tàu V.(hình 2-5).
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
5500
6000
6500
R
(kG)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
V(Hl/h)
0

Hình 2.5: Đồ thị đường cong sức cản tàu thuỷ
11
2.1.3. Sự thay đổi sức cản tàu sau thời gian khai thác.
Ảnh hưởng của sự bám bẩn đến quá trình làm việc vỏ tàu được xác định theo
phương pháp thực nghiệm bằng cách tổ chức kéo tàu thật với bề mặt vỏ tàu đã bị
bám bẩn nhằm xác định đường đặc tính vỏ tàu ngay trong điều kiện thực tế. Tuy
nhiên, do quá trình bám bẩn thường mang tính chất ngẫu nhiên nên hiện nay các kết
quả thực nghiệm thường chỉ được công bố dưới dạng các số liệu thống kê cho một
số tàu được nghiên cứu mà chưa xác định được phương pháp tính cụ thể. Ví dụ,
theo các nhà nghiên cứu Anh, sức cản vỏ tàu tăng trung bình 0,25% trong một ngày
đêm ở vùng nước nhiệt độ trung bình và 0,5% ở vùng xích đạo. Trong khi đó, các
nhà khoa học Ý thì cho rằng 6 tháng hoạt động, vận tốc tàu sẽ bị giảm khoảng
(1,5 – 2) hl/h, còn các nhà khoa học Mỹ cứ một năm khai thác vận tốc giảm khoảng
(1,5 – 2) hl/h, riêng nhà khoa học Đức M.Ragg cho rằng sau một ngày đêm hoạt

2.1.4.Giới thiệu một số công thức tính gần đúng tính sức cản tàu.
Đường cong sức cản vỏ tàu là hàm của vận tốc R = f(V), theo cách tính
truyền thống thì đường cong sức cản vỏ tàu được thể hiện trong đồ thị (R,V).
Hiện nay, có nhiều phương pháp tính sức cản vỏ tàu như: công thức hải
quân, phương pháp Papmen, phương pháp Ayre, Zvonkov, Leningrad… Mỗi
phương pháp tính sức cản đều là công thức gần đúng, và có một phạm vi ứng dụng
riêng. Sau đây là một số công thức gần đúng để tính sức cản tàu:
Công thức của Viện Thiết kế Leningrad:

V
L
V
B
L
R
4
2
2/5825,1
w
)24(45,117,0

 (2-8)
)25,116,1(.1,1
T
B
TL

 (2-9)
Trong đó:
R - sức cản vỏ tàu (KG).

LB
R
d

.
13
Đồ thị xác định sức cản dư chỉ được tính cho hai trường hợp B/T = 2,5 và
B/T = 4. Trong trường hợp có tỷ số B/T khác có thể sử dụng phương pháp nội suy
tuyến tính.
Phạm vi sử dụng công thức này là: 0,16  Fr  0,38; L
WL
 25 (m); 0,56  C
P

 0,68; 3  L/B  4,6; C
m
= 0,87; 2,5  B/T  4,0; X
C
= 0%.
Công thức Kao-Mu-Ko
Công thức này được áp dụng để tính công suất hữu ích cho tàu cá làm bằng
gỗ. Công thức căn cứ vào kết quả thí nghiệm loại tàu cá làm bằng vỏ gỗ có lượng
nước đầy khoảng 95 tấn theo tiêu chuẩn đã quy định của Hiệp hội tàu cá Nhật bản.
Phạm vi sử dụng của công thức: 0,16  Fr  0,38; 0,55  C
P
 0,75; 2,2 
L/B  3; C
m
= 0,903; X
C

3
Fr
4
Fr
5

1
Fr=
gL
V
2
v = (1)*
gL

m/s
3 v
2
= (2)
2
(m/s)
2

4
)2(*
515.0
1
515.0

(8)+(6) =

R
0

-
10 R
0
= (9)* KG
11 Độ nhớt động học  m
2
/s
12
Re =

VL

-
13

f
=
 
2Relg
075.0
2


-
14 

KG
18
EHP
1
=
75
*VR

HP
19 EHP = 1.13* EHP
1
HP
15

Bảng 2.2: Bảng tính sức cản theo công thức Kao-Mu-Ko
TT CÔNG THỨC TÍNH Đơn vị Tốc độ tàu (trị số Froude)
Fr
2
Fr
3
Fr
4
Fr
5

1
Fr=
gL
V











gL
V
3
=(1)
3

-
8
)10/(
,(
)(
*100
33
0
0
L
Lf
Fr
EHP



a
*(L)
0.5
m
2

16
R =
V
EHP
1
*75

KG
16
2.2. NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH CHÂN VỊT TRONG
ĐIỀU KIỆN KHAI THÁC THỰC TẾ.
2.2.1. Đặc điểm cấu tạo và các thông số kỹ thuật của chân vịt.
2.2.1.1 Đặc điểm cấu tạo chân vịt:
Qua khảo sát thực tế thì hầu hết tàu cá Việt Nam đang sử dụng kiểu chân vịt
seri B-Wagenigen. Hiện tại hai tỉnh Khánh Hoà và Phú Yên tàu đánh cá vỏ gỗ lắp
chân vịt có các đặc điểm sau:
Đường kính chân vịt D: 1m – 1,6m.
Số cánh Z : 3 (cánh)
Góc nghiêng của cánh: 15
0
.

và hệ số mômen K
Q
(K
T
, K
Q
xác định theo công thức 2-11,2-12).
Dn
K
P
T 4
2


(2-11)
Dn
N
p
Dn
K
M
Q 5
3
5
2
2,716


(2-12)
nD

Khi thử nghiệm các mô hình chân vịt trong bể thử thường tiến hành xác định
các hệ số K
T
, K
Q
bằng cách chân vịt mô hình hoạt động ở các chế độ làm việc ứng
với sự phối hợp các giá trị số vòng quay chân vịt n và vận tốc tàu V khác nhau, đặc
trưng bởi hệ số bước thực J xác định theo công thức (2-13).
Tại mỗi chế độ làm việc của chân vịt tương ứng với các giá trị hệ số J =
const, sử dụng thiết bị đo để xác định lực đẩy P và mômen cản M của chân vịt mô
hình và sau đó thể hiện mối quan hệ giữa các hệ số K
T
, K
Q
theo các giá trị J khác
18
nhau dưới dạng các đồ thị gọi là đường đặc tính hoạt động của chân vịt như ở hình
(2-6).

D
n
K
N
Q
P

 (ml) (2-16)
K
T
,K
Q
,
P10K
Q

K
T


P

J
O
Hình 2-6: Đường đặc tính hoạt động của chân vịt K
T
,K

Q
.
Về nguyên tắc, đường đặc tính chân vịt ở chế độ định mức được xác định ở điều
kiện sử dụng ứng với trường hợp bề mặt chân vịt sạch không bị biến dạng. Tuy
nhiên trong điều kiện khai thác thực tế do ảnh hưởng của các yếu tố sử dụng nên
đường đặc tính chân vịt của động cơ sẽ bị thay đổi so với chế độ làm việc định mức
và có thể sẽ gây ra các ảnh hưởng không tốt đến quá trình làm việc của liên hợp tàu.
2.2.2.2. Phương pháp xác định đường đặc tính hoạt động chi tiết chân vịt
Như đã nêu ở phần (2.2.2.1), đường đặc tính hoạt động chân vịt thể hiện quá
trình làm việc của chân vịt làm việc độc lập, thì quá trình làm việc của chân vịt
trong mối quan hệ năng lượng với các bộ phận trong liên hợp tàu lại được thể hiện
theo đường công suất của chân vịt N
P
= f(n), hay gọi đơn giản là đường đặc tính
chân vịt, tức là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa công suất đòi hỏi N
P
(ml) với tốc
độ quay của chân vịt n (s
-1
).
Như vậy, để có thể đánh giá quá trình làm việc của chân vịt nói riêng và liên
hợp tàu nói chung cần đặt vấn đề xây dựng đường đặc tính công suất chân vịt nói
trên trong điều kiện khai thác thực tế. Hiện nay để xác định được đường đặc tính
công suất chân vịt trong điều kiện thực tế thì xác định theo công thức (2-16) nêu
20
trên.Và đường đặc tính hoạt động của chân vịt được xác định chỉ bằng một cách duy
nhất là thử nghiệm các mô hình chân vịt trong bể thử, ở các chế độ làm việc có giá
trị J khác nhau, tương ứng với sự phối hợp các giá trị tốc độ tịnh tiến V
P
và tốc độ

Q
= const trong hệ toạ độ (V,n), tạm gọi đường đặc tính hoạt
động chi tiết . Như vậy, mặc dù vẫn được suy ra từ đường đặc tính hoạt động nhưng
21
việc xây dựng đường đặc tính chi tiết chân vịt, nhất là đối với chân vịt thực tế lại
đơn giản hơn nhiều và quan trọng nhất là có thể thực hiện trong điều kiện chạy tàu
vì không cần khảo nghiệm ở nhiều chế độ làm việc mới đạt được giá trị hệ số tiến
chế độ làm việc mới đạt được giá trị hệ số tiến chân vịt J đã cho, đồng thời các đại
lượng cần thiết như công suất động cơ N, tốc độ tàu V, tốc độ quay chân vịt n đều
có thể xác định ở điều kiện chạy tàu thực tế nhờ thiết bị đo. Mặt khác cũng từ công
thức (2-13) có thể nhận thấy mối quan hệ toán học giữa hệ số tiến J của chân vịt với
giá trị tốc độ tàu V và tốc độ quay chân vịt n có thể biểu diễn theo công thức :
V = (JD)n (m/s) (2-18)
Biểu thức trên chứng tỏ ở chế độ làm việc của liên hợp đang xét, với giá trị
hệ số tiến J chân vịt và tương ứng là giá trị hệ số momen của chân vịt K
Q
không đổi,
mối quan hệ giữa tốc độ chạy tàu và số vòng quay chân vịt dưới dạng các đường
K
Q
= const trong hệ toạ độ (V,n) là chùm đường thẳng đi qua gốc toạ độ O, với hệ
số góc k xác định theo biểu thức:
K = tg= J D = V/n (2-19)
Trong đó (V,n) là cặp giá trị tốc độ tàu và tốc độ quay chân vịt ở chế độ làm
việc đang xét. Hình 2.7 là mối quan hệ và cách tính chuyển đường đặc tính hoạt
động truyền thống K
Q
= f(J) sang đường đặc tính hoạt động chi tiết tương ứng của
chân vịt dưới dạng các đường K
Q

chân vịt sạch và chân vịt bẩn một cách đơn giản và chính xác mà không cần tổ chức
khảo nghiệm quá trình hoạt động liên hợp ở các chế độ làm việc khác nhau. Ví dụ
về đồ thị dạng tổng hợp như thế là đồ thị thiết kế chân vịt của nhà khoa học người
Nga Papmen được xây dựng dựa trên cơ sở các số liệu thực nghiệm của đường đặc
tính hoạt động K
T
-J,K
Q
-J, nhận được từ kết quả thử nghiệm kéo các mô hình chân
vịt nhóm B-Wageninggen ở Liên Xô cũ. Chính từ nhận xét trên chúng tôi nảy sinh ý
tưởng xây dựng và so sánh hai hệ thống các đường đặc tính hoạt động chi tiết của
chân vịt ở trạng thái sạch ban đầu và ở trạng thái bẩn thực tế đối với một số tàu cụ
thể nhằm mục đích tìm kiếm mối quan hệ toán học giữa hai hệ thống đường đặc
tính hoạt động chi tiết của chân vịt bẩn đơn giản và thuận lợi hơn từ đường đặc tính
hoạt động chi tiết của chân vịt sạch và bẩn đều là những đường thẳng đồng quy tại
gốc toạ độ. Với cách đặt vấn đề như thế, tôi đã tiến hành thống kê trên một số tàu cụ
thể chạy thử tàu trong điều kiện khai thác thực tế khác nhau để xác định những số
liệu cần thiết gồm công suất động cơ N, tốc độ chạy tàu V và số vòng quay chân vịt

Trích đoạn MỘT SỐ NHẬN XÉT VỀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỨC CẢN KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN

---