NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Họ, tên SV : Đinh Quốc Hùng Lớp 43TT
Ngành : Cơ khí tàu thuyền Mã ngành : 18.06.10
Tên đề tài : Nghiên cứu thuật toán tính toán chính xác tay đòn ổn định tàu
thủy theo phương pháp của Giáo sư Vlaxôp V.G.
Số trang : 75 Số chương : 03 Số tài liệu tham khảo : 10
Hiện vật :


NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN










Kết luận :

Nha Trang, ngày tháng năm 2006
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
( Ký, ghi rõ họ tên)



PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG LVTN

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Họ, tên SV : Đinh Quốc Hùng Lớp 43TT
Ngành : Cơ khí tàu thuyền Mã ngành : 18.06.10
Tên đề tài : Nghiên cứu thuật toán tính toán chính xác tay đòn ổn định
tàu thủy theo phương pháp của Giáo sư Vlaxôp V.G.
Số trang : 75 Số chương : 03 Số tài liệu tham khảo : 10
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


PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
LỜI CÁM ƠN

Sau hơn 3 tháng tích cực tìm hiểu và thực hiện đề tài: “Nghiên cứu thuật toán
tính chính xác tay đòn ổn định tàu thủy theo phương pháp của Giáo sư Vlaxôp V.G.”
cho đến nay đề tài đã được hoàn thành.
Em xin chân thành cảm ơn: Ban chủ nhiệm khoa cơ khí – Trường Đại Học Thủy
Sản, các thầy trong Bộ môn tàu thuyền đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp em hoàn
thành đề tài này.
Đặc biệt em xin cảm ơn thầy PGS-TS Nguyễn Quang Minh, người đã trực tiếp
hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Cảm ơn KS Huỳnh Lê Hồng Thái, người đã đóng góp những ý kiến giúp em có
thể thực hiện tốt đề tài.
Bên cạnh đó, em cũng xin cảm ơn sự quan tâm giúp đỡ của bố mẹ, anh, chị, em
cùng tất cả các bạn bè đã dành những tình cảm động viên giúp em vượt qua khó khăn để
hoàn thành đề tài.
Em xin chân thành cảm ơn !











PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
MỤC LỤC
Trang
LỜI CÁM ƠN
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT
LỜI NÓI ĐẦU
CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 01
1.1. Tổng quan về lý thuyết ổn định tàu thủy 02
1.1.1 Ổn định - một tính năng hàng hải quan trọng của tàu thủy 02
1.1.2 Mômen hồi phục và cánh tay đòn ổn định tàu thủy 04
1.1.3 Tiêu chuẩn ổn định 09
1.2. Phương pháp tính tay đòn ổn định theo đề nghị của GS Vlaxôp.
Giá trị ứng dụng và nhu cầu nghiên cứu hoàn thiện 11
1.2.1 Sơ lược về các phương pháp truyền thống tính tay đòn ổn định tàu biển 11
1.2.2 Phương pháp tính ổn định theo đề nghị của GS Vlaxôp.Giá trị ứng dụng
và nhu cầu nghiên cứu hoàn thiện 15
1.3. Giới hạn nội dung và phương pháp nghiên cứu 19
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ CỦA LÝ THUYẾT CỦA THUẬT TOÁN VÀ ỨNG DỤNG 21
2.1. Thuật toán Spline 22
2.1.1 Mục đích nghiên cứu thuật toán Spline 22
2.1.2 Cơ sở lý thuyết của thuật toán Spline 22
2.2. Ứng dụng thuật toán Spline vào bài toán ổn định tàu thủy 28
2.2.1 Tính diện tích MCN 29
2.2.2 Tính diện tích MĐN 30
2.2.3 Tính thể tích chiếm nước 31
2.2.4 Tính mômen diện tích nửa MCN đối với trục oy 32
2.2.5 Tính mômen diện tích nửa MCN đối với trục oz 32
2.2.6 Tính mômen quán tính của diện tích MĐN 32
CHƯƠNG 3: TÍNH CHÍNH XÁC TAY ĐÒN ỔN ĐỊNH TÀU THỦY THEO

PHƯƠNG PHÁP CỦA GS VLAXÔP 33
3.1 Xây dựng thuật toán tính chính xác tay đòn ổn định tàu thủy theo phương
pháp của GS Vlaxôp 34
3.1.1 Thuật toán hàm hoá đường cong sườn tàu 34
3.1.2 Hàm hóa đường cong ngang boong 37
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
3.1.3 Tính thể tích chiếm nước 38
3.1.4 Tính mômen thể tích đối với trục oy khi tàu chưa nghiêng 39
3.1.5 Tính mômen thể tích đối với mặt xoy khi tàu nghiêng 90
o
39
3.1.6 Tính mômen thể tích đối với với mặt xoz ở góc nghiêng 90
o
40
3.1.7 Tính bán kính tâm ổn định 40
3.1.8 Tính chính xác tâm ổn địng theo phương pháp của GS Vlaxôp 41
3.2 Viết chương trình tính chính xác tay đòn ổn định tàu thủy theo phương
pháp của GS Vlaxôp trên máy tính 42
3.3 Tính chính xác tay đòn ổn định tàu thủy theo phương pháp của GS
Vlaxôpcho tàu cụ thể 44
3.3.1 Phân tích tàu mẫu 45
3.3.2 Tính chính xác tay đòn ổn định cho tàu KH 9136 theo phương
pháp của GS Vlaxôp 47
3.4 Đánh giá kết quả 53
3.4.1 Đánh giá mức độ chính xác của thuật toán 53
3.4.2 Đánh giá mức độ chính xác của phương pháp tính 55
KÊT LUẬN 58
ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 59
TÀI LIỆU THAM KHẢO 60
PHỤ LỤC 62

Phụ lục 1 Tính tay đòn ổn định cho tàu MDG 301 ĐNA 62
Phụ lục 2 Tính tay đòn ổn định cho tàu BTh 400-BTS 64
Phụ lục 3 Đánh giá mức độ chính xác của thuật toán Spline và thuật toán
hàm hóa của PGS-TS Nguyễn Quang Minh 67
Phụ lục 4 Xác định góc tiếp tuyến tại điểm đầu tiên của đương cong 71
Phụ lục 5 Hướng dẫn sử dụng chương trình tính tay đòn ổn định theo phương
pháp của GS Vlaxôp V.G 72




PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Bộ thủy sản BTS
Cắt dọc CD
Cắt dọc giữa CDG
Chiều cao mạn tàu H
Chiều cao tâm ổn định ban đầu h
o

Chiều dài tàu L
Chiều rộng tàu B
Công suất máy chính Ne
Diện tích mặt cắt ngang w
Diện tích mặt đường nước S
Diện tích phần lồi w
L

Đường nước ĐN

Giáo sư GS
Góc lặn q
v

Góc nghiêng ngang q
Góc nghiêng ứng với l
q
lớn nhất q
m

Hệ số góc của đường cong k
Khoảng cách mặt đường nước DT
Khoảng sườn lý thuyết DL
Kỹ sư KS
Lực nổi D
Mặt cắt dọc MCD
Mặt cắt ngang MCN
Mặt cơ bản MCB
Mặt đường nước MĐN
Mômen hồi phục M
hp

Mômen nghiêng ngang M
ng

Mômen diện tích M
Mômen quán tính J
x

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Mômen phần lồi M
L

Mômen thể tích M
V

Mớn nước thiết kế T
Nửa diện tích dưới boong S
db

Phó giáo sư – Tiến sĩ PGS-TS
Số điểm gián đoạn n
Tay đòn hình dáng l
hd

Tay đòn ổn định l
q

Tay đòn trọng lượng l
tl

Tiến sĩ TS
Tâm nổi C
Tâm ổn định M
Thể tích chiếm nước của tàu V
Trọng lực P
Trọng tâm tàu G
Visual Basic 6.0 VB













PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
LỜI NÓI ĐẦU

Nước ta có một bờ biển dài hơn 2000 km, đó là một tài sản vô cùng quý
giá mà thiên nhiên đã ban tặng. Với lợi thế đó nên việc phát triển ngành kinh tế
biển đang là một hướng đi được Đảng và nhà nước quan tâm. Để phát triển
ngành kinh tế này thì tàu thủy là một công cụ không thể thiếu, vì vậy công nghiệp
tàu thủy cũng đang dần trở thành ngành công nghiệp mũi nhọn trong nền kinh tế
nước ta. Đại học Thủy Sản là một trong những trường đại học đầu ngành trong
cả nước về tàu thuyền, hàng năm trường vẫn đào tạo và cung cấp cho xã hội
hàng trăm kỹ sư, góp phần không nhỏ vào việc phát triển ngành kinh tế biển nói
riêng cũng như nền kinh tế nước nhà nói chung.
Tàu thủy là một công trình nổi hoạt động trong điều kiện chịu tác dụng
phức tạp của ngoại lực. Vì vậy, để một con tàu đảm bảo được các tính năng hàng
hải và khai thác khi hoạt động đòi hỏi nó phải được tính toán cẩn thận trong
quá trình thiết kế. Trong đó việc tính chính xác ổn định là một yếu tố quan trọng
giúp con tàu có khả năng chống đỡ lại các ảnh hưởng phức tạp của môi trường
hoạt động, đảm bảo tài sản và tính mạng cho người sử dụng. Với xu hướng vươn
xa, mở rộng vùng hoạt động như hiện nay, vai trò của ổn định đối với tàu thủy
càng trở nên quan trọng hơn.

Việc tính toán ổn định cho tàu thiết kế đã được nhiều nhà khoa học bỏ
công sức nghiên cứu như Krưlôp, Normand, Blagôvensenxki…Trong đó công
trình nghiên cứu của Giáo sư Vlaxôp V.G là được ứng dụng nhiều hơn cả nhờ sự
đơn giản của quá trình tính. Tuy nhiên cũng như nhiều công trình nghiên cứu
của các nhà khoa học khác, phương pháp của Giáo sư Vlaxôp vẫn còn tồn tại
nhược điểm đó là chưa cho kết quả chính xác cũng như chưa xác định được mức
độ sai sót của kết quả tính.
Như vậy, việc xác định chính xác ổn định mà cụ thể là tay đòn ổn định
tĩnh và động của tàu thiết kế là một nhu cầu cần thiết. Được sự hướng dẫn của
PGS-TS Nguyễn Quang Minh, tôi đã nhận thực hiện đề tài “Nghiên cứu thuật
toán tính toán tính chính xác tay đòn ổn định tàu thủy theo phương pháp của
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Giáo sư Vlaxôp V.G.”. Phương pháp tính được dựa trên các thuật toán hàm hóa
nhằm giảm thiểu những sai số cho kết quả tính tay đòn ổn định.
Đề tài được hoàn thành với sự cố gắng của bản thân cũng như sự giúp đỡ
của các thầy giáo và bạn bè. Tôi xin chân thành cảm ơn PGS-TS Nguyễn Quang
Minh và kĩ sư Huỳnh Lê Hồng Thái đã tận tình hướng dẫn giúp tôi hoàn thành đề
tài này.

Nha trang, ngày 20 tháng 6 năm 2006
SINH VIÊN THỰC HIỆN



Đinh Quốc Hùng


















PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Họ và tên SV: Đinh Quốc Hùng MSSV: 43D 1230 Lớp: 43 TT
Địa chỉ liên hệ: 328 Chung cư A - Phường Vạn Thạnh – TP Nha Trang
Tên đề tài: Nghiên cứu thuật toán tính toán chính xác tay đòn ổn định
tàu thủy theo phương pháp của Giáo sư Vlaxôp V.G.
Ngành: Cơ khí tàu thuyền Mã ngành: 18.06.10
Cán bộ hướng dẫn: PGS-TS Nguyễn Quang Minh

PHẦN I ĐỐI TƯỢNG , PHẠM VI VÀ MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

1. Đối tượng nghiên cứu:Bài toán tính ổn định tàu thủy.
2. Phạm vi nghiên cứu: Tính tay đòn ổn định tĩnh cho tàu trên nước tĩnh theo
phương pháp của GS Vlaxôp.
3. Mục đích nghiên cứu: Tìm hiểu, xây dựng thuật toán tính toán chính xác
nhằm giảm thiểu sai số cho kết quả tính tay đòn ổn
định, từng bước đưa việc tính toán tự động tay đòn ổn

định tàu thủy lên máy tính.

Phần II NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
LỜI NÓI ĐẦU

Chương 1 ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1 Tổng quan về lý thuyết ổn định tàu thủy.
1.2 Phương pháp tính tay đòn ổn định tàu thủy theo GS Vlaxôp. Giá trị ứng
dụng và nhu cầu nghiên cứu hoàn thiện của phương pháp này.
1.3 Giới hạn nội dung và phương pháp nghiên cứu.

Chương 2 CƠ SỎ LÝ THUYẾT CỦA THUẬT TOÁN VÀ ỨNG DỤNG
2.1 Thuật toán Spline.
2.2 Ứngdụng thuật toán Spline vào bài toán ổn định tàu thủy.

Chương 3 TÍNH CHÍNH XÁC TAY ĐÒN ỔN ĐỊNH TÀU THỦY THEO
PHƯƠNG PHÁP CỦA GIÁO SƯ VLAXÔP V.G.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
3.1 Xây dựng thuật toán tính toán chính xác tay đòn ổn định tàu thủy theo
phương pháp của GS Vlaxôp V.G.
3.2 Viết chương trình tính chính xác tay đòn ổn định tàu thủy theo phương pháp
của GS Vlaxôp trên máy tính.
3.3 Tính tay đòn ổn định cho tàu mẫu
3.4 Đánh giá kết quả.

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN

PHẦN III KẾ HOẠCH THỜI GIAN


1. Đi thực tế: Không có.
2. Kế hoạch thực nghiệm: Không có.
3. Kế hoạch nghiên cứu:
Nghiên cứu lý thuyết ổn định: 15/3/06 – 29/3/06
Nghiên cứu cơ sơ lý thuyết của thuật toán 30/3/06 – 29/4/06
Viết chương trình 30/4/06 – 10/5/06
Chọn tàu mẫu và tính kiểm tra 11/5/06 – 14/5/06
4. Kế hoạch hoàn thành bản thảo:
Chương 1 15/5/06 – 22/5/06
Chương 2 23/5/06 – 05/6/06
Chương 3 06/6/06 – 10/6/06
Hoàn thành bản thảo 11/6/06 – 16/6/06

Nha Trang, ngày 13 tháng 03 năm 2006
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN


PGS-TS Nguyễn Quang Minh Đinh Quốc Hùng

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
1































CHƯƠNG 1
ĐẶT VẤN ĐỀ
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
2
1.1 TỔNG QUAN VỂ LÝ THUYẾT ỔN ĐỊNH TÀU THỦY
1.1.1 Ổn định - một tính năng hàng hải quan trọng của tàu thủy
Ổn định là khả năng của tàu chống lại các tác động của ngoại lực đã đẩy
tàu ra khỏi vị trí cân bằng ban đầu và trả tàu về vị trí cũ khi không còn ngoại lực
ấy. Đây là một trong những tính năng hàng hải quan trọng của tàu thủy. Từ buổi

bình minh của ngành công nghiệp tàu thuyền, tính ổn định đã được quan tâm
nghiên cứu và tìm cách hoàn thiện.
Lý thuyết ổn định tàu thủy nghiên cứu ngoại lực dưới dạng mômen
nghiêng làm nghiêng tàu trên nước. Dưới tác dụng của mômen này tàu có thể bị
nghiêng dọc hoặc nghiêng ngang (cũng có thể cả hai). Tuy nhiên ở đây ta thường
chỉ quan tâm đến mômen làm tàu nghiêng ngang vì tàu thường chỉ bị mất ổn định
khi chịu tác dụng của mômen này.
Mômen nghiêng tác dụng lên tàu được phân thành hai loại: mômen
nghiêng tĩnh và mômen nghiêng động. Mômen nghiêng tĩnh do lực có giá trị
không đổi hoặc thay đổi đều như gió thổi, hàng hoá xếp không cân bằng… gây
ra. Mômen nghiêng động do ngoại lực không ổn định - có thể thay đổi về giá trị
hoặc phương chiều như sóng, gió dật… gây ra. Do có hai loại mômen nghiêng
gây mất ổn định cho tàu như trên nên cũng có hai loại ổn định tàu thủy được
quan tâm nghiên cứu là ổn định tĩnh và ổn định động.
Ổn định tàu thủy được xét ở hai giai đoạn: ổn định ở góc nghiêng nhỏ
(hay ổn định ban đầu) khi tàu nghiêng góc q < 12° và ổn định ở góc nghiêng lớn
khi tàu nghiêng góc q > 12°. Sở dĩ phải chia ra hai giai đoạn nghiêng là do khi q
< 12°, các đặc trưng hình học phần chìm của tàu có thể xem như chưa thay đổi
(V
q
= V
0
, d
q
= d
0
), các đại lượng hình học liên quan đến ổn định gần như không
đổi (r
q
= r

0
, h
q
= h
0
, C
q
º C
0
) hoặc thay đổi theo các quy luật xác định (Quỹ tích
của tâm nổi C và tâm ổn định M là các đường cong có phương trình xác định).
Tuy nhiên khi q > 12° thì những điều trên không còn đúng nữa (V
q
¹ V
0
, d
q
¹ d
0
),
tâm nổi C dịch chuyển theo quỹ đạo giả Elipe và tâm ổn định M dịch chuyển
theo đường cong ngược luôn nằm trên quỹ đạo của C.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
3
Cho đến nay thế giới đã có hơn 60 phương pháp tính ổn định tàu thủy
nhưng vẫn chưa có một phương pháp nào tỏ ra vượt chội về độ chính xác cũng
như khối lượng tính toán. Nguyên nhân chủ yếu là do tàu thủy luôn chịu tác dụng
của ngoại lực thay đổi đồng thời nó lại được đặt trên một nền đàn hồi với lực tác
dụng lên đáy tàu là khác nhau ở những thời điểm khác nhau. Do đó tất cả các
công thức tính toán cho tàu thủy đều là các công thức gần đúng, với độ chính xác

không cố định trong các điều kiện ngoại lực. Khi đó việc tính toán ổn định tàu
cho thủy theo các công thức này sẽ dẫn đến sai số dây chuyền cho kết quả tính.
Để hạn chế những sai số này, đã có nhiều phương pháp được đưa ra, trong
đó điển hình là cách chia nhỏ từng nhóm tàu theo vùng hoạt động (tàu sông, tàu
biển, hoăc phân theo vùng hạn chế hoạt động), theo chức năng hàng hải (tàu
hàng, tàu cá, tàu khách) hoặc theo đặc điểm kết cấu (vật liêu, hình dạng vỏ tàu,
chiều cao mạn khô)…nhằm đưa ra từng nhóm công thức áp dụng tính cho từng
nhóm tàu nói trên. Cách làm này được cụ thể hoá bằng các quy phạm của đăng
kiểm, từ đó cho ra một phương pháp thiết kế mới là thiết kế tàu theo quy phạm.
Cách làm này cơ bản giải quyết được các vấn đề về đảm bảo ổn định cho tàu thiết
kế, tuy nhiên nó lại nảy sinh một vấn đề đó là đa phần các tàu được thiết kế theo
quy phạm đều thừa ổn định, dẫn đến ảnh hưởng xấu cho các tính năng hàng hải
khác cũng như giá thành con tàu.
Với những lý do trên, cho đến nay bài toán ổn định tàu thủy vẫn được tập
trung nghiên cứu. Hiện nay, việc thiết kế tàu trên máy tính đang được sử dụng
rộng rãi mà AutoShip là một phần mềm điển hình. Với các module của mình,
AutoShip có thể tính toán tự động ổn định cho tàu thiết kế sau đó tiến hành kiểm
tra ổn định, thậm chí mô phỏng tình trạng hoạt động của tàu trong các điều kiện
ngoại lực khác nhau.
Như vây, việc tiếp tục nghiên cứu nhằm hoàn thiện bài toán tính chính xác
ổn định tàu thủy là một nhu cầu cấp thiết.




PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
4
1.1.2 Mômen hồi phục và cánh tay đòn ổn định tàu thủy
1.1.2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định tàu thủy.
1) Bản vẽ tuyến hình lý thuyết tàu thủy.

Bản vẽ tuyến hình lý thuyết tàu thủy là bản vẽ mô tả hình dáng hình học
bên ngoài con tàu được xây dựng trên ba mặt hình chiếu cơ bản. Đây là tài liệu
thiết kế cơ bản, nó được dùng để tính toán các tính năng của tàu, để lập sơ đồ bố
trí chung, để kiểm tra việc lắp ráp khi đóng tàu…
Tuyến hình tàu là yếu tố quan trọng nhất của tàu thủy vì nó quyết định
toàn bộ các tính năng hàng hải của con tàu. Một con tàu được xem là có tuyến
hình tốt thì phải đảm bảo ổn định, lắc êm, quay trở tốt, sức cản nhỏ…
Cách xây dựng bản vẽ tuyến hình lý thuyết tàu thủy:
- Chia chiều dài tàu thành 10 hoặc 20 khoảng sườn đánh số thứ tự từ 0 bắt
đầu ở trục lái và kết thúc ở trục mũi (Các sườn phía đuôi tàu trước sườn 0 đánh
số thứ tự âm).
- Chia chiều cao tàu thành 5 đến 7 mặt đường nước (MĐN), đánh số thứ tự
từ dưới lên, MĐN dưới cùng đi qua đáy tàu gọi là mặt cơ bản (MCB). Các MĐN
được đánh theo số la mã (ĐN I, ĐN II…)
- Chia chiều ngang tàu thành các mặt cắt dọc (MCD) song song với mặt
phẳng đối xứng dọc tàu (thường là 5 hoặc 7 MCD). Khi đó mặt phẳng đối xứng
dọc gọi là cắt doc giữa (CDG), hai bên là các CD 1, CD 2…
Các đường này trên ba hình chiếu phải đảm bảo mối tương quan về hoạ
hình, phải trơn đều và phải thể hiện chính xác vỏ tàu. Hình dáng hình học của
sườn tàu được thể hiện trên hình chiếu cạnh, các MCD được thể hiện trên hình
chiếu đứng và các MĐN được thể hiện trên hình chiếu bằng.
2) Các đại lượng hình học của thân tàu.
a) Các kích thước cơ bản của tàu:
+ Chiều dài lớn nhất (L
max
): là khoảng cách nằm ngang giữa hai điểm xa
nhất của sống mũi và sống đuôi tàu.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
5
+ Chiều dài thiết kế (L

TK
): là khoảng cách giữa giao điểm của mớn nước
thiết kế với sống mũi và sống đuôi tàu.
+ Chiều rộng lớn nhất (B
max
): là khoảng cách đo giữa hai mặt phẳng song
song với mặt phẳng đối xứng dọc và tiếp xúc với hai mạn tàu tại điểm xa nhất
của chúng.
+ Chiều rộng thiết kế (B
TK
): là khoảng cách đo giữa hai mạn tàu trên đường
nước thiết kế tại MCN rộng nhất (thường là MCN giữa tàu).
+ Chiều cao mạn khô (H): là khoảng cách đo được tại vị trí sườn giữa từ
MCB đến mép boong theo phương thẳng đứng.
+ Mớn nước thiết kế (T
TK
): là khoảng cách đo theo phương thẳng đứng từ
MCB đến MĐN thiết kế của tàu.
b) Các tỉ số hình dáng và các hệ số béo:
Để đặc trưng cho hình dạng vỏ bao tàu, người ta thường dùng các tỉ số
hình dáng và các hệ số béo.
+ Tỉ số B/L đặc trưng cho tính di động của tàu.
+ Tỉ số B/T đặc trưng cho tính ổn định, tính chòng chành và tính di động
của tàu.
+ Tỉ số H/T đặc trưng cho tính ổn định ở góc nghiêng lớn và tính chống
chìm của tàu.
Các hệ số béo là các đại lượng không thứ nguyên dùng để biểu thị đặc
trưng hình dạng phần chìm của thân tàu, gồm có:
+ Hệ số diện tích MĐN (a): là tỉ số giữa diện tích MĐN (S) và diện tích
hình chữ nhật ngoại tiếp MĐN đó.


B
L
S
.
=
a

Trong đó: S là diện tích MĐN ứng với mớn nước đang xét.
L là chiều dài MĐN ứng với mớn nước đang xét.
B là chiều rộng MĐN ứng với mớn nước đang xét.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
6
+ Hệ số diện tích MCN (b): là tỉ số giữa diện tích MCN và diện tích hình
chữ nhật ngoại tiếp MCN đó.

b
=
T
B
.
w

Trong đó: w là diện tích MCN tại mớn nước đang xét.
B là chiều rộng MCN tại mớn nước đang xét.
T là mớn nước đang xét.
+ Hệ số thể tích chiếm nước (d): là tỉ số giữa thể tích chiếm nước với thể
tích hình hộp chữ nhật ngoại tiếp tàu tại mớn nước đang xét.

d

=
T
B
L
V
.
.

Trong đó: V là thể tích chiếm nước tàu tại mớn nước đang xét
L là chiều dài MĐN tại mớn nước đang xét.
B là chiều rộng MĐN tại mớn nước đang xét.
T là mớn nước đang xét.
Ngoài ra còn có hai hệ số béo phụ khác:
+ Hệ số lăng trụ đứng (c): là tỉ số giữa thể tích chiếm nước của tàu với thể
tích hình lăng trụ đứng có đáy là MĐN ứng với mớn nước đang xét và chiều cao
là mớn nước.

T
S
V
.
=
c

Trong đó: V là thể tích chiếm nước tàu ứng với mớn nước đang xét.
S là diện tích MĐN ứng với mớn nước đang xét.
T là mớn nước đang xét.
+ Hệ số lăng trụ dọc tàu (j): là tỉ số giữa thể tích chiếm nước của tàu với
thể tích hình trụ có đáy là MCN có diện tích lớn nhất và chiều cao là chiều dài
MĐN tại mớn nước đang xét.


L
V
.
w
j
=

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
7

Trong đó: V là thể tích chiếm nước tàu ứng với mớn nước đang xét.
w là diện tích MCN tại mớn nước đang xét.
L là chiều dài MĐN ứng với mớn nước đang xét.
1.1.2.2 Mômen hồi phục và tay đòn ổn định tàu thủy.
Ở đây ta chi xét đến ổn định ngang, tức xét ổn định cho tàu khi chịu
mômen làm nó nghiêng ngang một góc q.
Khi chiu tác động của mômen nghiêng M
ng
, tàu sẽ nghiêng dần cho đến
khi đạt góc nghiêng q thì cân bằng, khi đó tổng mômen và tổng ngoại tác dụng
lên tàu bằng không.
î
í
ì
=
= +
PD
zzSinDyCosDzzSinPM
ccccgng

0).( ).(.
00
qqq

Þ
M
ng
= P.(Cos
q
.y
c
+ (z
c
- z
c0
).Sin
q
-(z
g
-z
c0
).Sin
q
)
Sở dĩ khi tàu nghiêng đến góc q thì thôi không nghiêng nữa là do khi tàu
nghiêng, trọng lực
P
và lực nổi
D
đã bị lệch phương tạo thành một ngẫu lực,

ngẫu lực này gây ra một mômen chống lại mômen nghiêng M
ng
gọi là mômen hồi
phục M
hp
. Vậy khi tàu nghiêng cân bằng nghĩa là M
hp
= M
ng
.
Vậy ta có

ï
î
ï
í
ì
=
+=
hphp
cgccchp
lPM
SinzzSinzzCosyPM
.
))()((
00
qqq


qqq

SinzzSinzzCosyl
cgzcchp
)()(
00
+=Þ

gọi là tay đòn hồi phục hay tay đòn ổn định tàu thuỷ (l
q
)
Tay đòn hồi phục l
q
là tay đòn của ngẫu lực
P
và
D
xuất hiện khi tàu
nghiêng. Trên hình vẽ, l
q
là đoạn GK



PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
8
0
y
z
G
0
Co

C
0
K
P
D
M
ng

Hình1.1 Sơ đồ ngoại lực tác dụng lên tàu

Mômen hồi phục M
q
có thể phân thành hai thành phần
M
hp
= M
q

= M
hd
- M
tl
= P.(l
hd
- l
tl
)
Nên ta có tương ứng
l
q

= l
hd
- l
tl

Trong đó:
l
hd
= y
c
.Cos
q
+ (z
c
- z
c0
).Sin
q

là tay đòn ổn định hình dáng, phụ thuộc và hình dạng vỏ tàu.
l
tl
= (z
g
-z
c0
). Sin
q

là tay đòn ổn định trọng lượng, phụ thuộc và sự phân bố tải trọng trên tàu.

Tay đòn ổn định l
q
được thể hiện dưới dạng một đồ thị trong hệ trục toạ độ
Decac với 2 trục là l
q
và q gọi là đồ thị ổn định tĩnh hay đồ thi Read.






PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
9
A
C
O
D
B
0
0
V
1 rad
l
max
0
max
h
o
l

0

Hình 1.2 Đồ thị ổn định tĩnh

1.1.3 Tiêu chuẩn ổn định
Tiêu chuẩn ổn định là những chỉ tiêu hoặc những định mức nhằm đảm bảo
an toàn tối đa cho con tàu về phương diện ổn định. Tất cả các loại tàu phải đảm
bảo yêu cầu cơ bản về ổn định chung, ngoài ra còn phải thỏa mãn các yêu cầu
khác ứng với riêng từng loại tàu.
1) Tiêu chuẩn vật lý
Tiêu chuẩn này được xây dựng trên cơ sở giải bài toán cân bằng của tàu
dưới tác dụng của tất cả các mômen ngoại lực. Tiêu chuẩn vật lý có tính khoa
học cao, sáng tạo, nó tạo điều kiện để tìm kiếm và áp dụng những sáng kiến mới.
Tuy nhiên, việc xây dựng cũng như tính ổn định cho tàu theo tiêu chuẩn này là
rất phức tạp và khó thực hiện, đặc biệt nó đòi hỏi phải có nghiên cứu thực
nghiệm.
Vì những lý do trên nên tiêu chuẩn vật lý chỉ được áp dụng ở một số nước
như Nga, Nhật, Mỹ, Trung Quốc…
2) Tiêu chuẩn thống kê
Hệ tiêu chuẩn thống kê được xây dựng trên cơ sở:
- Thống kê những vụ đắm tàu do thiếu ổn định.
- Xác định những yếu tố thiếu ổn định là nguyên nhân gây ra tai nạn đắm
tàu.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
10
- Xác định giới hạn của các yếu tố đó và đưa ra thành tiêu chuẩn.
Với cách xây dựng như vậy nên hệ tiêu chuẩn thống kê rất phù hợp với
thực tế tuy nhiên nó lại khó áp dụng cho các mẫu tàu mới.
Ở Việt Nam hiện nay chúng ta dùng hệ tiêu chuẩn do IMO đề xuất. Tiêu
chuẩn này được xây dựng trên cơ sở phương pháp của nhà khoa học Rakhale,

gồm một hệ sáu điều kiện như sau:
+ h
0
³ 0.35 m
+ l
q30
³ 0.20 m
+ q
m
³ 25
o
¸ 30
o

+ l
đ30
³ 0.055 m
+ l
đ40
³ 0.090 m
+ l
đ40
– l
đ30
³ 0.030 m
Kiểm nghiệm thực tế cho thấy đối với tàu cá ven biển Việt Nam thì tiêu
chuẩn IMO là khá phù hợp. Tuy nhiên, trong kết quả nghiên cứu của mình, PGS
TS Nguyễn Quang Minh đã chứng minh được đối với tập hợp các tàu nghề cá
ven bờ các tỉnh nam Việt Nam thì điều kiện l
q30

³ 0.02 m có thể xem là tiêu
chuẩn tương đương với cả hệ sáu tiêu chuẩn IMO.
Từ tiêu chuẩn tương đương đó, PGS TS Nguyễn Quang Minh đã thiết lập
tiêu chuẩn ổn định đơn giản cho tàu cá Việt Nam như sau:

10
229 B
H
B
H
B -
=
ú
û
ù
ê
ë
é
³

Như vậy, một con tàu có các tỉ lệ kích thước như trên sẽ cơ bản đảm bảo
ổn định trong điều kiện hoạt động của mình.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
11
1.2 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TAY ĐÒN ỔN ĐỊNH TÀU THỦY THEO ĐỀ
NGHỊ CỦA GIÁO SƯ VLAXÔP. GIÁ TRỊ ỨNG DỤNG VÀ NHU CẦU
NGHIÊN CỨU HOÀN THIỆN
1.2.1 Sơ lược về các phương pháp truyền thống tính ổn định tàu đi biển
Các yếu tố ảnh hưởng đến tính ổn định tàu thủy là y
c

, z
c
và z
g
. Một con tàu
được thiết kế và đóng xong hoàn toàn có thể xác định được các yếu tố trên. Khi
tàu chưa nghiêng ta có:

V
M
z
Vxoy
c
=


V
M
y
Vxoz
c
=

Trong đó:
- M
Vxoy
và M
Vxoz
là mômen của thể tích chiếm nước tàu đối với mặt phẳng
xoy và mặt phẳng xoz.

- V là thể tích chiếm nước của tàu.
z
g
=
å
=
n
i
ii
zm
M
1
.
1

Trong đó:
- M là tổng khối lượng tàu.
- n là số chi tiết cấu thành con tàu.
- m
i
, z
i
là khối lượng và cao độ của từng chi tiết.
Khi tàu ngiêng góc nghiêng q ta có z
g
không thay đổi, tuy nhiên tâm nổi C
di chuyển theo một đường cong không xác định. Ở góc nghiêng q, tâm C chuyển
thành C
q
(x

cq
, y
cq
, z
cq
). Vậy vấn đề ở đây là phải xác định quỹ tích của tâm nổi C
khi tàu nghiêng hay chính xác là xác định y
cq
và z
cq
ở từng góc nghiêng q. Đây
chính là nét chung của các phương pháp tính tay đòn ổn định tàu thủy truyền
thống.


PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
12
1.2.1.1 Phương pháp tính trực tiếp tay đòn ổn định tàu thủy.
l
q
= y
c
. Cos
q
+ (z
c
- z
c0
).Sin
q

- (z
g
-z
c0
). Sin
q

Vậy vấn đề cần tính ở đây là xác định y
cq
, z
cq
và z
c0
rồi thay vào công thức
trên, tính cho từng góc nghiêng q ta sẽ được tay đòn l
q
.

V
M
z
Vxoy
c
0
0
=

z
c
q

=
V
M
Vxoy
q


V
M
y
Vxoz
c
q
q
=

Trong đó:
- M
Vxoyq
là mômen tĩnh của thể tích chiếm nước tại góc nghiêng q đối với
mặt phẳng toạ độ xoy.
- M
Vxozq
là mômen tĩnh của thể tích chiếm nước tại góc nghiêng q đối với
mặt phẳng toạ độ xoz.
- V là thể tích chiếm nước của tàu.
Các giá trị trên có thể tính gần đúng bằng phương pháp tính hình thang
với số liệu được đo trực tiếp từ bản vẽ tuyến hình tàu.
Như vậy ở mỗi góc nghiêng q ta tính được một giá trị y
c

, z
c
. Thay vào
công thức trên ta tính được l
q
. Quỹ tích tất cả các giá trị l
q
là đồ thị tay đòn ổn
định tĩnh của tàu thủy.
1.2.1.2 Phương pháp tính tay đòn ổn định tàu thủy theo đề nghị của Viện
sĩ Krưlôp A.N.
Phương pháp tính tay đòn ổn định tàu thủy của Viện sỹ Krưlôp được dựa
trên nền tảng lý thuyết vô cùng bé của nhà toán học Ơle. Nội dung cơ bản của lý
thuyết này được phát biểu: “Nếu hai mặt đường nước tương đương nghiêng với
nhau một góc Dq vô cùng bé thì giao tuyến chung của hai mặt này sẽ đi qua trọng
tâm của cả hai MĐN đó ”.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
13
Dựa trên cơ sở đó, Krưlôp tiến hành xác định vết của các đường nước
tương đương khi cho tàu nghiêng từ 0
o
đến 90
o
theo từng góc nghiêng Dq vô cùng
bé. Phương pháp vạch các MĐN tương đương theo đề nghị của Viện sĩ Krưlôp
được tiến hành như sau:
- Khi tàu nghiêng một góc q, tâm nổi C dịch chuyển từ C
0
đến C
q

theo một
đường cong trơn. Cung C
0
C
q
là quỹ tích tâm nổi C khi tàu nghiêng.
- Chia cung C
0
C
q
thành n cung nhỏ, khi đó mỗi cung C
i
C
i+1
được xem như
trùng với dây cung
1+ii
CC
(i = 1¸(n - 1)).
- Vết của MĐN đẳng tích trên MCN tại mỗi góc nghiêng iDq sẽ song song
với tiếp tuyến của cung C
0
C
q
tại vị trí C
i
.
- Vết của MĐN thứ (i +1) sẽ đi qua trọng tâm của MĐN thứ i. Trên MCN
vết của MĐN là một đoạn thẳng. Do đó đoạn thẳng thứ (i +1) sẽ hợp với đoạn
thẳng thứ i góc Dq và đi qua trung điểm của đoạn thứ i.

C
o
C
0
O
y
z
C
i
dy
d(z
c
- z
c0
)
M
d0
M
ng

Hình 1.3 Tính tay đòn ổn định theo Krưlôp

Mối quan hệ giữa bán kính tâm ổn định r
q
và đặc điểm hình học của MĐN
đẳng tích nghiêng tương ứng tại mỗi góc q được xác định theo công thức:
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
14

V

J
r
x
=
q


Trong đó :

ò
+=
m
d
L
L
phtrx
dxyyJ )(
3
1
33
q

là mômen quán tính của diện tích MĐN tại góc nghiêng q.
Khi có góc nghiêng ngang Dq đủ bé, ta có biểu thức vi phân:

î
í
ì
=-
=

qq
qq
q
q
dSinrzzd
dCosrdy
cc
c
)(

0

Do đó các giá trị y
c
và (z
c
-z
o
) có thể được tính theo các tích phân xác định:

ï
ï
î
ï
ï
í
ì
=-
=
ò

ò
q
q
q
q
qq
qq
0
0
0


dSinrzz
dCosry
cc
c

Với cách tính như trên, phương pháp tính tay đòn ổn định của Viện sỹ
Krưlôp đạt được độ chính xác rất cao nên có thể xem là hoàn hảo về mặt lý
thuyết và phương pháp. Tuy nhiên cũng như một số phương pháp truyền thống
khác, phương pháp của Viện sỹ Krưlôp vẫn còn một số tồn tại :
- Khối lượng công việc tính toán rất lớn.
- Toàn bộ số liệu đầu vào phải đo trực tiếp từ bảng tọa độ đường hình với tỉ
lệ lớn, do đó sai số trong khi đo là không thể tránh khỏi.
- Sai số tích tụ do nhiều phép toán gần đúng, đặc biệt là các phép tích phân,
lũy thừa sẽ dẫn đến sai số cho kết quả tính và quan trọng hơn là sai số đó không
thể kiểm soát được.
- Một hạn chế khác của phương pháp Krưlôp xuất hiện trong thời điểm hiện
tại đó là nhu cầu quản lý việc tính toán tính ổn định cũng như các tính năng khác
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com