Luận văn Thiết kế canô kéo dù bay phục vụ du lịch trên vịnh Nha Trang
Luận văn
Thiết kế canô kéo dù bay
phục vụ du lịch trên vịnh
Nha Trang.
CHƯƠNG 1
ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1.TỔNG QUAN.
Như chúng ta đã biết trong những năm gần đây, ngành du
lịch của tỉnh
Khánh Hoà phát triển rất mạnh mẽ, đặc biệt là
thành phố Nha Trang, với thiên nhiên ưu đãi nơi đây có một quần
thể các đảo, những bãi tắm tuyệt đẹp với lòng biển chứa rừng San
Hô khoảng 350 loài và có hơn 350 loài sinh vật biển vịnh Nha
Trang không chỉ giàu tài nguyên, đẹp cảnh quan mà còn gắn liền
với những nét đẹp của văn hóa biển và những địa chỉ văn hóa - du
lịch như Tháp bà Ponagar, Viện Pasteur Nha Trang, bảo tàng
A.Yersin, bảo tàng biển lớn nhất Đông Dương.... Chính vì lý do
trên nên vịnh Nha Trang được công nhận là một trong 29 vịnh đẹp
của thế giới.
Khách du lịch đến Nha Trang không chỉ tắm biển mà còn
muốn chinh phục Đại Dương vươn ra các hòn đảo, chơi nhiều trò
chơi với cảm giác mạnh như: đi môtô nước, bay dù kéo bằng ca
nô…
Xuất phát từ những nhu cầu thực tế trên, em đã được giao thực
hiện đề tài với nội dung: Thiết kế canô kéo dù bay phục vụ du lịch
trên vịnh Nha Trang.
Thực tế nhận thấy, một trong những yếu tố quan trọng và khó
khăn khi thiết kế chế tạo ca nô là phải đạt được tốc độ cao. Về mặt
lý thuyết có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ: Đặc điểm
đường hình, bố trí chung, hệ thống động lực…Do đó thiết kế ca nô
là một bài toán phức tạp và có ý nghĩa quan trọng.
Ở nước ta hiện nay ca nô chủ yếu được thiết kế dựa trên những
ca nô mẫu có tốc độ cao và có tính năng tốt được thử nghiệm.
Vì vậy trong đề tài này, chúng tôi cũng dựa trên những ca nô
có sẵn nhưng có sự phân tích và lựa chọn nhằm mục đích đưa ra
mẫu ca nô phù hợp về mặt tính năng, tốc độ, phù hợp điều kiện
kinh tế- kỹ thuật- công nghệ nước ta hiện nay.
* Đặc điểm địa hình và khí hậu vịnh Nha Trang
Vịnh Nha Trang có diện tích khoảng 507 km2 bao gồm 19 hòn
đảo, trong đó Hòn Tre là đảo lớn nhất, diện tích 3.250 ha; đảo nhỏ
nhất là Hòn Nọc, chỉ 4 ha. Vịnh Nha Trang có khí hậu hai mùa rõ
rệt. Mùa khô kéo dài từ tháng riêng đến tháng tám, mùa mưa từ
tháng chín đến tháng mười hai, Nhiệt độ bình quân là 26 độ C,
nóng nhất 39 độ C, lạnh nhất 14,4 độ C, gió với tần suất khác nhau,
mùa đông hướng gió Tây Bắc và Bắc Đông Bắc, chiếm tới tần suất
8090 %. Về mùa hạ hướng gió là Tây và Tây Nam chiếm tần suất
trên 50%. Tốc độ gió trung bình vào khoảng 2 – 2,5 (km/h). Những
đặc điểm khí hậu trên rất thuận lợi cho tham quan du lịch biển.
1.2. GIỚI THIỆU CÁC VẬT LIỆU DÙNG TRONG CHẾ TẠO
CANÔ.
Gỗ là loại vật liệu phổ biến và từ lâu đã được sử dụng trong
việc đóng tàu thuyền ở Việt Nam cũng như trên thế giới vì dễ thực
hiện cùng với nguồn cung cấp dồi dào và giá rẻ. Ở nước ta hiện
nay vẫn còn dùng nhiều gỗ để đóng và sửa chữa đội tàu đánh cá
dân gian và tàu vận tải trên sông. Ngày nay với sự phát triển về
dân số làm cho nguồn gỗ ngày càng cạn kiệt, nếu đóng nhiều tàu
gỗ thì nguy cơ phá rừng cao, gây hại cho môi trường. Thép là loại
vật liệu được sử dụng rộng rãi nhất trong đóng tàu, nhờ có những
đặc tính ưu việt của thép về tính năng cơ học, giá thành hợp
lý…mà người ta có thể đóng những con tàu dài đến 500m trọng tải
trên đưới 1/2 triệu tấn trong khi đó vật liệu gỗ chỉ đóng được con
tàu trên dưới 50 ÷ 60m.
Tuy nhiên, cả hai vật liệu truyền thống này khi làm vỏ tàu đòi
hỏi quy trình bảo dưỡng rất nghiêm khắc. Tàu vỏ gỗ phải kéo lên
bờ định kỳ, tàu vỏ thép cũng phải đưa vào ụ hoặc lên đà để bảo
dưỡng định kỳ.
Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ hiện đại dẫn đến nhu cầu
to lớn về loại vật liệu, đồng thời có nhiều tính chất cần thiết mà các
vật liệu nêu trên (kim loại, ceramic, polymer) khi đứng riêng rẽ
không thể có được, mà nổi bật là loại vừa bền lại vừa nhẹ, lại có
tính ăn mòn cao. Tính chất cơ bản và cần thiết nhất của vật liệu mà
phần lớn các sản phẩm cơ khí, chế tạo máy đòi hỏi là tính chịu nén,
kéo, chịu ăn mòn và nhẹ. Qua nghiên cứu, người ta đã tìm được
phức hợp vật liệu gồm sợi các bon chịu kéo và keo silicát chịu nén
có thể bổ trợ cho nhau, cả hai cùng nhẹ và không bị ăn mòn hoá
học, đây là vật liệu mới vật liệu Composite (FRP).
Canô là một phương tiện nhỏ dùng để phục vụ quân sự, vận
chuyển hàng hoá, hành khách, phục vụ du lịch, tuần tra, cứu nạn,
trên các sông, hồ, vịnh… Vì đặc điểm của canô là phải có tốc độ
cao, có lượng dãn nước nhỏ, tính quay trở tốt, tính năng động cao,
khối lượng nhỏ dễ dàng vận chuyển….Chính những yếu tố trên
nên yêu cầu vật liệu chế tạo ca nô cũng phải phù hợp. Trước đây
khi chưa có vật liệu Composite hầu hết các canô đều được chế tạo
từ hợp kim nhôm vì hợp kim này nhẹ, độ bền cao, khả năng chống
chịu môi trường lớn nên phù hợp được các yêu cầu về độ bền, tốc
độ, lượng dãn nước nhỏ, tính thẩm mỹ, phương pháp thi
công…Hiện nay với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ hiện
đại, vật liệu mới cũng ra đời đó là vật liệu Composite (FRP) vật
liệu mới này có những đăc điểm sau:
* Ưu điểm:
+ Có độ bền vững cao, trọng lượng nhẹ.
+ Có độ tính hoá học tốt, tính cơ học cao.
+ Chịu được biến dạng uốn.
+ Chịu tác dụng lực liên tục.
+ Không thấm nước.
+ Riêng nhựa pholyester có độ bền chịu nhiệt cao,
chịu ẩm và xâm thực của môi trường.
+ Phương thức thi công đơn giản, tuổi thọ cao.
+ Giá thành phù hợp.
* Nhược điểm:
+ Modun đàn hồi thấp.
+ Sức chịu ma sát và chịu đập thấp.
+ Bị giòn khi nhiệt độ cao.
Chính những ưu điểm nổi bật của vật liệu mới nên nó thay thế
dần vật liệu nhôm trong chế tạo canô trước kia. Vì vậy, trong đề tài
này tôi cũng sử dụng vật liệu Composite trong việc chế tạo vỏ canô
kéo dù bay.
Chương 2:
VẬT LIỆU COMPOSITE
1.3.1.Định nghĩa thành phần và phân loại.
1.3.1.1. Định nghĩa.
Vật liệu Composite hay Composite là vật liệu tổ hợp từ hai
vật liệu có bản chất khác nhau. Vật liệu tạo thành có đặc tính trội
hơn đặc tính của từng vật liệu thành phần khi xét riêng rẽ. Tuy
nhiên, định nghĩa này chưa đầy đủ. Vật liệu composite được xác
định theo các tiêu chuẩn:
- Cả hai chất thành phần phải có tỷ lệ lớn hơn 5%.
- Chỉ khi các pha thành phần có cơ tính khác nhau và cơ tính
của vật liệu Composite khác một cách đáng kể với cơ tính của vật
liệu thành phần.
- Trong vật liệu Composite, các vật liệu thành phần không hoà
tan hẳn vào nhau.
Về phương diện hoá học, Composite có hai pha (hoặc nhiều
hơn) riêng biệt, được phân ra bởi mặt phân cách riêng biệt. Thành
phần liên tục tồn tại với khối lượng lớn trong Composite gọi là
nền. Composite có thể là nền gốm, kim loại hoặc polymer.
Thành phần thứ hai được gọi là cốt, có tác dụng làm tăng cơ
tính cho vật liệu nền. Cơ tính của vật liệu composite phụ thuộc
vào: Cơ tính của vật liệu thành phần, luật phân bố hình học của vật
liệu cốt, tác dụng tương hỗ giữa các vật liệu thành phần,….
1.3.1.2. Phân loại.
Vật liệu Composite được phân loại theo hình dáng và theo bản
chất của các vật liệu thành phần.
* Theo bản chất vật liệu nền: Tùy thuộc vào bản chất vật liệu
nền, vật liệu Composite chia thành ba nhóm:
- Composite nền kim loại (như hợp kim nhôm, titan…) với vật
liệu cốt dạng: Sợi kim loại (Bo); sợi khoáng (cacbon, SiC).
- Composite nền khoáng (gốm) với cốt là các dạng: sợi kim
loại (Bo); hạt gốm (cacbua,nitơ). Hạt kim loại (chất gốm
kim).
- Composite nền hữu cơ (nhựa, hạt) cùng với vật liệu cốt dạng:
sợi hữu cơ (polyamit, Kevlar..); sợi khoáng (thuỷ tinh
cacbon…); sợi kim loại (Bo, nhôm..)
* Theo hình dáng vật liệu cốt:
- Vật liệu Composite cốt sợi: Khi vật liệu cốt là các sợi, ta gọi
là Composite cốt sợi, sợi được sử dụng có thể dưới dạng liên tục,
có thể dưới dạng gián đọan: Sợi ngắn, vụn….Ta có thể điều khiển
sự phân bố, phương của sợi để có vật liệu dị hướng theo ý muốn.
Và cũng có thể tạo ra các vật liệu có cơ lý tính khác nhau, khi chú
ý tới:
+ Bản chất của vật liệu thành phần.
+ Tỷ lệ các vật liệu tham gia
. + Phương của sợi.
- Vật liệu Composite cốt hạt: Khi vật liệu cốt có dạng hạt, ta
gọi là Composite cốt hạt. Hạt khác sợi ở chỗ, nó không có kích
thước ưu tiên. Hạt thường được sử dụng để cải thiện một số cơ tính
của vật liệu nền, chẳng hạn tăng độ cứng, tăng khả năng chịu nhiệt,
chịu mòn, giảm khả năng co ngót…
1.3.1.3. Vật liệu Composite (FRP) chế tạo canô.
Vật liệu Compositer (FRP) trong chế tạo canô là cốt sợi thuỷ tinh
nền nhựa polyester không no.
* Cốt là những tấm sợi thuỷ tinh băm (sau đây gọi là “tấm sợi
băm”), những tấm vải sợi thuỷ tinh thô (sau đây gọi là “vải sợi thô
”), và sợi thuỷ tinh thô (sau đây gọi là “sợi thô”), dùng làm cốt cho
FRP được chế tạo từ sợi dài.
* Mát gồm các lớp sợi liên tục hoặc gián đoạn, phân bố hỗn
loạn trong một mặt phẳng. Các sợi được giữ với nhau nhờ chất liên
kết có thể hoà tan hoặc không hoà tan trong nhựa, tuỳ thuộc vào
công nghệ sử dụng. Tính phân bố hỗn loạn của các sợi làm cho “
mát” có tính đẳng hướng trong mặt phẳng của nó.
Vải (hay băng) là một tổ hợp mặt các sợi, các mớ …vv, được
thực hiện nhờ kỹ thuật dệt. Vải gồm:
- Phương cơ bản (dọc), đó là tập hợp tất cả các sợi song song,
phân bố trong mặt phẳng theo chiều dài của vải.
- Phương ngang, đó là tập hợp tất cả các sợi bắc ngang qua
các sợi dọc.
Người ta phân biệt các loại vải dựa vào loại sử dụng (sợi đơn giản,
mớ…), có nghĩa là dựa vào khối lượng dài của sợi, và vào kiểu
tréo sợi dọc và ngang, bao gồm 4 kiểu: Lụa trơn, xa tanh, vân chéo,
kiểu đồng phương.
* Nhựa polyester.
Nhựa polyester được sử dụng từ lâu để chế tạo các vật liệu
Composite. Dựa trên mô đun đàn hồi, người ta phân loại polyester:
Nhựa nền, nhựa cứng vừa phải và nhựa cứng. Loại nhựa cứng
thường được sử dụng để chế tạo vật liệu composite. Chúng ta có
thể liệt kê một số cơ tính chính của loại nhựa cứng đã đóng rắn.
Khối
1.200 kg/m3
lương
riêng
2,8
3
Mô đun đàn hồi kéo
đến 3,5 Gpa
Mô đun đàn hồi uấn
đến 4 Gpa
Ứng suất phá huỷ kéo
đến 80 Mpa
50
Ứng suất phá huỷ uấn
đến 130 MPa
90
Biến dạng phá huỷ kéo
2 đến
5 %
Biến dạng phá huỷ uấn
7 đến
90 đến
10 đến
60 đến
9 %
Độ bền nén
200 MPa
Độ bền cắt
20 MPa
Nhiệt độ uấn cong dưới tải trọng (1,8 Mpa)
0
100 C
* Nhựa polyester có ưu điểm:
- Cứng.
- Ổn định kích thước.
- Khả năng thấm vào sợi và nhựa cao.
- Dễ vận hành.
- Chống môi trường hoá học.
- Giá thành hạ
* Nhựa polyeste có nhược điểm sau:
- Dễ bị nứt, đặc biệt nứt do va đập.
- Độ co ngót cao (khoảng 8 – 10%).
- Khả năng chịu hơi nước, nước nóng kém.
- Bị hư hại dưới tác hại của tia cực tím. -
Dễ bắt lửa.
- Chịu nhiệt trung bình (dưới 1200C).
chương 3:
CƠ SỞ LÝ THUYẾT THUỶ ĐỘNG
HỌC CA NÔ CAO TỐC
Đa số các canô hiện nay hoạt động dựa trên lý thuyết thuỷ
động học vì hoạt động trên nguyên lý này có hình dáng, kết cấu
đơn giản hơn hoạt động trên nguyên lý khí động học.
Trong đề tài này, canô được thiết kế cũng hoạt động trên
nguyên lý thuỷ động học do đó ta cần tìm hiểu về nguyên lý thuỷ
động học của canô cao tốc.
* Lực nâng và lực cản tấm phẳng.
Lực nâng và lực cản của tấm lướt ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ
của canô cao tốc, do đó ta cần xác định các thành phần lực này để
lựa chọn hình dáng đáy canô hợp lý nhất nhằm làm nhẹ cho ca nô
khi chạy.
Đối với các tàu chạy chậm hoặc tàu thuộc nhóm tàu chạy
nhanh đang đứng yên trên nước phương trình cân bằng được viết
dưới dạng trọng lượng toàn tàu đúng bằng lực nổi.
W
= .V
(1.1)
Trong đó W - trọng lượng tàu (Tấn).
V - thể tích chiếm nước (m3).
- trọng lượng riêng của nước (T/m3).
Tàu đang chạy, khi sang giai đoạn quá độ lực nâng bắt đầu tham
gia vào thành phần các lực tác dụng lên tàu, phương trình cân bằng
sẽ có dạng:
W
=
.V1+
L
(1.2)
Trong đó W- trong lượng thân tàu (tấn)
Trong đó: V1 - thể tích chìm của phần thân tàu trong trạng thái
đang chạy đủ nhanh, trong mọi môi trường V1<V.
L - lực nâng (KG).
Tàu chạy càng nhanh, lực nâng L càng lớn, V1 càng nhỏ dần,
song phương trình (1.2) luôn cân bằng.
Lực nâng xuất hiện trong quá trình thân tàu chạy lướt. Dưới tác
dụng của ngoại lực tấm đang nghiêng với góc tấn , chuyển động
với vận tốc v trong nước. khi chuyển động tấm có tác dụng làm
thay đổi hướng dòng, vận tốc dòng chảy trên tấm chia dòng thành
hai phần, phần dưới và phần trên. Điểm 0 nằm tại ranh giới giữa
hai miền đó gọi là điểm giới hạn. Từ định luật Bernoulli có thể xây
dựng đường phân bố áp lực thuỷ động, giá trị lớn nhất của đường
này phải rơi đúng vào điểm 0
Hình 1.1: Phân tích lực tấm phẳng.
Từ hình ảnh vừa có người ta có thể xây dựng các cách tính
xác định lực thủy động lên tấm dạng lướt. Tổng cộng tất cả lực
pháp tuyến trên hình 1.1 có thể quy tụ thành lực F tác động vuông
góc với tấm. Để giúp việc tính toán thuận lợi chúng ta sẽ tiếp tục
phân F thành các thành phần cấu thành mang ý nghĩa thực tế. Lực
F có thể phân thành hai thành phần Fy và Fx, theo hướng trục Oy và
Ox tương ứng. Cần giải thích ngay, trong kỹ thuật thành phần Fx
chính là lực cản chuyển động của tấm trong nước, thường được ký
hiệu bằng R hoặc D. Thành phần Fy thường được gọi là lực nâng L
.
Công suất kéo cần thiết của canô:
A = Fx.v = R.v =F.sin.v
(1.3)
Bỏ qua năng lượng tạo sóng lúc chuyển động có thể cho rằng
toàn bộ năng lượng được dùng cho việc đẩy tấm về trước đã dành
cho việc tạo các tia nước bắn tung tóe ra sau. Vận tốc dòng dạng
này phải bằng tổng vectơ của vận tốc tấm đang lướt và vận tốc
dòng so với tấm.
Vp = 2.v.cos(/2)
(1.4)
Trong khi đó khối lượng nước bị ném về trước trong quá
trình chuyển động của tấm, tính bằng v, với - mật độ nước
(kg/m3), - chiều dày dòng các tia nước bị phun (m).
Động năng của dòng bị phun tung tóe (Spray) có thể tính:
2
AS = ½.mvp = ½.v.(2.v.cos (/2))2 = 2. v3.cos2(/2)
(1.5)
So sánh (1.3) với (1.5) có thể viết:
F.v.sin = 2. v3.cos2(/2)
(1.6)
Từ đó:
2 2.cos2 ( / 2)
2.cos2 ( / 2)
F = v .
= v2. 2.cos( / 2).sin( / 2)
sin
(1.7)
Hoặc là F = v2.cotg(/2).
Lực nâng và lực cản tính theo công thức sau:
cot g
L = Fy = F.cos = v2. 2.cos( / 2)
(1.8)
cot g
D = Fx = F.sin = v2. 2.sin( / 2)
(1.9)
Công thức (1.8) cho phép phát biểu rằng, khi đã biết giá trị
của v và chúng ta có thể xác định ngay được lực nâng L và lực
cản D của tấm, nếu biết rõ về chiều dày lớp nước bị phun tung tóe.
Với góc tấn nhỏ chiều dày lớp này được tính theo công thức:
4
= .l. 2
(1.10)
Trong đó: l – chiều dài mặt ướt .
Hình ảnh dòng chảy dưới tấm phẳng (flat planing surface)
được giới thiệu tại hình 1.3. Giới thiệu phân bố vận tốc dòng, áp
lực thủy động lên tấm.
Hình 1.2. Giới thiệu phân bố vận tốc dòng áp.
Dòng nước bị bắn ngang dưới khối trụ đáy V được minh họa
tại hình 1.3a. Hướng dòng và vận tốc dòng được trình bày tại hình
1.3b.
Hình 1.3. Hình thể hiện hướng dòng nước.
Với tấm phẳng đang lướt, phân bố áp suất theo chiều ngang
đáy được giới thiệu tại hình 1.4a, còn phân bố dọc của áp suất
được trình bày tại hình 1.4b.
Hình 1.4. Hình phân bố áp suất theo chiều ngang đáy.
CHƯƠNG 4
YÊU CẦU KỸ THUẬT ĐỐI VỚI CA NÔ
KÉO DÙ BAY VÀ XÂY DỰNG NHIỆM
VỤ THƯ
Theo Quy phạm phân cấp và đóng tàu thủy cao tốc TCVN
6451 – 2004 thì tàu cao tốc được hiểu là tàu có tốc độ lớn nhất
được tính bằng mét/giây (m/s) hoặc hải lý/giờ (kn), bằng hoặc lớn
hơn trị số tính theo công thức sau đây:
V 3,70 0.1667 (m / s).
V 7,1922 0.1667 (kn) .
Tốc độ lớn nhất của tàu là tốc độ thiết kế mà tàu khi hạ thuỷ
lần đầu có thể đạt được ở công suất liên tục lớn nhất của máy
chính, chạy trên biển lặng, ở trạng thái ứng với đường nước chở
hàng thiết kế cao nhất.
Trong đó: - Thể tích chiếm nước tương ứng với đường nước
chở hàng thiết kế (m3).
Tàu khách cao tốc có thể phân thành 3 nhóm chính:
Nhóm 1: Tàu cao tốc cỡ nhỏ kiểu kết cấu boong hở,
được sử dụng để chuyên chở hành khách hoặc các hàng bưu kiện
trên sông có mớn nước cạn. Thiết bị đẩy ở đây thường là chân vịt
hoặc là thiết bị phụt nước. Lượng chiếm nước của nhóm tàu này
thường không vượt quá 3 tấn. Sức chở khách cỡ 12 người. Công
suất động cơ cỡ 107 HP, tốc độ cỡ 32 hl/h. Ngoài ra, trên những
tàu nhỏ hoạt động trên sóng lớn, hồ chứa nước và các vùng biển gần
bờ có thể sử dụng thiết bị đẩy là chân vịt.
Nhóm 2: Canô. Đây là loại tàu cao tốc chở khách được
sử dụng phổ biến trên các tuyến khác nhau. Lượng chiếm nước của
chúng có thể đạt tới 25 tấn, với sức chở khoảng 100 khách và tốc
độ 22 hl/h.
Nhóm 3: Canô chạy biển. Đây là loại tàu cao tốc cỡ
lớn nhất. Có lượng chiếm nước 60 – 70 tấn và lớn hơn, công suất
động cơ có thể đạt 825 HP.
2.1. YÊU CẦU KỸ THUẬT ĐỐI VỚI CA NÔ KÉO DÙ BAY.
2.1.1. Yêu cầu về tốc độ.
Yêu cầu về tốc độ, đối với ca nô kéo dù bay là vấn đề quan
trọng hàng đầu khi thiết kế đòi hỏi phải đạt được. Đặc điểm hình
học là một trong các yếu tố làm ảnh hưởng lớn đến tốc độ và tính
năng hàng hải của ca nô, đặc điểm hình học bao gồm các kích
thước chính và bản vẽ đường hình (hình dạng hình học). Đối với ca
nô kéo dù bay, tốc độ của ca nô yêu cầu đạt được là rất lớn, khi
kéo dù thì vận tốc của canô yêu cầu đạt được phải rất nhanh từ 0
cho đạt đến vận tốc cực đại để kéo cất chiếc dù lên, khi hạ dù canô
chuyển nhanh từ vận tốc cực đại về vận tốc nhỏ để đảm bảo chiếc
dù đang ở vị trí góc lệch lớn nhất được rơi xuống như tự do theo
phương thẳng đứng. Do đó, việc nghiên cứu xác định hợp lý giữa
máy và đặc điểm hình học có vai trò và ý nghĩa quan trọng.
2.1.2. Các yêu cầu đối với kích thước chính của canô kéo dù.
- Với nhiệm vụ của canô thiết kế dùng để kéo dù bay, kiêm
chở khách phục vụ du lịch vì thế phải đảm bảo được diện tích và
khoảng không gian cần thiết để bố trí chỗ ngồi của hành khách và
các thành phần tải trọng có mặt trên canô như hành lý và trang
thiết bị, các dự trữ khác…
- Các kích thước chính của canô nên có giá trị nhỏ nhất nhằm
đảm bảo được trọng lượng và giá thành canô.
- Tỷ số giữa các kích thước chính nằm trong giới hạn cho phép
nhằm đảm bảo tính năng hàng hải và tốc độ cuả ca nô.
Chiều dài L có ảnh hưởng quyết định đến mọi công việc như bố
trí trên canô và ảnh hưởng tới trọng lượng vỏ được thiết kế. Chiều
dài L lớn thì việc bố trí trang thiết bị trên canô dễ dàng hơn. Tuy
nhiên, sẽ tăng khối lượng vỏ ca nô ảnh hưởng tới tốc độ của canô.
Nếu chiều dài L của canô nhỏ thì sẽ làm cho việc bố trí trên canô
gặp khó khăn nhưng đổi lại khối lượng vỏ giảm. Vì vậy, cần phải
lựa chọn chiều dài L của canô một cách hợp lý, phải đảm bảo kết
hợp hài hoà giữa sức chở và tốc độ.
Chiều rộng B của canô có ảnh hưởng quyết định tới tính năng
của canô. Chiều rộng B quá lớn thì làm cho việc cân bằng dễ dàng
hơn, ổn định động khá tốt, tuy nhiên ổn định dọc sẽ giảm. Chiều
rộng B nhỏ đưa đến những điều không tốt cho phương tiện, B quá
nhỏ không đảm bảo ổn định ban đầu như mong đợi, ổn định động
của canô rất kém. Canô với B quá hẹp sẽ làm lực nâng đáy khi
canô chạy không đủ độ lớn và hậu quả là canô không nâng nổi
mình lên mặt nước dù cố chạy nhanh. Canô không nâng nổi mình
không thể chuyển sang chế độ lướt. Tuy nhiên, ưu điểm của dạng
này là ổn định dọc khá tốt, tính êm cũng khá tốt. Đồng thời tỷ lệ
L/B có ảnh hưởng lớn đến chọn chiều rộng B. Như vậy, có thể thấy
được rằng chọn chiều rộng B cho canô là công việc mang tính chất
dung hoà, theo đó B được chọn trên cơ sở thoả mãn rất nhiều điều
kiện ngược nhau.
Tỷ lệ B/T theo lý thuyết có ảnh hưởng lớn đến sức cản dư
trong giai đoạn đầu của chuyển động ca nô. Đối với canô cao tốc
thì điều này ảnh hưởng đến thời gian và độ dài quãng đường để ca
nô chuyển sang chế độ lướt. B/T lớn đưa ca nô nhanh chóng
chuyển sang chế độ lướt, mặc dù cấu hình này dẫn đến tình trạng
xấu nếu xét về mặt lắc. Tỷ lệ L/H có ảnh hưởng đến độ bền chung.
Tỷ lệ H/T ảnh hưởng đến tính ổn định và sức cản của canô. Lựa
chọn tỷ số H/T phải đảm bảo đủ mạn khô theo yêu cầu của quy
phạm, phải đủ lực nổi dự trữ do vậy phải cần lựa chọn H/T hợp lý
vì:
Nếu mớn nước T không thay đổi và chiều cao mạn H tăng lên,
trường hợp này thì tính ổn định canô tăng, giảm bớt tình trạng sóng
hắt lên boong, làm tăng chiều cao kiến trúc thượng tầng, lực cản do
gió tác dụng vào ca nô tăng, không có lợi về tốc độ.
Nếu mớn nước T không thay đổi, giảm chiều cao mạn H thì lúc
này trọng tâm canô tương đối thấp, ổn định ban đầu của canô được
tăng lên, lực cản do gió tác dụng vào canô giảm, tuy nhiên ổn định
động của canô giảm, sóng hắt lên boong.
Khi chiều cao H không thay đổi, giảm mớn nước T thì sức cản
của canô giảm, tốc độ canô tăng lên, tuy nhiên tính ổn định cũng
như tính lắc của ca nô sẽ giảm nhanh. Điều này không có lợi.
Khi chiều cao H không thay đổi và tăng mớn nước T, trường
hợp này thì sẽ có lợi về mặt ổn định và tính lắc của canô, nhưng lại
không có lợi cho tốc độ do phần chìm ca nô tăng làm diện tích tiếp
xúc nước của vỏ tăng nên lực cản lớn.
Các hệ số hình dáng canô cũng ảnh hưởng đến tính năng của
canô:
Hệ số diện tích mặt đường nước có quan hệ đến tính ổn định, tốc độ
và tính hàng hải.
Hệ số diện tích mặt đường nước có ảnh hưởng nhiều đến một
số tính năng của canô. Nếu hệ số lớn, bán kính ổn định ngang
ban đầu r0 sẽ lớn, lúc này tính ổn định của canô sẽ tăng lên. Nếu
lớn diện tích mặt đường nước lớn, lúc này mặt boong sẽ được mở
rộng thuận tiện cho việc thao tác và đi lại trên canô.
Nếu quá bé, nguy hiểm nhất là tính ổn định của canô giảm,
điều này không cho phép.
Hệ số thể tích chiếm nước có ảnh hưởng lớn đối với các tính
năng của canô. Nếu hệ số lớn thì sức cản tác dụng vào canô sẽ
lớn, công suất có ích của canô bị giảm nhưng bù lại sức chở của
canô lại lớn, lớn cũng làm giảm bán kính ổn định ngang của
canô, đồng thời làm giảm cao độ tâm nổi ZC0. Điều này làm cho
chiều cao tâm ổn định ban đầu h0 giảm dẫn đến tính ổn định canô
bị giảm. Ngược lại nếu hệ số nhỏ, lúc này tính ổn định của canô
được tăng lên, đồng thời sức cản giảm nên tốc độ canô được cải
thiện, đáp ứng được yêu cầu thiết kế.
Như vậy trong quá trình thiết kế canô thì ta cần phải chọn các
kích thước chính, tỷ số giữa các kích thước chính và các hệ số hình
dáng của canô một cách hợp lý sao phải đảm bảo các yêu cầu về kỹ
thuật đối với canô. Trong phạm vi đề tài thì các kích thước chính,
các hệ số hình dáng của canô sẽ được lựa chọn trên cơ sở sử lý số
liệu thống kê các canô mẫu đang hoạt động có hiệu quả, đồng thời
phân tích các ưu nhược điểm của canô mẫu.
Chương 5:
Các yêu cầu đối với đường hình
canô
Yêu cầu kỹ thuật đối canô, đường hình phải tạo được lực nâng
lớn khi chạy để có thể chuyển sang chế độ lướt nhanh chóng và
đường hình canô phải đơn giản để quá trình chế tạo vỏ dễ dàng.
Đường hình ảnh hưởng rất lớn đến tính năng hàng hải của canô,
đặc biết là tính năng tốc độ. Vì vậy, việc quan trong của người
thiết kế là phải phân tích để lựa chọn được đường hình phù hợp.
Trước khi thiết kế canô chạy nhanh cần thiết thấy rằng không
phải canô nào đạt được số Froude FnV 3 cũng chuyển sang chế
độ lướt. Trong khi đó, nhiệm vụ người thiết kế là phải đưa canô
sang chế độ lướt nhằm giảm bớt công suất máy đẩy canô. Một
trong những cách làm đó là chọn đường hình thoả đáng, có khả
năng “bay” khi canô chạy nhanh. Muốn “bay” canô phải hết sức
nhẹ, công suất máy đẩy canô phải đủ mạnh. Cách làm nhẹ canô lúc
“bay” là sử dụng đường hình có khả năng tạo lực nâng lớn khi
chạy.
Hiện nay, có rất nhiều mẫu canô để người thiết kế phân tích và
lựa chọn, mỗi mẫu có những ưu nhược điểm về lực nâng cũng như
các tính năng hàng hải khác. Tuy nhiên, để lựa chọn các mẫu canô
sao cho phù hợp với yêu cầu của nhiệm vụ thư cũng như đảm bảo
các yêu cầu kinh tế - kỹ thuật thì người thiết kế cần phải phân tích
đặc điểm của các mẫu.
Để xác định được các mẫu canô có lực nâng khi chạy lớn đồng
thời đảm bảo tốt các yêu cầu kỹ thuật đối với canô, ta cần phân tích
một số mẫu canô có hiện nay.
Hình 2.1 trình bày canô cỡ nhỏ, chạy nhanh đơn giản nhất và
thường gặp nhất. Đường hình canô có một đường gẫy khúc, tạo
góc gẫy đột ngột tại mạn. Đáy canô phẳng, góc vát rất nhỏ. Vách
đuôi kiểu transom chiếm gần hết chiều rộng và chiều chìm canô,
đáy canô không có bậc tạo điều kiện dòng chảy thông từ mũi đến
lái. Đường dòng bị ngắt tại hai vị trí gẫy đột ngột như nguyên lý
nêu trên. Vùng gạch chéo trên hình, ghi bằng chữ S là vùng sẽ
lướt trên nước khi canô chạy.
Hình 2.1: Mẫu canô 1
Với mẫu canô hình 2.1, đường hình canô thuộc dạng đơn giản
nên thuận lợi cho việc chế tạo vỏ tàu đồng thời với đáy chữ V rộng
nên lực nâng tấm tạo ra lớn khi canô chạy dễ dàng đưa canô sang
chế độ lướt và khi lướt thì diện tích nước nhỏ, điều này có lợi cho
tốc độ canô.
Hai mẫu tiếp theo hình 2.2 và 2.3 cùng cỡ với canô trên hình
2.1, song đáy canô và mạn được cải biến nhằm tăng tính ngắt
dòng. Canô tại hình 2.2 có một bậc gẫy khúc tại đáy, đánh số 3, tạo
mọi điều kiện thuận lợi cho ngắt dòng tại đây. Khi canô “bay” đáy
canô chỉ chạm nước tại hai vùng SA và SF.
Hình 2.2:Mẫu canô 2
Với mẫu canô hình 2.2, đáy dạng chữ V nên lực nâng tấm khi
canô chạy là lớn, dễ dàng đưa canô sang chế độ lướt, đồng thời khi
canô chạy ở chế độ lướt thì diện tích tiếp xúc nước của vỏ canô
nhỏ nên có lợi về tốc độ. Tuy nhiên, canô lại có một bậc gẫy khúc
tại đáy nên tạo cho việc chế tạo vỏ canô gặp khó khăn hơn.
Hình 2.3 Trình bày một cách tăng cường bậc nhảy được đặt
ra là làm thêm phần phao nối mạn. Phao mạn trên thực tế là phần
không tách rời của phần thân canô song khi kéo dài khoảng 1/3
chiều dài canô. Thân phao hình gẫy khúc. Như thế thì khi chạy chỉ
phần diện tích SA và SF chấm nước.
Hình 2.3: Mẫu canô 3
Mẫu canô này có lợi về mặt sức cản khi canô chạy ở chế độ
lướt vì diện tích tiếp nước của canô lúc này nhỏ, tuy nhiên kết cấu
canô rất phức tạp vì có phần kết cấu phao mạn hai bên, nên công
việc chế tạo vỏ phức tạp hơn nhiều.
Hình 2.4. Giới thiệu đường hình canô dạng xe trượt tuyết. Trong
những canô dạng này chiều rộng canô không đổi song đáy canô
được chế tạo lõm vào nhằm nâng cao khả năng làm việc.
Hình 2.4: Mẫu canô 4
Mẫu ở hình 2.4, có tính năng hàng hải tốt đặc biệt là rất có lợi
về mặt tốc độ khi canô lướt, vì khi đạt tốc độ lướt thì diện tích tiếp
xúc nước của bề mặt vỏ canô giảm. Tuy nhiên, kết cấu cũng hơi
phức tạp không có lợi trong quá trình thi công chế tạo vỏ canô.
Hình 2.5. Giới thiệu hai kiểu canô đặc trưng, hình 2.5a là
canô “ba nêm”, đáy gẫy khúc. Hình 2.5b được gọi là xe trượt của
Fox, gồm ba thân nên còn có tên gọi là trimaran.
Hình 2.5: Mẫu canô 5
Với hai mẫu canô ở trên, thì cùng có lợi về mặt tốc độ vì khi
canô lướt thì phần diện tích tiếp xúc nước của vỏ canô nhỏ, sức cản
giảm. Tuy nhiên kết cấu cũng hơi phức tạp, nên khi chế tạo vỏ
canô cũng gặp khó khăn.
Canô với đường hình đơn giản (hình 2.6). Đường hình đơn
giản ngăn cản nước bắn theo phương ngang, điều này tạo lợi thế so
với canô cùng nhóm là: Lực va đập vào mũi, đáy không quá lớn,
lắc dọc không lớn khi canô chạy trên sóng. Điều bất lợi của loại
này là mặt ướt vỏ rộng, sức cản canô không giảm nhiều nếu so với
dạng vỏ canô hiện có.
Hình 2.6: Mẫu canô 6
Hình 2.7: Mẫu
canô 7
Canô với đường hình lõm (hình.2.7): Ngược với cách làm
việc của canô đáy phẳng, đáy chữ V, đường hình lõm cản trở dòng
chảy ngang đáy canô của nước. Tình hình này làm tăng lực nâng
thuỷ động tại phần giữa và phần lái canô. Điều này tạo ra thuận lợi,
canô ít bị chúi lái hơn nếu so với canô đáy phẳng. Đường hình
dạng này cho phép hạ lực cản canô ở vận tốc cao, đặc biệt trong
giai đoạn quá độ để chuyển sang “lướt”. Hình dạng với các đường
Tải về để xem bản đầy đủ
163 trang
26/09/2024
820
Bạn đang xem 30 trang mẫu của tài liệu "Luận văn Thiết kế canô kéo dù bay phục vụ du lịch trên vịnh Nha Trang", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên.
File đính kèm:
- luan_van_thiet_ke_cano_keo_du_bay_phuc_vu_du_lich_tren_vinh.pdf
