ĐẶT VẤN ĐỀ I. TỔNG QUAN VỀ NGÀNH TÀU CÁ NƯỚC TA HIỆN NAY. Nước ta là nước có điều kiện địa lý rất thuận lợi với bờ biển dài trên 3200 km với một tiềm năng thuỷ sản khá phong phú, góp phần lớn vào việc phát triển nền kinh tế đất nước, đem lại nhiều nguồn thu có giá trị kinh tế cao. Để đạt được điều này thì cần phải có một phương tiện không thể thiếu đó là đội tàu cá nước ta.
Do đó ta phải tìm mọi cách để phát triển chúng thành một đội quân hùng mạnh phục vụ ngày càng nhiều hơn nhu cầu đánh bắt gần và xa bờ của ngư dân nước ta nói riêng và đất nước ta nói chung. Đội ngũ tàu thuyền đánh bắt thuỷ sản cũng tăng nhanh về cả số lượng lẫn chất lượng. Nếu năm 1985, bình quân công suất tàu là 15C thì hiện nay công suất đã lên tới khoảng 90CV–150CV nhằm khai thác triệt để tiềm năng sẵn có ở ngoài khơi, tạo điều kiện cho tái tạo nguồn thuỷ sản ven bờ. Mục tiêu của nước ta đến năm 2010 sẽ đóng hàng loạt tàu có công suất từ 200CV trở lên, và hoán cải tàu có công suất nhỏ.
Qua sự phát triển của ngành thuỷ sản với nhiều bước thăng trầm khác nhau. Ngành thuỷ sản đã vươn lên và trở thành ngành mũi nhọn trong nền kinh tế quốc dân. Liên tục trong nhiều năm liền hoàn thành vượt mức kế hoạch Nhà nước, năm sau cao hơn năm trước, mà kết quả thành công đó chủ yếu là do đổi mới quản lý ngành, sớm nhận thức được việc chuyển các hình thức kinh doanh sang sản xuất hàng hoá theo cơ chế thị trường. Do điều kiện địa lý và thiên nhiên ưu đãi, mà nước ta có những tiềm năng khai thác thuỷ sản với những thế mạnh như: ü Nguồn lợi hải sản nước ta phong phú và đa dạng và có giá trị kinh tế cao.
ü Lực lượng lao động dồi dào, lại có truyền thống lâu đời, có tinh thần lao động cần cù và sáng tạo. 2 ü Cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật trên thế giới, ở nước ta hiện nay và trong tương lai sẽ tạo ra những chuyển biến mới trong quá trình khai thác thuỷ sản từ phương tiện đến trang thiết bị phục vụ. Ý NGHĨA THỰC TIỄN VÀ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI Ý nghĩa thực tiễn của đề tài: Như ta đã biết ổn định là tính năng không thể thiếu của tàu, một con tàu khi thiết kế có đảm bảo ổn định hay không thì đòi hỏi bài toán ổn định phải đưa ra phương hướng giải quyết. Một con tàu không đủ ổn định tức là không thoả mãn các điều kiện về tiêu chuẩn ổn định mà vẫn hoạt động, do đó hàng năm thường xuyên xảy ra tai nạn tàu làm thiệt hại đến tài sản và tính mạng của người đi biển.
Cơ sở lý thuyết đã được áp dụng vào thiết kế tàu, nhằm thoả mãn yêu cầu nhiệm vụ thư và cho ra những con tàu có đầy đủ tính năng. Nhờ vào lý thuyết ổn định không những khắc phục được khả năng chống lật của tàu thiết kế mà còn làm tăng tính ổn định cho tàu đang khai thác như thêm tải, hạ thấp trọng tâm, cân bằng động cho tàu … Ý nghĩa khoa học của đề tài. Cho đến nay đã có trên dưới hơn 60 phương pháp tính cánh tay đòn ổn định tàu thuỷ được nhiều nhà khoa học trên thế giới đề nghị, hướng tiếp cận của các nhà khoa học trước theo bài toán thuận nhưng đều có cùng mục đích là giải quyết bài toán ổn định tàu. Còn đối với GS Vlaxôp và PGS _ TS Nguyễn Quang Minh thì đưa ra hướng tiếp cận mới theo bài toán nghịch do đó: • Tạo cơ sở giải bài toán thiết kế tàu chủ động theo yêu cầu đặt ra.
• Biều thức toán học thể hiện tất cả các mối quan hệ giữa các yếu tố hình học và tải trọng của tàu trên đồ thị ổn định và được coi là chìa khoá vạn năng trong bài toán ổn định. • Là cơ sở cho thuật toán mới ra đời. • Đối với PGS-TS Nguyễn Quang Minh thì ông đã mô hình hoá tàu thật thành tàu tương đương có mô hình phẳng và tính toán toạ độ trọng tâm theo MCN 3 giữa tàu, dẫn đến kết quả chính xác hơn, khối lượng tính toán giảm, mở ra chiều hướng tiếp cận với lập trình. • Nội dung đề tài là đi so sánh giữa hai phương pháp, từ đó nêu ra ưu nhược điểm rồi đưa ra kết luận, mở ra chiều hướng nghiên cứu cho các nhà khoa học sau này, tìm ra phương pháp tính tay đòn ổn định tàu thủy tối ưu hơn.
• Tập cho mỗi sinh viên có hướng tiếp cận vào nghiên cứu khoa học, tìm tòi nảy sinh ra ý tưởng mới về cách tính. NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI. v Tổng quan về lý thuyết ổn định: Tàu thủy là một công trình nổi hoạt động trên biển, trong những điều kiện rất phức tạp. Vì thế cần phải đảm bảo cho con tàu một số tính năng đặc biệt như: tính nổi, tính ổn định, tính chống chìm, tính lắc, tính quay vòng, tốc độ.
Ổn định là khả năng tàu có thể khôi phục lại vị trí cân bằng ban đầu khi mômen ngoại lực làm tàu nghiêng ra khỏi vị trí cân bằng đó ngừng tác dụng. Đây chính là tính năng hằng hải quan trọng của tàu và đã được nghiên cứu từ hàng trăm năm nay. Lý thuyết ổn định tàu thuỷ nghiên cứu các ngoại lực tác dụng lên tàu dưới dạng mômen nghiêng làm tàu nghiêng ngang hoặc nghiêng dọc trên nước trong phạm vi nước giãn của tàu không đổi. Mômen nghiêng tác dụng lên tàu được phân làm 2 loại: mômen nghiêng tĩnh và mômen nghiêng động.
v Cơ sở lý thuyết về ổn định tàu: +Thông số hình học của tàu: Thể hiện hình dáng hình học và các tính năng của tàu. v Biểu thức tổng quát tính mômen hồi phục và tay đòn ổn định tàu thuỷ: Khi chịu tác động của mômen nghiêng thì tàu sẽ nghiêng tới một góc θ (θ = 0 ÷ 900) thì ngừng, khi đó tổng mômen và tổng ngoại lực tác dụng lên tàu bằng không ( ∑ M 0 = 0 ) 4 ⇒ M ng = P(Cosθ .Sinθ ) Để tàu có khả năng chống lại tác động của ngoại lực thì bản thân nó sinh ra nội lực có tác dụng đưa tàu về vị trí ban đầu.l hp ⇒ l hp = Cosθ .Sinθ : Tay đòn ổn định. v 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 thoả mãn các yêu cầu khác ứng với riêng từng loại tàu, thường sử dụng hai tiêu chuẩn sau: + Tiêu chuẩn vật lý.
+ Tiêu chuẩn thống kê. v Các phương pháp tính tay đòn ổn định điển hình. Ổn định của tàu là một trong những tính năng hàng hải quan trọng nhất quyết định đến khả năng di chuyển cũng như thực hiện các chức năng của tàu. Chính vì thế mà nhiều nhà khoa học trên thế giới đã cất công nghiên cứu nhằm giải quyết một cách nhanh nhất và chính xác nhất.
Cho đến nay đã có rất nhiều phương pháp tính của nhiều nhà khoa học, mỗi người đều có hướng suy nghĩ khác nhau nhưng có cùng mục đích là bài toán ổn định tàu. Trong giới hạn đề tài tôi đưa ra một số phương pháp sau: + Phương pháp trực tiếp. + Phương pháp tính tay đòn ổn định của Viện Sỹ Crưlôp. + Phương pháp của GS Vlaxôp.
+ Phương pháp của PGS-TS.Nguyễn Quang Minh. Mục đích đặt ra ở đây là xác định toạ độ trọng tâm MĐN tại các góc nghiêng tính toán. v So sánh kết quả giữa hai phương pháp: • So sánh về phương pháp tính. • So sánh về kết quả tính.
5 • So sánh về khả năng lập trình. • So sánh về khả năng áp dụng trong nghiên cứu. v Giới hạn nội dung và phương pháp nghiên cứu đề tài. Cho đến nay mặc dù đã đạt được những thành tựu rất lớn trong lĩnh vực thiết kế tàu thuyền, nhưng vẫn chưa giải quyết thoả đáng bài toán ổn định, một trong những tính năng quan trọng nhất của tàu.
Lâu nay, do ĐHLTT được thiết kế theo kinh nghiệm là chính, không kiểm soát được sai số nên gây không ít khó khăn trong tính toán và thiết kế. Đề tài này nhằm nghiên cứu phương pháp tối ưu nhất để tính tay đòn ổn định tàu, cho phép khắc phục được nhược điểm nói trên, đạt kết quả chính xác hơn, khối lượng tính toán đơn giản hơn và đảm bảo an toàn cho tàu và người đi biển. Đề tài của tôi giới hạn trong những nội dung chính sau: + Nêu ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. + Giới thiệu thuật toán của GS.Vlaxôp, PGS-TS.Nguyễn Quang Minh và đi so sánh kết quả tính giữa hai phương pháp.
+ Nghiên cứu thuật toán Spline để áp dụng trong hàm hoá đường hình tàu để giảm bớt khối lượng tính toán và cho kết quả chính xác hơn nhằm khắc phục những sai số so với các phương truyền thống. + Chỉ áp dụng tính tay đòn ổn định tĩnh tàu thuỷ trên nước tĩnh. + Thể hiện kết quả tính tay đòn trên đồ thị theo hai cách rồi đem so sánh kết quả. + Hàm hóa đường hình tàu bằng thuật toán Spline theo từng sườn tàu sau đó dùng các phép toán tính tích phân để tính chính xác diện tích, mômen, toạ độ trọng tâm tại các MCN và lấy nó làm dữ liệu đầu vào cho thuật toán hàm hoá lại sườn tàu theo một phương trình duy nhất của PGS-TS.Nguyễn Quang Minh, từ đó tính thể tích chiếm nước, các mômen thể tích và toạ độ trọng tâm tàu sẽ đảm bảo chính xác cao.
6 CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HAI PHƯƠNG PHÁP VÀ THUẬT TOÁN HÀM HOÁ II. GIỚI THIỆU KỸ VỀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT ỔN ĐỊNH TÀU: II. Bản vẽ đường hình lý thuyết tàu: Bản vẽ đường hình lý thuyết tàu là bản vẽ mô tả hình dáng hình học bên ngoài con tàu được xây dựng trên ba 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 hồ sơ bố trí chung, kiểm tra việc lắp ráp khi đóng mới cũng như lúc hoán cải.
Tuyến hình tàu là yếu tố quan trọng nhất nó quyết định đến toàn bộ tính năng hằng hải của con tàu, một con tàu được xem có tuyến hình tốt thì phải thoả mãn tính ổn định, tính lắc, tính quay trở, sức cản nhỏ nhất .