Giáo trình mô đun Lái tàu mô phỏng - Nghề: Điều khiển tàu biển
CỤC HÀNG HẢI VIỆT NAM
TRƯỜNG CAO ĐẲNG HÀNG HẢI I
GIÁO TRÌNH
MÔ ĐUN: LÁI TÀU MÔ PHỎNG
NGHỀ: ĐIỀU KHIỂN TÀU BIỂN
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG
(Ban hành kèm theo Quyết định số.....QĐ/ ngày......tháng....năm......của ...........)
HẢI PHÒNG, NĂM 2017
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được
phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh
doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
i
LỜI GIỚI THIỆU
Từ thửa sơ khai của ngành Hàng hải, công việc lái tàu là một trong những
công việc quan trọng bậc nhất của thủy thủ đoàn khi điều khiển tàu. Ngày nay, với
sự tiến bộ vượt bậc của khoa học công nghệ, tàu biển được trang bị những máy
móc, thiết bị hết sức hiện đại. Nhưng để điều khiển tàu hành hải an toàn thì công
việc lái tàu vẫn phải thực hiện bằng tay, nhất là khi hàng hải trong luồng, cập rời
cầu, thả kéo neo, tránh va và trong điều kiện thời tiết xấu...
Nhằm nâng cao chất lượng đào tạo, những năm qua trường Cao đẳng Hàng
hải I đã trang bị những thiết bị hiện đại vào công tác dạy và học, trong đó phòng
mô phỏng lái tàu là một trong những thiết bị đó. Mô phỏng lái tàu giúp người học
thực hành công việc lái tàu giống như khi lái tàu trong thực tế, đồng thời giúp
người học làm quen với công việc lái tàu và có thể lái được tàu sau khi ra trường
làm việc trên các tàu biển.
Để phục vụ cho công tác dạy và học trong nhà trường được tốt, phù hợp với
yêu cầu của STCW78/95 sửa đổi 2010. Chúng tôi biên soạn giáo trình LÁI TÀU
MÔ PHỎNG để làm tài liệu giảng dạy và học tập trong nhà trường đối với các hệ
nghề Điều khiển tàu biển.
Giáo trìnhLÁI TÀU MÔ PHỎNG do tập thể tác giả khoa Điều khiển tàu
biển, trường Cao đẳng hàng hải I biên soạn.Mꢀc dù nhóm tác giả đã có nhiều cố
gắng, nhưng chắc chắn không tránh khỏi những sai sót nhất định, rất mong được
sự góp ꢁ của các nhà chuyên môn, các thuyền trưꢂng lâu năm trong nghề,giúp cho
giáo trình ngày càng hoàn thiện hơn.
Các tác giả chân thành cảm ơn sự đóng góp ꢁ kiến chân thành của các
thuyền trưꢂng đang công tác tại trường, cám ơn các thầy trong Khoa Điều khiển
tàu biển và Tổ môn Hàng hải cơ sꢂ đã giúp đꢃ chúng tôi rất nhiệttình trong quá
trình biên soạn giáo trình.
Hải Phòng, ngày…....tháng…..năm……
Tham gia biên soạn
1. Chủ biên: Ks, TTr.Lương Văn Hải
2. Ths, TTr. Thái Văn Khoa
3. Ks, SQQL. Thái Hữu Kha
ii
MỤC LỤC
Trang
LꢀI GIỚI THIỆU......................................................................................................ii
MỤC LỤC................................................................................................................iii
DANH MỤC HÌNH ẢNH ......................................................................................vii
1. Tính năng điều động cơ bản của tàu ..................................................................... 1
1.1. Tính chuyển động............................................................................................... 1
1.1.1. Khái niệm tính chuyển động ........................................................................... 1
1.1.2. Tốc độ tàu........................................................................................................ 2
1.2.1. Tính ổn định hướng......................................................................................... 4
1.2.2. Tính quay trở................................................................................................... 5
1.3.1. Lượng giãn nước ............................................................................................. 5
1.3.3. Tư thế tàu......................................................................................................... 6
1.3.4. Tỉ lệ giữa các kích thước chính....................................................................... 7
1.3.5. Độ nhẵn vỏ tàu ................................................................................................ 7
1.3.6. Nông cạn và chật hẹp ...................................................................................... 7
1.3.7. Những yếu tố khí tượng thủy văn ................................................................... 7
2. Ảnh hưởng của bánh lái, chân vịt tới điều động tàu ............................................. 8
2.1. Ảnh hưởng của bánh lái ..................................................................................... 8
2.1.1. Bánh lái và tác dụng........................................................................................ 8
2.1.2. Các loại bánh lái.............................................................................................. 8
2.2. Ảnh hưởng của chân vịt ................................................................................... 10
2.2.1. Chân vịt và đặc điểm của chân vịt ................................................................ 10
2.2.2. Ảnh hưởng của chân vịt ................................................................................ 11
2.3. Ảnh hưởng đồng thời của bánh lái và chân vịt ................................................ 12
BÀI 2: CƠ SỞ LÁI TÀU ........................................................................................ 19
1. Mục tiêu,chập tiêu............................................................................................... 19
iii
1.1. Khái niệm mục tiêu, chập tiêu.......................................................................... 19
1.2. Đặc điểm của chập tiêu .................................................................................... 19
1.3. Phân loại chập tiêu ........................................................................................... 20
1.3.1. Phân loại theo tính chất................................................................................. 20
1.3.2. Phân loại theo công dụng .............................................................................. 20
2. Phao tiêu, báo hiệu an toàn hàng hải................................................................... 20
2.1. Tầm quan trọng của báo hiệu an toàn hàng hải ............................................... 20
2.2. Phân loại báo hiệu hàng hải ............................................................................. 20
2.3. Hệ thống phao tiêu hàng hải............................................................................. 21
2.3.2. Báo hiệu dẫn luồng hàng hải theo hệ A ........................................................ 23
3. Thiết bị lái ........................................................................................................... 27
3.1. Tác dụng, yêu cầu đối với thiết bị lái............................................................... 27
3.2. Cấu tạo thiết bị lái ............................................................................................ 29
3.2.3. Hệ thống truyền động.................................................................................... 34
4. Thiết bị neo.......................................................................................................... 36
4.1. Tác dụng của thiết bị neo ................................................................................. 36
4.2. Yêu cầu đối với thiết bị neo ............................................................................. 36
5. Thiết bị buộc tàu.................................................................................................. 37
5.1. Tác dụng của thiết bị buộc tàu ......................................................................... 37
5.2. Yêu cầu đối với thiết bị buộc tàu ..................................................................... 37
1. Chức năng, đặc điểm của máy lái tự động.......................................................... 39
1.1. Giới thiệu chung về máy lái tự động................................................................ 39
1.2. Chức năng, đặc điểm máy lái tự động.............................................................. 39
1.2.1. Chức năng của máy lái tự động..................................................................... 39
1.2.2. Đặc điểm của máy lái tự động....................................................................... 39
2. Khai thác, sử dụng máy lái tự động .................................................................... 41
2.1.1. Quy trình chuẩn bị, kiểm tra và khởi động ................................................... 41
2.1.2. Quy trình thử máy lái .................................................................................... 41
2.1.3. Các chế độ lái................................................................................................ 42
iv
2.1.4. Quy trình tắt máy........................................................................................... 43
2.2. Quy trình chuyển đổi giữa lái tay sang lái tự động.......................................... 43
2.3. Các trường hợp cần phải lái tay ....................................................................... 44
3.1. La bàn lái.......................................................................................................... 44
3.2. Đồng hồ chỉ báo góc bẻ lái, chỉ báo góc bánh lái ............................................ 47
4. Lái sự cố.............................................................................................................. 48
4.2. Vận hành lái sự cố............................................................................................ 48
4.3.1. Chuẩn bị buồng lái ........................................................................................ 48
4.3.2. Bảo quản, bảo dưỡng thiết bị lái ................................................................... 48
1. Các khẩu lệnh lái................................................................................................. 50
2. Thực hiện thao tác lái tàu theo khẩu lệnh ........................................................... 51
1. Các khẩu lệnh lái................................................................................................. 53
2. Thực hiện thao tác lái tàu theo la bàn ................................................................. 53
1. Các khẩu lệnh lái................................................................................................. 56
2. Thực hiện thao tác lái tàu theo mục tiêu, chập tiêu............................................. 56
1. Chuẩn bị khi tàu cập, rời cầu............................................................................... 58
1.1.Chuẩn bị cập cầu ............................................................................................... 58
1.2. Chuẩn bị rời cầu ............................................................................................... 59
2. Chuẩn bị khi tàu thả, kéo neo.............................................................................. 61
2.1. Chuẩn bị thả neo............................................................................................... 61
2.1.1. Một số chú ý.................................................................................................. 61
2.1.2. Quy trình chuẩn bị neo để thả ....................................................................... 61
2.2. Chuẩn bị kéo neo.............................................................................................. 64
2.2.1. Một số chú ý.................................................................................................. 64
2.2.2. Quy trình chuẩn bị trước khi kéo neo ........................................................... 65
3. Chuẩn bị khi tàu cập, rời phao ............................................................................ 65
3.1. Chuẩn bị cập phao............................................................................................ 65
v
3.2. Chuẩn bị rời phao............................................................................................. 66
1. Chuẩn bị khi tầm nhìn xa hạn chế....................................................................... 68
2. Chuẩn bị khi sóng to, gió lớn, khi gặp bão ......................................................... 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................... 70
Phụ lục II. KHẨU LỆNH MÁY ............................................................................. 73
Phụ lục IV. KHẨU LỆNH NEO............................................................................. 75
vi
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Stt
1 Hình 1.1. Bánh lái thường
Tên hình
Trang
9
2 Hình 1.2. Bánh lái bù trừ
9
3 Hình 1.3. Bánh lái nửa bù trừ
10
11
13
4 Hình 1.4. Chiều của chân vịt
5 Hình 1.5. Ảnh hưởng của bánh lái và chân vịt, máy tới, tàu không
có trớn
6 Hình 1.6. Ảnh hưởng của bánh lái và chân vịt, máy tới, tàu có
trớn
14
15
16
7 Hình 1.7. Ảnh hưởng của bánh lái và chân vịt, máy lùi, tàu không
có trớn
8 Hình 1.8. Ảnh hưởng của bánh lái và chân vịt, máy lùi, tàu có
trớn
9 Hình 2.1. Chập tiêu
18
21
22
23
24
25
27
28
29
30
31
31
32
33
34
38
43
44
45
60
61
62
10 Hình 2.2. Sơ đồ phân bố ranh giới áp dụng hệ thống IALA
11 Hình 2.3. Hệ thống phao đèn khu vực A
12 Hình 2.4. Phao đầu luồng
13 Hình 2.5. Phao giới hạn phải luồng
14 Hình 2.6. Phao giới hạn trái luồng
15 Hình 2.7. Buồng lái của tàu
16 Hình 2.8. Bánh lái tàu thủy
17 Hình 2.9. Máy lái đơn giản
18 Hình 2.10. Máy lái điện
19 Hình 2.11. Sơ đồ máy lái thủy lực
20 Hình 2.12. Máy lái thủy lực trong buồng máy lái
21 Hình 2.13. Hệ thống truyền động bằng trục
22 Hình 2.14. Hệ thống truyền động thủy lực
23 Hình 2.15. Các bộ phận của hệ thống neo
24 Hình 3.1. Bộ phận điều khiển máy lái tự động
25 Hình 3.2. Mặt số la bàn từ
26 Hình 3.3. Mặt phản ảnh la bàn con quay
27 Hình 3.4. Đồng hồ chỉ báo góc bánh lái và góc bẻ lái
28 Hình 7.1. Các bộ phận của tời neo
29 Hình 7.2. Tời dây và tời neo kết hợp
30 Hình 7.3. Ly hợp ở trạng thái ra trám
vii
GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN
Tên mô đun: Lái tàu mô phỏng
Mã môn đun: MĐ.6840109.16
Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun:
- Vị trí: Môđun được bố trí sau khi học sinh đã học xong các môn học chung, tiếng
Anh chuyên nghành, thiết bị trên boong.
- Tính chất: Môđun thực hành rèn luyện kỹ năng lái tàu.
- Ý nghĩa và vai trò: Đây là mô đun chuyên nghành bắt buộc, cung cấp cho người
học các kỹ năng lái tàu, thỏa mãn các yêu cầu của IMO.
Mục tiêu mô đun:
Học xong môđun này người học có khả năng:
- Về kiến thức: Trình bày được các khẩu lệnh lái và trình tự các bước lái tàu;
-Về kỹ năng:Thực hiện được các kỹ năng lái tàu theo khẩu lệnh, theo la bàn, theo
mục tiêu và chập tiêu, Thực hiện được công việc chuẩn bị hỗ trợ điều động tàu;
-Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:Rèn luyện tính cẩn thận, chính xác, tác phong
nhanh nhẹ, tập trung tư tưởng trong công việc lái tàu.
Nội dung mô đun:
viii
BÀI 1:NHỮNG KIẾN THỨC CƠ BẢN VỀ ĐIỀU ĐỘNG TÀU
Mã bài: MĐ.6840109.16.01
Giới thiệu:
Muốn thực hiện được công việc lái tàu thì thủy thủ lái phải biết được những
kiến thức cơ bản về điều động tàu. Những tính năng của tàu có ảnh hưởng đến việc
lái tàu chính xác, an toàn, thỏa mãn các yêu cầu của người chỉ huy và của IMO.
Bài học này giúp chúng ta biết được những kiến thức cơ bản về điều động tàu, làm
cơ sở cho việc lái tàu đúng kỹ thuật, đạt yêu cầu.
Mục tiêu:
- Trình bày được tính năng điều động và ảnh hưởng của chân vịt, bánh lái tới điều
động tàu;
- Áp dụng được ảnh hưởng của bánh lái, chân vịt vào công việc lái tàu;
- Rèn luyện tính nghiêm túc, thận trọng, chính xác khi xác định các yếu tố ảnh
hưởng đến tính năng điều động tàu.
Nội dung:
1. Tính năng điều động cơ bản của tàu
1.1. Tính chuyển động
1.1.1. Khái niệm tính chuyển động
Là khả năng tàu thắng được sức cản của không khí, nước và di chuyển trong
nước dưới tác dụng của hệ lực đẩy của chân vịt tàu (lực đẩy của máy-trục chuyển
động-chân vịt).
Chuyển động tịnh tiến của tàu dưới tác dụng của lực phát động máy được
thể hiện qua công thức sau:
푑
푣
퐹 = 푀 + 푅푡ℎ
(1.1)
푒
푑
푡
Trong đó:
M: là khối lượng của tàu (kg) và được tính theo công thức:
(
)
푀 = 1 + 퐾 . 퐷
Fe: Lực phát động của máy (N)
R
th : Lực cản chuyển động tổng hợp lên tàu (N)
D: Lượng rẽ nước của tàu (kg)
K: Hệ số lượng dãn nước của tàu, K = 0 khi tàu đứng yên trên mặt nước, K
sẽ có giá trị khi tàu chuyển động giá trị của nó được xác định bằng thực nghiệm.
dv
dt
: Gia tốc dài theo hướng trục dọc của tàu (m/s2)
Do đó phương trình chuyển động của tàu có thể biểu thị dưới dạng sau:
퐹 − 푅푡ℎ = 푀 푑푑
(1.2)
푣
푒
푡
1
Khi tàu đã chuyển động ổn định thẳng đều thì thành phần quán tính của lực
dv
cản bị triệt tiêu (
). Khi đó lực phát động của máy (F ) sẽ cân bằng với lực
0
M
e
dt
cản tổng hợp (Rth).
Lực phát động lên tàu từ trạng thái đứng yên cho tới lúc tàu chuyển động ổn
định thẳng đều đã sinh ra công suất cần thiết để thắng lực cản và đẩy tàu đi với tốc
độ (v) được gọi là công suất hữu dụng theo công thức:
푃ℎ푑 = 푅푡ℎ푉
(1.3)
Trong đó:
Phd – Công suất hữu dụng (W)
Rth – Lực cản tổng hợp (N)
V - Tốc độ tàu (m/s)
Tính chuyển động của tàu được đặc trưng bởi hai đại lượng là tốc độ tàu và quán
tính tàu.
1.1.2. Tốc độ tàu
a. Khái niệm
Tốc độ tàu là đại lượng đꢀc trưng cho sự chuyển động của tàu, được tính
bằng quãng đường mà tàu di chuyển được trong một đơn vị thời gian (hải lꢁ/giờ).
Tốc độ tàu tỷ lệ nghịch với sức cản tổng hợp. Về cơ bản lực cản tổng hợp
của tàu gồm các thành phần chính là sức cản do ma sát, sức cản do sóng, sức cản
do gió, và sức cản hình dáng.
b. Các loại tốc độ tàu
Trong thực tế khai thác tàu thường gặp một số dạng tốc độ tàu sau:
- Tốc độ thiết kế là tốc độ chạy tới trên trường thử, tốc độ thiết kế được đưa vào hồ
sơ tàu sau khi đóng;
- Tốc độ khai thác là tốc độ của tàu được xác định vào từng chu kỳ khai thác tàu,
dựa trên tình trạng vỏ tàu và kỹ thuật của máy chính;
- Tốc độ tương đối là tốc độ chuyển động của tàu so với nước;
- Tốc độ thật là tốc độ chuyển động của tàu so với đáy biển;
- Tốc độ chạy biển là tốc độ tàu sử dụng khi tàu chạy ổn định trên biển, loại tốc độ
này chỉ có khi tàu chạy hết máy.
Đối với mỗi tàu ngoài dạng tốc độ kể trên còn có tốc độ chuyển động tới và
tốc độ chuyển động lùi. Các chế độ tốc độ này được biểu hiện theo chế độ máy
chính (thang tốc độ) gồm: tới thật chậm, tới chậm, tới trung bình, tới hết máy, lùi
thật chậm, lùi chậm, lùi trung bình và lùi hết máy.
Các chế độ này của máy được thực hiện bởi tay chuông truyền lệnh, tay
chuông truyền lệnh dùng để truyền mệnh lệnh các chế độ máy chính từ buồng lái
xuống buồng máy. Trên tay chuông có các chế độ:tới thật chậm(dead slow
ahead), tới chậm(slow ahead), tới trung bình (half ahead), tới hết máy (full
2
ahead), lùi thật chậm (dead slow astern), lùi chậm (slow astern), lùi trung bình
(half astern)và lùi hết máy (full astern).
Ngoài ra trên tay chuông còn có các chế độ: Ngừng máy (stop engine), nghỉ
máy hoặc tắt máy (finish with engine), máy sẵn sàng (stand by engine).
Do đặc thù cấu tạocủa chân vịt và hình dáng vỏ tàu được tính toán cho tàu
chuyển động tới, nên công suất của cùng một thang tốc độ (cùng số vòng quay
chân vịt) thì tốc độ chạy tới và tốc độ chạy lùi khác nhau.Tốc độ chạy lùi thấp
hơn tốc độ chạy tới, thông thường tốc độ chạy lùi bằng khoảng 70% tốc độ chạy
tới.
1.1.3. Quán tính tàu
a. Khái niệm
Theo vật lý, quán tính là tính chất bảo toàn trạng thái chuyển động của một
vật. Đối với tàu biển quán tính tàu được hiểu là quãng đường và thời gian mà tàu
tiếp tục chuyển động khi thay đổi chế độ hoạt động của máy.
∆푆
푑푆
푉 = lim
=
(1.4)
∆푡
푑푡
∆푡→0
Trong đó: V – Tốc độ tàu (hải lý/giờ)
S – Quãng đường (hải lý)
t – Thời gian (giờ)
ΔS – Quãng đường tàu chuyển động trong một khoảng thời gian
Δt – Khoảng thời gian mà tàu chuyển động
ds – Số gia quãng đường
dt – Số gia thời gian
Tốc độ tàu tỷ lệ nghịch với sức cản tổng hợp. Về cơ bản lực cản tổng hợp
của tàu gồm các thành phần chính là sức cản do ma sát, sức cản do sóng, sức cản
do gió và sức cản hình dáng.
⃗⃗⃗⃗⃗⃗
⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗
푅푡ℎ = 푅푚푠 + 푅푠 + 푅ꢀ푖 + 푅ℎ푑
(1.5)
⃗⃗⃗⃗⃗⃗
Trong đó: 푅푡ℎ - Sức cản tổng hợp
⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗
푅푚푠- Sức cản do ma sát
⃗⃗⃗⃗
푅푠 - Sức cản do sóng
⃗⃗⃗⃗⃗
푅ꢀ푖- Sức cản do gió
⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗
푅ℎ푑- Sức cản hình dáng
Sức cản do lực ma sát giữa vỏ tàu với nước, phụ thuộc vào độ nhẵn và mức
độ rêu hà của vỏ tàu. Tàu có mức độ rêu hà bám lớn có thể làm giảm tới 20% tốc
độ.
Sức cản do gió chủ yếu do cấu trúc phần nổi của tàu và hướng tương quan
giữa gió và hướng di chuyển của tàu cũng như cấp độ gió.
Từ phương trình chuyển động của tàu đã trình bày ở trên:
3
퐹 − 푅푡ℎ = 푀 푑푑
(1.6)
푣
푒
푡
Ta nhận thấy khối lượng của tàu và lượng tăng giảm tốc độ đặc trưng cho
tính chất cơ bản của quán tính.
Quán tính tàu gồm hai đặc trưng: quãng đường và thời gian.
b. Quán tính theo quãng đường
Quán tính theo quãng đường là quãng đường mà tàu tiếp tục chuyển động
khi thay đổi chế độ hoạt động của máy.
Quán tính theo quãng đường gồm: quán tính theo quãng đường khi tăng máy,
quán tính theo quãng đường khi giảm máy và quán tính theo quãng đường khi dừng
máy.Tuy nhiên trong điều động người ta chủ yếu sử dụng quán tính quãng đường khi
dừng máy.
Quán tính quãng đường khi dừng máy là quãng đường tàu vẫn tiếp tục
chuyển động được trước khi tàu dừng hẳn hay chuyển động ngược chiều, kể từ khi
lực đẩy của máy ngừng tác dụng. Đây là quá trình chuyển động chậm dần đều của
tàu, trong thực tế người ta gọi là trớn của tàu và được chia thành trớn tới và trớn
lùi, trớn đầy tải và trớn không tải. Đối với mỗi tàu trớn tàu được xác định trong
trường thử và cho trong bảng các thông số điều động tàu.
c. Quán tính theo thời gian
Quán tính theo thời gian là khoảng thời gian mà tàu tiếp tục chuyển động
khi thay đổi chế độ hoạt động của máy.
d. Các yếu tố ảnh hưởng đến quán tính tàu
Quán tính tàu bị ảnh hưởng bởi các yếu tố sau:
- Quán tính tàu tỉ lệ thuận với khối lượng và tốc độ tàu;
- Quán tính của tàu khi chuyển động tới lớn hơn quán tính của tàu khi chuyển động
lùi;
- Quán tính của tàu càng lớn khi sóng, gió, dòng chảy tác động cùng chiều và
ngược lại càng nhỏ khi sóng, gió, dòng chảy tác động ngược chiều;
- Quán tính tàu giảm nếu diện tích phần chìm tăng và bề mặt vỏ tàu ráp;
- Quán tính tàu không thay đổi khi độ sâu lớn hơn ba lần mớn nước của tàu, giảm
khi độ sâu giảm dưới ba lần mớn nước của tàu.
1.2. Tính nghe lái
Là khả năng phản ứng của tàu dưới tác dụng của bánh lái. Tính nghe lái bao
gồm: Tính ổn định hướng và tính quay trở.
1.2.1. Tính ổn định hướng
Là khả năng tàu giữ ổn định hướng chuyển động ban đầu khi bánh lái lệch
một góc rất nhỏ về hai bên so với mặt phẳng trục dọc của tàu.
Tính ổn định hướng đối với mỗi tàu bắt buộc phải có khi hoạt động ở vùng
nước sâu cũng như trên vùng nước nông, lúc biển động hoặc biển lặng.
4
Tính ổn định hướng được đánh giá qua hệ số ổn định hướng của tàu.Hệ số
ổn định hướng của tàu là tỷ số giữa quãng đường tàu chạy chữ chi trong một chu
kỳ và chiều dài lớn nhất của tàu.
푆
푚
퐸 =
(1.7)
퐿
Trong đó: E - Hệ số ổn định hướng
Sm - Quãng đường tàu chạy được trên một chu kỳ chữ chi đã định (m)
L - Chiều đài lớn nhất của tàu (m)
1.2.2. Tính quay trꢂ
Tính quay trở là khả năng phản ứng của tàu khi bánh lái lệch khỏi vị trí “0”
hay là khả năng tàu thay đổi hướng chuyển động và di chuyển theo đường cong
dưới tác dụng của bánh lái khi lệch khỏi vị trí “0” với một góc không đổi nào đó.
Thông số của tính quay trở là vòng quay trở của tàu, nó được xác định bởi
đường cong mà ở đó trọng tâm tàu di chuyển dưới tác động của các lực phát sinh
do bánh lái lệch khỏi vị trí “0” một góc nhất định.
Việc đánh giá chất lượng của vòng quay trở được thể hiện qua hệ số quay
trở của tàu.Hệ số quay trở của tàu là tỷ số giữa đường kính vòng quay trở ổn định
nhỏ nhất của tàu với chiều dài lớn nhất của tàu.
Dn
L
K
(1.8)
Trong đó:K - Hệ số quay trở
Dn- Đường kính vòng quay trở ổn định nhỏ nhất của tàu (m)
L - Chiều dài lớn nhất của tàu (m)
Tàu có K<4,5 được coi là tàu có tính quay trở tốt.
Tàu có K>4,5 được coi là tàu có tính quay trở kém.
Tính quay trở và tính ổn định hướng của tàu đối ngược nhau, các tàu có tính
quay trở tốt thì thường có tính ổn định hướng kém và ngược lại, tàu có tính quay
trở kém thì thường có tính ổn định hướng tốt. Trong thực tế tùy thuộc vào mục
đích sử dụng của từng loại tàu để lựa chọn tính quay trở hay tính ổn định hướng.
Ví dụ:Tàu biển thường có tính ổn định hướng tốt còn tính quay trở kém, tàu lai dắt
hỗ trợ thường có tính quay trở tốt nhưng tính ổn định hướng kém.
1.3. Những yếu tố ảnh hưởng đến tính năng điều động tàu
1.3.1. Lượng giãn nước
Lượng dãn nước là đại lượng chủ yếu xác định lực cản chuyển động của tàu,
lượng dãn nước tương đối thông qua thông số đặc trưng của tàu, có liên quan đến
chỉ số frut mà chỉ số này xác định tốc độ tương đối và là thước đo chỉ số tốc độ của
tàu.
Tăng lượng giãn nước của tàu có tốc độ thấp (frut<0,25) không gây nên sự
biến đổi rõ rệt về lực cản và tốc độ chuyển động của tàu.Nếu tăng lượng giãn nước
của các tàu có tốc độ trung bình (frut = 0,25÷0,4) sẽ làm giảm tốc độ tương đối do
5
lực cản tăng lên khá rõ và nếu tăng lượng giãn nước của các tàu cao tốc (frut >0,4)
thì sự giảm tốc độ do lực cản tăng không nhiều lắm.
Tăng lượng giãn nước trong khi công suất máy không đổi dẫn tới việc giảm
tốc độ, tăng đường kính vòng quay trở, tăng quãng đường và thời gian lấy trớn
hoặc phá trớn của tàu.
Qua phân tích ta thấy, tăng trọng tải của tàu thì những tính năng điều động
của tàu kém đi, nên cần phải đặc biệt lưu ý khi điều động. Với các tàu có tải trọng
lớn, theo phân tích trên thì cần phải có khoảng trống cơ động đủ lớn. Chính vì vậy
mà việc điều động những tàu có trọng tải lớn và những tàu có kích thước lớn ở
những nơi chật hẹp, cần phải thực hiện ở tốc độ nhỏ, cùng với việc sử dụng phương
tiện điều khiển chủ động và những phương tiện kỹ thuậthỗ trợ phá trớn.
1.3.2. Hình dáng thân tàu
Hình dáng thân tàu và tỉ lệ giữa các kích thước chính sẽ xác định khả năng
tốc độ cao của tàu. Sự biến động của hệ số béo thể tích (δ), thể tích chiếm nước có
ảnh hưởng đến thể tích chiếm chỗ và dẫn tới sự thay đổi lực cản.
Tăng hệ số béo thể tích thì tốc độ của tàu bị giảm. Trong đóng tàu, để làm
giảm sức cản, làm tăng tính điều động và công suất hữu ích, phần mũi tàu được cấu
tạo theo hình dáng quả lê.Cấu tạo mũi quả lê có tác dụng làm giảm lực cản của
nước, dẫn tới tăng tốc độ thêm khoảng 3÷5% khi công suất máykhông đổi. Mũi tàu
hình dạng quả lê làm tăng tính ổn định hướng, nhưng đồng thời làm giảm tính quay
trở của tàu.
1.3.3. Tư thế tàu
Khi tàu bị nghiêng ngang sẽ làm tăng mớn nước của tàu, số gia của mớn
nước được xác định theo công thức:
B
(1.9)
T sinn
2
- Lượng thay đổi mớn nước của tàu (m)
Trong đó:
B - Chiều rộng của tàu (m)
n
- Góc nghiêng ngang của tàu (độ)
Giá trị của góc nghiêng khi tàu quay trở phụ thuộc vào bình phương tốc độ
tàu, góc bẻ láivà cao độ trọng tâm tàu. Khi tàu bị nghiêng thì tính quay trở kém đi
và tính ổn định hướng không đảm bảo.Bởi vì tàu có xu hướng quay mũi về phía
mạn khô cao hơn và tốc độ tàu bị giảm do khối nước bao quanh hai bên mạn
không đối xứng, cân bằng nhau.
Tàu bị chúi mũi làm tăng thêm lực cản của nước, giảm hiệu suất của chân
vịt, giảm tính ổn định hướng, dẫn đến tàu giảm tốc độ và quán tính, kém ổn định
hướng và bị đảo lái.
Tàu chúi lái không nhiều sẽ tăng hiệu xuất chân vịt, làm tăng tốc độ tàu, nếu
chúi lái nhiều sẽ làm giảm tính ổn định hướng và tăng tính quay trở.
6
1.3.4. Tỉ lệ giữa các kích thước chính
Tỷ lệ giữa các kích thước chính của tàu ảnh hưởng lớn đến tính năng điều
động của tàu, cụ thể như sau:
- Tăng tỉ lệ chiều dài và chiều rộng (L/B) thì tính quay trở của tàu sẽ giảm đi
do có sự tăng lực cản của nước phía hông tàu nhưng tính ổn định hướng tốt hơn;
- Tăng tỉ lệ giữa mớn nước và chiều dài tàu (d/L), tính ổn định hướng tốt
hơn;
- Tăng tỉ lệ giữa chiều rộng và mớn nước (B/d) thì tính ổn định trên hướng đi
kém, tàu bị đảo lái.
1.3.5. Độ nhẵn vỏ tàu
Độ nhẵn vỏ tàu quyết định khả năng ma sát giữa vỏ tàu với nước, khi vỏ tàu
nhẵn, lực cản do ma sát giảm, tốc độ tàu tăng và ngược lại.
Trường hợp vỏ tàu bị rêu, hà bám bẩn làm cho tàu bị ráp sẽ tăng sức cản của
nước, làm giảm tốc độ tàu.Mức độ rêu, hà của vỏ tàu phụ thuộc vào điều kiện khí
tượng, thủy văn, những yếu tố sinh học trong vùng nước tàu khai thác, thời gian
tàu đỗ.Khi tàu bị rêu hà nhiều có thể giảm tới 20% tốc độ.
Tàu bị rêu, hà nhiều có khả năng làm thay đổi quán tính của tàu, làm giảm
quãng đường và thời gian phá trớn, tăng quãng đường và thời gian lấy trớn.
1.3.6. Nông cạn và chật hẹp
Bình thường tính năng điều động tàu không bị ảnh hưởng gì khi tỉ số giữa độ
Hs
H
7 ( là độ sâu nơi tàu hoạt động, T là mớn
sâu của biển và mớn nước của tàu
s
T
nước của tàu).
Khi tàu chạy ở nơi nông cạn và chật hẹp xuất hiện thêm lực cản do sự ma sát
của nước vào chất đáy, làm biến đổi đặc tính tạo sóng trong nước do tốc độ tạo ra,
làm tăng mớn nước của tàu, do vậy tính năng điều khiển bị xấu đi.
Đối với các vùng biển nông cạn, nếu tàu chạy ở tốc độ tới hạn thì chiều cao
của sóng do tàu tạo ra tăng lên, tàu bị chìm thêm, có thể khi tăng số vòng quay của
chân vịt, nhưng tốc độ tàu không tăng, tính nghe lái của tàu bị giảm, thậm chí
không nghe lái.
V g.Hs
(1.10)
Trong đó:
V:Là tốc độ tàu
g:Là gia tốc trọng trường
H
s :Là độ sâu nơi tàu hoạt động
1.3.7. Những yếu tố khí tượng thủy văn
Dưới tác dụng của sóng, gió, dòng chảy thì tính năng điều động của tàu bị
ảnh hưởng đáng kể. Mối quan hệ giữa hướng đi của tàu với hướng tới của các yếu
tố khí tượng thủy văn có ý nghĩa quyết định. Tàu dạt mạnh nhất xảy ra khi gió thổi
7
tới khoảng 70º÷120º hướng tới mặt phẳng trục dọc của tàu, làm cho tàu bị trôi dạt,
giảm tính ổn định trên hướng đi. Sự trôi dạt này đặc biệt nguy hiểm đối với các tàu
có mạn khô cao, thượng tầng kiến trúc cao.Tàu sẽ bị coi là không điều khiển được
khi góc dạt lớn hơn 30º.
Phương truyền sóng theo quy luật thường trùng với hướng gió tới tàu, làm
tăng khả năng trôi dạt, giảm tính năng điều động của tàu do làm giảm hiệu ứng chân
vịt và bánh lái. Tàu chạy gặp sóng ngược và xuôi mạnh đều giảm tốc độ, tạo sự chấn
động thân tàu, tàu bị đảo lái hoặc đảo mũi và do đó tính ổn định trên hướng đi bị
kém.
Tàu chạy ngang sóng sẽ bị lắc ngang mạnh và làm tính năng điều động của
tàu xấu đi.
Tính điều khiển của tàu sẽ xấu đi rất nhiều khi tàu chạy trên sóng đứng và
sóng cồn.
Dòng chảy có ảnh hưởng không nhỏ đến tính năng điều động tàu, quán tính bị
biến đổi khá nhiều, vòng quay trở khi có ảnh hưởng của dòng chảy sẽ bị biến dạng.
Tốc độ tàu giảm đi khi dòng chảy ngược và tốc độ tăng khi dòng chảy xuôi.
Đặc biệt đối với tính nghe lái, khi tàu chạy với dòng chảy ngược thì tàu nghe
lái tốt, khi dòng chảy xuôi thì tính nghe lái giảm đi rõ rệt, nhất là trong trường hợp
tốc độ dòng chảy xuôi lớn.
2. Ảnh hưởng của bánh lái, chân vịt tới điều động tàu
2.1. Ảnh hưởng của bánh lái
2.1.1. Bánh lái và tác dụng
Bánh lái có tác dụng giữ tàu chuyển động trên hướng đi đã định hoặc thay
đổi hướng đi của tàu theo ý muốn của người điều khiển.
Bánh lái thường được đặt ở sau chân vịt, phía đuôi tàu và nằm trong mặt
phẳng trục dọc của tàu. Vì vậy mỗi khi có lực tác dụng vào bánh lái thì có nghĩa là
phần đuôi tàu chịu tác động.
Bánh lái được cấu tạo gồm hai bộ phận cơ bản: Trục lái và mặt bánh lái.
Bánh lái thường được đặt trùng với mặt phẳng trục dọc của tàu, có thể quay
bánh lái đi một góc nhất định sang phải hay sang trái, thường tối đa là 40º.
- Bánh lái ꢂ vị trí “0” (bánh lái nằm trong mꢀt phẳng trục dọc của tàu):Tàu chạy
thẳng cả khi chạy tới hoꢀc chạy lùi.
- Tàu chạy tới: Bẻ lái về mạn nào thì tàu vừa tới, mũi tàu vừa quay về mạn đó.
- Tàu chạy lùi: Bẻ lái về mạn nào thì tàu vừa lùi, mũi tàu vừa quay về mạn
ngượclại.
2.1.2. Các loại bánh lái
* Bánh lái thường
8
Là loại bánh lái mà toàn bộ diện tích mặt bánh lái đặt sau trục lái.Để làm cho
mặt bánh lái lệch ra khỏi mặt phẳng trục dọc của tàu, ta phải tác dụng lên trục bánh
lái một momen quay.
P
d
α
Hình 1.1.Bánh lái thường
[Nguồn:Điều động tàu – Trường Cao đẳng Hàng hải 1- 2016]
Trong suốt quá trình làm việc, trục lái phải chịu một momen xoắn lớn nên
đòi hỏi công suất máy lái phải lớn, vì thế bánh lái thường ít dùng trang bị trên các
tàu biển có tốc độ cao, chủ yếu dùng cho xuồng, xà lan, tàu biển có tốc độ chậm.
* Bánh lái bù trừ
Là loại bánh lái mà mặt lái nằm về cả hai phía của trục bánh lái, trong đó
15 30%
diện tích phần mặt lái phía trước trục lái bằng khoảng từ
diện tích toàn bộ
mặt bánh lái.
d1
d2
P2
P1
α
Hình 1.2. Bánh lái bù trừ
[Nguồn:Điều động tàu – Trường Cao đẳng Hàng hải 1- 2016]
9
Bánh lái bù trừ đã khắc phục được nhược điểm của loại bánh lái thường, vì
khi bánh lái làm việc ở góc nào đó thì cả phần mặt lái phía trước và sau trục lái đều
chịu áp lực của nước và được bù trừ nhau một phần, nên momen tác động lên trục
lái nhỏ, vì thế giảm bớt được công suất máy lái. Loại bánh lái này được áp dụng
cho các tàu cao tốc và tàu biển.
* Bánh lái nửa bù trừ
Là loại bánh lái bù trừ nhưng chỉ bù trừ một nửa phía dưới còn một nửa ở
phần trên là dạng bánh lái thường. Do đó, ngoài ưu điểm của loại bánh lái bù trừ,
thì bánh lái nửa bù trừ nhẹ hơn, tăng lực do dòng nước của chân vịt đẩy vào mặt
bánh lái, loại bánh lái này thường sử dụng cho loại tàu tốc độ lớn.
Hình 1.3. Bánh lái nửa bù trừ
[Nguồn:Điều động tàu – Trường Cao đẳng Hàng hải 1- 2016]
Kết luận:Từ phân tích lực tác dụng lên mặt bánh lái và trục lái, ta nhận thấy rằng,
nếu bánh lái có cùng diện tích như nhau thì loại bánh lái cao và hẹp ngang dễ điều
khiển hơn (lực lái nhỏ hơn) so với loại thấp và to ngang.
Loại bánh lái bù trừ và nửa bù trừ dễ điều khiển và lái nhẹ hơn loại bánh lái
thường.
Nếu bánh lái cấu tạo theo hình dạng phù hợp với thủy động học thì sẽ giảm lực
cản, ăn lái tốt, dễ điều khiển.
2.2. Ảnh hưởng của chân vịt
2.2.1. Chân vịt và đꢀc điểm của chân vịt
Chân vịt là bộ phận cuối cùng chuyển công suất của máy chính thành lực
đẩy cho tàu chuyển động tới hoặc lùi. Mặt khác, chân vịt còn có ảnh hưởng tới tính
năng quay trở của tàu mà người điều khiển cần phải nắm được để lợi dụng mặt tích
cực của nó trong quá trình điều động.
Chân vịt được chế tạo từ các loại vật liệu khác nhau, có thể bằng gang, thép,
đồng thau hoặc hợp kim.Các chân vịt được làm bằng gang, thép có giá thành rẻ,
10
tuổi thọ ngắn do bị ăn mòn nhanh. Các chân vịt được làm bằng đồng hoặc hợp kim
thường dẻo, nhẹ, không bị gỉ, thời gian sử dụng dài nên được sử dụng rộng rãi.
Mỗi chân vịt có 2,3,4 hay nhiều cánh, số cánh chân vịt càng nhiều càng làm
giảm độ rung của tàu khi chân vịt hoạt động.
Chân vịt thường đặt ở sau tàu và nằm trong mặt phẳng trục dọc của tàu, phía
trước bánh lái. Đối với mỗi tàu có thể được trang bị một hay nhiều chân vịt, tàu có
một chân vịt thì thường được đặt trong mặt phẳng trục dọc của tàu.Tàu có hai chân
vịt thì được đặt đối xứng qua mặt phẳng trục dọc tàu.Tàu có ba chân vịt thì được
đặt tại ba vị trí tương ứng là mặt phẳng tục dọc và hai chân vịt đối xứng qua mặt
phẳng trục dọc tàu.
Căn cứ theo chiều quay thì chân vịt có hai loại là chân vịt chiều phải và chân
vịt chiều trái.
- Chân vịt chiều phải là loại chân vịt nếu tàu chạy tới mà người quan sát đứng sau
lái nhìn về phía trước mũi, thấy cánh chân vịt quay thuận chiều kim đồng hồ.
(b)
(a)
Hình 1.4.Chiều của chân vịt - Tàu chạy tới
(a) Chân vịt chiều phải; (b) Chân vịt chiều trái
[Nguồn:Điều động tàu – Trường Cao đẳng Hàng hải 1- 2016]
- Chân vịt chiều trái là loại chân vịt,nếu tàu chạy tới người quan sát đứng từ phía
sau lái nhìn về phía mũi, thấy cánh chân vịt quay ngược chiều kim đồng hồ.
2.2.2. Ảnh hưꢂng của chân vịt
Mỗi loại chân vịt có chiều quay khác nhau thì có ảnh hưởng khác nhau tới
tính năng điều khiển của tàu.
11
Tải về để xem bản đầy đủ
84 trang
23581
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình mô đun Lái tàu mô phỏng - Nghề: Điều khiển tàu biển", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_mo_dun_lai_tau_mo_phong_nghe_dieu_khien_tau_bien.pdf
