Xây chương trình tính toán ổn định thời tiết cho tàu biển

  • 65 trang
  • file .docx
LỜI CAM N
Em xin bày tỏ lòng biết ơn đối với bố, mẹ gia đình, đã động viên và tạo mọi
điều kiện tốt nhất để cho em có thể hoàn thành chương trình học tập đại học tại
khoa Hàng Hải – trường Đại học Hàng hải Việt Nam.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Đào Quang Dân đã hướng dẫn, chỉ bảo tận
tình, chu đáo trong suốt thời gian em thực hiện đề tài tốt nghiệp này, cũng như
thời gian em học tập tại trường Đại học Hàng hải Việt Nam.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn đối với các thầy, cô giáo trong khoa Hàng Hải,
cũng như trong trường Đại học Hàng hải Việt Nam, đã trang bị cho em kiến thức
chuyên ngành hàng hải trong thời gian em học tập hơn 4 năm qua tại khoa Hàng
Hải.
Mặc dù em đã cố gắng rất nhiều trong việc thu thập tài liệu, nhưng bản thân
em còn bị hạn chế do chưa có kinh nghiệm chuyên môn thực tế, chính vì vậy việc
nghiên cứu, viết đề tài tốt nghiệp không thể tránh khỏi những khiếm khuyết nhất
định. Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến xây dựng và sự chỉ bảo của các
thầy giáo trong khoa Hàng Hải và những người đi biển lành nghề, cũng như các
nhà khoa học quan tâm, để đề tài của em được hoàn thiện hơn.
Hải Phòng, ngày 16 tháng 11 năm 2015
Sinh viên làm đề tài tốt nghiệp
Nguyễn Anh Tuấn
i
LỜI CAM ĐOA
Em xin cam đoan đồ án tốt nghiê ̣p này là do công trình nghiên cứu của
riêng em, dưới sự giip đ tâ ̣n tình của thầy giáo hướng dẫn, Th.S Đào Quang
Dân. Các số liệu, đoạn văn trong đề tài tốt nghiệp là trung thực, có nguồn gốc và
được trích dẫn rõ ràng, cụ thể.
Hải Phòng, ngày 16 thàng 11 năm 2015
Sinh viên làm đề tài tốt nghiệp
Nguyễn Anh Tuấn
ii
MỤC LỤC
Mục lục Trang
Mở đầu 1
Chương 1: Khái niệm về ổn định tàu 5
1.1. Khái niệm ổn định của một vật thể 5
1.2. Ổn định tàu 5
1.2.1. Điều kiện nổi của tàu biển 5
1.2.2. Khái niệm ổn định tàu 6
1.2.3. Ổn định ở góc nghiêng nhỏ 8
1.2.4. Ảnh hưởng của két chứa chất lỏng đến ổn định tàu 9
1.2.5. Ổn định ở góc nghiêng lớn 11
1.3. Ổn định động 14
1.3.1. Tính toán ổn định đô ̣ng s̉ dụng công thức Moseley 15
1.3.2. Tính ổn định đô ̣ng của tàu băng cách s̉ dụng đường 17
cong cánh tay đòn ổn định tĩnh
Chương 2: Tiêu chuẩn đánh giá ổn định tàu 20
2.1. Giới thiệu bộ luật IMO IS 2008 20
2.2. Các tiêu chuẩn chung 21
2.2.1. Tiêu chuẩn đối với đặc tính đường cong cánh tay đòn ổn 21
định tĩnh
2.2.2. Tiêu chuẩn ổn định động 22
2.3. Tiêu chuẩn bổ sung cho một số loại tàu 23
2.3.1. Tàu Container có chiều dài lớn hơn 100m 23
2.3.2. Tàu khách 24
2.3.3. Tàu chở gỗ trên boong 25
2.3.4. Tàu chở hàng hạt rời 26
2.3.5. Tàu cao tốc 26
Chương 3: Xây dựng chương trình tính toán ổn định động cho 27
tàu biển
3.1. Giới thiệu về Microsoft Excel 27
3.2. Xây dựng chương trình tính toán ổn định động cho tàu biển 29
3.2.1. Mục đích xây dựng chương trình 29
3.2.2. Tính toán tọa độ trọng tâm các két chứa chất lỏng 29
3.2.3. Tính toán tọa độ trọng tâm hầm hàng 32
3.2.4. Xây dựng chương trình tính Departure/Arrival Condition 33
3.2.5. Xây dựng chương trình tính toán ổn định động cho tàu 41
biển
3.2.6. Một số hình ảnh của chương trình 51
iii
Kêt luâ ̣n và kiên nghị 55
1. Kết luận 55
2. Kiến nghị 55
Tài liệu tham khảo 56
iv
DA H MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
GM Metacentric Height - Chiều cao thế vững
D Displacement - Lượng giãn nước
KG Vertical center of Gravity - Cao độ trọng tâm
CLG Tung độ trọng tâm
MG, LCG, Longitudinal Center of Gravity - Hoành độ trọng tâm
MID.G, XG
KM Transverse Metacenter Height - Cao độ tâm nghiêng ngang
TPC Tons Per Centimeter
MTC Moment to change Trim one Centimeter
MF, LCF, Longitudinal Center of Floatation - Hoành độ tâm mặt phẳng
MID.F, XF đường nước
MB, LCB, Longitudinal Center of Buoyancy - Hoành độ tâm nổi
MID.B, XB
IMO International Maritime Organization - Tổ chức hàng hải thế giới
IS Intact Stability - Ổn định nguyên vẹn
SOLAS Safety of Life at Sea
HSC High Speed Craft
MT Metric Ton
LT Long Ton
LBP Length Between Perpendicular - Chiều dài tính toán
SF Stowage Factor - Hệ số chất xếp
v
DA H MỤC CÁC BA G
Số bảng Tên bảng Trang
1.1 Hệ số k 19
1.2 Hệ số X1 19
1.3 Hệ số X2 19
1.4 Hệ số S 19
vi
DA H MỤC CÁC HÌ H
Số hình Tên hình Trang
Hình 1.1 Điều kiện nổi cân bằng của tàu 6
Hình 1.2 Moment hồi phục của tàu 7
Hình 1.3 Chiều cao thế vững 8
Hình 1.4 Ảnh hưởng mặt thoáng chất lỏng đến chiều cao thế 10
vững
Hình 1.5 Ổn định góc nghiêng lớn 11
Hình 1.6 Cross Curves Table 12
Hình 1.7 Đường cong cánh tay đòn ổn định tĩnh 14
Hình 1.8 Tính toán ổn định đô ̣ng 15
Hình 2.1 Tiêu chuẩn ổn định tĩnh 21
Hình 2.2 Tiêu chuẩn ổn định dưới tác động của sóng gió 22
Hình 3.1 Giao diện Excel 29
Hình 3.2 Water ballast tank 30
Hình 3.3 Diesel oil tank 31
Hình 3.4 Fresh water tank 31
Hình 3.5 Cargo hold 32
Hình 3.6 Bảng thông số Cargo Hold 34
Hình 3.7 Bảng thông số Ballast Tank 34
Hình 3.8 Bảng thủy tĩnh (Hydro Static Table) 35
Hình 3.9 Bảng Cross Curves 36
Hình 3.10 Bảng Flooding Angle 37
Hình 3.11 Bảng Deck Edge Immersion 37
Hình 3.12 Bảng các hệ số 38
Hình 3.13 Bảng diện tích hứng gió và tay đòn hứng gió 38
Hình 3.14 Bảng chiều dài đường nước 38
Hình 3.15 Departure/Arrival Condition 40
Hình 3.16 Draft etc calculation 41
Hình 3.17 Đường cong cánh tay đòn ổn định tĩnh 42
Hình 3.18 Đồ thị đường cong cánh tay đòn ổn định 43
Hình 3.19 Giao diện ban đầu 44
Hình 3.20 Giao diện nhập các thông số ban đầu 45
Hình 3.21 Giao diện nhập dữ liệu hàng hóa 46
Hình 3.22 Giao diện nhập dữ liệu Ballast 47
Hình 3.23 Giao diện nhập dữ liệu nhiên liệu, nước ngọt 47
Hình 3.24 Giao diện về mớn nước 48
Hình 3.25 Giao diện về tiêu chuẩn đối với đặc tính đường cong 49
cánh tay đòn ổn định tĩnh
Hình 3.26 Giao diện về ổn định thời tiết 50
vii
Hình 3.27 Đồ thị tiêu chuẩn ổn định thời tiết 50
Hình 3.28 Giao diện ban đầu 51
Hình 3.29 Giao diện nhập các thông số ban đầu 51
Hình 3.30 Giao diện nhập dữ liệu hàng hóa 52
Hình 3.31 Giao diện nhập dữ liệu nhiên liệu và nước ngọt 52
Hình 3.32 Giao diện thông số về mớn nước 53
Hình 3.33 Giao diện về tiêu chuẩn đối với đặc tính đường cong 53
cánh tay đòn ổn định tĩnh
Hình 3.34 Giao diện về ổn định thời tiết 54
Hình 3.35 Đồ thị tiêu chuẩn ổn định thời tiết 54
viii
PHẦ MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiêt của đề tài
Vận tải là huyết mạch của nền kinh tế, vận tải phát triển sẽ thic đẩy các
ngành kinh tế phát triển theo. Trong thời đại toàn cầu hóa hiện nay vận tải đóng
vai trò quan trọng, nhất là vận tải biển. Vận tải biển rit ngắn khoảng cách về
không gian địa lý, nhăm giảm chi phí, giảm giá thành sản phẩm, thic đẩy
thương mại phát triển, làm lợi cho cả người sản xuất và người tiêu dùng. Trong
thương mại quốc tế thì vận tải biển đóng vai trò đặc biệt quan trọng, khoảng
80% hàng hóa xuất nhập khẩu được vận chuyển băng đường biển. Công nghiệp
vận tải đường biển thế giới hiện đang ngày càng phát triển với xu hướng ngày
càng hiện đại và đa dạng. Các nước trên thế giới đầu tư xây dựng các cảng biển
tăng nhanh về cả quy mô cảng và số lượng.
Vận tải biển được hiểu là dùng các con tàu (cả các thiết bị nổi) để chuyên
chở hàng hóa. Ching ta có thể nhận thấy số lượng hàng hoá xuất khẩu và nhập
khẩu của nước ta thông qua đường biển ngày càng tăng. Theo thống kê, vận tải
biển chiếm khoảng 80% lưu lượng hàng hoá xuất nhập khẩu của Việt
Nam. Thời gian qua, ngành vận tải biển Việt Nam đã có những bước phát triển
đáng kể: đô ̣i tàu tăng lên nhanh chóng cả về số lượng và chất lượng cũng như
chủng loại, thị trường vận tải cũng mở rô ̣ng sang nhiều khu vực mới như Bắc
Mỹ, Nam Mỹ, châu Úc, Tây Âu, Tây Phi…. Hiện tại, đô ̣i tàu biển Việt Nam có
hơn 1800 tàu, tổng trọng tải hơn 7,3 triệu DWT.
Có thể nói, cùng với quá trình hô ̣i nhập của đất nước, ngành hàng hải đã
góp mô ̣t phần không nhỏ vào công cuô ̣c công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước.
Điều đó cũng phản ánh đing phần nào quá trình tăng trưởng kinh tế của nước ta
trong thời gian gần đây. Cùng với việc phát triển nhanh đô ̣i tàu biển, đô ̣i ngũ
thuyền viên của Việt Nam cũng đã lớn mạnh. Tuy nhiên sự lớn mạnh này chỉ là
sự gia tăng về số lượng, chất lượng còn rất nhiều hạn chế.
Vận tải biển phải đảm bảo an toàn, hiệu quả kinh tế, an ninh và hạn chế gây
ô nhiễm môi trường. Trong đó, vấn đề an toàn và hiệu quả kinh tế là mối quan
tâm chủ yếu. An toàn và hiệu quả kinh tế liên quan đến nhiều yếu tố, trong đó
thì vấn đề cực kỳ quan trọng là phải đảm bảo con tàu hành hải an toàn và hiệu
quả, đảm bảo khả năng nổi và di chuyển.
Việc áp dụng các tiến bô ̣ về khoa học - kỹ thuật đã tạo ra cho ngành hàng
hải có được những bước phát triển vượt bậc với các sản phẩm là các con tàu
hiện đại chuyên dụng. Bên cạnh đó là các trang thiết bị đi kèm phục vụ cho việc
khai thác tàu cũng hết sức hiện đại. Điều này đòi hỏi cần phải nâng cao hơn nữa
chất lượng đô ̣i ngũ sỹ quan, thuyền viên. Muốn có đô ̣i ngũ sỹ quan, thuyền viên
chất lượng, thì ngay từ khi sinh viên đang học tập ở các cơ sở đào tạo ngành
hàng hải, cũng như sỹ quan thuyền viên cần phải được trang bị đầy đủ kiến thức
chuyên ngành, trong đó có kiến thức về ổn định tàu.
Bên cạnh đó, ching ta cũng phải thừa nhận răng, số vụ tai nạn đường biển
cũng không phải là một con số nhỏ. Các vụ mắc cạn, va chạm hay chìm
tàu...vẫn luôn đe doạ đến an toàn sinh mạng và tài sản đối với thuyền viên cũng
như các công ty tàu. Nguyên nhân của những vụ tai nạn ấy có thể là do điều kiện
thời tiết khắc nghiệt như sóng gió, bão tố, ...dẫn tới con tàu mất ổn định. Nhưng
dù là do nguyên nhân nào thì những vụ tai nạn đó đã để lại những hậu quả vô
cùng to lớn, thiệt hại về kinh tế, ảnh hưởng xấu đến môi trường biển, và đặc biệt
là sinh mạng của các thuyền viên.
Từ trước đến nay, trong học tập, sinh viên mới chỉ tính đến ổn định của con
tàu ở trạng thái tĩnh, chưa có các yếu tố ngoại cảnh. Tuy nhiên trong thực tế
chuyến đi của con tàu, ta còn phải tính đến các yếu tố như sóng, gió, điều kiện
thời tiết,...để con tàu đủ khả năng đi biển.
Để có mô ̣t cái nhìn chi tiết, cụ thể hơn về ổn định của tàu đặc biệt là ổn
định thời tiết, em đã nghiên cứu sâu về ổn định tàu, nhất là ổn định thời tiết qua
đó xây dựng thành công chương trình tính toán ổn định thời tiết cho tàu chở
hàng rời băng phần mềm Excel.
Chính vì những lí do trên, em đã lựa chọn đề tài “Xây chương trình tính
toán ổn định thời tiết cho tàu biển”. Đề tài sẽ là mô ̣t tài liệu hết sức cần thiết và
hữu ích phục vụ công tác giảng dạy cho sinh viên ngành hàng hải, cũng như là
tài liệu phục vụ công tác huấn luyện, đào tạo cho các thuyền viên.
2. Mục đích nghiên cứu
Băng thực tế những kiến thức được trang bị trong quá trình học tập tại
trường, thực hiện phương châm gắn việc học tập với công tác nghiên cứu khoa
học và thực tiễn sản xuất, đề tài “Xây dựng chương trình tính toán ổn định thời
tiết cho tàu biển” được thực hiện với mục đích:
Đưa ra các cơ sở về tính ổn định thời tiết của tàu biển;
Nghiên cứu, xây dựng một chương trình tính toán th̉ nghiệm để giip
người sỹ quan hàng hải có thể tham khảo tính ổn định của tàu biển trong khi
hành trình trên biển cũng như xếp d hàng hóa;
Đưa ra một tài liệu cho các sinh viên có thể tham khảo để mở rộng kiến
thức phục vụ cho học tập cũng như công việc sau này;
Xây dựng một tài liệu tham khảo cho các thuyền viên, sinh viên đang học
tập tại trường có quan tâm đến lý thuyết ổn định tàu.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
Đề tài tập trung nghiên cứu lý thuyết ổn định tàu nhất là ổn định trong các
điều kiện thời tiết xấu. Từ đó dựa trên cơ sở các công thức thực nghiệm để xây
dựng ứng dụng tính toán và so sánh ổn định tàu với các tiêu chuẩn mà IMO đưa
ra. Phạm vi chủ yếu của đề tài là tính ổn định tĩnh và ổn định thời tiết của tàu
biển. Ứng dụng sẽ dựa trên cơ sở lựa chọn hai yếu tố này để giip người sỹ quan
hàng hải xem xét các đặc tính ổn định của con tàu.
4. Phương pháp nghiên cứu
Từ mục đích và đối tượng nghiên cứu, đề tài thực hiện theo phương pháp
tiếp cận cơ sở khoa học liên quan đến ổn định tàu biển. Trên cơ sở nghiên cứu
về ổn đinh tàu biển, kết hợp với việc việc tính toán các thông số về ổn định tàu
đề tài đã đưa ra và xây dựng chương trình tính toán ổn định thời tiết cho tàu
biển.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Khi đề tài hoàn thành sẽ là tài liệu tham khảo cho sinh viên, sỹ quan hàng
hải trong việc tính toán các đặc tính ổn định của tàu, đồng thời đề tài cũng sẽ là
tài liệu phục vụ công tác huấn luyện, đào tạo cho các thuyền viên đang và sẽ làm
việc trên tàu biển hiện nay.
CHƯN G 1
KHÁI IỆM VỀ Ổ ĐỊ H TÀU
1.1. Khái niệm ổn định của một vật thể
Với một vật thể, có ba trạng thái cân băng, đó là cân băng bền, cân băng
không bền và cân băng phiếm định.
- Cân băng bền là trạng thái cân băng mà khi vật đó bị ngoại lực tác động
lệch khỏi vị trí cân băng nó sẽ tự trở lại hoặc có xu thế trở lại vị trí cân băng ban
đầu.
- Cân băng không bền là trạng thái cân băng của một vật mà khi bị tác động
của ngoại lực đẩy khỏi vị trí cân băng thì nó bị mất cân băng, không thể trở lại
vị trí cân băng ban đầu nữa.
- Cân băng phiếm định là trạng thái cân băng của một vật mà khi bị ngoại
lực tác động đẩy lệch khỏi vị trí cân băng ban đầu thì ở vị trí mới, nó tự xác lập
một trạng thái cân băng mới.
1.2. Ổn định tàu
1.2.1. Điều kiện nổi của tàu biển
Theo định luật Acsimet, khi con tàu nổi trên mặt nước nó chịu các dụng
một lực đẩy thẳng đứng từ dưới lên. Lực đẩy FB này có điểm đặt tại đing tâm
hình học của phần thể tích nước mà tàu chiếm chỗ; có độ lớn đing băng trọng
lượng phần thể tích nước bị chiếm chỗ này.
Bản thân con tàu chịu tác dụng của trọng trường trái đất, lực đó kéo xuống
theo chiều thẳng đứng băng đing trọng lượng của con tàu. Để tàu nổi cân băng,
hai lực này phải băng nhau về độ lớn và năm trên cùng một đường thẳng đứng
(Hình 1.1) Điều kiện nổi của tàu được thể hiện qua công thức:
FB = - ⃗
⃗ P
(1.1)
Hình 1.1. Điều kiện nổi cân bằng của tàu
Đó chính là nguyên nhân tại sao lượng dãn nước D của tàu lại được định
nghĩa băng trọng lượng phần thể tích nước mà tàu chiếm chỗ.
Giả s̉ ta đặt thêm một vật nặng lên tàu, trọng lực P tăng lên, kéo cho tàu
chìm thêm xuống. Khi tàu chìm thêm xuống, phần thể tích chiếm nước của tàu
tăng lên dẫn đến lực đẩy Acsimet Fb tăng lên. Tàu sẽ chìm thêm cho đến khi lực
nổi Fb băng với trọng lực P thì ngừng lại và cân băng tại độ chìm mới này.
Tương tự như vậy, khi d bỏ khối hàng nói trên khỏi tàu, ban đầu lực nổi
Fb lớn hơn trọng lực P nên kéo tàu nổi lên. Khi tàu nổi lên, phần chiếm nước của
tàu giảm đi dẫn đến lực nổi Fb giảm theo. Tàu sẽ nổi lên cho đến khi lực nổi Fb
còn băng đing trọng lượng của tàu sau khi d bỏ khối hàng và tàu cân băng ở
mớn nước mới này.
Đó chính là cơ chế để con tàu có thể tự nổi cân băng khi trọng lượng hàng
hoá mà nó chuyên chở thay đổi.
1.2.2. Khái niệm ổn định tàu
Ổn định của tàu là khả năng quay trở về vị trí cân băng ban đầu sau khi
ngoại lực gây nghiêng bên ngoài (gió, sóng...) ngừng tác động.
Khi tàu đang nổi ở trạng thái cân băng trên mặt nước, khi đó trọng tâm G
của tàu và tâm nổi B luôn năm trên một đường thẳng đứng. Lic đó trọng lực P
( có điểm đặt tại trọng tâm G của tàu, có hướng xuống dưới) và lực nổi Fb ( có
điểm đặt tại tâm nổi B, có hướng lên trên) luôn cân băng và triệt tiêu lẫn nhau
(do cùng độ lớn và ngược chiều), hai lực này không sinh ra Moment. Giả s̉ khi
tàu đang cân băng, có một ngoại lực tác động vào một bên mạn tàu, làm cho tàu
bị nghiêng về mạn bên kia, khi đó tâm nổi B sẽ dịch chuyển về phía mạn bị
nghiêng (do phần ngâm nước ở mạn này sẽ lớn hơn), điểm G và điểm B không
còn năm trên một đường thẳng đứng nữa. Cặp lực P và Fb lic này sẽ sinh ra một
Moment có xu hướng đưa tàu trở về vị trí cân băng ban đầu (trước khi có ngoại
lực tác động). Chính vì thế ta gọi Moment này gọi là Moment hồi phục, nó sẽ có
chiều ngược với chiều của ngoại lực.
Như vậy ổn định của tàu sẽ được đánh giá băng khả năng trở về trí cân
băng ban đầu, sau khi có ngoại lực tác động ngừng tác động, hay nói cách khác
nó sẽ được đánh giá băng độ lớn của Moment hồi phục (Mhp).
Mặt khác ta biết răng :
Moment = Lực * cánh tay đòn
Lực mà ta đang nói đến là lực tĩnh, nghĩa là nó có độ lớn xác định (là hăng
số) và tác động tức thời vào tàu rồi ngừng hoặc thời gian giữa hai lần tác động
lớn hơn khoảng thời gian mà tàu có thể trở về vị trí cân băng ban đầu.
Ở đây cánh tay đòn là khoảng cách giữa 2 lực P và Fb, chính là đoạn thẳng
GZ.
Hình 1.2. Moment hồi phục của tàu
1.2.3. Ổn định ở góc nghiêng nhỏ
Ổn định tàu tại góc nghiêng nhỏ (θ<150):
Hình 1.3. Chiều cao thế vững
Điểm M là tâm của quỹ đạo tâm nổi B, ở góc nghiêng nhỏ, quỹ đạo này
được coi là cung tròn và do đó điểm M được coi là cố định. Ổn định của tàu ở
góc nghiêng nhỏ, còn gọi là ổn định ban đầu phụ thuộc vào vị trí tương quan
giữa tâm nghiêng M và trọng tâm G. Khi G năm thấp hơn M, tàu sẽ ổn định.
Mô men sinh ra do cặp lực P và Fb gọi là mô men hồi phục và có độ lớn
được tính như sau:
Mhp = P x GM x Sinθ (1.2)
Hay Mhp = D x GM x Sinθ (1.3)
Với D là lượng giãn nước của tàu.
Mặt khác, ở góc nghiêng nhỏ, tức là góc θ nhỏ, thì sin θ ~ θ, chính vì vậy
thay vì đánh giá ổn định của tàu thông qua đô ̣ lớn cánh tay đòn GZ, khi tàu
nghiêng góc nghiêng nhỏ ta có thể đánh giá băng đô ̣ lớn GM.
Từ công thức trên ta thấy, cùng một lượng giãn nước D, cùng một góc
nghiêng θ, độ lớn của mô men hồi phục phụ thuộc vào độ lớn của GM.
Tại những góc nghiêng nhỏ, ổn định của tàu được đánh giá băng độ lớn của
GM và GM được gọi là chiều cao thế vững của tàu.
Từ hình vẽ ta có:
GM = KM - KG (1.4)
Trong đó:
KM là chiều cao tâm nghiêng, được cho trong bảng thủy tĩnh hoặc thước
trọng tải của tàu với đối số là lượng giãn nước D ( hoặc mớn nước ).
KG là chiều cao trọng tâm của tàu được tính theo công thức:
D ls ×KG ls + ∑ P i×KG i
KG=
D
(1.5)
Trong đó :
Dls : Là khối lượng tàu không cho trong hồ sơ tàu.
KGls: Là chiều cao khối tâm tàu không cho trong hồ sơ tàu.
Pi: Là các thành phần khối lượng trên tàu.
KGi: Là chiều cao trọng tâm của các thành phần khối lượng so với ky
tàu.
D: Là lượng dãn nước của tàu.
Dls x KGls: Là mô men khối lượng tàu không so với ky tàu.
Σ Pi x KGi: Là tổng mô men các thành phần khối lượng so với ky tàu.
1.2.4. Ảnh hưởng của két chứa chất lỏng đến ổn định tàu
Xét một két chất lỏng chứa không đầy, ban đầu trọng tâm của két năm tại
G1, trọng tâm của tàu là G. Khi tàu nghiêng môt góc , chất lỏng sẽ dồn sang
mạn thấp, trọng tâm G1 của két sẽ chuyển thành G’1 làm trọng tâm của tàu dịch
chuyển đến G’. Điểm G’ gần với tâm lực nổi B hơn G ban đầu và do đó mô men
do cặp lực Fb và P giảm đi, dẫn đến mô men hồi phục giảm, tình ổn định của tàu
giảm.
Gọi GG’ là đoạn dịch chuyển trọng tâm tàu do tàu nghiêng khi có két chất
lỏng không đầy.
Hình 1.4. Ảnh hưởng mặt thoáng chất lỏng đến chiều cao thế vững
Mô men hồi phục của tàu sẽ là :
Mhp = D x (GM x Sin - GG’) (1.6)
Kéo dài Véc tơ trọng lực P lên trên, gặp mặt phẳng trục dọc tàu tại G0. Khi
đó:
Mhp = D x (GM x Sin -GG’) = D x G0M x Sin (1.7)
Như vậy mô men hồi phục trong trường hợp này băng với trường hợp tàu
có trọng tâm tại điểm G0
Nói cách khác ta coi trọng tâm tàu đã bị nâng lên một đoạn băng GG0.
Do vậy khi có ảnh hưởng của mặt thoáng chất lỏng
Trong két chứa không đầy chiều cao thế vững của
Tàu sẽ được tính như sau:
G0M = KM - KG – GG0. Trong đó GG0 là phần hiệu chỉnh bởi ảnh hưởng
của mô men mặt thoáng do két chất lỏng không đầy (làm giảm chiều cao thế
vững), được tính băng công thức:
∑ Ix×γ
GG0 = D (m)
(1.8)
- Ix là mô men quán tính của mặt thoáng chất lỏng đối với trục bản thân của
két, đi qua trọng tâm két, song song với trục dọc của tàu
3
l×b
Ix = K (m4)
(1.9)
Trong đó l, b là chiều dài, chiều rộng của két; K là hệ số hình dáng của mặt
thoáng chất lỏng trong két.
K= 12 với két hình chữ nhật, K= 36 với két hình tam giác vuông, K=48 đối
với két hình tam giác cân.
- γ là tỷ trọng chất lỏng chứa trong két (t/m3).
- Ix x  là Mô men mặt thoáng chất lỏng (Free Surface Moment -MFS) trong
két chứa không đầy (t-m).
- D là lượng giãn nước của tàu.
1.2.5. Ổn định ở góc nghiêng lớn
Tại các góc nghiêng lớn, quỹ đạo tâm nổi B không còn là một cung tròn
nữa nên tâm nghiêng M không phải là cố định. Do đó, ta không thể dùng chiều
cao thế vững GM để đánh giá ổn định của tàu. Người ta dùng đường cong cánh
tay đòn ổn định tĩnh G0Z để đánh giá ổn định của tàu ở những góc nghiêng lớn.
Từ hình vẽ ta có:
Đoạn G0Z biểu thị cánh tay đòn ổn định của tàu khi tàu nghiêng một góc θ.
Hình 1.5. Ổn định góc nghiêng lớn
Lic đó, mô men hồi phục băng: Mhp = D x G0Z
Trong đó: G0Z = KN - KJ
KJ = KG0 x Sinθ
KN ứng với các góc nghiêng được tra trong hồ sơ tàu tại bảng đường cong
hoành giao (Stability Cross Curves) với đối số là lượng giãn nước.
KG0 là chiều cao trọng tâm của tàu đã xét đến ảnh hưởng của mặt thoáng
chất lỏng.
Lic đó: G0Z = KN - KG0 x Sinθ
(1.10)
Dựng đường cong G0Z:
Bước 1: Tính chiều cao trọng tâm KG (xét đến ảnh hưởng của mặt thoáng
chất lỏng là KG0).
Từ lượng dãn nước tra vào Cross Curves Table ứng với các góc nghiêng để
xác định KN.
Hình 1.6. Cross Curves Table