THIẾT KẾ MÁY BAY 2011-11-21 Nguyễn Danh G0800263 HK08

5/11/2018 THIÊ ́T KÊ ́ MÁY BAY 2011-11-21 Nguyê ̃n Danh G0800263 HK08 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/thiet-ke-may-bay-2011-11-21-nguyen-danh-g0800263-hk08 1/12

Nguy ễn Danh G0800263 HK08

1

THIẾT KẾ MÁY BAY 2011-11-21

KẾT CẤU ĐÁY AIRBOAT

Đáy airboat là bộ phận chịu tác dụng lực chính và là nơ i k ết nối các bộ phận khác như

ghế ngồi, động cơ… Chính vì vậy đáy airboat phải có k ết cấu đủ bền. Tuy nhiên, airboatlà loại thuyền có thể lướ t nhẹ nhàng trên mặt nước cho nên đáy phải có thiết k ế đủ nhẹ.

Các lực chính tác dụng lên thân thuyền:

Trên nước tĩnh thân tàu sẽ chịu đồng thờ i hai nhóm lực tác động. Trọng lượ ng tàu phân

bố dọc theo thân tàu, tác động cùng chiều vớ i lực trọng trườ ng. Lực nổi cũng phân bố

theo quy luật nhất định dọc tàu và tác động theo hướng ngượ c lại. Tổng hợ p hai lực này

bằng không song phân bố của chúng dọc tàu tùy thuộc vào phân bố trọng lượ ng bản thân

tàu và phân bố thể tích phần chìm tàu trong nướ c. Lực cắt thân tàu sẽ tính theo phân bố

lực cắt của tổng hợ p trọng lực và lực nổi. Vậy khi chưa hoạt động airboat vẫn sẽ chịu sức

nặng của bản thân cùng hành khách và hàng hóa, đáy airboat sẽ bị nhấn xuống còn lực

nổi từ phía nướ c ngoài tàu lại đẩy tàu lên. Chính vì vậy đáy airboat sẽ chịu lực cắt và

moment uốn, còn giá trị phụ thuộc vào những vị trí nhất định phụ thuộc vào trạng thái tải

và hình dáng của airboat.

Khi có sóng tàu sẽ chịu tác động của sóng. Lưu ý ở đây sóng gồm hai loại sóng tự nhiên

và sóng do chính bản thân airboat tạo ra. Sóng đượ c tạo ra khi di chuyển trên sông tạo lực

tác động rất lớn đến đáy airboat. Bằng con đường tĩnh hóa đáy được đặt tĩnh trên sóng và

chịu tác động từ phía chất lỏng bao đáy tàu dưới đường hình sóng. Có hai trườ ng hợ p tàunằm trên đỉnh sóng và tàu nằm ở đáy sóng. Trong cả hai trườ ng hợp tàu được xem nhưdầm cố định hai đầu và chịu tác dụng của lực phân bố. Đáy tàu sẽ chịu tác dụng của lực

cắt và moment khi có sóng làm tàu bị uốn cong dọc đáy.

Xét về airboat khi di chuyển trên mặt nướ c còn chịu tác dụng của lực nâng và lực cản.

Lực cản ở đây chủ yếu là lực cản ma sát và lực cản do sóng.

Tất các lực này tác dụng lên đáy airboat làm đáy bị uốn theo chiều dọc và bị xoắn theo

chiều ngang. Vì vậy k ết cấu đáy tàu phải đảm bảo đủ độ bền chống các lực cắt và

moment xoắn lên đáy.




2

Phân bố trọng lực trên đáy bao gồm trọng lượ ng bản thân, máy móc, thiết bị, hành khách,

hàng hóa… Tác dụng của các thành phần tải trọng sẽ đượ c thay thế bằng một lực có độ

lớ n bằng tải trọng và đặt tại trọng tâm của tải trọng đang xét nên để xây dựng đượ cđườ ng phân bố p(x) phải có kích thước đáy và vị phí phân bố các tải trọng trên đáy xét ở

chế độ tải trọng nguy hiểm nhất. Để đơn giản hóa thườ ng chia chiều dài L tàu thànhnhiều khoảng L bằng nhau, sau đó tính chuyển tất cả các tải trọng tác dụng bất k ỳ về tải

trọng tập trung tương đương phân bố đều trong phạm vi từng L. Có hai phương pháp:

1. Chuyển hình thang cong trong mỗi L thành hình chữ nhật tương đương cóchiều rộng bằng chiều dài L và chiều cao xác định từ điều kiện diện tích hình chữ nhật

bằng diện tích hình thang cong đang xét.

2. Chuyển các tải trọng tác dụng lên tàu thành lực tập trung ở giữa các khoảng L

trên cơ sở điều kiện cân bằng về lực và moment. Khi đó có thể coi lực tác dụng là phân

bố đều trong khoảng L đó.

Phân bố lực nổi trên nướ c tính theo hình dáng phần thể tích chìm trong nướ c của đáy vớ ilực nổi theo công thức:

D = γ V

trong đó: γ là khối lượ ng riêng của nướ c

V là thể tích chiếm nướ c của tàu

Nếu chỉ xét trong L thì phân bố lực nổi b(x) sẽ được xác định theo công thức:

b(x) = γ v(x)

trong đó: v(x) là thể tích phần chìm trong nướ c của đáy trong khoảng L.

Trong mỗi khoảng L, thể tích phân đáy tàu dưới nước đượ c tính gần đúng bằng tích L

vớ i diện tích mặt cắt ngang ω ở điểm giữa khoảng sườ n. Vậy lực nổi tại khoảng L đangxét sẽ đượ c tính bằng:

b(x) = γ ω(x) L

Do đó để xác định lực nổi từng khoảng L, cơ sở của việc xác định đườ ng phân bố lực

nổi cần phải xác định vị trí đường nướ c thực tế của đáy tức là tìm vị trí nổi cân bằng của

tàu ở tải trọng nguy hiểm nhất.

Tập hợ p hai biểu đồ này ta đượ c phân bố tải trọng tác động lên đáy như một dầm có tiết

diện thay đổi trên mặt nướ c.




3

Công thức tính phân bố tải trọng có dạng:

q(x) = p(x) – b(x)

trong đó: p(x) là phân bố trọng lượ ng

b(x) là phân bố lực nổi.

Lực cắt N(x) và moment uốn M(x) đượ c tính theo sức bền vật liệu như sau:




4

Thân tàu được xét như dầm tiết diện thay đổi chịu uốn và chịu cắt. Kết cấu thấn trong

thực tế thuộc dạng thành mỏng có gia cườ ng.Moment quán tính mặt cắt giữa tàu tính theo

sức bền vật liệu.

trong đó: I là momet quán tính mặt cắt ngang

Z là khoảng cách từ trục trung hòa đến thành phần k ết cấu cần tính bền.

Ứ ng suất uốn trong thân tàu:

Ứ ng suất cắt trong mặt cắt ngang thân:

trong đó: N là lực cắt thân tàu

S là moment tĩnh diện tính bị cắt

I là moment quán tính mặt cắt ngang thân, tính qua đườ ng trung hòa mặt

cắt.

t là chiều dài vỏ

Hiện nay có rất nhiều phương pháp sản xuất đáy thuyền. Sau đây kà hai phương phápthông dụng khi sản xuất thuyền có kích thướ c nhỏ.

1. Kiểu truyền thống

Khung sườ n của thuyền sẽ chịu tác dụng lực là chính. Hệ thống khung sườ n gồm hai

phần chính: dầm dọc (có một dầm dọc trục ở giữa đáy gọi là sóng chính, các sóng phụ

đượ c bố trí xung quanh) và dầm ngang. Tùy theo số lượ ng và khoảng cách giữa các dầmngang và dầm dọc sẽ có thiết k ế khung sườ n theo hệ thống ngang, dọc hoặc trung gian.




5

Hệ thống ngang Hệ thống dọc Hệ thống trung gian

Hệ thống ngang được dùng trong ngành đóng tàu từ rất sớ m chủ yếu áp dụng cho những

tàu có chiều dài không lớn. Ưu điểm nổi bật là có khả năng chịu các lực tác động ngang,

tác động mang tính chất cục bộ rất tốt. Hệ thống dầm ngang có khả năng chịu tải trọng

cục bộ hoàn hảo, chống đượ c rất moment gây xoắn tàu và chế tạo theo hệ thống này thì

đơn giản. Thiết k ế này cho phép có không gian rộng rãi thuận tiện bố trí trên tàu.

Hệ thống dọc đượ c áp dụng sau này cho các loại tàu có chiều dài lớn. Đây là thiết k ế tiết

kiệm nguyên liệu làm vỏ và vật tư đưa vào đáy hơn so vớ i hệ thông ngang. Hệ thống dọc

có khả năng chịu các lực uốn dọc thân tàu rất cao nhưng đối với các tác động ngang, cục

bộ thì không thể so sánh vớ i hệ thông ngang.

Hệ thống trung gian là k ết hợp ưu điểm giữa hai hệ thống trên áp dụng cho các loại tàu cỡ lớ n. Loại thiết k ế này đòi hỏi lượ ng vật tư lớn nhưng bù lại k ết cấu rất bền và ổn định.

Airboat có đáy tương đối đơn giản và chiều dài ngắn nên áp dụng hệ thống ngang làm

thích hợ p nhất vừa tiết kiệm nguyên liệu vừa có không gian rộng rãi để bố trí ghế ngồi.Với kích thước sơ bộ đáy airboat chiều dài 4m; chiều rộng 2,1m; chiều cao 0,3m ta sẽ bố

trí khung sườ n gồm 3 đà dọc (gồm sóng chính và 2 sóng phụ) và 8 đà ngang (mỗi đàngang cách nhau khoảng 0.6m). Sử dụng vật liệu hợ p kim nhôm nhằm mục đích giảm

trọng lượng đáy. Sau là bố trí sơ bộ của khung sườ n airboat:




6

Nhôm đượ c sử dụng để làm vỏ đáy airboat thay vì gỗ thay thép nhầm tăng độ bền, giảm

trọng lượng và tăng vẻ thẩm mỹ của airboat. Vỏ nhôm sẽ đượ c hàn vào k ết cấu khung

sườ n đảm bảo kín nướ c.




7




8

2. Sử dụng đáy composit

Khái niệm vật liệu composit

Vật liệu Composite là vật liệu đượ c chế tạo tổng hợ p từ hai hay nhiều vật liệu khác nhau

nhằm mục đích tạo ra một vật liệu mới có tính năng ưu việt hơn hẳn vật liệu ban đầu. Vật

liệu Composite đượ c cấu tạo từ các thành phần cốt nhằm đảm bảo cho Composite có

được các đặc tính cơ học cần thiết và vật liệu nền đảm bảo cho các thành phần của

Composite liên k ết, làm việc hài hoà vớ i nhau.

Phân loại

Vật liệu composite được phân loại theo hình dạng và theo bản chất của vật liệu thành phần. 1. Phân loại theo hình dạng

Vật liệu composite độn dạng sợi: Khi vật liệu tăng cường có dạng sợi, ta gọi đó làcomposite độn dạng sợi, chất độn dạng sợi gia cường tăng cơ lý tính cho polymer nền.

Vật liệu composite độn dạng hạt: Khi vật liệu tăng cường có dạng hạt, các tiểu




9

phân hạt độn phân tán vào polymer nền. Hạt khác sợi ở chỗ nó không có kích thước ưutiên.

2. Phân loại theo bản chất, thành phần

Composite nền hữu cơ (nhựa, hạt) cùng với vật liệu cốt có dạng: sợi hữu cơ (polyamide, kevlar…), sợi khoáng (thủy tinh, carbon…), sợi kim loại (Bo, nhôm…)

Composite nền kim loại: nền kim loại (hợp kim Titan, hợp kim Al,…) cùng vớiđộn dạng hạt: sợi kim loại (Bo), sợi khoáng ( Si, C)…

Composite nền khoáng (gốm) với vật liệu cốt dạng: sợi kim loại (Bo), hạt kim loại

(chất gốm), hạt gốm (cacbua, nitơ)…

Ứ ng dụng

Vớ i lịch sử phát triển phong phú của mình, vật liệu composite đã đượ c nhiều nhà nghiên

cứu khoa học trên thế giớ i biết đến. Việc nghiên cứu và áp dụng thành công vật liệu này

đã đượ c nhiều nướ c trên thế giớ i áp dụng. Đại chiến thế giớ i thứ hai nhiều nước đã sản

xuất máy bay, tàu chiến và vũ khí phục vụ cho cuộc chiến này. Cho đến nay thì vật liệu

composite polyme đã đượ c sử dụng để chế tạo nhiều chi tiết, linh kiện chế tạo ôtô.

Dựa trên những ưu thế đặc biệt như giảm trọng lượ ng, tiết kiệm nhiên liệu, tăng độ chịuăn mòn, giảm độ rung, tiếng ồn và tiết kiệm nhiên liệu cho máy móc. Ngành hàng không

vũ trụ sử dụng vật liệu này vào việc cuốn cánh máy bay, mũi máy bay và một số linh

kiện, máy móc khác của các hãng như Boing 757, 676 Airbus 310… Trong ngành côngnghiệp điện tử đượ c sử dụng để sản xuất các chi tiết, các bảng mạch và các linh kiện.

Ngành công nghiệp đóng tàu, xuồng, ca nô; các ngành dân dụng như y tế (hệ thống chân,

tay giả, răng giả, ghép sọ…, ngành thể thao, các đồ dùng thể thao như gậy gôn, vợ ttennis…

Ở Việt Nam vật liệu composite đượ c áp dụng hầu hết ở các ngành, các lĩnh vực. Tính

riêng nhựa dùng để sản xất vật liệu composite đượ c tiêu thụ ở Việt Nam khoảng 5.000

tấn mỗi năm; tại Hà Nội đã có 8 đề tài nghiên cứu về composite cấp thành phố đượ ctuyển trọn, theo đó vật liệu composite đượ c sử dụng nhiều trong đờ i sống xã hội. Tại

khoa răng của bệnh viện trung ương Quân đội 108 đã sử dụng vật liệu Composite vào

trong việc ghép răng thưa, các ngành thiết bị giáo dục, bàn ghế, các giải phân cách đườ ng

giao thông, hệ thống tàu xuồng, hệ thống máng trượ t, máng hứng và ghế ngồi, mái che

của các nhà thi đấu, các sân vận động và các trung tâm văn hoá…Việt Nam đã và đangứng dụng vật liều Composite vào các lĩnh vực điện dân dụng, hộp công tơ điện, sào cách

điện, đặc biệt là sứ cách điện.

Sử dụng composit trong thiết k ế đáy airboat

Vật liệu composit hiện nay đượ c sử dụng rất phổ biến để làm đáy thuyền. Ưu điểm của

vật liệu này là dễ dàng sử dụng, dễ tạo hình, chi phí thấp, trọng lượ ng nhẹ hơn so vớ i kim




10

loại, độ cứng k ết cấu cao, độ bền mòn cao, không chịu tác động có hại của môi trườ ng

như bị ăn mòn, rỉ sét…

Phươ ng án sử dụng vật liệu composit sản xuất đáy thuyền giúp giảm bớ t k ết cấu khung

sườ n. Nhiệm vụ chịu lực chính bây giờ chính là vỏ bằng composit. Độ cứng k ết cấu vỏ

cho phép chịu đựng đượ c các tác dụng gây uốn, xoắn lên đáy airboat. Khung sườ n chỉ còn tác dụng hỗ trợ thêm và góp phần lắp ghép các bộ phận khác trên airboat như ghế

ngồi, động cơ… Chính vì vậy, k ết cấu khung sườ n sẽ đượ c giảm bớt đi nhưng vẫn đảm

bảo độ bền về k ết cấu.

Sử dụng composit cho phép đáy airboat giảm đượ c trọng lượng, không gian đáy rộng rãi

hơn, dễ sản xuất trong khâu thiết k ế, tạo hình và k ết cấu. Sau đây là một số loại đáythuyền sử dụng vật liệu composit làm vỏ và hầu như kết cấu khung sườn đã đượ c bỏ qua

nhưng vẫn đảm bảo k ết cấu.




11




12

Kết luận

Cả hai dạng thiết k ế đáy theo phương pháp truyền thống và dùng vật liệu composit đều có

ưu điểm riêng. Tùy thuộc vào điều kiện sản xuất, nhu cầu và sở thích khách hàng có thể

sản xuất đáy theo các phương pháp khác nhau.

Tài liệu tham khảo

[1] Trần Công Nghị, Kết cấu thân tàu, Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia TP. Hồ Chí

Minh, 2006.

[2] Trần Công Nghị, Sức bền tàu thủy, Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia TP. Hồ Chí

Minh, 2010.

Documents

THIẾT KẾ MÁY BAY 2011-11-21 Nguyễn Danh G0800263 HK08