Thuật ngữ cơ bản về ổn định

Hôm nay tận dụng lợi thế của forum so với tài liệu giấy, mình giới thiệu một số thuật ngữ về ổn định (stability) dưới dạng hình ảnh động để các bạn hình dung dễ dàng hơn.

Các bạn nhấn nút Play ở mỗi hình một hoặc nhiều lần để xem ảnh động, mong các bạn góp ý cho bài viết này.

Ổn định (hay Ổn tính) của tàu là khả năng tàu trở lại trạng thái cân bằng ban đầu khi ngoại lực thôi tác dụng. Sau đây là một số thuật ngữ cơ bản:

1. Trọng tâm (Centre of gravity - CG)

Trọng tâm là điểm tưởng tượng, là điểm đặt của trọng lực tác dụng lên vật.

Trọng tâm của tấm phẳng và vật thể:



Trọng tâm của tàu:


Khi thêm một khối lượng lên tàu thì trọng tâm tàu sẽ di chuyển về phía trọng tâm khối hàng vừa thêm đó:


Nếu một khối lượng được di chuyển lên thì trọng tâm sẽ đi lên, và ngược lại. Việc thêm một khối lượng hàng lên tàu có thể gây mất ổn định tàu, một lượng (hàng, ...) thêm lên tàu ảnh hưởng đến ổn định phụ thuộc vào:
- Khối lượng của nó
- Khoảng cách đến trọng tâm tàu
Ảnh hưởng đến trọng tâm tàu khi nâng và di chuyển một đối tượng có trọng lượng lớn:


Ảnh hưởng theo chiều dọc (ảnh hưởng đến trim) khi thêm một khối lượng ở phía mũi:

2. Tâm nổi (Centre of buoyancy - CB)

Lực nổi là lực tác dụng do một khối lượng nước bị tàu chiếm chỗ. Lực nổi của khối nước tác dụng vào tàu qua tâm nổi theo chiều thẳng đứng hướng lên trên. Khi tàu nổi ở trạng thái cân bằng (even keel) thì lực nổi và trọng lực tác dụng trên cùng một đường thẳng, bằng nhau và ngược chiều nhau.


Tâm nổi là tâm của khối nước mà tàu chiếm chỗ:


Vị trí của tâm nổi phụ thuộc vào hình dáng phần chìm của con tàu, nếu hình dáng phần chìm thay đổi (do nghiêng, lắc, thay đổi mớn nước, xếp hàng), dẫn đến tâm nổi cũng thay đổi.
Tâm nổi nhìn từ các phía:


Chuyển động của tâm nổi khi tàu nghiêng:


Sự chuyển động của tâm nổi ảnh hưởng quan trọng đến ổn định tàu.

3. Tâm nghiêng (Metacentre)

Khi tàu nghiêng thì tâm nổi B dịch chuyển. Từ B kẻ một đường thẳng đứng vuông góc với mặt phẳng đường nước, đường này cắt đường trung tâm thẳng đứng của tàu tại một điểm, điểm đó gọi là tâm nghiêng.


Với góc nghiêng nhỏ (10° - 15°), sự dịch chuyển của tâm nổi B rất nhỏ, có thể coi như tâm nghiêng M cố định.


Với góc nghiêng lớn thì B dịch chuyển ra phía ngoài rất nhanh chóng, do đó M dịch chuyển lên phía trên, lúc này M không cố định nữa.


Chiều cao của M biến đổi theo mớn nước của tàu.

3. Moment hồi phục và cánh tay đòn ổn định

Moment hồi phục (hay Moment ổn định tĩnh) được sinh ra bởi cặp lực:
- Lực nổi, đặt tại tâm nổi của tàu.
- Trọng lực, đặt tại trọng tâm của tàu.

Tại góc nhỏ thì trọng lực và lực nổi tạo ra moment đưa con tàu về vị trí thẳng đứng (upright):


Khoảng cách theo phương ngang giữa phương của lực nổi và trọng lực được gọi là cánh tay đòn ổn định GZ, nó thay đổi theo góc nghiêng:


Ảnh hưởng đến cánh tay đòn ổn định khi thêm một khối lượng lên tàu:

4. Góc lặn (Angle of Vanishing)

Moment hồi phục và cánh tay đòn ổn định thay đổi theo góc nghiêng của tàu, moment hồi phục được ước định bởi cánh tay đòn hồi phục GZ. Ở phần lớn các con tàu, khi GZ giảm về 0 tại một góc nghiêng nào đó, thì góc nghiêng đó chính là góc lặn (Angle of Vanishing Stability - AVS).


Góc lặn là điểm tới hạn của mỗi con tàu, tại đó:
Ÿ- Moment hồi phục bằng 0, con tàu không có khuynh hướng trở lại vị trí thẳng đứng (upright).
- Nếu qua góc lặn này, moment hồi phục có khuynh hướng lật úp con tàu, lúc đó moment hồi phục "âm" (negative):

5. Góc ngập nước (Downflooding Angle)

Nếu tàu bị nước tràn qua mạn, hoặc tràn vào không gian mở và tràn vào tàu thì đường cong GZ không còn ý nghĩa qua góc mà nước tràn vào đó. Góc này được gọi là góc ngập nước.

cho e hỏi là tại sao lại coi góc nghiêng 10-15 là góc nhỏ ah?

cảm ơn bố già

phamthixuanhien đã viết:cho e hỏi là tại sao lại coi góc nghiêng 10-15 là góc nhỏ ah?

từ 10-15 độ là gó ngiêng nhỏ là thuật ngữ không được chính xác lắm bạn. ở đây ta xem 10 -15 đọ là góc nghiêng nhỏ để tính ổn định tàu thông qua GM. khi này ta giả định là điểm M cố định. còn góc ngiêng lớn điểm M không cố định khi đó ta không đánh gia ổn định tàu thông qua gm nữa!!

Co cho xem dc co cho ko la sao vay ca?