Độ lệch tàu do người điều khiển phục vụ thiết kế luồng hàng hải - Nguyễn Xuân Thịnh, ĐH Hàng hải VN

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM NGUYỄN XUÂN THỊNH TÊN ĐỀ TÀI LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐỘ LỆCH TÀU DO NGƯỜI ĐIỀU KHIỂN PHỤC VỤ THIẾT KẾ LUỒNG HÀNG HẢI LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HẢI PHÒNG – 9/2019 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM NGUYỄN XUÂN THỊNH TÊN ĐỀ TÀI LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐỘ LỆCH TÀU DO NGƯỜI ĐIỀU KHIỂN PHỤC VỤ THIẾT KẾ LUỒNG HÀNG HẢI LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Ngành:Khoa học Hàng hải Mã số: 9840106 Chuyên ngành: Khoa học Hàng hải Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Phạm Văn Thuần HẢI PHÒNG – 9/2019 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là Nguyễn Xuân Thịnh, tác giả của luận án tiến sĩ “NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐỘ LỆCH TÀU DO NGƯỜI ĐIỀU KHIỂN PHỤC VỤ THIẾT KẾ LUỒNG HÀNG HẢI” Bằng danh dự của mình, tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, và chưa được sử dụng trong các công trình khoa học đã công bố trước đó trừ những công trình khoa học có liên quan một phần mà được chính tác giả làm chủ nhiệm hoặc là tác giả có tham gia cùng nghiên cứu. Ngoài ra trong nội dung không có phần nội dung nào được sao chép một cách bất hợp pháp từ công trình nghiên cứu của tác giả khác. Kết quả nghiên cứu, nguồn số liệu trích dẫn, tài liệu tham khảo nêu trong luận án hoàn toàn chính xác và trung thực. Hải phòng ngày 09/09/2019 Tác giả luận án tiến sỹ Nguyễn Xuân Thịnh i Luận án tiến sĩ Kĩ thuật LỜI CẢM ƠN Tên tôi là Nguyễn Xuân Thịnh, trong quá trình thực hiện đề tài “NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐỘ LỆCH TÀU DO NGƯỜI ĐIỀU KHIỂN PHỤC VỤ THIẾT KẾ LUỒNG HÀNG HẢI” nhận được rất nhiều sự giúp đỡ, tạo điều kiện của tập thể Ban Giám hiệu, Khoa Sau Đại học, Khoa Hàng hải, Khoa Công trình, giảng viên, cán bộ các phòng ban, ban chức năng Trường Đại học hàng hải Việt Nam.

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS Phạm Văn Thuần – thầy giáo trực tiếp hướng dẫn và chỉ bảo cho Tôi hoàn thành luận án này. Tôi xin chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp của Tôi đang công tác tại Trường Đại học hàng hải Việt Nam và gia đình đã động viên, khích lệ, tạo điều kiện và giúp đỡ Tôi trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành luận án này Hải phòng ngày 09/09/2019 Tác giả luận án tiến sỹ Nguyễn Xuân Thịnh ii Luận án tiến sĩ Kĩ thuật MỤC LỤC Danh mục các chữ viết tắt và ký hiệu …………………………………………v Danh mục các hình………………………………………………….vi Danh mục các bảng…………………………………………………….xi Mở đầu……………………………………………………………. Tính cấp thiết của đề tài …………………………………………. Mục đích nghiên cứu đề tài ………………………………………….

Phương pháp nghiên cứu đề tài ……………………………………………. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài ………………………………. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ……………………………………8 Chương 1.1 Tổng quan về nghiên cứu số gia dự phòng bề rộng luồng hàng hải …….2 Nghiên cứu xác định độ lệch do người điều khiển tàu khi chạy trên luồng……………………………………………………………………. Điều kiện giao thông trên các tuyến luồng hàng hải tại Việt Nam………………………………….1 Đánh giá về hình dáng các tuyến luồng hàng hải Việt nam…………….2 Đánh giá về tình hình gió trên một số trạm quan trắc dọc theo bờ biển Việt Nam ………………………………………………………………….3 Đánh giá về chủng loại tàu trên các các tuyến luồng hàng hải Việt Nam.51 Chương 3 Nghiên cứu mô phỏng chuyển động của tàu khi không có tác động của ngoại cảnh và con người………………………………….1Hệ thống mô phỏng tại Trường Đại học Hàng hải Việt Nam …………….2Chế tạo thiết bị và xây dựng phần mềm ghi lại số liệu thực nghiệm…….3Nghiên cứu xây dựng mô hình toán chuyển động tàu …………………….4Tính toán các hệ số điều khiển ………………………………………….5Thực nghiệm xác định các hệ số mô hình toán tàu ……………………….74 iii Luận án tiến sĩ Kĩ thuật 3.6Mô phỏng số chuyển động của tàu ……………………………………….7 Mô phỏng số chuyển động của tàu theo đường đi khi không có ảnh hưởng của con người và ngoại cảnh gió……………………………….…………90 Chương 4 Nghiên cứu thực nghiệm xác định ảnh hưởng của con người đến độ lệch tàu……………………………………………………………….1Tính toán xác định các điều kiện nghiên cứu chuyển động của tàu …….2Thực nghiệm xác định yếu tố con người trong điều khiển tàu …………108 4.3Đánh giá ảnh hưởng của yếu tố con người trong điều khiển tàu trong điều kiện không có ảnh hưởng của gió ……………………………….4Đánh giá ảnh hưởng của yếu tố con người trong điều khiển tàu trong điều kiện có ảnh hưởng của gió …………………………………….5Khuyến cáo độ lệch tàu phục vụ thiết kế luồng hàng hải Việt Nam………….134 Kết luận kiến nghị ………………………………….……………………142 Danh mục các công trình khoa học công cố kết quả nghiên cứu của đề tài luận án ……………………………………………………………….144 Tài liệu tham khảo ……………………….146 Phụ lục 1 Code lập trình mô phỏng chuyển động quay trở tàu ……….152 Phụ lục 2 Code lập trình mô phỏng chuyển động tàu chạy theo đường.156 iv Luận án tiến sĩ Kĩ thuật DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Chữ viết tắt Giải thích BC Bề rộng chạy tàu kênh 1 chiều Bhd Chiều rộng dải hoạt động của tàu C1 Dự phòng chiều rộng giữa dải hoạt động của tàu và mái dốc kênh B Dự phòng chiều rộng cho sa bồi trên kênh 1 Góc chệch do dòng chảy 2 Góc chệch do gió WBM Chiều rộng cần thiết để điều động tàu WBr Dự phòng chiều rộng bên phải WBg Dự phòng chiều rộng bên phải B Chiều rộng tàu tính toán Lpp Chiều dài giữa hai đường thủy trực tàu  Góc bẻ lái (độ) Ẏ Vận tốc quay trở của tàu (rad/s) Ÿ Gia tốc quay trở của tàu (rad/s2) Tốc độ tàu (m/s) Tốc độ quay của tàu (rad/s) K, T Chỉ số tính năng điều động tàu K’, T’ Giá trị không thứ nguyên chỉ số tính năng điều động tàu C++ Phần mềm lập trình C ++ C Ngôn ngữ lập trình C v Luận án tiến sĩ Kĩ thuật DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Mở rộng đoạn cong bằng phương pháp đỉnh tam giác….2 Mở rộng đoạn cong bằng phương pháp ngủ giác………….3 Mở rộng đoạn cong bằng phương pháp hình thang có mở rộng………………………….1 Giá trị góc ngoặt trên các tuyến luồng Hàng hải……………….3 Đoạn luồng hàng hải đặc trưng …………………………………27 Hình 2.3 Giá trị góc chuyển hướng trên các tuyến luồng Hàng hải………28 Hình 2.4 Biểu đồ hoa gió trạm quan trắc khí tượng Hòn Dáu …….5 Biểu đồ hoa gió trạm quan trắc khí tượng Huế …….6 Biểu đồ hoa gió trạm quan trắc khí tượng Lý Sơn …….7 Biểu đồ hoa gió trạm quan trắc khí tượng Vũng Tàu ….8 Tàu chở hàng rời……………………………….11 Tàu khí hóa lòng……….12 Tàu RO RO…………….14 Tàu du lịch ……….1 Các loại tàu chủ ….2 Phòng mô phỏng điều khiển tàu biển …….3 Hệ thống mô phỏng lái tàu ……….4 Hệ thống mô phỏng rada .5 Hệ thống mô phỏng chỉ thị thông tin tàu …….6 Cấu trúc của hệ thông thu thập dữ liệu điều khiển tàu …….7 Cấu trúc mạch đọc tín hiệu góc bẻ lái và tốc độ quay trở .8 Sơ đồ mạch chuyển đổi A/D và gửi tín hiệu về máy tính ….67 vi Luận án tiến sĩ Kĩ thuật Hình 3.9 Thuật toán vi điều khiển mạch đọc tín hiệu Analog và truyền về máy tính ……………………………………………………………….10 PCI EX to RS232 card …….11 Giao điện vận hành hệ thống thu thập dữ liệu tàu.12 Thông tin thu thập của tàu với file excel…….13 Vòng quay trở của tàu………………………….14 vòng quay trở thực nghiệm tàu 10.15 vòng quay trở thực nghiệm tàu 28.16 Lưu đồ thuật toán mô phỏng quay trở tàu …………………….17 Mô phỏng số chuyển động tàu 10.18 Mô phỏng số chuyển động tàu 28.19 So sánh kết quả thực nghiệm và mô phỏng chuyển động tàu 10.20 So sánh kết quả thực nghiệm và mô phỏng chuyển động tàu 28.21 Độ lệch trong điều khiển tàu theo đường đi đã định ……….22 Độ lệch trong điều khiển tàu đi theo đường đi đã định ……….23 Chuyển hướng khi đến điểm chuyển hướng ………………….24 Lưu đồ thuật toán mô phỏng tàu đi theo đường ………………94 Hình 3.25 Mô phỏng chuyển động của tàu 10.000 DWT, khi thay đổi hướng 20o……………………………………………………………………….26 Mô phỏng chuyển động của tàu 10.000 DWT, khi thay đổi hướng 40o……………………………………………………………………….27 Mô phỏng chuyển động của tàu 10.000 DWT, khi thay đổi hướng 60o……………………………………………………………………….28 Mô phỏng chuyển động của tàu 28.000 DWT, khi thay đổi hướng 20o……………………………………………………………………….96 vii Luận án tiến sĩ Kĩ thuật Hình 3.29 Mô phỏng chuyển động của tàu 28.000 DWT, khi thay đổi hướng 40o……………………………………………………………….30 Mô phỏng chuyển động của tàu 28.000 DWT, khi thay đổi hướng 60o……………………………………………………………….31 Độ dạt ngang tàu 10.000 DWT khi không có ảnh hưởng của gió và người………………………………………………………………….32 Độ lệch ngang tàu 28.000 DWT khi không có ảnh hưởng của gió và người…………………………………………………………….33 Độ lệch ngang khi đổi hướng tại điểm chuyển hướng ….1 Hình dáng luồng phục vụ thực nghiệm ….

Cấu trúc các dữ liệu thực nghiệm được ghi lại tự động ….3 Kết quả thực nghiệm tàu hàng ….4 Kết quả thực nghiệm tàu container ……….5 So sánh kết quả thực nghiệm giữa các loại tàu có tính năng điều động khác nhau……………………………………………………….6 So sánh kết quả thực nghiệm và kết quả mô phỏng tàu 10.7 Kết quả độ lệch tàu max do người điều khiển dẫn tàu 10.000 DWT trong điều kiện không gió ………………………………………………116 Hình 4.8 So sánh kết quả thực nghiệm và kết quả mô phỏng tàu 28.9 Kết quả độ lệch tàu max do người điều khiển dẫn tàu 28.000 DWT trong điều kiện không gió ………………………………………………117 Hình 4.10 So sánh ảnh hưởng của tốc độ gió đối với tàu 10.000DWT khi thay đổi hướng 200………………………………………………………119 Hình 4.11 So sánh ảnh hưởng của tốc độ gió đối với tàu 10.000DWT khi thay đổi hướng 400………………………………………………………120 viii Luận án tiến sĩ Kĩ thuật Hình 4.12 So sánh ảnh hưởng của tốc độ gió đối với tàu 10.000DWT khi thay đổi hướng 600…………………………………………………….13 So sánh ảnh hưởng của tốc độ gió đối với tàu 28.000DWT khi thay đổi hướng 200 …………………………………………………….14 So sánh ảnh hưởng của tốc độ gió đối với tàu 28.000DWT khi thay đổi hướng 400………………………………………………………122 Hình 4.15 So sánh ảnh hưởng của tốc độ gió đối với tàu 28.000DWT khi thay đổi hướng 600………………………………………………………122 Hình 4.16 So sánh ảnh hưởng của góc đổi hướng luồng đối với tàu 10.000DWT khi hướng gió 300 …………….17 So sánh ảnh hưởng của góc đổi hướng luồng đối với tàu 10.000DWT khi hướng gió 600 …………………………………………124 Hình 4.18 So sánh ảnh hưởng của góc đổi hướng luồng đối với tàu 10.000DWT khi hướng gió 900 …………………………………………124 Hình 4.19 So sánh ảnh hưởng của góc đổi hướng luồng đối với tàu 28.000DWT khi hướng gió 300 ……….20 So sánh ảnh hưởng của góc đổi hướng luồng đối với tàu 28.000DWT khi hướng gió 600…………………………………………126 Hình 4.21 So sánh ảnh hưởng của góc đổi hướng luồng đối với tàu 28.000DWT khi hướng gió 900 …………………………………………126 Hình 4.22 So sánh kết quả thực nghiệm và kết quả mô phỏng tàu 10.000 DWT với hướng gió 300 ……….23 So sánh kết quả thực nghiệm và kết quả mô phỏng tàu 10.000 DWT với hướng gió 600…………………………………………………128 Hình 4.