Đồ án Nghiên cứu thiết kế tàu canô cao tốc kéo dù bay nhằm phục vụ du lịch biển trên vịnh nha trang

LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp tàu thuỷ nước ta đang từng bước phát triển và dần chiếm được vị trí trong nước và cũng như khu vực. Trước đây con tàu đóng ra với mục đích là phương tiện vận chuyển hàng hoá là chủ yếu thì bây giờ mục đích sử dụng của con tàu được đa dạng lên rất nhiều. Hiện nay đội canô cao tốc đang phát triển rất mạnh trên toàn quốc và hoạt động trong rất nhiều lĩnh vực như : du lịch, quân sự, tìm kiếm cứu nạn… Ở Nha Trang từ khi có đội canô cao tốc hoạt động trong lĩnh vực đưa khách du lịch đi thăm quan các hòn đảo ở ngoài khơi, phục vụ vui chơi, khám phá Đại Dương… hàng năm đem lại nguồn thu đáng kể cho các doanh nghiệp. Đối với canô, đặc điểm hình học bao giờ cũng là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tính năng hàng hải của canô nói chung và tốc độ của ca nô nói riêng, đặc điểm hình học bao gồm các kích thước chính và bản vẽ đường hình. Đặc điểm hình học ngoài yếu tố ảnh hưởng quyết định đến tốc độ, nó còn là yếu tố quyết định tới vị trí buộc dây để kéo dù, do đó việc xác định đặc điểm hình học của canô có vai trò và ý nghĩa quan trọng đặt ra đầu tiên phải đạt được khi thiết kế ca nô kéo dù. Từ các vật liệu truyền thống như : gỗ, thép, nhôm, đều là những vật liệu dùng để đóng tàu. Tuy nhiên, đối với canô người ta ít dùng gỗ, thép mà người ta dùng nhôm để đảm bảo được các yêu cầu của nó về tốc độ, thẩm mỹ, sức chở, khả năng chống chịu môi trường…Với vật liệu nhôm người ta đã đóng ra những chiếc ca nô mang những tính năng tốt. Tuy nhiên, hiện nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, vật liệu mới đã ra đời, vật liệu Composite mang những ưu điểm nổi bật như có độ bền cao, nhẹ, trơ với môi trường nước biển, phương pháp thi công đơn giản, giá thành rẻ… Với những ưu điểm trên, vật liệu Composite đang dần thay thế vật liệu truyền thống, ưu điểm của vật liệu mới cũng góp phần lớn vào việc giải quyết bài toán tốc độ. Trước những yêu cầu trên, để tạo điều kiện tiếp cận thực tế, làm quen với việc giải quyết vấn đề một cách cụ thể, sau thời gian học tập em đã được nhà trường giao thực đề tài: Thiết kế canô kéo dù bay phục vụ du lịch trên vịnh Nha Trang. Qua thời gian tìm hiểu được sự hướng dẫn tận tình của thấy giáo TH.S PHẠM THANH NHỰT, cùng với sự động viên và giúp đỡ tận tình của bạn bè và người thân, em đã hoàn thành nội dung của đề tài. Nội dung đề tài gồm bốn phần : Chương 1: Đặt vấn đề. Chương 2: Yêu cầu kỹ thuật đối với ca nô kéo dù bay và xây dựng nhiệm vụ thư Chương 3: Tính toán thiết kế (đường hình, bố trí chung, kết cấu, ổn định, tốc độ) Chương 4: Thảo luận và kiến nghị. Tuy nhiên vì thời gian và kiến thức có hạn nên trong khi thực hiện không thể tránh khỏi thiếu sót. Kính mong được sự góp ý của các thầy để em được hoàn thiện hơn về kiến thức. Sinh viên thực hiện Tống Văn Hai CHƯƠNG I ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1.TỔNG QUAN. Như chúng ta đã biết trong những năm gần đây, ngành du lịch của tỉnh Khánh Hoà phát triển rất mạnh mẽ, đặc biệt là thành phố Nha Trang, với thiên nhiên ưu đãi nơi đây có một quần thể các đảo, những bãi tắm tuyệt đẹp với lòng biển chứa rừng San Hô khoảng 350 loài và có hơn 350 loài sinh vật biển vịnh Nha Trang không chỉ giàu tài nguyên, đẹp cảnh quan mà còn gắn liền với những nét đẹp của văn hóa biển và những địa chỉ văn hóa - du lịch như Tháp bà Ponagar, Viện Pasteur Nha Trang, bảo tàng A.Yersin, bảo tàng biển lớn nhất Đông Dương.... Chính vì lý do trên nên vịnh Nha Trang được công nhận là một trong 29 vịnh đẹp của thế giới. Khách du lịch đến Nha Trang không chỉ tắm biển mà còn muốn chinh phục Đại Dương vươn ra các hòn đảo, chơi nhiều trò chơi với cảm giác mạnh như: đi môtô nước, bay dù kéo bằng ca nô… Xuất phát từ những nhu cầu thực tế trên, em đã được giao thực hiện đề tài với nội dung: Thiết kế canô kéo dù bay phục vụ du lịch trên vịnh Nha Trang. Thực tế nhận thấy, một trong những yếu tố quan trọng và khó khăn khi thiết kế chế tạo ca nô là phải đạt được tốc độ cao. Về mặt lý thuyết có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ: Đặc điểm đường hình, bố trí chung, hệ thống động lực…Do đó thiết kế ca nô là một bài toán phức tạp và có ý nghĩa quan trọng. Ở nước ta hiện nay ca nô chủ yếu được thiết kế dựa trên những ca nô mẫu có tốc độ cao và có tính năng tốt được thử nghiệm. Vì vậy trong đề tài này, chúng tôi cũng dựa trên những ca nô có sẵn nhưng có sự phân tích và lựa chọn nhằm mục đích đưa ra mẫu ca nô phù hợp về mặt tính năng, tốc độ, phù hợp điều kiện kinh tế- kỹ thuật- công nghệ nước ta hiện nay. * Đặc điểm địa hình và khí hậu vịnh Nha Trang Vịnh Nha Trang có diện tích khoảng 507 km2 bao gồm 19 hòn đảo, trong đó Hòn Tre là đảo lớn nhất, diện tích 3.250 ha; đảo nhỏ nhất là Hòn Nọc, chỉ 4 ha. Vịnh Nha Trang có khí hậu hai mùa rõ rệt. Mùa khô kéo dài từ tháng riêng đến tháng tám, mùa mưa từ tháng chín đến tháng mười hai, Nhiệt độ bình quân là 26 độ C, nóng nhất 39 độ C, lạnh nhất 14,4 độ C, gió với tần suất khác nhau, mùa đông hướng gió Tây Bắc và Bắc Đông Bắc, chiếm tới tần suất 80
90 %. Về mùa hạ hướng gió là Tây và Tây Nam chiếm tần suất trên 50%. Tốc độ gió trung bình vào khoảng 2 – 2,5 (km/h). Những đặc điểm khí hậu trên rất thuận lợi cho tham quan du lịch biển. 1.2. GIỚI THIỆU CÁC VẬT LIỆU DÙNG TRONG CHẾ TẠO CANÔ. Gỗ là loại vật liệu phổ biến và từ lâu đã được sử dụng trong việc đóng tàu thuyền ở Việt Nam cũng như trên thế giới vì dễ thực hiện cùng với nguồn cung cấp dồi dào và giá rẻ. Ở nước ta hiện nay vẫn còn dùng nhiều gỗ để đóng và sửa chữa đội tàu đánh cá dân gian và tàu vận tải trên sông. Ngày nay với sự phát triển về dân số làm cho nguồn gỗ ngày càng cạn kiệt, nếu đóng nhiều tàu gỗ thì nguy cơ phá rừng cao, gây hại cho môi trường. Thép là loại vật liệu được sử dụng rộng rãi nhất trong đóng tàu, nhờ có những đặc tính ưu việt của thép về tính năng cơ học, giá thành hợp lý…mà người ta có thể đóng những con tàu dài đến 500m trọng tải trên đưới 1/2 triệu tấn trong khi đó vật liệu gỗ chỉ đóng được con tàu trên dưới 50 ÷ 60m. Tuy nhiên, cả hai vật liệu truyền thống này khi làm vỏ tàu đòi hỏi quy trình bảo dưỡng rất nghiêm khắc. Tàu vỏ gỗ phải kéo lên bờ định kỳ, tàu vỏ thép cũng phải đưa vào ụ hoặc lên đà để bảo dưỡng định kỳ. Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ hiện đại dẫn đến nhu cầu to lớn về loại vật liệu, đồng thời có nhiều tính chất cần thiết mà các vật liệu nêu trên (kim loại, ceramic, polymer) khi đứng riêng rẽ không thể có được, mà nổi bật là loại vừa bền lại vừa nhẹ, lại có tính ăn mòn cao. Tính chất cơ bản và cần thiết nhất của vật liệu mà phần lớn các sản phẩm cơ khí, chế tạo máy đòi hỏi là tính chịu nén, kéo, chịu ăn mòn và nhẹ. Qua nghiên cứu, người ta đã tìm được phức hợp vật liệu gồm sợi các bon chịu kéo và keo silicát chịu nén có thể bổ trợ cho nhau, cả hai cùng nhẹ và không bị ăn mòn hoá học, đây là vật liệu mới vật liệu Composite (FRP). Canô là một phương tiện nhỏ dùng để phục vụ quân sự, vận chuyển hàng hoá, hành khách, phục vụ du lịch, tuần tra, cứu nạn, trên các sông, hồ, vịnh… Vì đặc điểm của canô là phải có tốc độ cao, có lượng dãn nước nhỏ, tính quay trở tốt, tính năng động cao, khối lượng nhỏ dễ dàng vận chuyển….Chính những yếu tố trên nên yêu cầu vật liệu chế tạo ca nô cũng phải phù hợp. Trước đây khi chưa có vật liệu Composite hầu hết các canô đều được chế tạo từ hợp kim nhôm vì hợp kim này nhẹ, độ bền cao, khả năng chống chịu môi trường lớn nên phù hợp được các yêu cầu về độ bền, tốc độ, lượng dãn nước nhỏ, tính thẩm mỹ, phương pháp thi công…Hiện nay với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ hiện đại, vật liệu mới cũng ra đời đó là vật liệu Composite (FRP) vật liệu mới này có những đăc điểm sau: * Ưu điểm: + Có độ bền vững cao, trọng lượng nhẹ. + Có độ tính hoá học tốt, tính cơ học cao. + Chịu được biến dạng uốn. + Chịu tác dụng lực liên tục. + Không thấm nước. + Riêng nhựa pholyester có độ bền chịu nhiệt cao, chịu ẩm và xâm thực của môi trường. + Phương thức thi công đơn giản, tuổi thọ cao. + Giá thành phù hợp. * Nhược điểm: + Modun đàn hồi thấp. + Sức chịu ma sát và chịu đập thấp. + Bị giòn khi nhiệt độ cao. Chính những ưu điểm nổi bật của vật liệu mới nên nó thay thế dần vật liệu nhôm trong chế tạo canô trước kia. Vì vậy, trong đề tài này tôi cũng sử dụng vật liệu Composite trong việc chế tạo vỏ canô kéo dù bay. 1.3. VẬT LIỆU COMPOSITE. Định nghĩa thành phần và phân loại. 1.3.1.1. Định nghĩa. Vật liệu Composite hay Composite là vật liệu tổ hợp từ hai vật liệu có bản chất khác nhau. Vật liệu tạo thành có đặc tính trội hơn đặc tính của từng vật liệu thành phần khi xét riêng rẽ. Tuy nhiên, định nghĩa này chưa đầy đủ. Vật liệu composite được xác định theo các tiêu chuẩn: Cả hai chất thành phần phải có tỷ lệ lớn hơn 5%. - Chỉ khi các pha thành phần có cơ tính khác nhau và cơ tính của vật liệu Composite khác một cách đáng kể với cơ tính của vật liệu thành phần. - Trong vật liệu Composite, các vật liệu thành phần không hoà tan hẳn vào nhau. Về phương diện hoá học, Composite có hai pha (hoặc nhiều hơn) riêng biệt, được phân ra bởi mặt phân cách riêng biệt. Thành phần liên tục tồn tại với khối lượng lớn trong Composite gọi là nền. Composite có thể là nền gốm, kim loại hoặc polymer. Thành phần thứ hai được gọi là cốt, có tác dụng làm tăng cơ tính cho vật liệu nền. Cơ tính của vật liệu composite phụ thuộc vào: Cơ tính của vật liệu thành phần, luật phân bố hình học của vật liệu cốt, tác dụng tương hỗ giữa các vật liệu thành phần,…. 1.3.1.2. Phân loại. Vật liệu Composite được phân loại theo hình dáng và theo bản chất của các vật liệu thành phần. * Theo bản chất vật liệu nền: Tùy thuộc vào bản chất vật liệu nền, vật liệu Composite chia thành ba nhóm: Composite nền kim loại (như hợp kim nhôm, titan…) với vật liệu cốt dạng: Sợi kim loại (Bo); sợi khoáng (cacbon, SiC). Composite nền khoáng (gốm) với cốt là các dạng: sợi kim loại (Bo); hạt gốm (cacbua,nitơ). Hạt kim loại (chất gốm kim). Composite nền hữu cơ (nhựa, hạt) cùng với vật liệu cốt dạng: sợi hữu cơ (polyamit, Kevlar..); sợi khoáng (thuỷ tinh cacbon…); sợi kim loại (Bo, nhôm..) * Theo hình dáng vật liệu cốt: - Vật liệu Composite cốt sợi: Khi vật liệu cốt là các sợi, ta gọi là Composite cốt sợi, sợi được sử dụng có thể dưới dạng liên tục, có thể dưới dạng gián đọan: Sợi ngắn, vụn….Ta có thể điều khiển sự phân bố, phương của sợi để có vật liệu dị hướng theo ý muốn. Và cũng có thể tạo ra các vật liệu có cơ lý tính khác nhau, khi chú ý tới: + Bản chất của vật liệu thành phần. + Tỷ lệ các vật liệu tham gia. + Phương của sợi. - Vật liệu Composite cốt hạt: Khi vật liệu cốt có dạng hạt, ta gọi là Composite cốt hạt. Hạt khác sợi ở chỗ, nó không có kích thước ưu tiên. Hạt thường được sử dụng để cải thiện một số cơ tính của vật liệu nền, chẳng hạn tăng độ cứng, tăng khả năng chịu nhiệt, chịu mòn, giảm khả năng co ngót… 1.3.1.3. Vật liệu Composite (FRP) chế tạo canô. Vật liệu Compositer (FRP) trong chế tạo canô là cốt sợi thuỷ tinh nền nhựa polyester không no. * Cốt là những tấm sợi thuỷ tinh băm (sau đây gọi là “tấm sợi băm”), những tấm vải sợi thuỷ tinh thô (sau đây gọi là “vải sợi thô”), và sợi thuỷ tinh thô (sau đây gọi là “sợi thô”), dùng làm cốt cho FRP được chế tạo từ sợi dài. * Mát gồm các lớp sợi liên tục hoặc gián đoạn, phân bố hỗn loạn trong một mặt phẳng. Các sợi được giữ với nhau nhờ chất liên kết có thể hoà tan hoặc không hoà tan trong nhựa, tuỳ thuộc vào công nghệ sử dụng. Tính phân bố hỗn loạn của các sợi làm cho “mát” có tính đẳng hướng trong mặt phẳng của nó. Vải (hay băng) là một tổ hợp mặt các sợi, các mớ …vv, được thực hiện nhờ kỹ thuật dệt. Vải gồm: Phương cơ bản (dọc), đó là tập hợp tất cả các sợi song song, phân bố trong mặt phẳng theo chiều dài của vải. Phương ngang, đó là tập hợp tất cả các sợi bắc ngang qua các sợi dọc. Người ta phân biệt các loại vải dựa vào loại sử dụng (sợi đơn giản, mớ…), có nghĩa là dựa vào khối lượng dài của sợi, và vào kiểu tréo sợi dọc và ngang, bao gồm 4 kiểu: Lụa trơn, xa tanh, vân chéo, kiểu đồng phương. * Nhựa polyester. Nhựa polyester được sử dụng từ lâu để chế tạo các vật liệu Composite. Dựa trên mô đun đàn hồi, người ta phân loại polyester: Nhựa nền, nhựa cứng vừa phải và nhựa cứng. Loại nhựa cứng thường được sử dụng để chế tạo vật liệu composite. Chúng ta có thể liệt kê một số cơ tính chính của loại nhựa cứng đã đóng rắn. Khối lương riêng 1.200 kg/m3 Mô đun đàn hồi kéo 2,8 đến 3,5 Gpa Mô đun đàn hồi uấn 3 đến 4 Gpa Ứng suất phá huỷ kéo 50 đến 80 Mpa Ứng suất phá huỷ uấn 90 đến 130 MPa Biến dạng phá huỷ kéo 2 đến 5 % Biến dạng phá huỷ uấn 7 đến 9 % Độ bền nén 90 đến 200 MPa Độ bền cắt 10 đến 20 MPa Nhiệt độ uấn cong dưới tải trọng (1,8 Mpa) 60 đến 1000C   * Nhựa polyester có ưu điểm: Cứng. Ổn định kích thước. Khả năng thấm vào sợi và nhựa cao. Dễ vận hành. Chống môi trường hoá học. Giá thành hạ * Nhựa polyeste có nhược điểm sau: Dễ bị nứt, đặc biệt nứt do va đập. Độ co ngót cao (khoảng 8 – 10%). Khả năng chịu hơi nước, nước nóng kém. Bị hư hại dưới tác hại của tia cực tím. Dễ bắt lửa. Chịu nhiệt trung bình (dưới 1200C). CƠ SỞ LÝ THUYẾT THUỶ ĐỘNG HỌC CA NÔ CAO TỐC. Đa số các canô hiện nay hoạt động dựa trên lý thuyết thuỷ động học vì hoạt động trên nguyên lý này có hình dáng, kết cấu đơn giản hơn hoạt động trên nguyên lý khí động học. Trong đề tài này, canô được thiết kế cũng hoạt động trên nguyên lý thuỷ động học do đó ta cần tìm hiểu về nguyên lý thuỷ động học của canô cao tốc. * Lực nâng và lực cản tấm phẳng. Lực nâng và lực cản của tấm lướt ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ của canô cao tốc, do đó ta cần xác định các thành phần lực này để lựa chọn hình dáng đáy canô hợp lý nhất nhằm làm nhẹ cho ca nô khi chạy. Đối với các tàu chạy chậm hoặc tàu thuộc nhóm tàu chạy nhanh đang đứng yên trên nước phương trình cân bằng được viết dưới dạng trọng lượng toàn tàu đúng bằng lực nổi. W =
.V (1.1) Trong đó W - trọng lượng tàu (Tấn). V - thể tích chiếm nước (m3).
- trọng lượng riêng của nước (T/m3). Tàu đang chạy, khi sang giai đoạn quá độ lực nâng bắt đầu tham gia vào thành phần các lực tác dụng lên tàu, phương trình cân bằng sẽ có dạng: W =
.V1+ L (1.2) Trong đó W- trong lượng thân tàu (tấn) Trong đó: V1 - thể tích chìm của phần thân tàu trong trạng thái đang chạy đủ nhanh, trong mọi môi trường V1<V. L - lực nâng (KG). Tàu chạy càng nhanh, lực nâng L càng lớn, V1 càng nhỏ dần, song phương trình (1.2) luôn cân bằng. Lực nâng xuất hiện trong quá trình thân tàu chạy lướt. Dưới tác dụng của ngoại lực tấm đang nghiêng với góc tấn
, chuyển động với vận tốc v trong nước. khi chuyển động tấm có tác dụng làm thay đổi hướng dòng, vận tốc dòng chảy trên tấm chia dòng thành hai phần, phần dưới và phần trên. Điểm 0 nằm tại ranh giới giữa hai miền đó gọi là điểm giới hạn. Từ định luật Bernoulli có thể xây dựng đường phân bố áp lực thuỷ động, giá trị lớn nhất của đường này phải rơi đúng vào điểm 0
Hình 1.1: Phân tích lực tấm phẳng. Từ hình ảnh vừa có người ta có thể xây dựng các cách tính xác định lực thủy động lên tấm dạng lướt. Tổng cộng tất cả lực pháp tuyến trên hình 1.1 có thể quy tụ thành lực F tác động vuông góc với tấm. Để giúp việc tính toán thuận lợi chúng ta sẽ tiếp tục phân F thành các thành phần cấu thành mang ý nghĩa thực tế. Lực F có thể phân thành hai thành phần Fy và Fx, theo hướng trục Oy và Ox tương ứng. Cần giải thích ngay, trong kỹ thuật thành phần Fx chính là lực cản chuyển động của tấm trong nước, thường được ký hiệu bằng R hoặc D. Thành phần Fy thường được gọi là lực nâng L . Công suất kéo cần thiết của canô: A = Fx.v = R.v =F.sin(.v (1.3) Bỏ qua năng lượng tạo sóng lúc chuyển động có thể cho rằng toàn bộ năng lượng được dùng cho việc đẩy tấm về trước đã dành cho việc tạo các tia nước bắn tung tóe ra sau. Vận tốc dòng dạng này phải bằng tổng vectơ của vận tốc tấm đang lướt và vận tốc dòng so với tấm. Vp = 2.v.cos((/2) (1.4) Trong khi đó khối lượng nước bị ném về trước trong quá trình chuyển động của tấm, tính bằng ((v, với ( - mật độ nước (kg/m3), ( - chiều dày dòng các tia nước bị phun (m). Động năng của dòng bị phun tung tóe (Spray) có thể tính: AS = ½.mvp2 = ½.((v.(2.v.cos ((/2))2 = 2. ((v3.cos2((/2) (1.5) So sánh (1.3) với (1.5) có thể viết: F.v.sin( = 2. ((v3.cos2((/2) (1.6) Từ đó: F = ((v2.
= ((v2.
(1.7) Hoặc là F = ((v2.cotg((/2). Lực nâng và lực cản tính theo công thức sau: L = Fy = F.cos( = ((v2.
(1.8) D = Fx = F.sin( = ((v2.
(1.9) Công thức (1.8) cho phép phát biểu rằng, khi đã biết giá trị của v và ( chúng ta có thể xác định ngay được lực nâng L và lực cản D của tấm, nếu biết rõ về chiều dày lớp nước bị phun tung tóe. Với góc tấn nhỏ chiều dày lớp này được tính theo công thức: ( =
(1.10) Trong đó: l – chiều dài mặt ướt . Hình ảnh dòng chảy dưới tấm phẳng (flat planing surface) được giới thiệu tại hình 1.3. Giới thiệu phân bố vận tốc dòng, áp lực thủy động lên tấm.
Hình 1.2. Giới thiệu phân bố vận tốc dòng áp. Dòng nước bị bắn ngang dưới khối trụ đáy V được minh họa tại hình 1.3a. Hướng dòng và vận tốc dòng được trình bày tại hình 1.3b.
Hình 1.3. Hình thể hiện hướng dòng nước. Với tấm phẳng đang lướt, phân bố áp suất theo chiều ngang đáy được giới thiệu tại hình 1.4a, còn phân bố dọc của áp suất được trình bày tại hình 1.4b.
Hình 1.4. Hình phân bố áp suất theo chiều ngang đáy. 1.5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ GIỚI HẠN NỘI DUNG. Thiết kế canô kéo dù bay là công việc khó khăn và phức tạp, đòi hỏi người thiết kế phải có kiến thức và nhiều kinh nghiệm để đảm bảo mọi tính năng của canô một cách tốt nhất. Do đó, lĩnh vực nghiên cứu là rất rộng và phức tạp. Nên trong đề tài này tôi chọn phương pháp nghiên cứu theo canô mẫu vỏ Composite đã có trong thực tế kiểm nghiệm. Tuy nhiên, trong khoảng thời gian có hạn nên đề tài này chỉ trình bày một số nội dung sau: Đặt vấn đề. Yêu cầu kỹ thuật đối với canô kéo dù bay và xây dựng nhiệm vụ thư. Tính toán thiết kế (Đường hình,bố trí chung, kết cấu, ổn định, tốc độ) 4. Thảo luận và kiến nghị. CHƯƠNG II YÊU CẦU KỸ THUẬT ĐỐI VỚI CA NÔ KÉO DÙ BAY VÀ XÂY DỰNG NHIỆM VỤ THƯ Theo Quy phạm phân cấp và đóng tàu thủy cao tốc TCVN 6451 – 2004 thì tàu cao tốc được hiểu là tàu có tốc độ lớn nhất được tính bằng mét/giây (m/s) hoặc hải lý/giờ (kn), bằng hoặc lớn hơn trị số tính theo công thức sau đây: V
3,70
. V
7,1922

. Tốc độ lớn nhất của tàu là tốc độ thiết kế mà tàu khi hạ thuỷ lần đầu có thể đạt được ở công suất liên tục lớn nhất của máy chính, chạy trên biển lặng, ở trạng thái ứng với đường nước chở hàng thiết kế cao nhất. Trong đó:
- Thể tích chiếm nước tương ứng với đường nước chở hàng thiết kế (m3). Tàu khách cao tốc có thể phân thành 3 nhóm chính: Nhóm 1: Tàu cao tốc cỡ nhỏ kiểu kết cấu boong hở, được sử dụng để chuyên chở hành khách hoặc các hàng bưu kiện trên sông có mớn nước cạn. Thiết bị đẩy ở đây thường là chân vịt hoặc là thiết bị phụt nước. Lượng chiếm nước của nhóm tàu này thường không vượt quá 3 tấn. Sức chở khách cỡ 12 người. Công suất động cơ cỡ 107 HP, tốc độ cỡ 32 hl/h. Ngoài ra, trên những tàu nhỏ hoạt động trên sóng lớn, hồ chứa nước và các vùng biển gần bờ có thể sử dụng thiết bị đẩy là chân vịt. Nhóm 2: Canô. Đây là loại tàu cao tốc chở khách được sử dụng phổ biến trên các tuyến khác nhau. Lượng chiếm nước của chúng có thể đạt tới 25 tấn, với sức chở khoảng 100 khách và tốc độ
22 hl/h. Nhóm 3: Canô chạy biển. Đây là loại tàu cao tốc cỡ lớn nhất. Có lượng chiếm nước 60 – 70 tấn và lớn hơn, công suất động cơ có thể đạt 825 HP. 2.1. YÊU CẦU KỸ THUẬT ĐỐI VỚI CA NÔ KÉO DÙ BAY. 2.1.1. Yêu cầu về tốc độ. Yêu cầu về tốc độ, đối với ca nô kéo dù bay là vấn đề quan trọng hàng đầu khi thiết kế đòi hỏi phải đạt được. Đặc điểm hình học là một trong các yếu tố làm ảnh hưởng lớn đến tốc độ và tính năng hàng hải của ca nô, đặc điểm hình học bao gồm các kích thước chính và bản vẽ đường hình (hình dạng hình học). Đối với ca nô kéo dù bay, tốc độ của ca nô yêu cầu đạt được là rất lớn, khi kéo dù thì vận tốc của canô yêu cầu đạt được phải rất nhanh từ 0 cho đạt đến vận tốc cực đại để kéo cất chiếc dù lên, khi hạ dù canô chuyển nhanh từ vận tốc cực đại về vận tốc nhỏ để đảm bảo chiếc dù đang ở vị trí góc lệch lớn nhất được rơi xuống như tự do theo phương thẳng đứng. Do đó, việc nghiên cứu xác định hợp lý giữa máy và đặc điểm hình học có vai trò và ý nghĩa quan trọng. 2.1.2. Các yêu cầu đối với kích thước chính của canô kéo dù. - Với nhiệm vụ của canô thiết kế dùng để kéo dù bay, kiêm chở khách phục vụ du lịch vì thế phải đảm bảo được diện tích và khoảng không gian cần thiết để bố trí chỗ ngồi của hành khách và các thành phần tải trọng có mặt trên canô như hành lý và trang thiết bị, các dự trữ khác… - Các kích thước chính của canô nên có giá trị nhỏ nhất nhằm đảm bảo được trọng lượng và giá thành canô. - Tỷ số giữa các kích thước chính nằm trong giới hạn cho phép nhằm đảm bảo tính năng hàng hải và tốc độ cuả ca nô. Chiều dài L có ảnh hưởng quyết định đến mọi công việc như bố trí trên canô và ảnh hưởng tới trọng lượng vỏ được thiết kế. Chiều dài L lớn thì việc bố trí trang thiết bị trên canô dễ dàng hơn. Tuy nhiên, sẽ tăng khối lượng vỏ ca nô ảnh hưởng tới tốc độ của canô. Nếu chiều dài L của canô nhỏ thì sẽ làm cho việc bố trí trên canô gặp khó khăn nhưng đổi lại khối lượng vỏ giảm. Vì vậy, cần phải lựa chọn chiều dài L của canô một cách hợp lý, phải đảm bảo kết hợp hài hoà giữa sức chở và tốc độ. Chiều rộng B của canô có ảnh hưởng quyết định tới tính năng của canô. Chiều rộng B quá lớn thì làm cho việc cân bằng dễ dàng hơn, ổn định động khá tốt, tuy nhiên ổn định dọc sẽ giảm. Chiều rộng B nhỏ đưa đến những điều không tốt cho phương tiện, B quá nhỏ không đảm bảo ổn định ban đầu như mong đợi, ổn định động của canô rất kém. Canô với B quá hẹp sẽ làm lực nâng đáy khi canô chạy không đủ độ lớn và hậu quả là canô không nâng nổi mình lên mặt nước dù cố chạy nhanh. Canô không nâng nổi mình không thể chuyển sang chế độ lướt. Tuy nhiên, ưu điểm của dạng này là ổn định dọc khá tốt, tính êm cũng khá tốt. Đồng thời tỷ lệ L/B có ảnh hưởng lớn đến chọn chiều rộng B. Như vậy, có thể thấy được rằng chọn chiều rộng B cho canô là công việc mang tính chất dung hoà, theo đó B được chọn trên cơ sở thoả mãn rất nhiều điều kiện ngược nhau. Tỷ lệ B/T theo lý thuyết có ảnh hưởng lớn đến sức cản dư trong giai đoạn đầu của chuyển động ca nô. Đối với canô cao tốc thì điều này ảnh hưởng đến thời gian và độ dài quãng đường để ca nô chuyển sang chế độ lướt. B/T lớn đưa ca nô nhanh chóng chuyển sang chế độ lướt, mặc dù cấu hình này dẫn đến tình trạng xấu nếu xét về mặt lắc. Tỷ lệ L/H có ảnh hưởng đến độ bền chung. Tỷ lệ H/T ảnh hưởng đến tính ổn định và sức cản của canô. Lựa chọn tỷ số H/T phải đảm bảo đủ mạn khô theo yêu cầu của quy phạm, phải đủ lực nổi dự trữ do vậy phải cần lựa chọn H/T hợp lý vì: