(91) 350-9520 support@omarine.org M-F: 7 AM - 7 PM; Weekends: 9 AM - 5 PM

Sai số phương pháp trong việc xác định trọng lượng hàng hóa tàu biển

Capt. Pham Thanh Tuyen

Từ trước cho tới nay, tất cả các tàu biển chở hàng rời trên phạm vi toàn thế giới, khi tiến hành giám định mớn nước để xác định trọng lượng hàng hóa, đều sử dụng phương pháp “Mớn nước trung bình một phần tư”. Theo thời gian, cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kĩ thuật, tàu biển ngày nay có trọng tải lên tới hàng vạn tấn, với chiều dài hàng trăm mét. Qua nghiên cứu, tôi thấy rằng phương pháp truyền thống “Mớn nước trung bình một phần tư” không còn hiệu quả, phát sinh sai số lên tới hàng trăm tấn. Bản thảo này đề cập đến sai số của phương pháp truyền thống, và đề xuất các phương pháp mới chính xác và phù hợp, nhằm đóng góp một biện pháp khoa học vào sự nghiệp vận tải biển toàn cầu.


A.  Phương pháp “Mớn nước trung bình một phần tư”

Hình 1

1) Định nghĩa:

  1. Đường vuông góc mũi- FP: là đường thẳng đứng đi qua giao điểm của đường dấu chuyên chở với mép trước của sống mũi tàu.
  2. Đường vuông góc lái- AP: là đường thẳng đứng đi qua trục bánh lái.
  3. Chiều dài tính toán- LPP: là khoảng cách giữa đường vuông góc mũi và đường vuông góc lái.
  4. Mớn nước: là khoảng cách thẳng đứng từ đường nước tới ky tàu (đáy tàu). Ở mỗi vị trí theo chiều dọc tàu, mớn nước được xem xét cả hai bên mạn tàu. Tuy nhiên, các mớn nước được nêu dưới đây là giá trị trung bình của mớn nước mạn phải và mớn nước mạn trái tương ứng. Nói cách khác, các mớn nước mạn phải và mớn nước mạn trái sẽ cùng một giá trị nếu tàu không nghiêng ngang. Bằng cách lấy các giá trị trung bình như vậy, các tính toán trong bản thảo này có thể coi như tàu ở trạng thái không nghiêng ngang.
  5. Mớn nước mũi- df: là mớn nước tại đường vuông góc mũi.
  6. Mớn nước lái- da: là mớn nước tại đường vuông góc lái.
  7. Mớn nước giữa- d¤: là mớn nước tại giữa tàu (vị trí giữa, cách đều đường vuông góc mũi và đường vuông góc lái, xem “hình 1”).
  8. Mớn nước trung bình- dm: là giá trị trung bình của mớn nước mũi và mớn nước lái, dm= (df+da)/2.  Theo lý thuyết dm= d¤, nhưng thực tế tàu luôn luôn bị võng hoặc ưỡn (cong dọc) nên nói chung dm ≠ d¤.
  9. Lượng giãn nước- D: là trọng lượng khối nước mà tàu chiếm chỗ, cũng chính là trọng lượng toàn bộ của con tàu.
  10. TPC (Ton per centimeter): số tấn hàng xếp thêm để mớn nước trung bình tăng thêm 1 cm.
  11. Mớn nước tương đương- deqv:
    Giả sử tàu cân bằng mũi lái, không bị cong dọc. Khi đó, df= da= dm= d¤, giá trị này được gọi là mớn nước tương đương deqv.
    Trên tàu có bảng thủy tĩnh, là một cơ sở dữ liệu trong hồ sơ của tàu, được lập bảng quan hệ giữa mớn nước tương đương deqv và lượng giãn nước D. Ở trạng thái tàu bất kì trong thực tế, các giám định viên sẽ đọc các mớn nước ở hiện trường, rồi hiệu chỉnh thành các giá trị df, da, d¤. Việc lấy các giá trị df, da, d¤ để tổng hợp ra một mớn nước đại diện duy nhất, (được gọi là mớn nước trung bình cuối dFinalMean) sao cho nó có vai trò như mớn nước tương đương deqv để tra vào bảng thủy tĩnh để đạt được lượng giãn nước D, từ đó xác định được trọng lượng hàng hóa, chính là cơ sở hình thành phân loại các phương pháp giám định mớn nước với độ chính xác khác nhau mà bản thảo này đề cập đến. Từ nay, khi xét đến độ chính xác của phương pháp tức là xét đến độ chính xác của dFinalMean.

2) Mớn nước trung bình một phần tư

Trong phương pháp này, mớn nước trung bình cuối được tính như sau:

Từ các công thức (A.1), (A.2), (A.3), suy ra

Do cách tính trung bình hai lần ở các công thức (A.2), (A.3), nên dFinalMean sẽ khác  d¤ một phần tư của (d¤ – dm), vì vậy nó được gọi là mớn nước trung bình một phần tư .

“Hình 2” bên dưới sẽ minh họa rõ thêm điều này.

3) Chứng minh sai số phương pháp

  1. Cách 1, chứng minh bằng trực quan: Theo mục “A.1.4” có thể coi như tàu không nghiêng ngang, mặt khác theo mục “A.1.11”, tính chính xác của chỉ phát sinh khi tàu bị cong dọc. Vì vậy, không mất tính tổng quát, từ nay ta chỉ cần xét ảnh hưởng của sự cong dọc đến trong diện tích hình chiếu cạnh của tàu ( “Hình 1” minh họa hình chiếu cạnh của tàu ở trạng thái không bị cong dọc). Hơn nữa, có thể giả thiết mũi tàu và lái tàu là vuông vắn và trùng với đường vuông góc mũi và đường vuông góc lái như “Hình 2” dưới đây.

Hình 2

Hình ABCKD biểu thị con tàu dưới đường nước. Do tàu bị cong dọc, trung điểm M của đáy tàu bị võng xuống, trở thành điểm K. Bài toán lúc này trở thành bài toán hình học phẳng. Đoạn MK được gọi là độ võng của tàu ∆d.

Như vậy đoạn MK (cũng là độ võng ∆d) được chia thành 4 phần bằng nhau, trong đó NK bằng một phần tư ∆d. Có thể phát biểu rằng mớn nước được xác định bằng cách giảm đi một phần tư độ võng ∆d, cho nên còn được gọi là mớn nước trung bình một phần tư

Trong “Hình 2”, với dQuarterMean được dùng làm mớn nước tương đương, để giả định là tàu không bị cong dọc. Như vậy, đáy tàu giả định là đường thẳng EF đi qua điểm N, ta có hình thang ABEF là tương đương. Xét một nửa tàu đối xứng phía mũi, ta dễ thấy biện pháp giả định tương đương này chỉ có thể chấp nhận được khi diện tích hình NKP bằng với diện tích hình DPF.

Bằng trực quan có thể thấy ngay diện tích hình NKP nhỏ hơn diện tích hình DPF rất nhiều. Vậy sai số phương pháp đã được chứng minh.

    2.  Cách 2, chứng minh bằng tính toán:

Hình 3

      Gọi diện tích hình ABCKD là S1. Chia chiều dài Lpp của tàu thành 3 phần bằng nhau bởi các điểm P, Q như “Hình 3”

      Theo các công thức (A.8),(A.9), các diện tích S1 và S2 chỉ bằng nhau khi d¤= d¤1.

     “Hình 3” cho thấy điểm T luôn luôn cao hơn điểm K, nghĩa là LT luôn nhỏ hơn LK. Nói cách khác, d¤1 luôn luôn nhỏ hơn d¤.

      Như vậy, sai số phương pháp đã được chỉ ra. 

B.  Các phương pháp mới, khắc phục sai số

1)    Phương pháp lắp đặt thêm thước đo mớn nước

Lắp đặt thêm các thước đo mớn nước tại các vị trí một phần ba chiều dài thân tàu tính từ mũi và tính từ lái tàu để có thể đọc và đạt được các mớn nước df1 và da1 như “Hình 3”. Công thức (A.6) là công thức tính diện tích chính xác. Lấy diện tích đó chia cho chiều dài Lpp sẽ được như sau:

*Đặc điểm: Phương pháp này đòi hỏi phải bổ sung thiết kế tàu, nhưng được thuận lợi là đơn giản cho việc tính toán.

2)    Phương pháp Mô-men uốn

Hình 4

Hiện nay các tàu biển trên thế giới (trừ Việt nam và một số nước kém phát triển) đều được trang bị phần mềm tính mô-men uốn và lực cắt. Đường cong xanh lá cây trong “hình 4” biểu thị mô-men uốn theo trục dọc thân tàu l từ đường vuông góc lái tới đường vuông góc mũi. Bảng bên trái đồ thị chứa số liệu mô-men uốn đã được tính toán tại các frame trọng yếu đánh số từ 0 bắt đầu từ đường vuông góc lái. Các frame kề nhau kết hợp với trục hoành và đường cong mô-men tạo thành các hình thang con. Bằng phương pháp tổ hợp hình thang, ta dễ dàng tính được tích phân xác định của mô-men M trên chiều dài Lpp. Trong ví dụ này, Lpp= 132 (m), tôi tính được kết quả tích phân là:

 

* Đặc điểm: Phương pháp này đỏi hỏi dữ liệu mô-men uốn, nhưng có độ chính xác cao và không cần lắp đặt thêm thước đo mớn nước.

* “Hình 4” được chép từ phần mềm Loading Wizard 2011.

Advertisements

6 thoughts on “Sai số phương pháp trong việc xác định trọng lượng hàng hóa tàu biển

    1. Bản chất của tích phân xác định là diện tích. Công thức hình thang là một phương pháp tính gần đúng tích phân xác định, với tàu biển các hình thang con được hình thành từ các frame và moment được tính toán theo frame. Trong hàng hải phương pháp cũng hay được sử dụng là công thức simpson. Đó chỉ là những phương pháp gần đúng, nhưng tính theo frame còn mịn hơn mớn nước chỉ tại 3 điểm mũi, lái và giữa tàu. Nếu yêu cầu độ chính xác cao như tính toán tài chính thì ngay cả phương pháp nội suy đa thức kiểu Ayken cũng sai đáng kể, nhưng điều đó không cần thiết trong hàng hải. Chúng ta có thể tính toán gần như tuyệt đối sử dụng mạng nơron dành cho nội suy (và cả ngoại suy), nhưng tôi chưa thấy ai có nhu cầu về việc này.

Gửi phản hồi

%d bloggers like this: