HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM HỆ THỐNG HÓA CÁC PHƢƠNG PHÁP GẦN ĐÚNG XÁC ĐỊNH LỰC CẢN TÀU TRONG GIAI ĐOẠN THIẾT KẾ BAN ĐẦU Trầ N cT ,N u M C ,N u T H H ,N u T T u Qu Trường Đại học Hàng hải Việt Nam – Hải Phòng TĨM TẮT: Bài báo hệ thống hóa phương pháp gần xác định lực cản tàu giai đoạn thiết kế ban đầu gồm: Nhóm phương pháp tính tốn trực tiếp lực cản tồn tàu hay cơng suất kéo tàu; nhóm phương pháp xác định gần thành phần lực cản dư; nhóm phương pháp dựa việc tính chuyển lực cản từ tàu mẫu Phân tích ưu, nhược điểm đánh giá mức độ tin cậy nhóm phương pháp việc so sánh kết tính tốn áp dụng phương pháp nêu so với kết thử mơ hình tàu container Từ khóa : tàu mẫu, lực cản, thiết kế ban đầu, cơng suất kéo GIỚI THIỆU Q trình thiết kế tàu bao gồm giai đoạn: xây dựng nhiệm vụ kỹ thuật; giới thiệu kỹ thuật; thiết kế khởi thảo; thiết kế kỹ thuật; xây dựng hồ sơ thiết kế thi công Trong giai đoạn thiết kế ban đầu việc xác định thông số chủ yếu tàu chiếm tỉ trọng không nhiều tổng khối lượng công việc thiết kế tàu, lại có ý nghĩa quan trọng tất công việc thiết theo bao gồm việc chi tiết hóa thực hóa cơng việc phải sử dụng kết thu bước thiết kế Để thu kết xác tính tốn động lực học tàu thủy nói chung lực cản tàu nói riêng, người thiết kế cần thực việc thử mơ hình bể thử sau tính chuyển sang tàu thực (tàu thiết kế) Tuy nhiên, việc thử mơ hình tương đối tốn nhiều thời gian yêu cầu cần phải có tuyến hình tàu, việc sử dụng phương pháp thực sau giai đoạn thiết kế phương án, nghĩa sau lựa chọn phương án kích thước tuyến hình tối ưu cho tàu Trong giai đoạn thiết kế ban đầu, với thông số đầu vào phục vụ cho việc tính tốn lực cản tàu khơng nhiều (chưa có tuyến hình tàu mà có kích thước chủ yếu tàu), người thiết kế thường sử dụng phương pháp gần để xác định sơ lực cản tàu giai đoạn thiết kế Hiện có nhiều phương pháp gần khác việc xác định lực cản tàu giai Trang 384 đoạn thiết kế ban đầu Các phương pháp có ưu, nhược điểm độ xác khác Chính vậy, báo trình bày cách có hệ thống phương pháp phân tích ưu nhược điểm chúng từ giúp người thiết kế lựa chọn phương pháp phù hợp giai đoạn thiết kế ban đầu Các ký hiệu báo giải thích sau: Δ – lượng chiếm nước tàu;  - thể tích ngâm nước tàu; v – vận tốc tàu; L – chiều dài tàu; B – chiều rộng tàu; T – chiều chìm tàu mặt phẳng sườn giữa; TA – chiều chìm đuôi tàu; l – chiều dài tương đối; Fr – số Froude tàu; SF – diện tích tiết diện ngang mũi lê đường vng góc mũi; SM – diện tích ngâm nước sườn giữa; CB – hệ số béo thể tích tàu; xB – hoành độ tâm đo mặt phẳng sườn giữa; Re – số Reynold; CP – hệ số béo dọc chung thân tàu; CF – hệ số lực cản ma sát; CR – hệ số lực cản dư; DP – đường kính chân vịt HỆ THỐNG HĨA CÁC PHƢƠNG PHÁP GẦN ĐÚNG TÍNH LỰC CẢN TÀU TRONG GIAI ĐOẠN THIẾT KẾ BAN ĐẦU Các phương pháp đại tính tốn gần lực cản tàu giai đoạn thiết kế ban đầu chia thành ba nhóm sau: Nhóm thứ nhất: nhóm phương pháp tính tốn trực tiếp lực cản tồn tàu hay cơng suất kéo tàu; HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM Nhóm thứ hai: nhóm phương pháp xác định gần thành phần lực cản dư; Nhóm thứ ba: nhóm phương pháp dựa việc tính chuyển lực cản từ tàu mẫu sang tàu thiết kế 2.1 N óm p ƣơ p áp tí tố trực ti p lực c n tồn cơng suất kéo tàu Nhóm phương pháp có ưu điểm đơn giản áp dụng tính tốn, để sử dụng ta cần lượng thơng tin đầu vào tối thiểu, mà độ xác nhóm cơng thức khơng cao Có thể kể vài nhóm phương pháp như: Phương pháp theo công thức hệ số Hải Quân; Phương pháp E.E Papmiel; Phương pháp E.C.M Danckwardt; Phương pháp A Ayre; Phương pháp A.S Sabit Phương pháp H.E Guldhammer S.A Harvald P ƣơ p áp t eo cô thức hệ số H i Quân, theo phương pháp này, công suất kéo tàu xác định trực tiếp qua công thức sau: PE  m Vn C (1) đây: C – hệ số Hải Quân, phụ thuộc vào kích thước, chức tốc độ tương đối tàu, xác định dựa số liệu thống kế Từ công thức (1) ta thấy, để xác định sơ công suất kéo ta cần thơng số đầu vào loại tàu, lượng chiếm nước tốc độ tàu thiết kế Chính độ xác cơng thức khơng cao khơng tính đến ảnh hưởng thơng số hình học thân tàu đến lực cản tàu Dựa số liệu tạp chí Significants Ship [6] tính thử cho 100 tàu vận tải, nhóm tác giả nhận thấy sai số phương pháp lớn, lên đến 30% P ƣơ p áp E.E Papmiel [9], phương pháp cho phép xác định trực tiếp công suất kéo tàu nhà đóng tàu E.E Papmiel đề xuất Cơ sở phương pháp dựa kết thử mô hình tàu thực cách khơng có hệ thống khơng tính đến ảnh hưởng mũi lê Tính phổ dụng giới hạn phương pháp nằm chỗ phương pháp sử dụng cho nhiều loại tàu khác từ tàu kéo cảng đến tàu dầu cỡ lớn Chính vậy, kết tính tốn theo phương pháp khơng đạt độ xác cao Tuy nhiên, khơng có phương pháp gần phù hợp cho việc tính tốn ta sử dụng phương pháp E.E Papmiel để đánh giá công suất kéo tàu Để xác công suất kéo tàu theo phương pháp E.E Papmiel, ta cần thông số đầu vào gồm: L, B, T, V, CB  với giới hạn áp dụng sau: 1,5 < B/T < 3,5; 0,35 < CB < 0,8; 4,0 < L/B < 10,5 Khi cơng suất kéo PE xác định theo cơng thức có dạng: PE  f ( L, B, T , CB , , v) (2) P ƣơ p áp A A re [7], phương pháp xuất từ năm 1948 sở thử mơ hình tàu tàu thực cách khơng có hệ thống Ưu điểm phương pháp tính công suất kéo ESP tàu, dải áp dụng rộng với thay đổi thông số sau: L > 30 m; 0,1 < Fr < 0,3; 0, 53 < CB < 0,85; 2,5% < x B/L < 2,0% Tuy nhiên phương pháp có nhược điểm độ xác khơng cao, khơng tính đến ảnh hưởng mũi lê áp dụng tàu chở hàng khô P ƣơ p áp A.S Sab t [1], phương pháp A.S Sabit phát triển từ năm 1953 – 1957 Phương pháp xây dựng dựa việc xử lý kết thử nghiệm mơ hình thuộc Series BSRA Series “60”, phương pháp áp dụng cho tàu có thông số thay đổi dải sau: 0,60 < CB < 0,80; 5,5 < L/B < 8,5; 2,5 < B/T < 3,5; -2,5%