BÁO cáo môn học tàu CAO tốc lặp chương trình tính sức cản bằng phương pháp savitsky

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA BÁO CÁO MÔN HỌC TÀU CAO TỐC Giảng viên hướng dẫn: (thầy) Lê Tất Hiển Sinh viên: Trương Quốc Khánh MSSV: 1710135 Mục lục A Lặp chương trình tính sức cản phương pháp Savitsky………… … 1.Giới chung……………………………………………………………… thiệu 2.Cơ sở lý thuyết…………………………………………………………………4 3.Chương trình……………………………………………………………… …9 3.1 Tính đơn giản hóa…………………………………………………………… 3.2 Giá trị nhập (Input)… ……………………………………………………… 3.3 Giá trị xuất ……………………………………………………… 10 (Output) 3.4 Các cơng đoạn trình……………………………… 11 chương dựng 3.4.1 Tạo dựng giao dùng……………………………………… 11 diện người 3.4.2 Viết code để tương tác với giao diện…………………………………… 13 Áp dụng chương mẫu……………………………………… 17 trình vào tàu Kết luận……………………………………………………………………….20 Tài liệu tham khảo……………………………………………………………… 21 A.Lặp chương trình tính sức cản phương pháp Savitsky 1.Giới thiệu chung Nội dung viết nhằm trình bày qui trình tính nhanh sức cản tàu thủy máy tính, chọn lựa thiết kế chân vịt Ngoài việc sử dụng cơng cụ máy tính thơng thường người thiết kế tàu Autocad Excel, viết xây dựng nên chương trình chun dụng, chạy độc lập Windows để hỗ trợ cho công tác thiết kế Hiện có nhiều phương pháp tính sức cản tàu giới thiệu tài liệu nghiên cứu khác Đặc điểm chung phương pháp để áp dụng, mẫu tàu cần tính sức cản phải có thơng số hình dáng kích thước nằm phạm vi giới hạn phương pháp Điều nhiều không đáp ứng hoàn toàn, làm hạn chế phạm vi lựa chọn thông số tàu thiết kế Để khắc phục hạn chế trên, chuyên gia thiết kế tàu thuyền sử dụng phương pháp phân tích hồi quy kết thử nghiệm nhiều mơ hình tàu khác nhau, từ đưa phương pháp gần để tính sức cản nhiều loại tàu khác nhau, không phụ thuộc nhiều vào phạm vi đặc điểm hình dáng kích thước tàu thiết kế Giải pháp giúp cho nhà thiết kế mở rộng phạm vi lựa chọn thông số tàu, cho thấy hiệu giai đoạn thiết kế sơ Công việc thiết kế tuyến hình vỏ tàu cơng việc vơ nhọc cơng có tính chất lặp lặp lại ta mong muốn đạt đến kết mỹ mãn Một điều hạn chế việc thiết kế tuyến hình vỏ tàu rút ngắn thời gian thiết kế Do đó, với cơng cụ AutoCad Excel ta khó tránh khỏi hạn chế sau: • Ngại tính tốn với mức xác cao • Ngại thay đổi hình dáng vỏ tàu phương án thiết kế khác có khả tốt • Làm giảm mức phát huy ý tưởng thiết kế viên Do đó, việc xây dựng nhanh chóng đưa vào áp dụng chương trình máy tính hỗ trợ nhằm loại cơng đoạn thiếu tính tư thiết kế tàu cần thiết Hơn nữa, việc áp dụng xây dựng phần mềm tiện tích điều khơng thể thiếu công tác đào tạo nghiên cứu ứng dụng Hiện xây dựng số chương trình liên kết, hỗ trợ cho cơng tác thiết kế giảng dạy 2.Cơ sở lý thuyết Phương pháp Savitzsky coi phương pháp hữu hiệu vài chục năm qua, dùng đánh giá sức cản tàu chạy nhanh Tàu chạy nhanh đề cập hiểu tàu lướt kiểu planing Dòng chảy đến tàu lướt dạng đề cập, nghiêng góc τ so với mặt thống ban đầu, bị chia làm hai: dịng bao đáy tàu, chảy phía lái Lớp mỏng dịng thay đổi hướng vùng gần mép đáy tạo gợn nước đặc trưng cho chuyển động dạng Đường chia dịng mặt cắt đáy vị trí áp lực lớn đáy Áp lực giảm dần chuyển phía lái Thay đổi tạo lực thủy động N , tác động vng góc với đáy tàu Ngoài lực trên, chuyển động nước đáy bị tác động lực ma sát F , song song với đáy Chúng ta áp dụng phương pháp tính sức cản dành riêng cho tàu cao tốc Phương pháp sử dụng phương pháp Savitsky Theo tài liệu hướng dẫn sử dụng Phương pháp Savitsky, sức cản tính sức cản tồn Các thơng số phương pháp sử dụng để tính tốn: Chiều dài đường nước thiết kế (LwL), chiều rộng đáy (b), góc nghiêng đáy (β), lượng chiếm nước ( ), tọa độ tâm (LCG).Ta nhận thấy thông số mà phương sử dụng tính tốn liên quan đến phần thân tàu chìm nước Vì ta coi sức cản tính từ phương pháp sức cản dư (bao gồm sức cản sinh sóng sức cản áp suất) sức cản ma sát ; Thành phần sức cản khơng khí gió, sức cản phụ, sức cản mơi trường tính riêng cộng vào sức cản toàn Nội dung phương pháp : Để xác định đặc trưng sức cản vỏ tàu chạy nhanh đáy phẳng người ta thường nghiên cứu lực cản nghiêng góc xác định Các đặc tính thủy động lực chuyển động mặt nước qui : Hệ số tải trọng động :C b= Hệ số momen : mD = M W ⋅b W 2 Trong W trọng lượng 0,5 ρV b M- momen W gây ra, tính mép sau Chuyển động với vận tốc đều, mômen W mômen thủy động tác dụng lên tấm, khoảng cách từ tâm áp lực tính đến mép sau l d xác định công thức : ld =B ⋅ mD Hê số C b liên hệ với hệ số lực nâng qua quan hệ trình bày lý thuyết cánh : C b=C L ⋅ λ Lực cản chuyển động tổng lực cản tiếp tuyến lực cản pháp pháp tuyến R=Rt cos ⁡τ + Rn ⋅sin ⁡τ W =Rn cos ⁡τ −Rt cos ⁡τ ≈ R n cos ⁡τ Từ viết : R=R t +Wtg ⁡τ Cơng thức tính sức cản lướt : R Rt = +tg ⁡τ W W Góc nghiêng dọc τ xác định từ phương trình cân Savitsky : Hệ số tải trọng động :C b= Hệ số momen : mD = M W ⋅b W 2 Trong W trọng lượng 0,5 ρV b M- momen W gây ra, tính mép sau Chuyển động với vận tốc đều, mômen W mômen thủy động tác dụng lên tấm, khoảng cách từ tâm áp lực tính đến mép sau l d xác định cơng thức : ld =B ⋅ mD Hê số C b liên hệ với hệ số lực nâng qua quan hệ trình bày lý thuyết cánh : C b=C L ⋅ λ Lực cản chuyển động tổng lực cản tiếp tuyến lực cản pháp pháp tuyến R=Rt cos ⁡τ + Rn ⋅sin ⁡τ W =Rn cos ⁡τ −Rt cos ⁡τ ≈ R n cos ⁡τ Từ viết : R=R t +Wtg ⁡τ Cơng thức tính sức cản lướt : R Rt = +tg ⁡τ W W Góc nghiêng dọc τ xác định từ phương trình cân Savitsky : C Lb =τ 1.1 ( 1/ 0,012 λ + 0,0055 λ 5/ 2 Cv ) Trong τ góc nghiêng dọc đo độ C v −¿ số Froude dựa chiều rộng b :C v =FnB = Hệ số nâng C Lb hiểu sau : C Lb = Δ 2 0,5 γ V b V √ gb Trong : Δ - khối lượng vỏ tàu γ - khối lượng riêng nước biển γ=1,025 tấn/m Hệ số nâng tính cho tàu có góc nghiêng hơng hữu hạn : 0,6 C L =C Lb −0,0065 ⋅ β ⋅C Lb Trong β - góc nghiêng hơng Sức cản tàu lướt tính sở hệ số thủy động lực tính cho làm vờ tàu Nếu ký hiệu Δ - trọng lượng tàu chế độ khai thác, cơng thực tính sức cản vỏ tàu lướt: R=( C F + Δ C F ) 0,5 ρ V ⋅ S+ Δ τ Hay : 2 0,5 ρ V λ b ⋅C FO Trong C FO tính theo cơng thức ITTC −1957 , hàm R= (cos ⁡τ cos ⁡β)+W tg ⁡τ số Reynolds : 0,075 ( log10 ⁡Rn−2 ) V ⋅L Rnb= v C FO= Vận tốc V số Reynolds vận tốc đáy, nhỏ vận tốc tiến tàu √ V 1=V 1− 1,1 0,0120 τ √ λ cos ⁡τ Những giả thiết phương pháp: lực pháp tuyến N có điểm đặt G tàu, ký hiệu p=LCG ; ty lệ p/b=LCG /b Giá trị λ cà C Lb /τ 1,1 đọc từ đồ thị Một cách thưc tính tìm cách xác định giá trị τ /C Lb Tù công thức dành cho C L tính trở lại τ Khi có cặp giá trị xác định λ , τ cho phẳng tiến hành tính cho hệ số tương đương cho vỏ tàu nhờ công thức hiệu chỉnh có dạng : 0,8 λ=λ ¿τ =τ + 0,15¿ ¿ công thức λ , τ hệ số dùng cho cos ⁡β 3.Chương trình 3.1 Tính đơn giản hóa Chương trình viết Matlab – tạo gần gũi đặc biệt với sinh viên, dễ dàng tiếp cận Với cơng dụng tính tốn sức cản tàu phương pháp Holtrop dựa vào thơng số có sẵn, việc đơn giản hóa giúp cho kết xác hơn, rút ngắn thời gian thao tác tính tốn cơng cụ khác 3.2 Giá trị nhập (Input) Khi có đầy đủ thông số bản, người sử dụng thực chức tính tốn nhanh sức cản theo công thức kinh nghiệm khai báo chương trình Trong đó: LWL - Chiều dài thiết kế b- chiều rộng đáy phẳng Lm – Chiều dài đáy phẳng B – Góc nghiên đá Ñ - Thể tích chiếm nước LCG -Tọa độ tâm tính từ Transom W- Trọ ng lượ ng tà u g = 9.81 p- Mật độ nước biển y– Khối lượng riêng nước biển 3.3 Giá trị xuất (Output) 10 Dựa vào phần công thức nhập phần code ta nhanh chóng tính thơng số cần thiết, tìm sức cản tàu 3.4 Các cơng đoạn dựng chương trình 3.4.1Tạo dựng giao diện người dùng GUI (Graphical User Interface ) Matlab công cụ hỗ trợ cho người dùng dễ dàng thao tác công cụ người lập trình sẵn tích hợp vào phần mền Matlab, việc cho phép tương tác giao diện chương trình từ nhìn cách khách quan bắt đầu viết code để tương tác giao diện Tại cửa sổ command window nhập lệnh guide Cửa sổ Guide xuất hiện, tạo Blank GUI, nhấn OK 11 Trong Matlab GUI hỗ trợ đầy đủ chương trình để thực Như tính tốn với phép tốn logic, lập trình khơng gian 2D, 3D, đọc liệu từ Excel, sử lý hình ảnh,… Nó thực thơng qua hàm xây dựng sẵn CALLBACK Dễ dàng thao tác mà không cấn phải biết nhiều cấu trúc trương trình, thực Hồn tất tạo giao diện GUI Matlab 12 3.4.2Viết Code để tương tác với giao diện Sau hoàn tất trình dựng giao diện,phải viết code để tương tác với giá trị nhập Sau viết cơng thức tính tốn cho giá trị cần tính Đoạn code: Khai báo giá trị input: Lwl=str2num(get(handles.Lwl1,'string')); b=str2num(get(handles.b1,'string')); Lm=str2num(get(handles.Lm1,'string')); B=str2num(get(handles.B1,'string')); V=str2num(get(handles.V1,'string')); LCG=str2num(get(handles.LCG1,'string')); W=str2num(get(handles.W1,'string')); g=str2num(get(handles.g1,'string')); p=str2num(get(handles.p1,'string')); y=str2num(get(handles.y1,'string')); Fnv2=str2num(get(handles.Fnv2,'string')); Fnv3=str2num(get(handles.Fnv3,'string')); Fnv4=str2num(get(handles.Fnv4,'string')); Fnv5=str2num(get(handles.Fnv5,'string')); Fnv6=str2num(get(handles.Fnv6,'string')); Nhập công thức gán kết quả: pb=LCG/b; set(handles.pb1,'string',pb); lambda0=Lm/b; set(handles.lambda01,'string',lambda0); mD=LCG/b; set(handles.mD1,'string',mD); vms2=Fnv2*sqrt(g*Lwl); set(handles.vms2,'string',vms2); vms3=Fnv3*sqrt(g*Lwl); set(handles.vms3,'string',vms3); vms4=Fnv4*sqrt(g*Lwl); set(handles.vms4,'string',vms4); vms5=Fnv5*sqrt(g*Lwl); set(handles.vms5,'string',vms5); vms6=Fnv6*sqrt(g*Lwl); set(handles.vms6,'string',vms6); Cv2=vms2/(sqrt(g*b)); set(handles.Cv2,'string',Cv2); Cv3=vms3/(sqrt(g*b)); 13 set(handles.Cv3,'string',Cv3); Cv4=vms4/(sqrt(g*b)); set(handles.Cv4,'string',Cv4); Cv5=vms5/(sqrt(g*b)); set(handles.Cv5,'string',Cv5); Cv6=vms6/(sqrt(g*b)); set(handles.Cv6,'string',Cv6); CLb2=W/(0.5*y*(vms2^2)*(b^2)); set(handles.CLb2,'string',CLb2); CLb3=W/(0.5*y*(vms3^2)*(b^2)); set(handles.CLb3,'string',CLb3); CLb4=W/(0.5*y*(vms4^2)*(b^2)); set(handles.CLb4,'string',CLb4); CLb5=W/(0.5*y*(vms5^2)*(b^2)); set(handles.CLb5,'string',CLb5); CLb6=W/(0.5*y*(vms6^2)*(b^2)); set(handles.CLb6,'string',CLb6); CL02=CLb2-0.0065*B*(CLb2^0.6); set(handles.CL02,'string',CL02); CL03=CLb3-0.0065*B*(CLb3^0.6); set(handles.CL03,'string',CL03); CL04=CLb4-0.0065*B*(CLb4^0.6); set(handles.CL04,'string',CL04); CL05=CLb5-0.0065*B*(CLb5^0.6); set(handles.CL05,'string',CL05); CL06=CLb6-0.0065*B*(CLb6^0.6); set(handles.CL06,'string',CL06); CLbt112=0.012*(lambda0^1/2)+(0.0065*(lambda0^2.5))/Cv2^2; set(handles.CLbt112,'string',CLbt112); CLbt113=0.012*(lambda0^1/2)+(0.0065*(lambda0^2.5))/Cv3^2; set(handles.CLbt113,'string',CLbt113); CLbt114=0.012*(lambda0^1/2)+(0.0065*(lambda0^2.5))/Cv4^2; set(handles.CLbt114,'string',CLbt114); CLbt115=0.012*(lambda0^1/2)+(0.0065*(lambda0^2.5))/Cv5^2; set(handles.CLbt115,'string',CLbt115); CLbt116=0.012*(lambda0^1/2)+(0.0065*(lambda0^2.5))/Cv6^2; set(handles.CLbt116,'string',CLbt116); t02=(CLb2/CLbt112)^(1/1.1); set(handles.t02,'string',t02); t03=(CLb3/CLbt113)^(1/1.1); set(handles.t03,'string',t03); t04=(CLb4/CLbt114)^(1/1.1); set(handles.t04,'string',t04); t05=(CLb5/CLbt115)^(1/1.1); set(handles.t05,'string',t05); t06=(CLb6/CLbt116)^(1/1.1); set(handles.t06,'string',t06); 14 lambda2=(lambda0^0.8)*(1/cosd(B))*(10.29*(sind(B)^0.28))*(1+1.35*((sind(B))^0.44)*(mD/ (sqrt(Cv2)))); set(handles.lambda2,'string',lambda2); lambda3=(lambda0^0.8)*(1/cosd(B))*(10.29*(sind(B)^0.28))*(1+1.35*((sind(B))^0.44)*(mD/ (sqrt(Cv3)))); set(handles.lambda3,'string',lambda3); lambda4=(lambda0^0.8)*(1/cosd(B))*(10.29*(sind(B)^0.28))*(1+1.35*((sind(B))^0.44)*(mD/ (sqrt(Cv4)))); set(handles.lambda4,'string',lambda4); lambda5=(lambda0^0.8)*(1/cosd(B))*(10.29*(sind(B)^0.28))*(1+1.35*((sind(B))^0.44)*(mD/ (sqrt(Cv5)))); set(handles.lambda5,'string',lambda5); lambda6=(lambda0^0.8)*(1/cosd(B))*(10.29*(sind(B)^0.28))*(1+1.35*((sind(B))^0.44)*(mD/ (sqrt(Cv6)))); set(handles.lambda6,'string',lambda6); t2=t02+((0.15*sind(B)^0.8)/(Cv2^0.3))*((10.17*(sqrt(lambda2)*cosd(B)))/(sqrt(lambda2)*cosd(B))); set(handles.t2,'string',t2); t3=t03+((0.15*sind(B)^0.8)/(Cv3^0.3))*((10.17*(sqrt(lambda3)*cosd(B)))/(sqrt(lambda3)*cosd(B))); set(handles.t3,'string',t3); t4=t04+((0.15*sind(B)^0.8)/(Cv4^0.3))*((10.17*(sqrt(lambda4)*cosd(B)))/(sqrt(lambda4)*cosd(B))); set(handles.t4,'string',t4); t5=t05+((0.15*sind(B)^0.8)/(Cv5^0.3))*((10.17*(sqrt(lambda5)*cosd(B)))/(sqrt(lambda5)*cosd(B))); set(handles.t5,'string',t5); t6=t06+((0.15*sind(B)^0.8)/(Cv6^0.3))*((10.17*(sqrt(lambda6)*cosd(B)))/(sqrt(lambda6)*cosd(B))); set(handles.t6,'string',t6); V12=vms2*sqrt(1-(0.012*(t2^1.1))/(sqrt(lambda2*cosd(t2)))); set(handles.V12,'string',V12); V13=vms3*sqrt(1-(0.012*(t3^1.1))/(sqrt(lambda3*cosd(t3)))); set(handles.V13,'string',V13); V14=vms4*sqrt(1-(0.012*(t4^1.1))/(sqrt(lambda4*cosd(t4)))); set(handles.V14,'string',V14); V15=vms5*sqrt(1-(0.012*(t5^1.1))/(sqrt(lambda5*cosd(t5)))); set(handles.V15,'string',V15); V16=vms6*sqrt(1-(0.012*(t6^1.1))/(sqrt(lambda6*cosd(t6)))); set(handles.V16,'string',V16); Rn2=V12*Lwl/vms2; set(handles.Rn2,'string',Rn2); 15 Rn3=V13*Lwl/vms3; set(handles.Rn3,'string',Rn3); Rn4=V14*Lwl/vms4; set(handles.Rn4,'string',Rn4); Rn5=V15*Lwl/vms5; set(handles.Rn5,'string',Rn5); Rn6=V16*Lwl/vms6; set(handles.Rn6,'string',Rn6); CFO2=0.0075/((log10(Rn2)-2)^2); set(handles.CFO2,'string',CFO2); CFO3=0.0075/((log10(Rn3)-2)^2); set(handles.CFO3,'string',CFO3); CFO4=0.0075/((log10(Rn4)-2)^2); set(handles.CFO4,'string',CFO4); CFO5=0.0075/((log10(Rn5)-2)^2); set(handles.CFO5,'string',CFO5); CFO6=0.0075/((log10(Rn6)-2)^2); set(handles.CFO6,'string',CFO6); R2=2*((p*(V12^2)*lambda2*(b^2)*CFO2)/((cosd(t2)*cosd(B)) +W*tand(t2)))^0.5; set(handles.R2,'string',R2); R3=2*((p*(V13^2)*lambda3*(b^2)*CFO3)/((cosd(t3)*cosd(B)) +W*tand(t3)))^0.5; set(handles.R3,'string',R3); R4=2*((p*(V14^2)*lambda4*(b^2)*CFO4)/((cosd(t4)*cosd(B)) +W*tand(t4)))^0.5; set(handles.R4,'string',R4); R5=2*((p*(V15^2)*lambda5*(b^2)*CFO5)/((cosd(t5)*cosd(B)) +W*tand(t5)))^0.5; set(handles.R5,'string',R5); R6=2*((p*(V16^2)*lambda6*(b^2)*CFO6)/((cosd(t6)*cosd(B)) +W*tand(t6)))^0.5; set(handles.R6,'string',R6); 16 4.Áp dụng chương trình vào tàu mẫu a.Tàu mẫu số có thơng số sau: Áp dụng tàu mẫu vào chương trình, đạt giá trị sức cản : 17 Kết thực Maxsurf Từ số liệu trên, ta có biểu đồ so sánh : Speed (Kn) Sức cản tính Maxsurf (kN) Sức cản tính chương trình (kN) 18.148 16.28 14.845 21.969 18.801 19.799 25.79 23.154 25.038 29.611 29.477 30.463 33.432 37.932 36.002 18 Running trim vs Speed phần mềm Maxsurf Running trim vs Speed phần mềm Matlab 19 5.KẾT LUẬN So với cách làm thơng thường, quy trình thiết kế có áp dụng chương trình hỗ trợ nêu rút ngắn thời gian thiết kế khả có nhiều phương án kết để chọn lựa Cơng việc khai triển tính tốn ổn định, tính toán sức cản thường chiếm tỷ lệ tương đối lớn quỹ thời thiết kế, rút ngắn vài phút Điều đem lại linh hoạt công tác thiết kế, đồng thời tạo khả rút ngắn thời gian lập lại việc thao tác thủ cơng máy tính Nhược điểm: Còn nhiều hạn chế việc lấy số liệu, việc lấy số liệu từ vẽ nhiều thời gian, việc lấy số liệu sai lệch gây sai lệch kết 20 Tài liệu tham khảo - Tài liệu tham khảo lập trình giao diện guide matlab - Sách Thiết kế lắp ráp thiết bị tàu thủy - Tài liệu diag kt kq series B - Holtrop, J and Mennen, G.G.J ’A statistical power pridiction method’ - - - International Shipbuilding Progress, Vol 25, October 1978 ; - Thiết kế& lắp ráp thiết bị tàu thủy – Nguyễn Đăng Cường - Lý thuyết tàu thủy – Sức cản vỏ tàu thiết bị đẩy tàu – Trần Công Nghị 21 ... mà phương sử dụng tính tốn liên quan đến phần thân tàu chìm nước Vì ta coi sức cản tính từ phương pháp sức cản dư (bao gồm sức cản sinh sóng sức cản áp suất) sức cản ma sát ; Thành phần sức cản. .. đáy tàu Ngồi lực trên, chuyển động nước đáy bị tác động lực ma sát F , song song với đáy Chúng ta áp dụng phương pháp tính sức cản dành riêng cho tàu cao tốc Phương pháp sử dụng phương pháp Savitsky. .. nhiều phương pháp tính sức cản tàu giới thiệu tài liệu nghiên cứu khác Đặc điểm chung phương pháp để áp dụng, mẫu tàu cần tính sức cản phải có thơng số hình dáng kích thước nằm phạm vi giới hạn phương