Chất lượng thủy động ảnh hưởng lớn đến các yếu tố tính năng của tàu lướt, trong đó có yếu tố tốc độ của tàu; Do đó, việc nâng cao chất lượng thủy động của tàu lướt có ý nghĩa vô cùng quan trọng, nhằm nâng cao tính năng và tốc độ tàu, đáp ứng yêu cầu tuần tra ven biển và đảm bảo an toàn hàng hải.
LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA GÓC VÁT ĐÁY ĐẾN CHẤT LƯỢNG THỦY ĐỘNG CỦA TÀU LƯỚT ASSESSMENT THE IMPACT OF THE HEEL ANGLE ON THE QUALITY OF HIGH-SPEED BOAT Đỗ Quân Tùng, Lưu Quang Hưng, Dương Thị Hà Email: drtunghd@gmail.com Trường Đại học Sao Đỏ Ngày nhận bài: 25/12/2017 Ngày nhận sửa sau phản biện: 23/3/2018 Ngày chấp nhận đăng: 28/3/2018 Tóm tắt Chất lượng thủy động ảnh hưởng lớn đến yếu tố tính tàu lướt, có yếu tố tốc độ tàu; Do đó, việc nâng cao chất lượng thủy động tàu lướt có ý nghĩa vơ quan trọng, nhằm nâng cao tính tốc độ tàu, đáp ứng yêu cầu tuần tra ven biển đảm bảo an toàn hàng hải Trong báo này, tác giả sử dụng phần mềm Maxsulf để xác định phương án tính tốn lực cản phù hợp khai thác hiệu công suất máy tính đến ảnh hưởng góc vát đáy tàu theo phương pháp Savitsky nhằm cải thiện chất lượng thủy động tàu Qua ứng dụng tính nghiệm cho tàu lướt tuần tra ven biển PR13 Từ khóa: Tàu lướt; Maxsulf; động lực học tàu thủy; PR13; phương pháp Savitsky Abstract Hydrodynamic quality greatly affects the speed of the high-speed craft; therefore, improving the quality of its hydrodynamic plays an important role to improve the speed boat to meet the requirements of coastal patrol In this paper, the authors use the Maxsulf software to calculate engine output of vessels based on Savitsky method that give the suitable parameters of resistance force and operate into effective output to improve the quality of hydrodynamics for high-speed craft The result is used for calculating the coastal patrol PR13 Keywords: Patrol; Maxsulf; hydrodynamics; PR13; Savitsky method GIỚI THIỆU CHUNG tối ưu Tuy nhiên, việc thiết kế tàu mẫu, thử mô Trong chiến lược phát triển kinh tế biển nay, song song với việc đầu tư xây dựng đội tàu hùng mạnh đáp ứng nhu cầu vận chuyển hàng hóa, trọng phát triển đội tàu tuần tra cỡ nhỏ vừa để tuần tra kiểm sốt q trình vận chuyển hàng hóa, đồng thời góp phần đảm bảo an tồn hàng hải hình bể thử vấn đề không đơn giản Thiết kế tàu lướt thường phức tạp ta phải phân tích, tính tốn nhiều yếu tố phức tạp tính hàng hải tàu tính ổn định, tốc độ tàu, tính quay trở, lắc [1]… Tàu lướt thuộc nhóm tàu làm việc theo nguyên lý thủy động lực học, mặt phương pháp, cơng trình nghiên cứu lĩnh vực chủ yếu dựa sở lý thuyết chung thiết kế tàu, kết hợp với lý thuyết thủy động lực học kết thử mơ hình tàu bể thử để tính tốn, thiết kế mẫu tàu điều kiện khó khăn bể thử Vì vậy, việc ứng dụng phần mềm chun dụng vào tính tốn, thiết kế mẫu tàu phần khắc phục khó khăn Trong báo, tác giả sử dụng phần mềm Maxsurf vào tính tốn lực cản tàu cụ thể tàu PR13, dạng tàu lướt, thi cơng đóng Cơng ty Đóng tàu 189 với mục đích sử dụng cho công tác tuần tra ven biển, đảm bảo an ninh, dùng cho cảnh sát biển Singapore Tác giả thay đổi góc nghiêng hơng β, thay đổi góc nghiêng hông β ta nhận thấy giá trị lực cản thay đổi Qua lựa chọn góc nghiêng hông phù hợp nhất, sở cho việc thiết kế tàu lướt cỡ nhỏ phục vụ công tác tuần tra ven biển Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 1(60).2018 25 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA GÓC VÁT ĐÁY ĐẾN CHẤT LƯỢNG THỦY ĐỘNG CỦA TÀU LƯỚT Lực cản toàn phần xác định theo biểu thức sau [2]: R = RT + RΔ (1) đó: RT: lực cản ma sát; RΔ: lực cản động lực RRe e==v.lv.l/ υ/ υ • (8) Hệ số ma sát theo công thức: (9) Vậy lực ma sát tính theo cơng thức sau: Để tính toán lực cản tàu lướt cỡ nhỏ ta giả thiết sau: (10) Các số liệu cho trước gồm: - Chiều rộng trung bình tàu lướt: (2) - Độ vát trung bình đáy: (3) Hình Sơ đồ lực tác dụng lên tàu lướt Lực cản tồn phần tính theo cơng thức: đó: : chiều rộng tàu đo mặt phẳng bản; R = RT + RΔ : chiều rộng tàu đo theo hình lăng trụ Vậy: Khoảng cách trọng tâm đến vách mút đuôi xG Giả thiết giá trị tốc độ v1, v2, v3 Trước tiên cần tính số Froude theo chiều rộng FrB ứng với giá trị tốc độ theo công thức: (4) Sau tính hệ số tải trọng theo cơng thức: CD = g ∆ 2 ρv B α = CD CD α (6) (7) đó: : độ dang tương đối góc đáy vát Sau xác định RΔ = g·Δ·tg , chiều dài ngâm nước l = B diện tích mặt ướt S = B2 Tính hệ số Reynol theo cơng thức: (12) Ta thấy góc nghiêng hơng β có ảnh hưởng định đến lực cản tồn phần R, hay nói cách khác có ảnh hưởng định đến việc cải thiện chất lượng thủy động tàu lướt TÍNH TỐN LỰC CẢN TÀU LƯỚT THEO PHƯƠNG ÁN THAY ĐỔI GĨC NGHIÊNG HƠNG β 3.1 Phần mềm Maxsurf (5) Các giá trị ; vừa tính chưa kể đến độ vát đáy nên phải tính điều chỉnh Áp dụng công thức I.P Liubômirôv: (11) Maxsurf phần mềm chuyên dụng dùng thiết kế tàu cao tốc nhà máy đóng tàu ngồi nước Để áp dụng phần mềm Maxsurf vào tính tốn lực cản tàu lướt theo góc nghiêng hơng β, tác giả sử dụng hai module module Maxsurf Pro module Hullspeed Sử dụng module Maxsurf Pro với thao tác dựa vào vẽ tuyến hình, bố trí chung xây dựng bề mặt vỏ bao thân tàu nhờ tọa độ điểm kiểm soát (control point Marker) lấy từ vẽ tuyến hình tàu Sử dụng module Hullspeed với thao tác dựa vào vỏ bao thân tàu dùng module Maxsurf Pro, gán lượng chiếm nước, chiều chìm, giá trị vận tốc tàu xuất giá trị lực cản, công suất đẩy tàu theo phương pháp Savitsky planing 26 Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 1(60).2018 LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 3.2 Các phương án thay đổi góc nghiêng hơng Bảng Bảng phương án thay đổi giá trị góc nghiêng hơng Phương án Các giá trị góc nghiêng hông (độ) 17 15 20 25 So sánh kết tính phần mềm Maxsurf kết cung cấp nhà thiết kế tàu PR13 sau: Hình Đồ thị so sánh cơng suất tính phần mềm Maxsurf kết tính tốn cung cấp nhà thiết kế Phương án 1: Kết tính tốn với góc nghiêng hơng 17o sau: Bảng Lực cản công suất tàu ứng với giá trị khác vận tốc góc nghiêng hông 170o TT Speed Savitsky planing Power (hp) 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 25 25,62 26,25 26,87 27,5 28,12 28,75 29,37 30 30,62 31,25 31,87 32,5 33,12 33,75 34,37 35 35,62 36,25 36,87 37,5 -613,31 624,12 637,58 649,51 667,42 680,86 692,61 706,01 720,23 735,08 747,24 761,23 776,19 792,67 809,72 822,02 835,27 851,74 868,42 891,54 TT Speed 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 38,12 38,75 39,37 40 40,62 41,25 41,87 42,5 43,12 43,75 44,37 45 45,62 46,25 46,87 47,5 48,12 48,75 49,37 50 Savitsky planing Power (hp) 914,35 932,86 953,32 977,01 995,56 1014,34 1038,32 1059,42 1082,93 1104,59 1128,48 1154,03 1166,32 1184,94 1203,72 1221,14 1239,92 1258,51 1277,76 1299,67 Phương án 2: Kết tính tốn với góc nghiêng hơng 15o sau: Bảng Lực cản công suất kéo tàu ứng với gí trị khác vận tốc góc nghiêng hơng 15o TT Speed Savitsky planing Power (hp) 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 25,62 26,25 26,87 27,5 28,12 28,75 29,37 30 30,62 31,25 31,87 32,5 33,12 33,75 34,37 35 35,62 36,25 36,87 37,5 38,12 38,75 39,37 -587,37 597,16 603,24 652,31 663,48 673,47 698,13 707,15 732,27 748,99 690,36 710,39 731,10 752,53 774,68 818,07 821,27 845,74 871,02 897,12 902,18 921,86 945,38 Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 1(60).2018 27 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TT Speed Savitsky planing Power (hp) 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 40 40,62 41,25 41,87 42,5 43,12 43,75 44,37 45 45,62 46,25 46,87 47,5 48,12 48,75 49,37 961,98 983,69 1021,98 1022,31 1047,59 1071,82 1084,04 1108,24 1140,62 1148,67 1157,92 1168,22 1159,57 1163,99 1187,49 1230,09 1257,63 50 Phương án 3: Kết tính tốn với góc nghiêng hông 20o sau: Bảng Lực cản công suất kéo tàu ứng với gí trị khác vận tốc góc nghiêng hơng 20o TT Speed Savitsky planing Power (hp) 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 25,62 26,25 26,87 27,5 28,12 28,75 29,37 30 30,62 31,25 31,87 32,5 33,12 33,75 34,37 35 35,62 36,25 36,87 37,5 38,12 38,75 39,37 -614,56 627,96 641,42 653,72 667,25 684,45 697,97 712,03 724,94 738,16 749,68 763,78 778,94 794,46 812,83 829,97 846,39 865,71 884,75 904,78 926,32 946,82 967,83 25 26 27 28 40 40,62 41,25 41,87 987,02 1008,46 1029,63 1051,89 TT Speed Savitsky planing Power (hp) 29 30 31 32 33 34 35 36 37 39 40 41 42,5 43,12 43,75 44,37 45 45,62 46,25 46,87 47,5 48,12 48,75 49,37 50 1072,37 1094,55 1116,42 1138,68 1179,96 1191,46 1213,78 1224,28 1238,81 1258,89 1279,93 1302,48 1324,62 Phương án 4: Kết tính tốn với góc nghiêng hơng 25o sau: Bảng Lực cản công suất kéo tàu ứng với gí trị khác vận tốc góc nghiêng hông 25o TT Speed 10 11 12 13 14 15 16 17 18 35,62 19 20 21 22 25 25,62 26,25 26,87 27,5 28,12 28,75 29,37 30 30,62 31,25 31,87 32,5 33,12 33,75 34,37 35 36,25 77,19 36,25 36,87 37,5 38,12 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 38,75 39,37 40 40,62 41,25 41,87 42,5 43,12 43,75 44,37 Savitsky planing Power (hp) -651,35 662,42 673,63 685,47 697,13 712,92 725,56 739,76 753,44 764,83 780,28 793,18 810,31 825,36 841,93 858,04 865,71 884,75 891,94 910,74 928,34 948,96 28 Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 1(60).2018 968,38 989,36 1010,92 1036,32 1059,03 1082,84 1112,06 1136,16 1165,83 1193,27 LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC TT Speed Savitsky planing Power (hp) 33 34 35 36 37 38 39 40 41 45 45,62 46,25 46,87 47,5 48,12 48,75 49,37 50 1221,76 1248,53 1275,34 1301,44 1328,38 1351,94 1376,51 1402,47 1426,52 Từ kết tính lực cản, cơng suất kéo tàu giá trị khác góc nghiêng hơng β ứng với giá trị khác vận tốc đồ thị công suất kéo tàu PR13 theo kết tính tốn thiết kế ta xây dựng đồ thị so sánh công suất kéo tàu PR13 giá trị khác góc nghiêng hơng β tương ứng với giá trị vận tốc (hình 3) β = 15o P = 1140,62 (hp), khi β = 17o P = 1154,03 (hp), β = 20o P = 1179,62 (hp), β = 25o P = 1221,76 (hp) Do đó, chất lượng thủy động tàu có thay đổi giảm góc β tăng Vậy tàu PR13 kết luận góc nghiêng hơng β từ 15o đến 17o hợp lý chất lượng thủy động cải thiện tốt Tuy nhiên, giảm tăng góc β ảnh hưởng đến tính hàng hải tàu [1] Như vậy, thiết kế tàu lướt tùy theo điều kiện hoạt động tính tàu ta cần chọn góc nghiêng hơng β hợp lý để tàu vừa có chất lượng thủy động tốt, vừa có tính hàng hải tốt KẾT LUẬN - Bài báo phân tích đánh giá ảnh hưởng góc nghiêng hơng đến chất lượng thủy động tàu lướt - Bằng bốn phương án thay đổi giá trị góc nghiêng hơng, báo phân tích ảnh hưởng góc nghiêng β đến chất lượng thủy động tàu PR13 - Đối với tàu PR13 với góc nghiêng hơng β từ 15o đến 17o chất lượng thủy động tàu cải thiện tốt - Sử dụng phần mềm Maxsulf làm sở thiết kế hình dáng tàu lướt cỡ nhỏ phục vụ cơng tác tuần tra ven biển Hình Đồ thị so sánh công suất kéo tàu PR13 giá trị khác góc nghiêng hơng β tương ứng với giá trị vận tốc Từ đồ thị hình kết tính tốn có nhận xét sau: Đồ thị chia làm hai miền để đánh giá so sánh: - Khi tốc độ tàu 36 knots: Sự thay đổi góc nghiêng hơng β có ảnh hưởng khơng nhiều đến cơng suất kéo tàu tức chất lượng thủy động tàu có cải thiện khơng đáng kể Ở miền công suất kéo tàu xấp xỉ giá trị khác góc nghiêng hông β, cụ thể là: Tại tốc độ 34 knots, β = 15o P = 794 (hp), khi β = 17o P = 794,5 (hp), β = 20o P = 801 (hp), β = 25o P = 832,42 (hp) Điều khẳng định β = 15o chất lượng thủy động tốt - Khi tốc độ tàu 36 knots: Sự thay đổi góc nghiêng hơng β có ảnh hưởng rõ nét hơn, tốc độ cao thay đổi góc β cơng suất kéo có thay đổi rõ rệt, cụ thể là: Tại tốc độ 45 knots, - Lựa chọn đường hình dáng tàu PR13 áp dụng phần mềm Maxsurf vào tính tốn cơng suất tàu giá trị góc nghiêng hơng β khác nhau, từ đánh giá mức độ cải thiện chất lượng thủy động tàu PR13 giá trị β khác TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Công Nghị (2005) Thiết kế tàu cỡ nhỏ chạy nhanh NXB Đại học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh [2] Trương Sỹ Cáp (2005) Thiết kế tàu cao tốc Phần I - Tàu lướt [3] Nguyễn Tiến Lai (2006) Động lực học tàu thủy Trường Đại học Hàng hải Việt Nam [4] Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia phân cấp đóng tàu thủy cao tốc (2013) NXB Bộ Giao thông Vận tải, Hà Nội [5] B.R Clayton and R.E.D Bishop (1981) Mechanics of marine vehiles University College London Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 1(60).2018 29 ... đến chất lượng thủy động tàu lướt - Bằng bốn phương án thay đổi giá trị góc nghiêng hơng, báo phân tích ảnh hưởng góc nghiêng β đến chất lượng thủy động tàu PR13 - Đối với tàu PR13 với góc nghiêng... KHOA HỌC ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA GÓC VÁT ĐÁY ĐẾN CHẤT LƯỢNG THỦY ĐỘNG CỦA TÀU LƯỚT Lực cản toàn phần xác định theo biểu thức sau [2]: R = RT + RΔ (1) đó: RT: lực cản ma sát; RΔ: lực cản động lực... hoạt động tính tàu ta cần chọn góc nghiêng hơng β hợp lý để tàu vừa có chất lượng thủy động tốt, vừa có tính hàng hải tốt KẾT LUẬN - Bài báo phân tích đánh giá ảnh hưởng góc nghiêng hơng đến chất