7. Bố cục của luận ỏn
1.3.1. Tỡnh hỡnh nghiờn cứu ngoài nước
Chõn vịt là một mỏy thuỷ lực cỏnh dẫn hướng trục cú nhiệm vụ biến đổi năng lượng của động cơ thành lực đẩy giỳp tàu chuyển động theo hành trỡnh cho trước. Chõn vịt đầu tiờn trờn thế giới được Josef Ressel of Thieste thử nghiệm thành cụng lần đầu tiờn vào năm 1828 trờn tàu cú trang bị động cơ hơi nước cú chiều dài thõn tàu là 18m, sau đú 8 năm lần đầu tiờn nú được hai kỹ sư Ericsson và Petit Smith sử dụng làm thiết bị đẩy trờn tàu dịch vụ. Trải qua một thời gian dài phỏt triển từ đú đến nay lý thuyết tớnh toỏn thiết kế chõn vịt ngày càng được hoàn thiện, chõn vịt cũng như cỏc biến thể của nú ngày càng được sử dụng rộng rói chiếm đến 99% trang thiết bị đẩy trang bị trờn tàu dịch vụ. Nếu như đầu thế kỷ 20 cỏc nghiờn cứu trờn thế giới chỉ tập trung vào việc hoàn thiện cơ sở lý thuyết, tớnh toỏn thiết kế và chế tạo chõn vịt thỡ những năm cuối thế 20 và đầu thế kỷ 21 với sự phỏt triển của cụng nghệ ảnh, cụng nghệ thụng tin cỏc nghiờn cứu về chõn vịt đó tập trung vào nghiờn cứu thực nghiệm và tớnh toỏn mụ phỏng số cỏc đặc tớnh thuỷ động lực học của chõn vịt cũng như sự tương tỏc của nú với thõn tàu, bỏnh lỏi.
Với sự phỏt triển của khoa học mỏy tớnh, phương phỏp số được ứng dụng khỏ rộng rói để khảo sỏt cỏc đặc tớnh thuỷ động lực học của chõn vịt cũng như cỏc yếu tố ảnh hưởng đến đặc tớnh làm việc của nú. Số lượng nghiờn cứu, khảo sỏt cỏc đặc tớnh làm việc của chõn vịt chiếm phần lớn cỏc nghiờn cứu trong nửa thập kỷ trở lại đõy. Năm 2015, Abbas, N. cựng với cỏc đồng nghiệp của mỡnh đó sử dụng kết hợp phương phỏp mụ phỏng rối lớn LES và phương phỏp mụ phỏng RANS để nghiờn cứu sự bất ổn định của lực thuỷ động trờn cỏnh chõn vịt gõy ra bởi vựng thấp của dũng chảy sau khi tương tỏc với thõn tàu, chõn vịt, bằng sự kết hợp giữa hai phương phỏp bài bỏo đó xỏc định giỏ trị lớn nhất của lực thuỷ động tỏc động lờn cỏnh chõn vịt trong quỏ trỡnh hoạt động [15]. Trong năm đú, tại hội nghị International Conference on Fluid Mechanics lần thứ bẩy, Liu, Dengcheng đó trỡnh bày một mụ hỡnh xõm thực mới để mụ phỏng số hiện tượng xõm thực trờn cỏnh chõn vịt tàu thuỷ sau đú mụ hỡnh này được kiểm chứng trờn profile NaCa 66 thường dựng trong thiết kế chõn vịt, kết quả mụ phỏng cho thấy rằng mụ hỡnh mới cho hỡnh ảnh xõm thực phự hợp với hỡnh ảnh nghiờn cứu thực nghiệm [16]. Cũng sử dụng mụ hỡnh RANS với phần mềm lập trỡnh mó nguồn mở Open FOAM, tỏc giả Yao, Jianxi đó nghiờn cứu đặc tớnh thuỷ động lực học của chõn vịt trong trường dũng chảy nghiờng so với trục chõn vịt một gúc bất kỳ [17]. Bài bỏo đó sử dụng lưới phi cấu trỳc tớnh toỏn mụ phỏng 70 trường hợp với hệ số tiến J và gúc nghiờng của dũng chảy khỏc nhau, kết quả tớnh toỏn mụ phỏng số phự hợp với kết quả nghiờn cứu thực nghiệm. Với cựng hướng nghiờn này, năm 2016, Alimirzazadeh và cỏc đồng nghiệp thuộc Khoa cơ khớ, Trường đại học cụng nghệ Sharif, Iran đó cụng bố nghiờn cứu sự biến thiờn đặc tớnh thuỷ động lực học chõn vịt theo thời gian bằng phương phỏp RANS [18]. Một
8 số tỏc giả lại sử dụng phương phỏp số để khảo sỏt sự tương tỏc thuỷ động lực học của hệ thống chõn vịt, bỏnh lỏi, thõn tàu từ đú tỡm ra cỏc biện phỏp cải thiện hiệu suất của thiết bị đẩy [19-25], nổi bật nhất là nghiờn cứu của tỏc giả He, Lei và cỏc cộng sự được cụng bố trờn tạp chớ ‘International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering’. Bài bỏo sử dụng phương phỏp số để khảo sỏt sự tương tỏc chõn vịt - bỏnh lỏi, sự phỏt triển của vựng xoỏy sau bỏnh lỏi theo thời gian, kết quả chớnh đạt được là ảnh hưởng của biờn dạng bỏnh lỏi đến đặc tớnh làm việc và đặc tớnh xõm thực của chõn vịt. Một số cụng bố lại tập trung vào sử dụng phương phỏp số khảo sỏt hiện tượng xõm thực, ăn mũn do xõm thực và ảnh hưởng của nú đến đặc tớnh làm việc của chõn vịt [26-34], trong đú nổi bật là nghiờn cứu của nhúm tỏc giả Yilmaz, Naz, Atlar, Mehmet và Khorasanchi, Mahdi sử dụng mụ hỡnh lưới động để khảo sỏt hiện tượng xõm thực xảy ra trờn chõn vịt tàu thuỷ, đặc biệt là mụ phỏng sự phỏt triển của hiện tượng xõm thực xảy ra ở đỉnh cỏnh của chõn vịt. Một số nghiờn cứu khỏc lại tập trung vào khảo sỏt đặc tớnh thuỷ động lực học của hệ thống chõn vịt - đạo lưu [35-44], kết quả chớnh của cỏc nghiờn cứu này là nghiờn cứu đặc tớnh của hệ thống chõn vịt - đạo lưu, ảnh hưởng của biờn dạng đạo lưu, khe hở đỉnh cỏnh đến đặc tớnh thuỷ động lực học chõn vịt. Một số cụng trỡnh sử dụng phương phỏp tớnh toỏn mụ phỏng số để nghiờn cứu tải trọng tỏc động lờn cỏc ổ đỡ, trục chõn vịt trong quỏ trỡnh hoạt động [45, 46].
Ở khớa cạnh nghiờn cứu lý thuyết cũng cú một số cụng trỡnh nổi bật tập trung vào tớnh toỏn tối ưu biờn dạng cỏnh chõn vịt, phỏt triển mụ hỡnh mới để tớnh toỏn mụ phỏng cỏc hiện tượng thuỷ động lực học xảy ra khi chõn vịt hoạt động [47-56]. Năm 2015, Lewis, Andrew và cỏc đồng nghiệp phỏt triển thuật toỏn tối ưu cỏc tham số thiết kế biờn dạng hỡnh học chõn vịt, cụng trỡnh này được cụng bố tại hội thảo ‘International Conference On Computational Science’ [49]. Năm 2016, nhúm tỏc giả Gaggero, Stefano, Gonzalez-Adalid, Juan Sobrino và Mariano Perez thuộc trường đại học Genoa, Italy và trường SISTEMAR S.A., Madrid, Tõy Ban Nha cụng bố nghiờn cứu về tớnh toỏn thiết kế một loại chõn vịt cú tờn là ‘Contracted Tip Load Propeller’ hay cũn gọi là chõn vịt CLT cú biờn dạng đỉnh cỏnh gập lại về phớa mặt đẩy, loại chõn vịt này cú hiệu suất cao hơn, và khả năng chống xõm thực tốt hơn chõn vịt thụng thường kết quả của bài bỏo được cụng bố trờn tạp chớ Applied Ocean Research [51]. Cũng trong năm đú, trờn tạp chớ Ocean Engineering, nhúm tỏc giả Helma, Stephan đó cụng bố quy trỡnh đồng dạng trong thiết kế chõn vịt tàu thuỷ, quy trỡnh này được ỏp dụng hiệu quả với tiờu chuẩn bể thử ITTC 1978 và số Re lớn hơn 2.105 . Ngoài ra cũn cú một số cụng trỡnh sử dụng phương phỏp nghiờn cứu lý thuyết để tớnh toỏn, thiết kế tối ưu hệ thống chõn vịt đạo lưu, tối ưu hoỏ thiết kế chõn vịt theo hướng giảm rung động [40, 53, 57-60].
Nghiờn cứu thực nghiệm cũng đúng gúp một số lượng nghiờn cứu đỏng kể, cỏc nghiờn cứu thực nghiệm chủ yếu sử dụng hệ thống bể thử, ống thử xõm thực để nghiờn cứu một số ảnh hưởng đến đặc tớnh thuỷ động lực học chõn vịt cũng như trường dũng phớa sau chõn vịt. Năm 2012, Korkut Emin và Atlar Mehmet sử dụng
9 phương phỏp nghiờn cứu thực nghiệm khảo sỏt ảnh hưởng của lớp sơn phủ tới đặc tớnh xõm thực, khả năng phỏt sinh tiếng ồn của chõn vịt, kết quả của nghiờn cứu được cụng bố trờn tạp chớ Ocean Engineering [61]. Năm 2016, Kowalczyk cựng cỏc đồng nghiệp thuộc trung tõm nghiờn cứu và thiết kế tàu của Hà Lan đó sử dụng phương phỏp số, và nghiờn cứu thực nghiệm để nghiờn cứu tiếng ồn sinh ra khi chõn vịt làm việc. Năm 2019, Ortolani và cỏc cộng sự đó sử dụng phương phỏp nghiờn cứu thực nghiệm nghiờn cứu tải trọng trờn cỏnh chõn vịt và của toàn bộ chõn vịt trong chế độ chạy tự do ổn định và chế độ khi tàu chuyển hướng, bài bỏo chỉ rằng sự biến thiờn tuần hoàn của dũng chảy khi tương tỏc với cỏnh chõn vịt gõy ra sự biến thiờn về tải trọng trờn cỏc cỏnh cũng như toàn bộ chõn vịt [62, 63]. Ngoài ra cũn cú một số cụng trỡnh khỏc sử dụng phương phỏp nghiờn cứu thực nghiệm khảo sỏt đặc tớnh xõm thực, nghiờn cứu ảnh hưởng của mặt thoỏng, ảnh hưởng của trục và một số yếu tố khỏc đến đặc tớnh xõm thực của chõn vịt [64-67].
Núi chung cỏc nghiờn cứu ngoài nước về vấn đề chõn vịt chủ yếu tập trung vào một số yếu tố ảnh hưởng đến đặc tớnh làm việc của chõn vịt chưa cú nghiờn cứu nào tập trung vào hệ thống chõn vịt tàu cỏ cú cụng suất mỏy chớnh nằm trong dải 90 - 300 CV. Do đú việc nghiờn cứu giải phỏp cải thiện hiệu suất chõn vịt, tăng khả năng điều động của tàu cỏ khai thỏc xa bờ cú cụng suất mỏy từ 90 đến 300 CV cũn nguyờn tớnh thời sự.