1. Ngoại hình tàu
Tạo ngoại hình tàu cĩ chức năng đầu tiên là làm đẹp con tàu, và tàu đẹp mới cĩ khả năng thu hút sự chú ý của người dùng. Thiết kế ngoại hình khơng chỉ đảm bảo mỹ thuật mà cịn đảm bảo cho tàu thực hiện được những yêu cầu kỹ thuật và chức năng của tàu. Trước khi bàn về mỹ thuật tàu chúng ta cĩ thể nhắc lại những kiểu tàu và dáng tàu thơng dụng đang dùng trong thực tế. Những tàu này khơng chỉ khác nhau về chức năng mà cịn khác về ngoại hình.
Các tàu đang hoạt động cĩ thể chia làm hai nhĩm lớn, tàu chiến dùng cho các mục đích quân sự và những tàu khơng thuộc nhĩm trên được gọi chung tàu dân sự. Theo chức năng các tàu trong nhĩm này được phân thành các nhĩm nhỏ, gọi tên theo qui ước khơng văn bản như sau:
Tàu chở hàng: tàu hàng khơ hay cịn gọitàu hàng tổng hợp(general cargo ships), tàu chở hàng lỏng, trong đĩ chủ yếu là tàu chở dầu (tankers), tàu chở hàng rời (bulkcarries), tàu chở hàng thùng(container ships),tàu hàng lạnh(reefer vessels) vv….. .
Tàu khách(passenger vessels): tàu khách chạy biển tuyến cố định, tàu hoạt động trên các đường khơng cố định, tàu du lịch, tàu khách chạy trên các sơng, hồ và tàu hàng – khách.
Tàu cơng dụng đặc biệt: tàu nghiên cứu, thăm dị, tàu giám sát mơi trường, tàu làm trạm chứa dầu khơng bến.
Tàu đánh bắt cá, tàu chế biến và bảo quản cá.
Tàu cơng trình: tàu cuốc, tàu hút, tàu làm sạch dầu, các tàu làm việc trong ngành khai thác dầu khí tại thềm lục địa.
Yêu cầu mỹ thuật của các tàu giống nhau, tuy nhiên các yêu cầu kỹ thuật và chức năng tàu làm cho mỗi tàu cĩ dáng riêng, vẽ đẹp riêng. Thiết kế mỹ thuật tàu phải đáp ứng yêu cầu mỹ thuật chung song phải cĩ tính đặc thù.
Phần đầu chương này chúng ta cùng bàn về những yêu cầu mỹ thuật chung nhất, dùng cho tàu khách. Những hiểu biết chung này sẽ được cải biên khi áp dụng cho các tàu khác kiểu.
Thiết kế tàu được bắt đầu từ chọn kích thước chính, tỷ lệ kích thước, các đặc trưng hình học liên quan thân tàu. Trong những điều kiện đĩ thơng thường đường hình lý thuyết tàu phải được lập ngay trong giai đoạn thiết kế ban đầu. Đường hình tàu theo thơng lệ được lập trên cơ sở các yêu cầu kỹ thuật, theo chức năng của tàu và do vậy bản thân đường hình chưa thể đáp ứng các địi hỏi về mặt mỹ thuật. Khơng phải là nghịch lý nếu nhận xét rằng cĩ những đường hình chưa thuộc diện “đẹp” song cho phép người thiết kế tạo con tàu cĩ dáng hấp dẫn, ngược lại đường hình “đẹp”theo những cách đánh giá nhất định chưa chắc cho phép tạo ngoại hình hấp dẫn cho tàu. Yêu cầu đặt ra cho những nhà kiến trúc sư tàu thủy, theo cách gọi của người Anh: Naval Architect, là tạo hình tàu đẹp, hài hồ trên cơ sở đường hình tàu đang được thiết kế. Thơng thường hài hồ được hiểu trong khung cảnh cụ thể, hài hịa với mơi trường, với cảnh vật, với thiên nhiên và với con người.
Ngoại hình tàu khách do kiến trúc sư tàu thủy -nghệ sĩ tạo hình qui định. Ngoại hình tàu khơng thể giống nhau hồn tồn giữa các tàu cùng một chức năng, ví dụ cùng cho tàu khách. Mặc dầu vậy, theo cách làm của phương pháp thống kê người ta cĩ thể tập họp, phân tích và rút ra những qui luật nhất định và qui luật chung này được dùng cho thiết kế tàu. Với tàu khách, ngoại hình được dùng phổ biến và vẽ đẹp được đánh giá là hồn mỹ mang dạng hình giọt nước. Từ những năm đầu của phát triển tàu khách, hình dạng giọt nước đã ngự trị trên phần lớn các tàu. Tuy nhiên “giọt nước”trở thành độc tơn trong những năm dài giữa thế kỷ XX. Nhìn ngang thượng tầng của tàu thiết kế theo dáng giọt nước này được qui hoạch theo chiều cao khơng đều nhau. Độ chênh lệch theo chiều cao này đã tạo ra vẽ đẹp cho con tàu khi tàu nổi bật trên biển xanh. Hình 5.1 dưới đây khái quát hĩa cơ cấu “giọt nước” của tàu trong những năm năm mươi, bảy mươi.
Theo thời gian, hình giọt nước như thể hiện tại hình 5.1a tỏ ra “đủ”cho người dùng. Những đổi thay cần thiết khi tạo hình làm cho dáng bên ngồi của tàu đẹp và dễ mến mặc dầu những dạng mới khơng lưu giữ hình ảnh giọt nước như chúng ta đã quen. Những người tạo hình đã đề nghị sử dụng frofil sĩng trochoidal làm hình dáng bên ngồi của tàu khách. Y tưởng bắt đầu từ thực tế thiết kế và tính tốn độ bền tàu đã được triển khai và áp dụng cho tàu khách đi biển, hình 5.1b. Dạng profil sĩng biển này thịnh hành trong những năm sáu mươi.
Điều cần nĩi thêm khơng chỉ bộ mơn lý thuyết tàu, sức bền tàu đưa các ý tưởng xây dựng ngoại hình tàu mà các nhà tốn học cũng đã giúp rất nhiều cho các kiến trúc sư tàu thủy trong tìm kiếm vẻ đẹp tiềm năng của tàu. Đường cong hàm ex(cịn được viết hàm exp trong các ngơn ngữ
lập trình) khi áp dụng cho tàu khách đã mang lại những vẻ đẹp lạ thường, hình 5.1c. Ngoại hình tàu dạng hàm exkhơng chỉ thịnh hành trong hai thập kỷ bảy mươi, tám mươi mà cịn lưu đến ngày nay.
Hình 5.1 Ngoại hình tàu
Mỹ thuật tàu ngày nay khơng chỉ là lĩnh vực quan tâm của các nhà kiến trúc sư tàu thủy mà cịn là điều quan tâm hàng đầu các chủ tàu. Để cạnh tranh với các phương tiện vận tải hành khách đường khơng, đường sắt cao tốc, tàu thủy chở khách phải tăng tính hấp dẫn và tính cạnh tranh. Tàu khách khơng chỉ địi ngoại hình đẹp mà tiện nghi phải đạt đến mức đủ cạnh tranh với máy bay, tàu trên đường sắt cao tốc. Trong những năm cuối thế kỷ XX các tàu khách bị buộc phải “béo” thêm ra và hấp dẫn hơn xưa. Tàu phải đủ cao, rộng để bố trí nhiều tiện nghi sinh hoạt hơn. Các phịng ở được tăng diện tích, phịng nghỉ, phịng phụ vv.. . đều phải nâng cấp. Trên tàu khách hiện đại người ta khơng chỉ bố trí các phịng sinh hoạt, phịng sinh hoạt cơng cộng mà cịn cĩ bể tắm, các phịng thể thao, thậm chí trên vài tàu cịn cĩ cả sân golf mini. Rõ ràng các thay đổi đĩ đã làm cho các tàu sinh động hơn. Dáng các tàu được chế tạo cuối thế kỷ xa rời dần nguyên tắc “giọt nước”, để chuyển sang trạng thái đầy đặn hơn. Hình 5.1d và 5.1e trình bày ngoại hình của tàu khách thuộc nhĩm nở phần trước hay cịn gọi kiểu “lơi kéo”cịn hình kể sau thuộc nhĩm “thúc đẩy”. Điều cĩ thể nĩi thêm, nhĩm “thúc đẩy”là tiền đề để các kiến trúc sư tàu cho ra đời kiểu dáng “hình thang”, nếu khơng muốn gọi là hình chữ nhật. Hình 5.1f trình bày ngoại hình tàu đang được dùng trong tàu khách và cả các tàu khơng phải tàu khách trong những năm cuối thế kỷ XX.
Cĩ thể đưa ra nhận xét sau, nếu những năm năm mươi hình giọt nước với trọng tâm profil nằm tại phần trước, đến những năm bảy mươi, tám mươi trọng tâm profil dã lùi về sau mặt cắt
giữa tàu, đến khi kiểu “thúc đẩy” ra đời trọng tâm profil lùi về sau xa hơn. Đến gia đoạn ngoại hình hình thang, trọng tâm đã chuyển hẳn ra sau.
Trong giai đoạn “giọt nước”, đến “hàm ex” chiều cao thượng tầng vẽ nên đường gẫy khúc, gia đoạn sau này đường gẫy khúc hầu như nhường chỗ cho đường thẳng hoặc gần với đường thẳng.
Phân tích ngoại hình các tàu đã đĩng từ hơn trăm năm nay cĩ thể rút ra qui luật tạo hình cơ cấu hệ thống các phần tử kiến trúc tàu. Tất cả đường dĩng tạo nên hình giọt nước, hình sĩng vv….. . phải tuân thủ qui luật cùng ngả theo hướng chủ đạo với gĩc chuẩn. Cụ thể hơn, mọi đường bao profil thượng tầng, ống khĩi, cửa sổ, cột cờ cột buồm, lỗ khoét đều cĩ chung hướng, cịn độ nghiệng của từng đường bao khơng khác xa độ nghiêng chủ đạo.
Qui luật này được giải thích tại hình 5.2 dưới đây. Những tàu được xây dụng ngoại hình theo phong cách thẳng đứng cĩ các thành bao thượng tầng thẳng đứng, như hướng chủ đạo. Tuy nhiên bên cạnh hướng chủ đạo như chúng ta nhận thấy tại hình 5.1a hướng nghiêng thứ hai được đưa vào qui trình tạo hình làm cho thiết kế duyên dáng hơn, uyển chuyển hơn. Hướng thứ hai thơng thường nghiêng về sau như hiển thị tại mức thấp hơn cùng hình. Ngoại hình dạng này được dùng cho tàu khách và các tàu vận tải. Khuynh hướng này xuất hiện từ những năm bảy mưới, ngày nay đang là mốt thời thượng trên các kiểu tàu.
Phần lớn tàu khách kể cả tàu đã cĩ từ cổ xưa đến tàu hiện đại thơng thường được tạo hình trên nền hai hướng nghiêng chủ đạo, nghiêng về trước và nghiêng về sau cùng trên một tàu. Hình 5.2b trình bày phân tích độ nghiêng thượng tầng và các phần lồi tại thượng tầng tàu khách đặc trưng cho những tàu ra đời vào cuối thế kỷ XX. Ba hình tiếp theo 5.2c, 5.2d, 5.2e trình bày ngọai hình loạt tàu khách đã được chế tạo.
Khác với trường hợp đường dĩng đứng vừa nêu, đường dĩng xiên thật sự đa dạng và phong phú. Trong thực tế đơ nghiêng của gĩc chủ đạo thay đổi khá rộng. Gĩc nghiêng về sau cĩ thể từ 100 đến 150 hoặc hơn. Gĩc nghiệng về trước cĩ thể từ 50 đến gần 90. Xác định gĩc nghiêng chủ đạo phụ thuộc kích cỡ tàu và yêu cầu cụ thể của mỗi tàu cụ thể. Cĩ thể phát biểu cách chung nhất, gĩc nghiêng khi cách xa gĩc 90 dẫn đến hiện tượng thu hẹp khơng gian hữu ích, thay vào đĩ ngoại hình của tàu cĩ khi đẹp hơn, hấp dẫn hơn nhờ thay đổi gĩc nghiêng. Thơng lệ gĩc nghiêng về sau lớn, gĩc nghiêng về trước cĩ xu hướng cận kề hướng thẳng. Điều này cần thiết khi tạo hình những tàu nhỏ. Trên những tàu lớn cĩ khi quan sát được gĩc nghiêng so với trục đứng của nghiêng về sau và nghiêng về trước gần bằng nhau.
Một trong những yêu cầu thiết kế ngoại hình là tàu được thiết kế phải đẹp theo những tiêu chuẩn xác định song phải hài hịa và cân đối trong khơng gian mà nĩ hoạt động. Điều này đặc
4.5-146
biệt quan trọng cho những tàu hoạt động nội địa. Kích thước của tàu, chiều dài, chiều rộng cần thích hợp cho cảnh sơng, hồ nĩ hoạt động. Ngoại hình và màu sắc của tàu phải hịa hợp với cảnh quan dịng sơng tàu bơi, với bờ sơng tàu ghé với thành phố tàu đến thường xuyên, hình 5.3.
Hình 5.3. Tàu liner “Queen Elizabeth 2”
Nguyên tắc thiết kế trên đây khi áp dụng vào các tàu khơng phải tàu khách mang tính đặc thù riêng. Các đặc thù đĩ do chức năng của tàu qui định. Tàu chở hàng cần bố trí thượng tầng tại khu vực trên buồng máy, nhường khoảng khơng cịn lại cho các khoang hàng và các nơi thao tác tàu, thao tác bốc dỡ hàng. Mặt khác tùy tình hình thực tế, buồng máy cĩ thể đặt trước, đặt giữa hoặc sau. Trong hồn cảnh bị động đĩ nhiệm vụ kiến trúc sư là tạo ngoại hình tàu gồm thượng tầng, thân tàu thành một khối hồn mỹ. Nếu kiến trúc sư khơng cịn quyền thay đổi đường nét thân tàu thì cơng việc tạo hình thượng tầng đặt trên thân tàu do kiến trúc sư định sẽ cĩ tầm quan trọng đặc biệt. Thơng thường những nguyên tắc tạo hình vừa bàn, áp dụng cho tàu khách được dùng cả cho tàu khơng phải tàu khách. Những thiết kế của những năm năm mươi, sáu mươi, thượng tầng tàu hàng cĩ dáng dấp của hình giọt nước, đường bao thượng tầng thường được trau chuốt, uốn nắn cơng phu.
Theo năm tháng, để triệt để tận dụng khoảng khơng gian trên buồng máy, để thi cơng nhanh chĩng và thuận lợi theo qui trình cơng nghệ hiện đại, thượng tầng tàu hàng thiên về dạng thẳng đứng. Hình 5.4 giới thiệu profil tàu chở hàng được thiết kế trong những năm chín mươi. Thượng tầng của tàu mang tính đặc trưng cho những tàu hiện đại, các thành thẳng đứng, “cột buồm” thẳng đứng, cột cờ thẳng đứng, mũi tàu dạng “quả lê”,đuơi tàu vát kiểu transom (T),
bánh lái treo, chân vịt biến bước. Tạo dáng theo mơ hình này khơng chỉ dùng cho tàu chở hàng tổng hợp mà cịn dùng
cả cho các tàu chạy nhanh hơn, trong đĩ
kể cả tàu chở
container.
Hình tiếp theo, hình 5.5, giới thiệu profil tàu chở hàng
Hình 5.4. Tàu chở hàng hiện đại
thùng của những năm chín mươi. Tàu dài gần 130m, rộng 20m, cao 11m tính đến mép boong. Điều chúng ta quan tâm là cách tạo hình của thượng tầng đúng qui tắc và rất chuẩn mực.
Trong các tàu thuộc nhĩm tàu cơng trình chúng ta gặp từ những tàu kích thước rất lớn đến những tàu nhỏ. Các tàu tuy mang những đặc thù riêng biết, bố trí nhiều trang thiết bị rất kỳ dị song vẫn phải được tạo hình với khả năng tốt nhất. Ví dụ sau giới thiệu các kết quả lao động cĩ hiệu quả của các kiến trúc sư tàu thủy trong ngàng khai thác dầu khí. Hình 5.6 trình bày trạm chứa dầu và cấp dầu khơng bến (Floating Production Storage and Offloading Vessel) đang được dùng nhiều nơi trên thế giới. Tại Việt nam, Vietsovpetro đang sử dụng bốn trạm cĩ tính năng tương đương trạm trong hình. Trên hình chúng ta thấy rõ phong cách tạo hình của những kiến trúc sư hiện đại.
Hai thập niên cuối thế kỷ XX xuất hiện nhĩm tàu cỡ nhỏ, chạy nhanh làm nhiệm vụ tuần tra, phục vụ du lịch, thể thao vv.. . Thuật ngữ chuyên ngành được bổ sung một số từ mới: tàu cơng vụ (work boats), tàu hải quan, kiểm ngư, tàu chữa cháy, tàu hoa tiêu (pilot), tàu thể thao và nhiều tên gọi khác nữa. Trên thực tế đây là nhĩm tàu tuần tra (patrol boats) cần tốc độ cao, hoạt động linh hoạt. Yêu cầu đầu tiên cho ngoại hình loạt tàu này là tính “động” bao gồm, cơ động khi làm việc, hình dáng tàu “khí động học” cĩ khả năng thĩat giĩ. Nhìn chung frofil tàu cĩ dáng gần với dạng ” thúc đẩy”. Về mặt động lực học, khia chạy với tốc độ thiết kế các tàu này làm việc ở chế độ thủy - khí động, chứ khơng làm việc như tàu nổi chạy chậm. Khi chạy gần như tồn thân tàu nổi lên mặt nước, do vậy người nghệ sĩ tạo hình phải quan tâm đến tồn bộ thân tàu khi thiết kế chứ khơng chỉ hạn chế phần nổi như đã nêu phần trước. Nhìn chung các tàu diện này được thiết kế như hình mũi tên, đầu nhọn nằm phía mũi tàu, phần lái gần như cánh hướng dịng mũi tên. Hình 5.7 giới thiệu tàu cánh ngầm chạy sơng (hydrồil craft) chở khách nội địa. Profil tàu cánh ngầm này trơng khơng khác nhiều so với profil máy bay hiện đại. Khi chạy với vận tốc thiết kế, tồn thân tàu bay trong khơng khí, chỉ đơi cánh bơi trong nước, làm nhiệm vụ nâng tàu. So với máy bay, sải cánh của tàu ngắn hơn, gọn hơn.
Mũi, đuơi tàu và mỹ thuật tàu.
Tàu thủy chế tạo thời xa xưa cĩ đặc trưng chung, cha ơng chúng ta rất coi trọng mỹ thuật phần mũi tàu và đuơi tàu. Cấu hình phần mũi tàu khác nhau khá nhiều trên các kiểu tàu. Độ nghiêng sống mũi được chọn từ 0 so với trụ đứng, tức là mũi tàu dựng đứng, đến gĩc nghiêng khơng thấp hơn 60 - 70. Tàu hiện đại cịn được gắn kết cấu đặc biệt, gọi là kết cấu “bĩng đèn trịn”, hoặc “giọt nước rơi thẳng đứng” hoặc “quả lê” tại phần mũi tàu làm cho mũi tàu thêm duyên dáng. Chọn lựa kiểu mũi, chọn gĩc nghiêng cho sống mũi trong thực tế thiết kế là việc
Hình 5.6 Trạm FPSO
chung của người vẽ đường hình và kiến trúc sư. Những dạng mũi tàu đang hiện cĩ được giới thiệu tại hình 5.8. Tại hình cĩ thể thấy rõ, mũi kiểu a ngày nay được dùng rất rộng rãi, từ tàu vận tải, tàu khách, tàu đánh cá đều thấy cĩ mặt mũi tàu dạng này.