- Đường kết thúc của vách đuôi để định hình kiểu vòm đuôi tàu dạng transom hay tuần dương hạm.
1.2.1.4. Mô hình và phương pháp giải bài toán tối ưu hóa hình dạng quả lê
(a) Mô hình bài toán tối ưu hóa hình dạng quả lê
Tương tự bài toán tối ưu tổng quát, mô hình bài toán tối ưu quả lê bao gồm những thành phần chính là biến thiết kế, hàm mục tiêu và các ràng buộc cụ thể như sau:
Các biến thiết kế
Các biến thiết kế được lựa chọn trong bài toán này là các tham số kích thước chính, bao gồm chiều dài, chiều rộng và chiều cao của quả lê như sẽ được trình bày ở mục 3.1. Tuy nhiên trong hầu hết các nghiên cứu hiện nay đều không phân tích ảnh hưởng của việc thay đổi các kích thước đến hiệu quả thủy động học của quả lê nên dẫn đến việc xây dựng các phương án hình học của quả lê chủ yếu dựa trên cơ sở thay đổi chủ quan gồm hai trường hợp chính là thay đổi chỉ một biến kích thước: chiều dài, chiều cao và thay đổi đồng thời hai biến thiết kế: chiều dài - chiều cao, chiều cao - chiều rộng quả lê. Ngoài ra, trong các nghiên cứu cũng không đề cập đến ảnh hưởng việc thay đổi các kích thước đến các yếu tố thiết kế và các tính năng hàng hải của tàu như là các ràng buộc đối với biến thiết kế của bài toán tối ưu mũi quả lê.
Hàm mục tiêu
Các nghiên cứu đều lựa chọn hàm đơn mục tiêu là độ giảm của sức cản tổng hoặc công suất có ích là lớn nhất, tính ở mớn nước hoặc vận tốc (hoặc số Froude) nhất định. Đặc điểm này có thể sẽ phù hợp với các tàu chở hàng thường hoạt động ở một chế độ, nhưng đối với tàu cá thường hoạt động ở nhiều chế độ vận tốc và mớn nước khác nhau nên cần phân tích và lựa chọn chính xác hàm đa mục tiêu trên cơ sở đảm bảo sao cho hiệu quả của quả lê là lớn nhất ở các chế độ làm việc khác nhau của tàu.
Các điều kiện ràng buộc của bài toán tối ưu
Hầu hết các nghiên cứu chỉ đề cập tối ưu hóa quả lê với hàm mục tiêu sức cản, chưa đưa vào điều kiện ràng buộc của bài toán nhằm giới hạn ảnh hưởng sự thay đổi của các kích thước hình học quả lê đến hiệu quả làm việc và các tính năng hàng hải của tàu, dẫn đến việc lựa chọn các phương án tính toán kích thước quả lê chưa có cơ sở rõ ràng. Một vài công trình nghiên cứu cũng đã có đề cập đến vấn đề này nhưng hầu hết đều cho rằng sẽ được thực hiện trong tương lai.
(b) Phương pháp giải bài toán tối ưu
Như đã phân tích, các nghiên cứu tối ưu hóa quả lê hiện nay thực hiện theo các phương pháp, tạm chia thành hai nhóm phương pháp chính như sau.
Phương pháp phương án
Phương pháp này xây dựng trên cơ sở thay đổi các kích thước của quả lê ban đầu theo gia số nhất định để hình thành các phương án tính toán, tính sức cản cho tất cả phương án và lựa chọn quả lê tối ưu ứng với phương án có độ giảm sức cản lớn nhất. Theo phương pháp này thường phải sử dụng mô hình toán dưới dạng mô hình thay thế để tìm ra phương án tối ưu dựa vào tập các dữ liệu sức cản rời rạc ban đầu.
Phương pháp tham số
Phương pháp này hình thành trên cơ sở sử dụng tập hợp các đường cong tham số xây dựng bề mặt hình học thân tàu và quả lê, sau đó dùng các thuật toán tối ưu xác định các tham số tối ưu có sức cản tàu nhỏ nhất và dùng chúng để dựng lại hình dạng quả lê.
Theo phân tích, việc sử dụng mô hình thay thế có ưu điểm hơn vì các lý do sau:
- Việc ước tính sức cản tàu bằng kỹ thuật CFD thường tốn rất nhiều thời gian, trong khi mô hình thay thế lại có thể ước tính kết quả từ tập số liệu ban đầu không lớn nên cho phép giảm được nhiều số liệu tính toán bằng CFD so với các mô hình tối ưu khác.
- Kết quả tính từ CFD và mô hình thay thế cho thấy có độ tin cậy cao hơn nhiều nhờ việc tìm và bổ sung thêm các số liệu tính toán gần với phương án tối ưu. Đồng thời lời giải tối ưu không phụ thuộc vào điểm đầu tiên và hàm mục tiêu không cần ở dạng tường minh, những đặc điểm cơ bản của bài toán đang xét. Do đó giải pháp sử dụng mô hình thay thế để giải bài toán tối ưu hóa hình học mũi quả lê tỏ ra hiệu quả hơn nhiều so với các mô hình tối ưu khác.
- Do sự thay đổi của sức cản tàu rất phức tạp, hầu như không thể biết trước được nên việc sử dụng các thuật toán tối ưu dựa trên gradient hoặc di truyền trở nên rất nặng nề và ít chính xác, nhất là khi điểm xuất phát được xác định không tốt. Khi đó phương pháp tối ưu hóa hình học quả lê dựa theo mô hình thay thế chính là cách tiếp cận hiệu quả nhất.