- Số liệu thử sức cản trong bể thử dùng so sánh trong luận án được xem như là đảm bảo được độ chính xác và là cơ sở để đánh giá và hiệu chỉnh các thông số
Chương 1 ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1. TỔNG QUAN CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN
Mũi quả lê ra đời từ đầu thế kỷ XX, nhưng đến năm 1910 mới được D.Taylor (Mỹ) đưa vào thiết kế tàu hải quân USS Delaware nhưng vẫn chưa được chấp nhận rộng rãi. Đến năm 1920, quả lê xuất hiện lần đầu trên hai tàu khách Bremen và Europa của Đức. Đến năm 1931, mũi quả lê tiếp tục được trang bị trên các tàu chở khách nhỏ hơn khác như các tàu mang tên tổng thống Mỹ Hoover và Coolidge với kết cấu khá cồng kềnh. Năm 1935, tàu Normandie được chế tạo với mũi quả lê đã chạy đạt được đến 30 hải lý. Ngoài các tàu dân sự, ngay từ thế chiến thứ II thì một số tàu hải quân của Mỹ và Nhật như tàu tuần dương mang tên Yamato đóng năm 1940 đã có sử dụng dạng mũi quả lê. Kể từ cuối năm 1950 mới bắt đầu có các nghiên cứu chính thức dạng mũi này và đến năm 1960, các tàu viễn dương của dân sự và quân sự mới trang bị nhiều dạng mũi này. Tàu Yamashiro Maru đóng năm 1963 tại nhà máy đóng tàu Mitsubishi ở Nhật Bản là tàu đầu tiên trang bị mũi quả lê chạy đến tốc độ 20 hải lý với công suất 13.500 mã lực, trong khi các tàu tương tự phải cần đến công suất 17.500 mã lực để đạt cùng tốc độ [13]. Mục đích gắn quả lê vào mũi tàu là để tạo ra thêm một hệ thống sóng phía trước tàu nhằm làm giảm tối đa hệ thống sóng truyền dọc theo thân tàu như minh họa ở Hình 1.1. Khi tàu chưa có mũi quả lê chuyển động, do áp lực nước ở mũi cao hơn nên thân tàu (2) tạo ra hệ thống sóng mũi (4) cản trở tàu chuyển động, gây tổn thất năng lượng cho tàu. Khi gắn quả lê có hình dạng phù hợp vào mũi tàu, quả lê (1) sẽ tạo ra hệ thống sóng (3), khi tương tác với hệ thống sóng mũi tàu (4) có thể xảy ra giao thoa ngược pha tích cực, theo nghĩa là đỉnh hệ thống sóng này chồng lên đáy của hệ thống sóng kia và ngược lại, làm triệt tiêu cả hai hệ thống sóng (5), nhờ vậy làm giảm sức cản sinh sóng của tàu [14].
Một cách tổng quát, có thể chia những công trình nghiên cứu về mũi tàu quả lê thành hai hướng chính như sau:
1.1.1. Các công trình nghiên cứu truyền thống
Những công trình nghiên cứu truyền thống thường tiến hành xác định hình dạng và kích thước các dạng mũi quả lê dựa vào kết quả thử nghiệm mô hình tàu trong bể thử. Ví dụ ở Hình 1.2 là hình dạng mũi quả lê dưới dạng ống trụ tròn có ký hiệu kiểu C của Đại học Michgan được thiết kế dựa theo những mô hình đã qua thực nghiệm [13].
Hình 1.2. Hình dạng mũi quả lê kiểu ống trụ tròn
Hình 1.3 trình bày dạng mũi quả lê kiểu “bóng đèn tròn” ký hệu 3A, 3B, 3C [51].
Năm 1962, giáo sư T.Inui (Nhật) công bố công trình liên quan đến sức cản sóng, với thuyết “dạng tàu không sóng” ứng dụng quả lê làm phương tiện giảm sóng [15]. Thực tế dạng tàu không sóng (waveless form) của giáo sư Inui ít có khả năng thực hiện song nếu chế tạo tàu theo tỷ lệ kích thước tác giả đề nghị cộng với sử dụng mũi quả lê theo tác giả đề nghị thì sức cản sóng của tàu sẽ nhỏ hơn nhiều so với tàu bình thường. Theo giáo sư Inui, với mũi quả lê thì hệ thống mũi, lái được xét là hai hệ thống riêng còn hệ thống sóng do chúng sinh ra sẽ bị triệt tiêu lẫn nhau bằng phân bố bổ sung gồm các nguồn âm dương hoặc nói theo ngôn ngữ toán là các điểm kỳ dị toán (singularities). Chức năng của hệ thống bổ sung này là tạo ra một hệ thống sóng cùng biên độ với hai hệ thống sóng ở mũi và lái, lệch pha với chúng và bằng cách đó vô hiệu hóa chúng. Mũi quả lê của giáo sư Inui được lắp thử cho tàu Murasaki và Kurenai Maru của Nhật. Tàu sau lắp quả lê khá to, gấp ba bình thường, đường kính đến 3.5m, thể tích 40m3. Điều rất lạ là mặc dù kích thước mũi quả lê khá to nhưng đã phát huy tác dụng tốt hơn, giảm đến 13.1% công suất của máy chính tàu so với tàu khi không có lắp mũi quả lê. Ở vận tốc cao 18.5 hl/h, tàu lắp mũi quả lê lớn chạy nhanh hơn tàu đồng kiểu 0.8 hl/h. Hình 1.4 là kết quả thí nghiệm tàu gắn quả lê độ lớn khác nhau chạy vùng tốc độ rộng. Có thể lưu ý với kiểu “quả lê” nhất định, kết quả mới sẽ có lợi khi giảm sức cản tàu nếu tàu khai thác ở vận tốc lớn nhất định [15].
Ảnh hưởng mũi quả lê thường được nghiên cứu ở nhiều góc độ khác nhau nhưng thường tập trung vào ảnh hưởng của nó đến sức cản và tính năng tàu [16], [1]:
(1) Ảnh hưởng đến sức cản
Hiệu ứng quan trọng nhất của quả lê là ảnh hưởng đến các thành phần sức cản tàu và do đó sẽ ảnh hưởng đến công suất yêu cầu đẩy tàu chạy, cụ thể như sau [17], [18].