Phân bố này ảnh hưởng trực tiếp đến sức cản tàu và bố trí không gian toàn tàu trong thiết kế. Phân bố này thường có dạng gần giống hình thang, cạnh đáy do chiều dài tàu quyết định, độ dốc hai cạnh bên quyết định phân bố diện tích sườn khu vực lái tàu và mũi tàu. Chiều dài cạnh trên của hình miêu tả chiều dài đoạn trụ khu vực giữa tàu. Nếu ký hiệu chiều dài đoạn lái LL, chiều dài đoạn mũi
LM, chiều dài đoạn giữa LP, chúng ta có thể viết:
L = LL + LP + LM (6.46)
Các chiều dài trên trong thực tế được xét như hàm của hệ số đầy thể tích CB. Một trong những phân bố chiều dài áp dụng cho tàu vận tải đi biển có dạng như tại hình 6.20.
Tàu chạy nhanh chiều dài đoạn giữa sẽ ngắn, thậm chí có khi mất hẳn đoạn LP trong phân bố, và tâm thể tích phần chìm lùi xa về sau.
Đường phân bố diện tích sườn
dọc tàu, có dạng thường gặp như hình tiếp theo.
Từ phân bố trên chúng ta dễ dàng tính tâm của thể tích phần chìm, giới hạn bởi chính đường cong này. Tâm nổi phần chìm, với tàu chạy chậm nằm trước mặt cắt giữa tàu, với tàu chạy nhanh, lùi về sau.
Với phân bố xác định có thể tính chiều dài ống trụ, trên cơ sở phương trình thể tích. 2 B L x M V C= ⋅ ⋅ ⋅ =L B T + ⋅ ⋅ ⋅B T C (6.45) 2 MB P L B T C L x L C B T C ⋅ ⋅ ⋅ + = = ⋅ ⋅ ⋅ (6.46) Vì rằng L + x = 2L⋅CP, có thể thấy x = 2L⋅CP – L = L (2CP – 1) (6.47) Tâm của bình hành, so với đường cơ bản tính cho trường hợp đang đề cập:
2 2 1 4 1 2 3 3 2 1 3 2 ( ) ( ) [ ] ( ) ( ) + − − + = = = + + − M M P M P B P P A L x A L L C A C v L x L L C C (6.48)
Diện tích sườn cho loạt tàu tiêu chuẩn Taylor được giới thiệu tại hình 6.22.
Hình 6.22 Diện tích sườn tàu thuộc seri Taylor
Trong các hình tiếp theo, chúng ta khảo sát diện tích sườn tàu một chân vịt (H.6.23) và tàu hai chân vịt (H.6.24) được Lap công bố, dựa vào kết quả thử nghiệm tại bể thử Wageningen. Bạn đọc lưu ý, trong các đồ thị của Lap, đường diện tích sườn mũi là hàm của hệ số đầy lăng trụ mũi CP,F, đường diện tích sườn phần lái phụ thuộc vào hệ số CP,A.Các hệ số dạng này được trình bày rõ tại các trang kế tiếp.
Hình 6.23 Diện tích sườn tàu một chân vịt
giới thiệu bố trí diện tích sườn phần mũi, ba dạng khác nhau cho tàu vận tải. Đường 1 đặc trưng phân bố “điều hòa”, đường 3 có độ “lõm” đáng kể ở phần gần trụ mũi, đường 2 trung bình cộng của hai đường đang kể. Đường 1 áp dụng cho tàu chạy chậm với số
Froude trong khoảng 0,21÷0,22. Tàu chạy nhanh hơn thường sử dụng đường dạng 2 với độ lồi không lớn lắm. Tàu chạy nhanh với Fn > 0,3 có thể dùng đường dạng 1 hoặc 2.
Đường nước dùng trên tàu cũng có dạng biến thiên gần giống đường phân bố diện tích sườn đang đề cập, có nghĩa có đường cong đều, đường lồi, lõm... Đường cong đều dùng cho tàu chạy chậm. Đường nước có độ bóp lớn tại khu vực mũi dùng cho tàu chạy nhanh, nhằm tránh hiện tượng tăng áp lực tại khu vực này.
Để giảm sức cản vỏ tàu có thể sử dụng các dạng đường nước sau đây. Với
Fn < 0,16 dùng đường nước “lồi”, Fn = 0,16÷0,19 đường “điều hòa”, Fn = 0,19÷0,22
đường “lõm”, Fn = 0,22÷0,32 đường “lõm vừa phải” còn với tàu nhanh hơn Fn > 0,32 sử dụng đường dạng điều hòa.
Góc rẽ nước tức góc mũi tại đường nước có ảnh hưởng không nhỏ đến sức cản tàu. Với tàu độ béo lớn, chạy chậm góc chẻ nước, tính cho mỗi mạn, đạt tới giới hạn 32÷36°. Góc này chỉ còn lại chừng 6÷8° trên tàu chạy nhanh, khi Fn = 0,30÷0,32.
Hình 6.26 Góc rẽ nước mũi đường nước thiết kế
Dạng đường sườn tàu, giống như các đặc trưng khác, có ảnh hưởng không chỉ đến tính đi biển của tàu mà cả sức cản vỏ tàu. Tại hình 6.27 chúng ta có thể phân biệt bốn dạng đường sườn tàu vận tải của mô hình SSPA.
Hình 6.27 Đường sườn tàu vận tải thuộc seri SSPA
Từ hình vẽ, có thể phân biệt sườn hình chữ
V, sườn chữ U và các sườn trung gian giữa hai kiểu đó. Tại phần mũi, sườn chữ V tương ứng với dạng đường nước lồi hoặc dạng đường nước điều hòa, chúng ta vừa đề cập. Sườn chữ U đi liền với hệ đường nước dạng lõm.
Sườn dạng chữ V có tác dụng giảm bớt biên độ lắc dọc trên sóng và như vậy làm cho vận tốc tàu ít bị tổn thất khi đi trên sóng.
Tàu vận tải ngày nay, thường sử dụng sườn
dạng chữ U hoặc chữ V trung bình tại phần mũi. Tàu ven biển có sườn ở khu vực mũi dạng loe rộng ở phía trên. Tàu đánh cá, ngược với tàu vận tải, sử dụng sườn chữ V tại khu vực đang đề cập. Một nguyên tắc chung đang được các tàu áp dụng là phải đảm bảo độ nở rộng phía trên các sườn mũi nhằm tránh nước đánh vào khu vực này của boong. Sườn bắt đầu nở từ đường nước thiết kế, đạt giá trị lớn nhất tại mép boong.
Tàu hiện đại sống mũi tại khu vực trên đường nước thiết kế nghiêng nhiều về phía trước. Góc nghiêng này đạt đến 15÷30°.
Hình 6.29 giới thiệu lô mũi và lô lái tàu vận tải seri SSPA.
Hình 6.29
Trên tàu vận tải người ta sử dụng hai dạng vòm đuôi khác nhau. Dạng vòm đuôi kinh điển đi liền với đuôi tàu dạng tuần dương, còn trên tàu mới đóng sau này vòm đuôi ưu tiên cho việc bố trí vách đuôi vát.
Hình 6.30 Đường hình tàu phần sau và vòm đuôi tàu vận tải
Yêu cầu cơ bản đối với vòm lái là, khoảng không phải đủ rộng nhằm tạo thuận lợi cho bố trí chân vịt tàu. Khe hở giữa các cánh chân vịt đến thành vỏ tàu trong khu vực này phải đảm bảo đủ rộng nhằm tránh các hiện tượng tích lực làm chấn động vòm đuôi và chấn động tàu. Các tiêu chuẩn cơ bản người thiết kế phải tuân theo được giới thiệu tại hình 6.31.
Vách đuôi tàu đã có nhiều đổi thay trong quá trình phát triển. Sử dụng vách đuôi hợp lý làm giảm sức cản tàu, làm tăng diện tích phần boong sau tàu, tăng diện tích sử dụng, tạo thuận lợi cho người làm việc trên tàu và khách đi tàu. Vách đuôi tàu hiện đại có dạng khác với các tàu đóng trước đây. Nếu trước đây tàu chạy chậm chỉ sử dụng dạng đuôi tuần dương, ngày nay tàu vận tải chạy không
nhanh đến tàu chạy nhanh đang sử dụng vách đuôi vát nhẹ về trước. Từ chuyên môn trong tiếng Anh gọi đây là transom, viết tắt T. Nhờ có mặt transom, dòng chảy sau tàu không bị dâng cao, năng lượng chi cho việc dâng nước ngoài ý muốn này được cắt giảm.
Có mặt vách đuôi transom làm cho việc tách dòng qui tụ chung quanh nó, và như vậy vô tình hay cố ý chúng ta đã kéo dài chiều dài hữu hiệu của tàu.
Với các tàu chạy nhanh, chiều chìm của vách đuôi nên tính theo công thức do
Sauders đề nghị* 4 0 5 0, , H T u Fn g h = = ÷ ⋅ (6.49)
Hình 6.33 Vách đuôi (transom) của tàu vận tải
Nếu nhận FnH khoảng 4,5, công thức tính hT có dạng: 2
200
T u
h = (6.50)
Có thể sử dụng công thức sau đây khi tính chiều chìm và chiều rộng vách đuôi dạng transom:
HT≥ 0,25T; BT≥ (0,8 – 0,9)B (6.51)
* Sauders H.E., “Hydrodynamics in Ship Design”, NY, 1957
Hình 6.32
tại hình dài Lpp = 165m, rộng B = 23,60m, chiều cao H = 14,0m, chiều chìm tàu
T = 9,34m, lượng chiếm nước D = 20500 tấn. Mô hình tàu được thử nghiệm tại
Schiffbau-Versuchsanstalt, Rostock (Germany).
Hình 6.34 Đuôi tuần dương (đường liền) và transom (đường rời)
Một số giải pháp dùng đuôi tàu transom cho các tàu chạy nhanh trong quân sự được giới thiệu tiếp như tài liệu tham khảo.
Những tàu nhỏ, chạy nhanh sẽ được tìm hiểu trong chuyên đề riêng, tại đây chúng ta có thể để ý đến phần lái đặc trưng nhóm tàu này. Phần lớn tàu nhóm này sử dụng transom dưới nhiều hình thức khác nhau. Có thể thấy rõ, hình dáng
transom của tàu thuyền nhỏ đặt “ngược” với transom tàu vận tải, cạnh dưới vách đuôi tàu nhỏ thường lớn hơn cạnh trên. Trên tàu vận tải, hình ảnh này được đảo lại. Hình dưới trình bày một số đường hình xuồng chạy nhanh được đóng trong những năm năm mươi.
Hình 6.36 Đường hình xuồng nhỏ, chạy nhanh tiêu biểu