Tâm nổi tính cho phần chìm thân tàu được ký hiệu trong tài liệu này là LCB, tính theo tỷ lệ phần trăm so với chiều dài tàu. Đại lượng đang đề cập đặc trưng cho phân bố lượng chiếm nước dọc tàu, ảnh hưởng rất lớn đến sức cản tàu chạy chậm và tàu chạy với vận tốc trung bình.
10 Dawson J., Thomson G.R., “Model Experiments with Stern Variations of a 0,80 Block Coefficient Form”, RINA, Vol 99 Vol 99
Hình 6.51 Hình 6.52
Dịch chuyển tâm nổi về trước tàu làm cho sức cản sóng tăng lên song lại giảm sức cản hình dáng (sức cản xoáy). Ngược lại đưa tâm nổi lùi về sau tàu giảm sức cản sóng. Đặt tâm nổi đúng vị trí có thể làm cho sức cản tàu nhỏ nhất.
Thực tế khai thác và kết quả nghiên cứu đều cho thấy, vị trí tối ưu của tâm nổi phụ thuộc chủ yếu vào vận tốc tàu và hệ số đầy lăng trụ thân tàu. Một số tỷ lệ kích thước chính thân tàu gây ảnh hưởng đến việc xác định vị trí tối ưu tâm nổi.
Vị trí tâm nổi trong mọi trường hợp phải được xét trong quan hệ với hệ số đầy thân tàu. Theo ý kiến của rất nhiều nhà nghiên cứu tàu, chiều dài tối ưu tâm nổi được trình bày tại hình 6.51 và hình 6.52.
Tại hình, những vòng tròn nhỏ đánh dấu các điểm mà những nhà nghiên cứu riêng lẻ đã khuyến cáo sử dụng. Hình bên phải trình bày đồ thị của Lindblad giúp xác định vị trí tâm nổi thích hợp cho tàu chạy chậm. Ví dụ sử dụng đồ thị dạng này có thể như sau: với tàu có CB = 0,71, khai thác ở vận tốc tương đối
Fn = 0,208, chúng ta có thể thấy khi chọn tâm nổi nằm tại vị trí LCB = 1,6% sức cản sẽ đạt giá trị minimum. Trường hợp vận tốc tăng đến Fn = 0,216 tọa độ
LCB = 0,8%, với Fn = 0,2, tốt nhất chọn LCB = 2,2%.
Bảng dưới đây giới thiệu một vài kết quả nghiên cứu của Dawson về độ tăng sức cản tàu ven biển với tỷ lệ chiều dài trên chiều rộng tàu L/B = 6.
CB 0,65 0,7 0,75
Fn 0,26 0,23 0,20
LCB tối ưu, % –1,3 +1,3 +1,7
Những công thức xác định vị trí tối ưu tâm nổi dùng trong thiết kế khá đa dạng. Một số trong rất nhiều công thức giúp người thiết kế nhanh chóng tìm giá trị thích hợp cho LCB được trình bày tiếp theo.
Công thức Troost LCB = 0,0175⋅CP – 0,01.
Công thức suy diễn từ đồ thị của bể thử Wageningen có dạng: Với CB > 0,65: =0 022 π −0 65 ±0 5 2 0 15 , , [sin( ) , ] , B C LCB (6.54)
Với CB< 0,65: =0 011 π0 65− ±1 2 0 15 , , [sin( ) ] , B C LCB (6.55)
Đường b trên đồ thị được hàm hóa dạng LCB = 0,12 (CB - 0,63) ± 0,01
2- Hệ số đầy thân tàu CB
Hệ số đầy thể tích CB và tiếp đó hệ số đầy lăng trụ CP đóng vai trò quan trọng hàng đầu khi đánh giá sức cản thân tàu. Công thức giúp xác định hệ số CB
khi thiết kế thường được xây dựng dạng hàm bậc nhất của vận tốc tương đối.
CB = a – b⋅Fn (6.56)
Theo ý kiến các nhà nghiên cứu từ thế kỷ trước a = 1,05 và b = 1,68 cho tàu vận tải một chân vịt. Với tàu hai chân vịt cần tăng hệ số này thêm lượng 0,01. Vì rằng hệ số a ảnh hưởng ngay diễn tiến đường cong sức cản, bản thân nó cũng là hàm của vận tốc.
Fn 0,150 0,180 0,210 0,240 0,270 0,300
a 1,040 1,045 1,050 1,060 1,070 1,080
Công thức quý giá trên đây hiện nay đã tỏ ra lạc hậu. Tuy nhiên khi thiết kế tàu vận tải, chạy chậm công thức còn có chỗ ứng dụng. Công thức dùng cho tàu vận tải ngày nay như sau:
CB = 0,992 – 0,501Fn – 3,915 ⋅ Fn2 (6.57)
Trong phạm vi Fn = 0,20÷0,28 công thức sau có chỗ ứng dụng
CB = 1,214÷2,36Fn (6.58)
Những công thức khác đang dùng trong lĩnh vực thiết kế tàu được xem xét tiếp sau đây.
thích hợp sẽ là
CB = 1,23 - 2,44Fn + 0,14(10Fn - 2,3)3 với Fn = 0,16÷0,30 (6.59) hoặc CB = 0,50 ± 2,44Fn + 0,50⋅exp(-80 ± 35)Fn3 (6.60)
Hình 6.54 Quan hệ giữa CB và Fn
Tàu khai thác ở vận tốc tương đối Fn = 0,3÷0,6 1 4 0 425 0 025 / , , B C Fn ± = (6.61) Tàu khách
Công thức xác định hệ số đầy thân tàu dùng cho tàu khách theo thống kê sẽ nằm trong phạm vi sau đây:
Với Fn = 0,25÷0,35: CB = 0,77÷0,78Fn (6.62)
Với Fn = 0,20÷0,30: CB = 0,218/Fn3/4 (6.63)
Kết quả tính theo hai công thức cuối được giới thiệu tại bảng tiếp theo.
Số Froude Fn 0,240 0,250 0,260 0,270 0,280 0,290 0,300 Công thức (6.62) 0,583 0,575 0,567 0,559 0,555 0,552 0,536 Công thức (6.63) 0,636 0,618 0,599 0,581 0,572 0,568 0,539
3- Hệ số đầy lăng trụ CP
Trong phạm vi hạn định của thân tàu CB ≥ 0,615 và CP ≥ 0,632, với tàu chạy chậm Fn≤ 0,255 hệ số đầy lăng trụ CP được xác định theo công thức kinh nghiệm
Trong phạm vi hạn định như vừa đề cập CB ≥ 0,615 và CP ≥ 0,632, với tàu chạy ở vận tốc trung bình Fn > 0,255 hệ số đầy lăng trụ CP được xác định theo công thức kinh nghiệm
CP = 1,174 - 2,15Fn + 0,123(10Fn – 2,3)3 (6.64)
Với tàu có hệ số đầy thể tích lớn CB > 0,74 công thức tính CP sẽ là
CP = 1,214 - 2,32Fn (6.65)
Hình 6.55 Quan hệ giữa Cp và Fn
Các tàu khai thác ở vận tốc không nhỏ, Fn = 0,30÷0,42 nên chọn hệ số đầy lăng trụ theo bảng sau:
Fn 0,300 0,320 0,340 0,360 0,380 0,400 0,420
CP 0,577 0,574 0,572 0,578 0,588 0,599 0,610
Đồ thị tiếp theo giới thiệu cách chọn CP, tùy thuộc người đề xuất hoặc tùy vào kiểu tàu. Giá trị của hệ số lăng trụ được xét dưới dạng hàm của vận tốc tương đối
Fn. Trên đồ thị tại hình 6.55 đường 1 tính theo công thức Saunders, đường 2 theo
Taylor, đường 3 theo công thức (6.64) (6.65), đường 4 dành cho tàu với hệ số đầy lớn, đường 5 dùng cho tàu với hệ số đầy lớn với trang bị mũi lồi dạng ống trụ, đường 6 dùng cho tàu khách, đường 7 là giá trị trung bình, đường 8 tính theo công thức Troost CP = 1,155 – 2,07Fn.
6.6.5 Vị trí sườn lớn nhất. Hình dáng phần lái, phần mũi tàu
Trên các tàu vận tải với hệ số đầy lăng trụ mức trung bình CP = 0,61÷0,65 và
CB = 0,60÷0,65, khai thác ở vận tốc Fn = 0,26÷0,27, mặt cắt lớn nhất (đầy nhất) của tàu thường nằm tại vị trí giữa đường nước, hay có thể hiểu ở giữa tàu. Trên các tàu hệ số đầy lớn, CB = 0,80, ống trụ có khi dài đến 30÷40% chiều dài tàu, còn với tàu có CB từ 0,85 trở lên chiều dài tương đối này đạt đến 40÷45%. Trong những trường hợp như vậy, mặt cắt lớn nhất của tàu bị dời về trước, phần sau của tàu thanh thoát hơn giúp vào việc giảm sức cản. Mặt cắt giữa ống trụ, đồng thời là mặt cắt lớn nhất nằm trước midship từ 4÷5%. Với tàu chạy nhanh hơn,
một khoảng sườn, tức 5% chiều dài tàu. Mô hình tàu thuộc seri “64”*11 đưa mặt cắt lớn nhất đến vị trí 10% tính từ midship.
Hình 6.56 Chiều dài ống trụ Hình 6.57 Tâm ống trụ
Hình 6.58 Đồ thị của Lap