Bảng 4 .1 Thông số chung các mẫu tàu nghiên cứu
Bảng 4.7 Bảng thông số chuyển động tàu khi đẩy bởi chân vịt mũi
Thông số đo Đơn vị Giá trị Công xuất chân vịt mũi KW 3000 Hướng chân vịt (hướng lực) Deg 90 Tọa độ chân vịt (điểm đặt lực): x, y, z m 136.8, 0, 3.8 Tốc độ dọc ban đầu knt 0 Tốc độ ngang ban đầu knt 0 Thời gian thực hiện s 120 Tốc độ dọc cuối knt -2 Tốc độ ngang cuối knt 4.1 Hướng thay đổi deg 122 Tốc độ quay trở (ROT) Deg/m 118
Hình 4.29. Đồ thị vận tốc dọc (u)
Hình 4.30. Đồ thị vận tốc ngang (v)
Hình 4.31. Đồ thị hướng tàu (Hd)
Kết quả mô phỏng chuyển động tàu do tác động của lực đơn mô tả trạng thái chuyển động của tàu theo thuật tốn mơ phỏng đã thiết lập ở chương 3 và
t (s) Hd (deg) u (knt) t (s) v (knt)) t (s)
mơ hình tốn đã phát triển tại chương 2. Trạng thái chuyển động trên mô phỏng biểu diễn đúng bản chất chuyển động của con tàu. Khi thay đổi các thơng tin đầu vào của lực (cường độ, vị trí và hướng) ở các trạng thái khác nhau, ta cũng có được các thơng số và hình ảnh chuyển động đúng như đặc tính điều động tàu. Tuy chương trình mơ phỏng Matlab chưa bổ sung đầy đủ các loại ngoại lực theo các công thức kế thừa tại mục 2.4 của chương 2, nhưng việc thử nghiệm các phân lực đơn dưới dạng xung theo cường độ, phương lực và vị trí đặt lực đủ để mơ tả và đánh giá tính đúng đắn và đặc tính chuyển động của tàu theo mơ hình tốn.
4.6. Kết luận chương 4
Kết quả chạy mô phỏng và đánh giá tại chương 4 đã khẳng định tính đúng đắn của các kết quả nghiên cứu lý thuyết tại chương 2 bao gồm:
- Phương pháp triển khai tuyến hình Lewis mơ tả tương đối chính xác tuyến hình của phần ướt từ đó có thể sử dụng để tính tốn các thơng số thủy động của tàu.
- Các cơng thức tính tốn khối lượng nước kèm theo các phương pháp ellipsoid, triển khai tuyến hình Lewis kết hợp lý thuyết mảnh và đề xuất tính tốn thành phần cịn lại đã dự đốn tương đối chính xác khối lượng nước kèm của tàu.
- Phương pháp tính tốn lực cản theo dòng chảy cục bộ được đề xuất tại mục 2.3 đã tính tốn phù hợp các thành phần lực cản động của tàu theo 6 bậc tự do và trên thời gian thực.
- Mơ hình tổng hợp lực như đề xuất tại mục 2.4 đã biểu diễn chính xác các thành phần lực tác động đến con tàu được lắp đặt nhiều thiết bị đẩy khác nhau.
Kết quả chạy mô phỏng và đánh giá tại chương 4 cũng khẳng định tính phù hợp và đúng đắn của thuật tốn mơ phỏng và chương trình mơ phỏng trên Matlab được xây dựng tại chương 3.
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT
1. KẾT LUẬN
Phát triển mơ hình tốn chuyển động của tàu phục vụ cho việc mô phỏng và nghiên cứu ứng dụng của công tác điều động tàu có vai trị quan trọng và cấp thiết hiện nay và trong tương lai. Kết quả nghiên cứu của đề tài bao gồm các cơng trình nghiên cứu đã được cơng bố trên các tạp chí, kỷ yếu, hội thảo khoa học, các dự án nghiên cứu ứng dụng thực tế trong sản xuất cũng như bản thuyết minh luận án cho thấy nội dung và mục tiêu nghiên cứu đặt ra ban đầu đã được hồn thành. Đề tài đã có những đóng góp mới về lý thuyết và thực tiễn như sau:
Về lý thuyết:
1) Nêu ra được một phương pháp lý thuyết kết hợp để xác định tất cả các thành phần của khối lượng nước kèm 6DOF với sự kế thừa và áp dụng phương pháp biến hình Lewis và lý thuyết mảnh. Kết quả đã được cơng bố trên cơng trình số (2) và (3).
2) Thiết lập được “Phương pháp phân tích lực cản theo vận tốc dịng chảy cục bộ” để dự đoán tất cả các thành phần lực cản trên 6DOF. Kết quả đã được cơng bố trên cơng trình số (5) và (6).
3) Xây dựng được phương pháp tổng hợp tất cả các thành phần ngoại lực tác động đến tàu trên 6DOF áp dụng cho tàu thủy lắp đặt nhiều thiết bị đẩy khác nhau. Kết quả đã được cơng bố trên cơng trình số (8).
4) Thiết lập được thuật tốn mơ phỏng chuyển động tàu 6DOF thời gian thực.
5) Xây dựng được chương trình mơ phỏng chuyển động tàu 6DOF thời gian thực. Đây là chương trình nghiên cứu sinh sử dụng để đánh giá và phát triển các nội dung lý thuyết của đề tài. Kết quả chạy mơ phỏng cũng đã được trình bày trên các cơng trình đã nghiên cứu.
6) Kết quả đánh giá mô phỏng so với các mẫu tàu thực tế cho thấy sự đúng đắn, phù hợp của các nội dung lý thuyết cũng như thuật tốn mơ phỏng đã thiết
lập. Các kết quả lý thuyết cơ bản đã phản ảnh đúng bản chất các trạng thái chuyển động của tàu trên 6DOF
Về thực tiễn:
1) Các nghiên cứu lý thuyết của đề tài đã được nghiên cứu sinh ứng dụng cho các cơng trình nghiên cứu xây dựng các mơ hình tốn tàu thủy thực tế áp dụng tại Việt Nam và quốc tế. Điều này chứng tỏ khả năng ứng dụng cao các nội dung của đề tài trong trong thực tế.
2) Phương pháp và kết quả nghiên cứu của đề tài có thể ứng dụng để phát triển các mơ hình tốn tàu thủy cho các hệ thống mơ phỏng hàng hải hiện hữu cũng như đóng mới trong tương lai phục vụ nhu cầu đào tạo và nghiên cứu ứng dụng trong thiết kế tàu và cảng.
2. ĐỀ XUẤT
1) Trong nội dung nghiên cứu, tuyến hình phần ướt vỏ tàu được thiết lập và số hóa theo phép biến hình Lewis. Điều này giúp nhanh chóng phát triển và tính tốn các thơng số thủy động và thủy tĩnh của tàu. Tuy nhiên, để tăng độ chính xác có thể vẽ tuyến hình cho phần vỏ ướt của tàu theo tọa độ thực tế và áp dụng Lý thuyết mảnh để tính tốn. Đối với sườn tàu khơng đối xứng qua trục dọc hay sườn tàu lõm, khơng thể áp dụng triển khai theo tuyến hình Lewis như tàu hai thân, cần có nghiên cứu bổ sung để có tính tốn hợp lý. Tuy nhiên, có thể xem xét chia nhỏ thân tàu thành nhiều phần để áp dụng phương pháp này.
2) Nội dung nghiên cứu 3 của đề tài đưa ra mơ hình tổng hợp lực của n thành phần khác nhau. Do giới hạn phạm vi nghiên cứu và để đảm bảo tiến độ và tính trọng tâm của các nội dung nghiên cứu, các cơng thức tính tốn các thành phần lực cụ thể áp dụng theo kết quả nghiên cứu của các cơng trình trước đây. Đề xuất nghiên cứu, đánh giá các thành phần lực này trong những nghiên cứu độc lập khác.
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ
Tạp chí khoa học, kỷ yếu:
1. ThS. Đỗ Thành Sen, PGS. TS. Trần Cảnh Vinh (2016), “Nghiên Cứu Phát Triển Mơ Hình Tốn Học Mơ Phỏng Chuyển Động Tàu Thủy - A Study on The Development of Mathematical Model for Simulating Ship Motion”, Tạp chí Khoa
học Cơng Nghệ Giao thơng Vận Tải, ISSN: 1859-4263, số 18-02/2016 trang 32- 36, Trường Đại học Giao thơng Vận tải Thành phố Hồ Chí Minh.
2. Do Thanh Sen, Tran Canh Vinh (2016), “Determination of Added Mass and Inertia
Moment of Marine Ships Moving in 6 Degrees of Freedom”, International Journal
of Transportation Engineering and Technology, ISSN 2575-1816, Vol. 2, No. 1, 2016, pp. 8-14.
3. Do Thanh Sen, Tran Canh Vinh (2016), “Determining Hydrodynamic Coefficients
of Surface Marine Crafts”, procedding in the International Conference on
Maritime Science and Technology 2016 (IAMU AGA17), ISBN: 978-604-937- 127-1, Hai Phong, October 2016.
4. NCS. Đỗ Thành Sen, PGS. TS. Trần Cảnh Vinh (2016), “Xác Định Hệ Số Thủy Động Tàu Mặt Nước - Determining Hydrodynamic Coefficients of Surface Marine Crafts”, Tạp chí Khoa học Cơng Nghệ Giao thông Vận tải, ISSN: 1859-4263,
Trường Đại học Giao thơng Vận tải Thành phố Hồ Chí Minh.
5. Do Thanh Sen, Tran Canh Vinh (2017), “Mathematically estimating hull resistance forces of ships in six degrees of freedom”, procedding in the 16th
Annual Conference of the Asia Maritime & Fisheries Universities Forum (AMFUF 2017), ISBN: 2508-5247, Nov 9-11, 2017.
6. Do Thanh Sen, Tran Canh Vinh (2017), “Establishing Mathematical Model to Predict Ship Resistance Forces”, Fluid Mechanics, ISSN: 2575-1808, Vol. 3, No.
5, 2017, pp. 44-53.
7. ThS. Đỗ Thành Sen (2015), “Đánh Giá Lực Đẩy Chân Vịt Tàu Thủy - Propulsive
Force Estimation Of Ship Propellers”, Tạp chí Khoa học Cơng Nghệ Giao thơng
Vận Tải, ISSN: 1859-4263, số 16-08/2015 trang 32-36, Trường Đại học Giao thơng Vận tải Thành phố Hồ Chí Minh.
8. Do Thanh Sen, Tran Canh Vinh (2018), “Developing mathematical model for calculating forces affecting to Ship motions”, Fluid Mechanics Research International Journal, ISSN: 2577-8242, Vol. 2, No. 2, 2018, pp. 66-71.
Nghiên cứu khoa học ứng dụng:
1. Nghiên cứu tính khả thi của việc xây dựng mơ hình và dẫn tàu Container 14.000 TEU bằng mô phỏng buồng lái cập cảng Cái Mép.
Do Thanh Sen, Ton van Haafften, Martijn Hendriks (2016), “Study of The Feasibility for Calling of 14,000 Teu Container Ship at Tancang-Caimep with FMB Simulator”, Project Report No. No.: 01/16-PJT Apr./2016, Tan Cang Pilot company & the Maritime Education and Human Resource Center (UT-STC). 2. Thiết lập mơ hình tốn học và chạy mơ phỏng đánh giá tính khả thi của thiết kế
tổng thể toàn diện tuyến luồng tàu biển Cái Mép – Thị Vải.
Do Thanh Sen, Ton van Haafften (2016), “Nghiên cứu tổng thể toàn diện tuyến luồng tàu biển Cái Mép – Thị Vải, bao gồm thiết lập mơ hình tốn học tàu biển”, Project Report No. No.: 02/16-PJT Th.10/2016, công ty cổ phần Tư vấn Thiết Kế Cảng – Kỹ Thuật Biển (PORTCOAST) & Trung tâm UT-STC.
3. Nghiên cứu xây dựng mơ hình tốn học và đánh giá trên mơ phỏng tính khả thi của việc dẫn tàu Container 18.000 TEU cập cảng CMIT.
Do Thanh Sen, Phan Van Duc, Ton van Haafften (2016), Martijn Hendriks (2016), “The Feasibility Study for Calling of 18000 TEU Container Ship at CMIT Port with Birdge Simulator”, Report No. No.: 03/16-PJT, 12/2016, Cai Mep International Terminal Co., Ltd. (CMIT) and Maersk Line, A.P. Moller & Trung tâm UT-STC.
4. Đỗ Thành Sen (2017), “Nghiên cứu xây dựng mơ hình tốn mơ phỏng tàu Genting Dream trên hệ thống K-Sim, Kongsberg” tại Trung tâm Maritime Center of Excelence, the Netherlands theo yêu cầu của Genting Cruises, Hongkong, 6- 11/2017.
Tàu 5 chân vịt bao gồm: 2 chân vịt Azipod và 3 chân vịt ống bao mũi.
5. Đỗ Thành Sen (2017), “Nghiên cứu xây dựng mơ hình tốn mơ phỏng tàu Viking Beyla và Viking Atla, trên hệ thống K-Sim, Kongsberg” tại Trung tâm Maritime Center of Excelence, the Netherlands theo yêu cầu của Viking River Cruises, Germany, 8-12/2017.
Tàu 6 chân vịt bao gồm: 4 chân vịt Azipod lái và 2 chân vịt Azimuth Waterjet mũi. 6. Đỗ Thành Sen, Erik Hietbrink (2017), “Nghiên cứu xây dựng mơ hình tốn tàu 10K bulk carrier trong giai đoạn thiết kế để đánh giá khả năng dẫn tàu cập cảng the port of Conakry, Guine” tại Trung tâm Maritime Center of Excelence, the Netherlands theo yêu cầu của Cocordia ship builder, 12/2017.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. AVIDSON, K.S.M. and L.J. SCHIFF, Turning and Course-Keeping Qualities.
Society of Naval Architects and Marine Engineer, New York NY, 1946.
2. Kiokai, J.o.Z., On the steering qualities of ships. Journal of Zosen Kiokai, 1957. 1956 (1956)(99): p. 75-82.
3. Norrbin, N., Theory and observations on the use of a mathematical model for ship
manoeuring in deep and conned water. 1971, Swedish State Shipbuilding
Experimental Tank, Techical Report 63.: Gothenbury.
4. S., I., et al., A practical calculation method of ship manoeuvring motion.
International Shipbuilding Progress, 1981. 28, No. 325: p. 207-225.
5. Eda, H., Maneuvering performance of high-speed ships with effect of roll motion. Ocean Engineering, 1980. 7(3): p. 379-397.
6. HIRANO, M., A Practical Calculation Method of Ship Maneuvering Motion at
Initial Design Stage. he Society of Naval Architects of Japan, 1980. 147: p. 68-
80.
7. P., O. Roll – An often neglected element of manoeuvring, Proceedings. in Intrenational conference on Maritime Simulation and Ship Manoeuvrability MARSIM ’93. 1993. St. John’s, Newfoundland, Canada.
8. Ankudinov, V.K. Simulation Analysis of Ship Motion in waves. in International Workshop on Ship and Platform Motions. 1983. University of California at
Berkeley.
9. Hooft, J.P. and J.B.M. Pieffers, Manoeuvrability of frigates in waves. Marine
Technology, 1998. 25(4): p. 262-271.
10. FOSSEN, T.I., Marine Control Systems. 2002, Norway: Norwegian University of Science and Technology Trondheim.
11. FOSSEN, T.I., Handbook of Marine Craft Hydrodynamics and Motion Control. 2011, Norway: Norwegian University of Science and Technology Trondheim, John Wiley & Sons.
12. Rawson, K.J. and E.C. Tupper, Basic Ship Theory Vol 1 & 2. 2011, Oxfort:
Butterworrh – Heinemann.
13. ABKOWITZ, M.A., Lectures on Ship Hydrodynamics – Steering and Maneuverability. 1964, Hydor-og Aerodynamisk Laboratorium, Report No. Hy-
5.: Lyngby, Denmark.
14. BIRKHOFF, G., Hydrodynamics. 1960, Princeton: Princeton University Press. 15. LAMB, H., Hydrodynamics. 1932, Cambridge University Press.: Cambridge. 16. KOROTKIN, A.I., Added Masses of Ship Structure. Marine Technology, 1988.
25: p. 262-271.
17. URSEL, F., On the Heaving Motion of a Circular Cylinder on the Surface of Fluid. Quarterly Journal of Mechanics and Applied Mathematics, 1949. 2(2): p. 218-231.
18. Frank and Werner, Oscillation of Cylinders in or below the Free Surface of Deep
Fluids, Technical Report 2375. 1967, Naval Ship Research and Development
Centre: Washington DC, USA.
19. KEIL and Harald, Die hydrodynamischen Kräfte bei der periodischen Bewegung
zweidimensionaler Körper an der Oberfläche flacher Gewässer, Ber. Nr. 305.
1974, Institut für Schiffbau. Univ.: Hamburg, Deutschland.
20. SALVESEN, N., E.O. TUCK, and O. FALTISEN, Ship Motions and Sealoads.
The Society of Naval Architects and Marine Engineers, 1970. 6.
21. LEWANDOWSKI and D. M., The Dynamics Of Marine Craft, Maneuvering and
Seakeeping. Vol. 22. 2004: World Scientific. 424.
22. SOBOLEV, G.V. and K.K. FEDYAYEVSKY, Control and Stability in Ship Design. 1964, Washington DC: Translation of US Dept. of Commerce.
23. ABS, Guide For Vessel Maneuverability. 2006: American Bureau of Shipping. 24. TJØSWOLD, S., Verifying and Validation of a Maneuvering Model for NTNU's
Research Vessel R/V Gunnerus. 2012, Norway: Norwegian University of Science
and Technology Trondheim.
25. HUDSON, D.A. and L. LETKI, Simulator of Ship maneuvering performance in
calm water and waves. 2005, University of Sonthampton. p. 138.
26. ZAIKOV and SERGEY, Hydrodynamic Modelling Tool Mathematical Model of
Ship Dynamics. 2012: Kongsberg Maritime.
27. NGHI, T.C., Ship theory – Ship Hydrostatics & Hydrodynamics (Volume I). 2009, Ho Chi Minh: Ho Chi Minh City University of Transport.
28. Brian, A.B. and L.-P. Rubén, Ship Hydrostatics and Stability. 2014: Elsevier. 29. JOURNÉE, M.J. and J.M.J. ADEGEEST, Theoretical Manual of Strip Theory
Program “SEAWAY for Windows”. 2003, the Netherlands.: Delft University of
Technology.
30. LÓPEZ-PULIDO and RUBÉN, Ship Hydrostatics and Stability. 2014: Elsevier. 31. NGHI, T.C., Ship theory – Hull resistance and Thrusters (Volume II), pp. 208-
222. 2009, Ho Chi Minh: Ho Chi Minh city University of Transport.
32. KORNEV, H.N., Lectures on ship maneuverability. 2013, Germany: Rostock
University Universität Rostock.
33. BRESLIN, J.P. and P. ANDERSEN, Hydrodynamics of Ship propellers. 1994:
Cambridge University Press.
34. SMOGELI, Ø.N., Control of Marine Propellers. 2006, Norway: Norwegian
University of Science and Technology.
35. Sen, D.T. and T.C. Vinh, A Study on The Development of Mathematical Model for
Simulating Ship Motion. Tạp chí Khoa học Công Nghệ Giao thông Vận Tải -
Journal of Transportation Science and Technology, 2016. 18(2): p. 5.
36. Sen, D.T. and T.C. Vinh, Determination of Added Mass and Inertia Moment of
Marine Ships Moving in 6 Degree of Freedom International Journal of Transportation Engineering and Technology, 2016. 2(1): p. 8-14.
37. Sen, D.T. and T.C. Vinh, Xác Định Hệ Số Thủy Động Tàu Mặt Nước - Determining Hydrodynamic Coefficients of Surface Marine Crafts. Tạp chí Khoa
học Cơng Nghệ Giao thông Vận Tải - Journal of Transportation Science and Technology, 2016. 16(8): p. 5.
38. Clarke, D., A two‐dimensional strip method for surface ship hull derivatives: comparison of theory with experiments on a segmented tanker model. Journal of
Mechanical Engineering Science 1959-1982, 1972. 1-23.
39. Lee, T.I., On an Empirical Prediction of Hydrodynamic Coeffcients for Modern
Ship Hulls. MARSIM'03, 2003. 18(3).
40. Kijima, K. and Y. Nakiri. On the Practical Prediction Method for Ship Manoeuvring Characteristics. in International conference on marine simulation and ship manoeuvrability. 1993. St Johns; Canada: MARSIM 93.
41. Sen, D.T. and T.C. Vinh. Mathematically estimating hull resistance forces of ships
in six degrees of freedom. in The 16th Annual Conference of the Asia Maritime & Fisheries Universities Forum (AMFUF 2017). 2017. Ho Chi Minh city.