Việc xác định sức cản tàu với độ chính xác cần thiết ứng với các giai đoạn thiết kế
khác nhau là bài toán hết sức quan trọng trong thiết kế hình dáng thân tàu bởi nó liên quan
đến việc lựa chọn được đúng phương án hình dáng tàu có sức cản nhỏ nhất; thiết kếđúng
hệ thiết bịđẩy, lựa chọn đúng công suất máy cần thiết để tàu đạt được tốc độđề ra.
Để xác định sức cản tàu, hiện nay có 03 nhóm phương pháp sau: - Phương pháp thử mơ hình;
- Phương pháp số CFD;
- Phương pháp bán thực nghiệm.
- Phương pháp thử nghiệm mơ hình
Phương pháp thử mơ hình là phương pháp thực hiện việc chế tạo mơ hình tàu theo tỷ lệ nào đó so với tàu thật sau đó tiến hành thử trong bể thử. Từ kết quảđo đạc lực cản tàu trong bể thửngười ta sẽ tính chuyển ra lực cản của tàu thực.
Ưu điểm: Đây là phương pháp cho kết quả tin cậy nhất.
Nhược điểm: phương pháp này có giá thành rất cao, mất nhiều thời gian do phải chế
tạo mơ hình vật lý để thử. Chính vì vậy mà phương pháp này chỉđược áp dụng sau khi đã hoàn thành xong giai đoạn thiết kếphương án.
- Phương pháp số (CFD)
Ưu điểm: đây là phương pháp đang được áp dụng khá phổ biến trên thế giới trong việc giải quyết các bài tốn thủy động lực học nói chung và lực cản tàu nói riêng bởi nó cho kết quảtương đối chính xác, tiết kiệm thời gian hơn so với phương pháp thử mơ hình trong bể thử và tiền bạc hơn so với việc thử mơ hình. Ngồi ra ưu điểm nữa của CFD là khả năng đảm bảo cả đồng dạng theo số Froude và số Reynold (nghĩa là ta có thể tính tốn bài tốn lực cản tàu cảở dạng mơ hình và tàu thực); CFD có thể phân tích được ảnh
hưởng dù rất nhỏ sựthay đổi hình dáng tàu đến lực cản. Ngồi ra việc xử lý sau tính tốn CFD cịn cung cấp rất nhiều thơng số chi tiết về dịng chảy bao quanh tàu, phân bố áp suất dọc thân tàu, hình dạng sóng do tàu tạo ra khi chạy trên mặt nước… phục vụ cho việc
tai lieu, luan van49 of 98.
quan sát các hiện tượng vật lý khi tàu chuyển động cũng như phục vụ cho bài tốn tối ưu
hóa hình dáng tuyến hình tàu trong giai đoạn thiết kếphương án.
Nhược điểm: Kết quả tính tốn CFD phụ thuộc rất nhiều vào việc chia lưới, sốlượng
lưới, lựa chọn mơ hình vật lý. Chính vì vậy mà độ chính xác của kết quả thu được phụ
thuộc rất nhiều vào kỹnăng của người tính tốn. - Phương pháp bán thực nghiệm
Cơ sở của phương pháp bán thực nghiệm là dựa trên kết quả hồi quy các số liệu thực nghiệm các mơ hình tàu đã có kết quả thử, từđó đưa ra các cơng thức giải tích gần đúng
để xác định lực cản tàu. Có thể kểra đây một sốphương pháp như: Phương pháp Holtrop-
mennen, phương pháp Series 60, Series BSRA…
Ưu điểm: Đây là phương pháp đơn giản nhất do sốlượng các thông sốđầu vào để
tính tốn là rất ít, thời gian tính tốn nhanh rất nhiều so với hai phương pháp trên. Ngoài ra phương pháp bán thực nghiệm cịn có thể tích hợp vào trong các mơ hình tốn tối ưu
hố hình dáng thân tàu.
Nhược điểm: Đây là phương pháp có độ chính xác khơng bằng phương pháp thử mơ
hình và phương pháp số CFD nên thường nó chỉ được áp dụng trong giai đoạn thiết kế ban đầu, khi các thơng sốhình dáng cịn chưa đầy đủ.
Trên cơ sởphân tích ưu, nhược điểm của các phương pháp xác định lực cản tàu nêu trên, ta thấy phương pháp nào cũng có ưu và nhược điểm. Ởđây xét dưới góc độ mục tiêu của đề tài là xây dựng được thuật tốn tối ưu thơng số hình dáng tàu thì việc áp dụng
phương pháp bán thực nghiệm là hợp lý hơn cả vì nó có thể tích hợp được vào trong mơ hình tốn tối ưu thơng số hình dáng mà NCS xây dựng. Để đánh giá độ tin cậy của kết quảthu được khi sử dụng phương pháp bán thực nghiệm đểxác định lực cản tàu, NCS sẽ
so sánh kết quả này với kết quảtính tốn thu được khi sửphương pháp số CFD.
Trong sốcác phương pháp bán thực nghiệm thì phương pháp Holtrop- mennen là
phương pháp hiện đang được áp dụng phổ biến nhất do phương pháp này có tính đến ảnh
hưởng của rất nhiều các thơng số hình học thân tàu đến lực cản tàu. Do vậy, để so sánh lực cản tàu giữa các phương án, trong nghiên cứu này NCS sẽ sử dụng phương pháp
33
Holtrop- mennen. Nội dung của phương pháp này cũng như độ tin cậy trong tính tốn lực cản tàu container được NCS trình bày ở nội dung tiếp theo.