Tổng quan luận án

Vấn đề sử dụng năng lượng hiệu quả và giảm phát thải khí nhà kính trong vận tải thủy đang là yêu cầu cấp thiết theo các công ước của Ủy ban Bảo vệ Môi trường Biển (MEPC) thuộc Tổ chức Hàng hải Quốc tế (IMO) và hệ thống văn bản quy phạm pháp luật tại Việt Nam. Tại Việt Nam, vận tải sông pha biển (tuyến SB) giữ vai trò chủ lực trong chuỗi logistics đa phương thức, kết nối hệ thống cảng biển nước sâu với các vùng kinh tế nội địa. Đội tàu SB có sự gia tăng nhanh chóng về số lượng kể từ khi Bộ Giao thông Vận tải mở các tuyến ven biển năm 2014, đạt gần 2.000 phương tiện vào cuối năm 2020. Tuy nhiên, công tác thiết kế tàu container SB thực tế vẫn chủ yếu dựa trên kinh nghiệm hoặc sao chép mẫu có sẵn, chưa được tối ưu hóa hình dáng hình học theo các điều kiện thủy hải văn và độ sâu luồng lạch nội địa, dẫn đến hiệu suất tiêu thụ nhiên liệu chưa cao.

Luận án tiến sĩ kỹ thuật chuyên ngành Kỹ thuật Cơ khí Động lực (mã số 9520116) của tác giả Nguyễn Thị Ngọc Hoa, thực hiện tại Trường Đại học Giao thông Vận tải Thành phố Hồ Chí Minh dưới sự hướng dẫn của PGS. TS Vũ Ngọc Bích và PGS. TS Lê Tất Hiển (bảo vệ năm 2021), được triển khai nhằm giải quyết khoảng trống kỹ thuật này.

Mục tiêu nghiên cứu tổng quát của luận án bao gồm:

  1. Nghiên cứu phương pháp luận và xây dựng hàm mục tiêu xác định sức cản vỏ tàu trong giai đoạn thiết kế sơ bộ, có tích hợp ảnh hưởng của độ sâu luồng lạch hạn chế tại các tuyến luồng sông biển Việt Nam.
  2. Xây dựng giải thuật tối ưu hóa di truyền (Genetic Algorithm - GA) để tìm kiếm bộ thông số hình dáng tối ưu (hệ số béo lăng trụ, hệ số sườn giữa, hoành độ tâm nổi) theo hướng giảm thiểu lực cản chuyển động.
  3. Thiết lập mô hình toán học tham số hóa dựa trên hàm Non-Uniform B-spline (NUBS) và thuật toán nghịch đảo hình học để khắc phục triệt để hiện tượng mất liên tục mặt vỏ tàu sau khi biến đổi hình dáng bằng phương pháp Lackenby.
  4. Đánh giá, kiểm chứng chất lượng hình học và hiệu quả thủy động lực học của tuyến hình đề xuất thông qua mô phỏng số thủy động lực học chất lưu (Computational Fluid Dynamics - CFD).

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Phương tiện thủy chở container hoạt động trên tuyến sông pha biển (SB), chịu ảnh hưởng trực tiếp của vùng nước nông và luồng lạch hạn chế.
  • Phạm vi nghiên cứu: Phân khúc tàu container có trọng tải dưới 5.000 DWT hoạt động cách bờ tối đa 12 hải lý, tập trung chủ yếu vào mạng lưới luồng tuyến sông biển khu vực phía Nam Việt Nam với độ sâu luồng chạy tàu từ 2,5 m đến 4,5 m; đối tượng kiểm chứng ứng dụng cụ thể là tàu container 128 TEU.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án đã hệ thống hóa các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến ba trụ cột chính: đánh giá luồng tuyến vận tải thủy, tối ưu hóa thông số hình dáng thân tàu, và mô hình hóa toán học tuyến hình tàu.

Về vận tải thủy và phát thải môi trường, tác giả tổng hợp số liệu từ UNCTAD (2019), Cục Đường thủy Nội địa Việt Nam (2016), Ngân hàng Thế giới (2014, 2030), và các nghiên cứu của J. Kruse, Luis và Kos (2009). Các số liệu chứng minh hiệu quả vượt trội của vận tải thủy (đạt 576 tấn-dặm/gallon so với 413 của đường sắt và 155 của đường bộ; lượng phát thải chỉ từ 20-65 g CO2/tấn-km so với 65-125 g CO2/tấn-km của đường bộ). Nghiên cứu của H. Huan cùng quy hoạch của Bộ GTVT phân tích chi tiết đặc thù thủy văn các cửa sông phía Nam (Cái Mép, Soài Rạp, Định An, Cổ Chiên...).

Về bài toán tối ưu hóa thông số hình dáng tàu:

  • T. Ray (1995) áp dụng thuật toán mô phỏng tôi luyện (Simulated Annealing) để tìm kích thước cơ bản cho tàu container 1.336 TEU.
  • Jun và cộng sự (2004), Sun và cộng sự (2012), Kim và cộng sự (2019) sử dụng thuật toán tiến hóa tối ưu sức cản sóng dựa trên lý thuyết Mitchell.
  • Saker và cộng sự (2011) sử dụng thuật toán quy hoạch toàn phương tuần tự (SQP) cho tàu mẫu Wigley.
  • Bertram, Kim và cộng sự (2006, 2010) khảo sát sự dịch chuyển của hoành độ tâm nổi (LCB) và hình dáng mũi quả lê.
  • Priftis và cộng sự (2018), Ang và cộng sự (2017, 2018) ứng dụng giải thuật di truyền kết hợp phương pháp bán thực nghiệm Holtrop để giảm sức cản cho tàu Post-Panamax.

Về mô hình hóa toán học đường hình dáng tàu:

  • Các phương pháp hàm đa thức cổ điển: D. Taylor (1915), Benson (1940), Lackenby (1950), Taggart (1955), F. Taylor (1962), Kaiser và cộng sự (1968), Hoshino và cộng sự (1966), Breitung (1969), Khai và cộng sự (2009).
  • Các phương pháp hàm tham số CAD hiện đại: Ferguson (1960), Pierre Bézier (1960s), Gordon & Riesenfeld (B-spline), Rogers (1976 - NUBS/NURBS), Piegl (1997), Ventura (1996), Perez và cộng sự (2008), Herbert và cộng sự (2013), Wang và cộng sự (2019).

Khoảng trống nghiên cứu được luận án xác định: Phần lớn các nghiên cứu tối ưu hóa quốc tế áp dụng cho tàu biển cỡ lớn chạy vùng nước sâu hoặc tàu cao tốc chạy ở số Froude ($Fn$) cao, chưa xét đến điều kiện giới hạn độ sâu luồng lạch của tàu SB. Đồng thời, khi hiệu chỉnh đường cong diện tích sườn (SAC) bằng phương pháp Lackenby, sự biến đổi độc lập của phần mũi, phần lái và đoạn thân ống thường gây ra hiện tượng gián đoạn, gãy khúc tại các điểm chuyển tiếp (mất tính liên tục bậc $C^1, C^2$). Luận án tập trung giải quyết bài toán tối ưu sức cản trong vùng nước nông kết hợp xử lý tính trơn liên tục của tuyến hình bằng thuật toán tham số NUBS ma trận không vuông.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án phối hợp phương pháp nghiên cứu lý thuyết thiết kế tàu thủy, giải thuật tối ưu hóa số và kỹ thuật mô phỏng động lực học lưu chất:

  1. Cơ sở lý thuyết thủy động lực học và sức cản tàu:
  • Áp dụng phương pháp bán thực nghiệm Holtrop – Mennen (1982, 1984) để phân rã và xác định các thành phần sức cản: sức cản ma sát ($R_F$), sức cản nhớt ($R_V$), sức cản sóng ($R_W$), sức cản phần phụ ($R_{APP}$), và sức cản bổ sung vách lái ($R_{TR}$).
  • Tích hợp lý thuyết chuyển động tàu trong vùng nước hạn chế theo phân loại của PIANC (1992) và Schlichting: tính toán số Froude theo độ sâu luồng ($F_{nH} = V / \sqrt{gH}$), xác định vận tốc tới hạn trên luồng và mức độ gia tăng sức cản sóng khi tỷ số độ sâu trên mớn nước ($H/T$) suy giảm.
  • Sử dụng phương pháp tích phân số Simpson để tính toán chính xác thể tích chiếm nước ($\nabla$), hệ số béo lăng trụ ($C_P$), hệ số diện tích sườn giữa ($C_M$), và hoành độ tâm nổi ($LCB$) trực tiếp từ đường cong diện tích sườn (Sectional Area Curve - SAC).
  1. Lý thuyết biến đổi hình học và đường cong tham số:
  • Phương pháp Lackenby: dịch chuyển vị trí các mặt cắt sườn lý thuyết $\delta x$ dọc theo chiều dài tàu dựa trên sự thay đổi mong muốn của hệ số lăng trụ $\delta C_P$ và hoành độ tâm nổi $\delta LCB$.
  • Lý thuyết hàm tham số Non-Uniform B-spline (NUBS): biểu diễn đường cong thông qua tập hợp điểm điều khiển $[B]$ và hàm cơ sở $[N]$ với vector nút (knot vector) không đồng nhất, đảm bảo tính liên tục bậc cao $C^2$ tại các điểm tiếp giáp thân ống với phần mũi và lái.
  1. Thuật toán tối ưu hóa di truyền (GA):
  • Thiết lập không gian tìm kiếm với các cá thể mang nhiễm sắc thể biểu diễn các biến thiết kế chính ($LCB, C_P, C_M, L_{Pf}, L_{Pa}$).
  • Vận hành các toán tử di truyền: mã hóa số thực, chọn lọc tự nhiên, lai ghép đa điểm (crossover), và đột biến ngẫu nhiên (mutation).
  • Ràng buộc kỹ thuật được thiết lập từ các công thức thực nghiệm hàng hải chuẩn mực: giới hạn $LCB$ theo Guldhammer – Harvald (1974), Todd, Delft; giới hạn $C_P$ theo số Froude; nửa góc vào nước tối ưu $i_e$ theo Pophanken (1939); và các tỷ số kích thước theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 72:2013/BGTVT.
  1. Mô phỏng số thủy động lực học chất lưu (CFD):
  • Giải hệ phương trình Navier-Stokes trung bình Reynolds (RANS) kết hợp phương trình liên tục cho dòng chảy hai pha hoặc đơn pha bao quanh thân tàu.
  • Áp dụng mô hình dòng rối ứng suất Reynolds (Reynolds Stress Model - RSM) để mô phỏng chính xác trường dòng chảy và xoáy cục bộ vùng đuôi tàu.
  • Thiết lập miền tính toán, điều kiện biên và cấu trúc lưới theo hướng dẫn tiêu chuẩn của Hiệp hội Bể thử Tàu thủy Quốc tế (ITTC) và đề xuất của nhóm Hekkenberg cho vùng nước nông.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về xây dựng hình dáng tàu container phù hợp tuyến luồng sông biển Việt Nam

Chương 1 phân tích vị trí chiến lược của vận tải container sông biển trong hệ thống vận tải đa phương thức tại Việt Nam. Tác giả tổng hợp dữ liệu quy hoạch luồng tuyến SB: 6 tuyến phía Bắc, 4 tuyến miền Trung và 11 tuyến phía Nam. Khu vực phía Nam có đặc trưng luồng lạch thuận lợi, biên độ triều ổn định nhưng độ sâu luồng tại nhiều cửa sông chỉ đạt từ 2,0 m đến 3,5 m.

Cấp kỹ thuật đường thủy (TCVN 5664:2009) Độ sâu luồng sông (m) Bề rộng luồng sông (m) Độ sâu kênh (m) Bề rộng kênh (m)
Cấp I > 4,0 > 125 > 4,5 > 80
Cấp II > 3,5 > 65 > 3,5 > 50
Cấp III > 2,8 > 50 > 3,0 > 35
Cấp IV > 2,6 > 35 > 2,8 > 25
Cấp V > 2,1 > 25 > 2,2 > 15
Cấp VI > 1,3 > 14 > 1,3 > 10

Chương này cũng tổng hợp các tỷ số kích thước giới hạn theo QCVN 72:2013/BGTVT cho tàu SB (tỷ số $L/D \le 25$, $B/D \le 4,0 \div 5,0$), phân loại ảnh hưởng vùng nước nông theo PIANC (1992), đồng thời phân tích ưu nhược điểm của các phương pháp toán học mô tả tuyến hình (Bézier, B-spline, NUBS, NURBS) và các giải thuật tối ưu hóa trong thiết kế tàu thủy.

Chương 2: Nghiên cứu xây dựng hàm mục tiêu sức cản tàu container SB

Chương 2 thiết lập cơ sở phương pháp luận thiết kế tàu theo mô hình xoắn ốc Evans và lựa chọn phương pháp xác định sức cản thích hợp cho giai đoạn thiết kế sơ bộ. Sau khi so sánh ba phương pháp (thử nghiệm mô hình bể thử, mô phỏng số CFD, và bán thực nghiệm), tác giả lựa chọn phương pháp Holtrop – Mennen nhờ tốc độ tính toán nhanh, đầu vào vừa đủ và khả năng tích hợp trực tiếp vào vòng lặp thuật toán tối ưu.

Độ tin cậy của phương pháp Holtrop được kiểm chứng thông qua việc tính toán sức cản cho mẫu tàu container chuẩn quốc tế KCS (KRISO Container Ship), cho thấy sai số so với dữ liệu thực nghiệm nằm trong khoảng chuẩn $[-3%; +3%]$. Hàm mục tiêu tính toán sức cản toàn tàu $R_T$ được xây dựng có xét đến sự sụt giảm vận tốc hành hải và hiện tượng tăng vọt của thành phần sức cản sóng $R_W$ khi số Froude theo độ sâu $F_{nH}$ tiến gần đến giá trị tới hạn 1,0 trong điều kiện tỷ số $H/T$ thấp. Tác giả thiết lập công thức tích phân số Simpson cho đường cong SAC để tự động hóa việc tính toán các đặc trưng hình học từ hình học thân tàu.

Chương 3: Nghiên cứu xây dựng thuật toán tối ưu thông số hình dáng tàu container SB

Chương 3 trình bày cấu trúc và quy trình vận hành của giải thuật di truyền (GA) được lập trình trên môi trường MATLAB. Hiệu quả tìm kiếm cực trị toàn cục của thuật toán được kiểm nghiệm thông qua bốn hàm toán học mẫu phức tạp có nhiều cực trị cục bộ: Ackley, Rastrigin, Rosenbrock và Zakharov.

Quy trình tối ưu hóa hình dáng tàu được thiết lập với các cơ chế cụ thể:

  • Mã hóa từng cá thể thành chuỗi nhiễm sắc thể chứa các thông số: hoành độ tâm nổi $LCB$, hệ số béo lăng trụ $C_P$, và hệ số sườn giữa $C_M$.
  • Không gian tìm kiếm được giới hạn bởi các ràng buộc thủy động lực học:
Hệ số lăng trụ ($C_P$) 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85
Nửa góc vào nước tối ưu ($i_e$) 8° 9° 9° - 10° 10° - 14° 21° - 23° 33° 37°
  • Áp dụng các giới hạn biên cho $LCB$ theo chuỗi thực nghiệm Series 60 và Wageningen Lap, đảm bảo tàu sau tối ưu không vi phạm các điều kiện ổn định và dung tích khoang hàng.

Chương 4: Nghiên cứu mô hình hóa hình dáng tàu container SB theo hàm tham số NUBS

Chương 4 tập trung xử lý nhược điểm hình học phát sinh sau khi hiệu chỉnh đường cong diện tích sườn bằng phương pháp Lackenby. Khi dịch chuyển các đường sườn lý thuyết để đạt $C_P$ và $LCB$ mới, đường cong SAC thường bị gãy khúc, mất tính liên tục trơn tru tại vị trí tiếp giáp giữa đoạn thân ống song song ($L_P$) với phần mũi và phần đuôi tàu.

Để khắc phục hiện tượng này, tác giả thiết lập mô hình toán học dựa trên hàm cơ sở B-spline không đồng nhất (NUBS):

  • Xây dựng phương trình vector tham số $r(t)$ và vector nút (knot vector) phản ánh chính xác phân bố khoảng cách sườn thực tế.
  • Phát triển thuật toán nghịch đảo hình học (Reverse Engineering) sử dụng hệ phương trình ma trận không vuông để nội suy trơn tru tập hợp điểm điều khiển $[B]$ từ đường cong SAC sau tối ưu.
  • Thiết lập giao diện phần mềm trên MATLAB cho phép tự động tái tạo hệ thống đường sườn, đường nước thiết kế và xuất cấu trúc hình học 3D đảm bảo độ trơn mượt $C^2$ toàn thân tàu.

Chương 5: Đánh giá hiệu quả thuật toán xây dựng hình dáng tàu container SB

Chương 5 tiến hành thử nghiệm, đánh giá và kiểm chứng toàn diện các thuật toán đã đề xuất trên mẫu tàu container 128 TEU pha sông biển. Quá trình tối ưu hóa GA cho thấy sự hội tụ nhanh chóng của các thông số hình dáng ($LCB, C_M, C_P$) sau các thế hệ di truyền. Tuyến hình sau tối ưu đạt mức giảm sức cản toàn tàu $R_T$ đáng kể tại vận tốc thiết kế 10 hải lý/giờ cũng như trong toàn dải khảo sát (10, 14, 20 hải lý/giờ).

Về mặt hình học, thuật toán nghịch đảo NUBS ma trận không vuông đã loại bỏ hoàn toàn các điểm gãy cục bộ ở phần mũi và phần lái, tạo ra bề mặt vỏ tàu trơn nhẵn. Mô hình số CFD giải hệ phương trình RANS được triển khai để mô phỏng dòng chảy bao quanh tàu trước và sau hiệu chỉnh:

  • Trường áp suất và trường vận tốc dòng bao đáy tàu sau tối ưu có sự phân bố đồng đều hơn, giảm thiểu các vùng xoáy tách dòng tại khu vực hông đuôi.
  • Đánh giá ảnh hưởng của độ sâu luồng lạch ($H/T = 1,2$; $H/T = 1,5$ và vùng nước sâu vô hạn) xác nhận rằng mô hình tuyến hình mới duy trì mức cản thấp hơn và hoạt động ổn định hơn trong điều kiện luồng hạn chế.

Kết quả và những đóng góp mới

  1. Đóng góp về mặt khoa học và phương pháp luận:
  • Xây dựng thành công hàm mục tiêu tính toán sức cản tàu thủy dựa trên phương pháp bán thực nghiệm Holtrop có tích hợp các điều kiện ràng buộc thủy văn đặc thù (vận tốc tới hạn, tỷ số độ sâu $H/T$, độ sâu luồng lạch hạn chế tại Việt Nam) cho giai đoạn thiết kế sơ bộ.
  • Ứng dụng thành công giải thuật di truyền (GA) để tự động hóa việc tìm kiếm bộ thông số hình học tối ưu ($LCB, C_P, C_M$), đảm bảo tính hội tụ toàn cục và tránh rơi vào các nghiệm cục bộ.
  • Đề xuất mô hình toán học và thuật toán nghịch đảo NUBS dạng ma trận không vuông, giải quyết triệt để bài toán mất tính liên tục hình học ($C^1, C^2$) của đường cong SAC và tuyến hình thân tàu sau biến đổi Lackenby.
  1. Đóng góp về mặt thực tiễn và ứng dụng:
  • Đưa ra phương án tuyến hình tối ưu cho tàu container 128 TEU pha sông biển, giúp giảm lực cản thân tàu, nâng cao hiệu quả tiết kiệm nhiên liệu trong khai thác và giảm lượng phát thải khí nhà kính.
  • Xây dựng bộ chương trình tính toán tổng hợp trên phần mềm MATLAB có giao diện tương tác trực quan, kết nối dữ liệu tự động giữa Excel, MATLAB và các phần mềm CAD/CFD chuyên dụng. Chương trình này là công cụ hỗ trợ cho các kỹ sư tại các viện và công ty tư vấn thiết kế tàu thủy trong giai đoạn thiết kế sơ bộ và thiết kế kỹ thuật.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Luận án tập trung khảo sát nhóm tàu container chạy tuyến sông biển có trọng tải dưới 5.000 DWT hoạt động tại khu vực luồng lạch phía Nam. Việc kiểm chứng sức cản mới dừng lại ở việc so sánh giữa phương pháp bán thực nghiệm và mô phỏng số CFD, chưa có điều kiện thử nghiệm mô hình vật lý trong bể thử kéo (towing tank).
  • Hướng nghiên cứu tiếp theo: Mở rộng cơ sở dữ liệu và thuật toán tối ưu cho các loại tàu hàng chuyên dụng khác (tàu hàng rời, tàu chở dầu SB) và các luồng tuyến sông biển khu vực miền Bắc, miền Trung; tích hợp thêm các bài toán tối ưu đa mục tiêu bao gồm tính năng lắc, tính năng đi biển trên sóng và sức bền kết cấu thân tàu.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo chuyên môn cho:

  • Giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học ngành Kỹ thuật Tàu thủy, Kỹ thuật Cơ khí Động lực, Cơ học Thủy khí trong việc nghiên cứu phương pháp tham số hóa hình dáng vỏ tàu và thuật toán tối ưu hóa thủy động lực học.
  • Các kỹ sư thiết kế tại các đơn vị tư vấn đóng tàu, viện nghiên cứu chuyên ngành hàng hải trong việc ứng dụng công cụ tự động hóa thiết kế sơ bộ tuyến hình tàu phù hợp luồng lạch Việt Nam.
  • Các cơ quan quản lý nhà nước và đăng kiểm trong việc xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật, định mức tiêu thụ năng lượng và quy hoạch đội tàu sông pha biển.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao tác giả lại chọn phương pháp bán thực nghiệm Holtrop để xây dựng hàm mục tiêu tối ưu thay vì dùng trực tiếp mô phỏng CFD hay thử bể mô hình? Phương pháp thử bể mô hình có chi phí rất cao và mất nhiều thời gian chế tạo mô hình vật lý, chỉ phù hợp khi đã chốt phương án thiết kế cuối cùng. Mô phỏng CFD cho kết quả chi tiết nhưng đòi hỏi tài nguyên tính toán lớn và thời gian xử lý dài cho mỗi lần chia lưới, không khả thi khi phải lặp hàng trăm thế hệ trong giải thuật di truyền. Phương pháp Holtrop – Mennen có số lượng thông số đầu vào vừa đủ, thời gian tính toán tức thời, cho phép tích hợp trực tiếp vào vòng lặp GA trong giai đoạn thiết kế sơ bộ với sai số chấp nhận được (đã kiểm chứng qua tàu mẫu KCS với sai số trong khoảng $[-3%; +3%]$).

  2. Hiện tượng mất liên tục hình học sau hiệu chỉnh Lackenby là gì và tác giả xử lý bằng phương pháp nào? Phương pháp Lackenby hiệu chỉnh độc lập đoạn mũi, đoạn lái và đoạn thân ống song song thông qua việc dịch chuyển sườn lý thuyết. Quá trình này tạo ra các điểm gãy khúc, mất tính liên tục về đạo hàm bậc nhất và bậc hai tại vị trí ranh giới giữa thân ống và hai đầu tàu. Luận án đã giải quyết hiện tượng này bằng cách thiết lập mô hình toán học hàm tham số NUBS và phát triển thuật toán nghịch đảo hình học sử dụng ma trận không vuông, giúp nội suy lại đường cong SAC và hệ thống đường sườn hoàn toàn trơn mượt ($C^2$).

  3. Thuật toán GA trong luận án sử dụng các biến thiết kế và ràng buộc chính nào? Thuật toán mã hóa các biến thiết kế gồm hoành độ tâm nổi ($LCB$), hệ số béo lăng trụ ($C_P$), hệ số diện tích sườn giữa ($C_M$) cùng chiều dài các đoạn thân ống ($L_{Pf}, L_{Pa}$). Các ràng buộc kỹ thuật bao gồm: phạm vi vị trí $LCB$ theo Guldhammer – Harvald và Todd, giới hạn $C_P$ theo số Froude ($Fn$), nửa góc vào nước $i_e$ theo Pophanken, và các tỷ số giới hạn kích thước $L/D$, $B/D$ theo QCVN 72:2013/BGTVT.

  4. Tàu container 128 TEU sau khi tối ưu đạt được những cải thiện cụ thể nào? Tuyến hình tàu 128 TEU sau tối ưu có sự điều chỉnh hợp lý về vị trí $LCB$ và phân bố diện tích sườn, giúp giảm đáng kể hệ số sức cản sóng $C_W$ và sức cản toàn tàu $R_T$ tại vận tốc thiết kế 10 hải lý/giờ. Bề mặt thân tàu tái tạo bằng hàm NUBS đạt độ trơn nhẵn cao, loại bỏ hiện tượng biến dạng cục bộ; mô phỏng CFD khẳng định trường áp suất và dòng chảy bao quanh thân tàu đồng đều hơn, giảm thiểu hiện tượng xoáy tách dòng ở đuôi tàu.

  5. Yếu tố độ sâu luồng lạch được đưa vào mô hình tính toán như thế nào? Yếu tố độ sâu luồng lạch ($H$) được tích hợp thông qua số Froude theo độ sâu luồng $F_{nH} = V / \sqrt{gH}$ và tỷ số độ sâu trên mớn nước $H/T$ theo phân loại của PIANC (1992). Mô hình tính toán sức cản bán thực nghiệm bổ sung các hàm hiệu chỉnh vận tốc sụt giảm và hệ số gia tăng sức cản sóng vùng nước nông, đảm bảo hàm mục tiêu phản ánh chính xác lực cản thực tế khi tàu hành hải trên luồng lạch hạn chế tại Việt Nam.

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Nguyễn Thị Ngọc Hoa đã giải quyết bài toán kỹ thuật có tính thời sự và thực tiễn cao trong thiết kế tàu container sông pha biển tại Việt Nam. Bằng việc kết hợp phương pháp bán thực nghiệm Holtrop có xét đến ảnh hưởng của vùng nước nông, giải thuật tối ưu di truyền GA và mô hình toán tham số NUBS ma trận không vuông, công trình đã đề xuất được quy trình thiết kế tuyến hình thân tàu giảm sức cản và đảm bảo chất lượng hình học trơn mượt. Các kết quả kiểm chứng trên tàu container 128 TEU qua mô phỏng CFD khẳng định tính đúng đắn của mô hình lý thuyết, cung cấp cơ sở khoa học và công cụ tính toán phục vụ công tác thiết kế, đóng mới phương tiện thủy nội địa tiết kiệm năng lượng.