CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ TÀU SWATH, TỔNG QUAN VỀ SỨC CẢN 1.1 Giới thiệu chung về tàu Swath 1.1 Định nghĩa và một số đặc điểm chung của tàu Swath Swath là viết tắt của cụm từ Small Waterplane Area Twin Hull. Đây là loại tàu có nguồn gốc từ tàu hai thân được thiết kế có diện tích đường nước rất nhỏ so với các tàu một thân và hai thân thông thường. Điều đó có nghĩa là hai phần thân chính tạo lực nổi cho tàu chìm hoàn toàn dưới nước. Còn tại mặt nước chỉ là hai trụ nối, thành phần liên kết phần thân tàu dưới nước với mặt boong.
Hình dạng tàu Swath được biểu diễn như ở hình 1. Ở đây, chúng ta có thể nhìn thấy rõ sự khác biệt về đường nước thiết kế của tàu Swath khi đặt bên cạnh một tàu catamaran loại thông thường Hình 1.1 Phân biệt Catamaran và Swath Tàu Swath có hình dáng thoát nước do tỷ lệ giữa chiều dài trên chiều rộng một thân và khoảng cách giữa hai thân ở tàu Swath lớn hơn so với tàu hai thân hoặc một thân thông thường. Chính vì yếu tố này mà các thành phần sức cản của tàu nhỏ, cùng với hiện tượng giao thoa sóng cho phép triệt giảm các thành phần sức cản sóng. Do vậy ưu điểm lớn của tàu là giảm được sức cản sóng Tàu Swath có diện tích đường nước nhỏ nên thân tàu ít chịu tác động của sóng giúp cho tàu di chuyển ổn định hơn đặc biệt trong các điều kiện thời tiết khắc nghiệt của sóng gió Tàu Swath có phần diện tích mặt boong lớn rất thuận lợi cho việc bố trí các khu vực trên boong, điều này phù hợp cho các mục đích cả về dân sự lẫn quân sự 1 Tàu Swath có sự ổn định ban đầu cao do bề rộng thân tàu khá lớn, cùng với tất cả các thành phần trọng lượng được chia đều cho hai thân làm cho trọng tâm tàu hạ thấp làm tăng tính ổn định Bên cạnh những ưu điểm trên tàu Swath có những hạn chế như: công nghệ chế tạo đòi hỏi cao hơn, vật liệu đóng tàu phải có khối lượng nhẹ & độ bền cao… điều này dẫn đến giá thành lớn hơn.
Ngoài ra tàu còn gặp khó khăn trong việc bố trí hệ thống động lực, máy chính & hệ trục chân vịt. Nguyên nhân là do diện tích tiết diện ngang phần thân tàu chìm dưới nước nhỏ, đôi khi không đủ để bố trí máy chính, lúc này máy chính phải bố trí ở phần thân trên phía mũi, điều này dẫn đến hệ trục chân vịt dài, giảm hiệu suất truyền động.2 Quá trình hình thành và phát triển của tàu Swath Tàu Swath được phát minh bởi Frederick George Creed (1871 - 1957), một nhà phát minh người Canada. Ông đã trình bày ý tưởng của mình về tàu Swath vào năm 1938. Sau đó trình nó cho Bộ hải quân Anh và được cấp bằng sáng chế của Anh vào năm 1946 Năm 1969 con tàu Swath đầu tiên được đóng tại Hà Lan có tên gọi Duplus, tàu có công dụng dịch vụ thăm dò dầu khí và dịch vụ hàng hải Năm 1973 tên tàu Swath được hải quân Hoa Kỳ đặt tên để phân biệt với các tàu hai thân khác Kể từ khi ra đời đến nay tàu Swath ngày càng phát triển và đạt được những thành tựu to lớn.
Ngày càng có những cái tiến để tăng hiệu suất làm việc và phù hợp với nhiều lĩnh vực Trên thế giới hiện nay những nước đi đầu trong việc chế tạo tàu Swath phải kể đến Mỹ, Nhật, Trung Quốc, Hà Lan …với những đội tàu Swath hùng hậu, đa dạng về chủng loại, nhiều về số lượng, kích thước đa dạng phù hợp với từng nhu cầu khai thác.3 Phạm vi sử dụng, mức độ phổ biến của tàu Swath Phạm vi sử dụng của tàu rất rộng cả trong lĩnh vực dân sự & quân sự. Trong lĩnh vực dân sự tàu được sử dụng ở các dạng tàu khách, tàu phục vụ, tàu nghiên cứu. Trong lĩnh vực quân sự tàu được sử dụng làm tàu chiến đấu, tuần tra Do những đặc điểm nổi trội của tàu Swath nên tàu được sử dụng khá rộng rãi với nhiều công dụng khác nhau như phà khách, tàu khách, du thuyền, tàu dịch vụ hàng hải, tàu thăm dò đại dương, tàu sân bay, tàu hải cảnh, tàu tuần tra biển 2 Ở Việt Nam mức độ phổ biến của tàu Swath còn hạn chế. Hy vọng trong thời gian tới cùng với sự phát triển của đất nước thì tàu Swath được đóng và sử dụng rộng rãi hơn Trên thế giới tàu Swath vẫn đang tiếp tục được phát triển nghiên cứu và đóng mới.
Với việc áp dụng các phần mềm ứng dụng trong thiết kế, với sự phát triển của lý thuyết về tàu Swath sẽ đem lại những thay đổi tích cực cho sự phát triển của tàu Swath.4 Một số nghiên cứu về sức cản của tàu Swath Các nghiên cứu về sức cản của tàu Swath được nghiên cứu khá phổ biến trên thế giới. Ở trong nước, các nghiên cứu về đề tài này còn hạn chế. Một trong những nghiên cứu điển hình về ảnh hưởng của hình dạng đến sức cản của tàu Swath có thể kể đến nghiên cứu của nhóm tác giả do tác giả Hoàng Công Liêm đứng đầu [2]. Tác giả Hoàng Công Liêm đã tập trung vào việc nghiên cứu các hình dạng cơ bản của tàu Swath như hình tròn và hình elipse kết hợp với việc sử dụng trụ đơn và trụ đôi.
Các nghiên cứu này đi từ việc xây dựng hình dáng, xác định cùng giá trị của lượng chiếm nước, sau đó sử dụng phương pháp tính toán mô phỏng có kết hợp kiểm nghiệm tính toán lý thuyết để xác định sức cản của các mô hình. Các tác giả cũng tiến hành so sánh sức cản của tàu swath với sức cản của tàu cataraman thông thường có cùng lượng chiếm nước. Kết quả cho thấy sức cản của tàu Swath dạng tròn có sức cản nhỏ nhất. So sánh của nhóm tác giả cũng cho thấy sức cản của tàu Swath dạng thân tròn chỉ bằng khoảng 60% sức cản của tàu cataraman ở cùng lượng chiếm nước và vận tốc tính toán Trên thế giới các nghiên cứu về sức cản của tàu Swath khá phổ biến điển hình như một số nghiên cứu của Beck [3], Yoshida [4] và một số tác giả khác.
Các nghiên cứu thường tập trung vào việc đề xuất một hoặc một vài hình dạng của tàu Swath sau đó tiến hành tính toán sức cản của mô hình thông qua phương pháp mô phỏng. Các kết quả mô phỏng sau đó sẽ được kiểm nghiệm thông qua việc thử nghiệm mô hình trong các bể thử Trong luận văn của mình, tác giả lựa chọn việc nghiên cứu hình dạng kết hợp với kiểm nghiệm thông qua việc tính toán lý thuyết để kiểm nghiệm. Việc lựa chọn này cũng xuất phát một phần từ sự thiếu hụt điều kiệm thử nghiệm 3 trong nước. Cấu trúc luận văn gồm các phần chính sau: xây dựng mô hình tàu, xác định sức cản theo hai phương pháplý thuyết và mô phỏng số, so sánh phân tích để từ đó chọn ra mô hình tối ưu Nước Việt Nam chúng ta là một quốc gia ven biển, nằm bên bờ Tây của Biển Đông, với đường bờ biển dài 3260 km, diện tích bờ biển trên 1 triệu km2.
Vị trí địa lý trên tạo điều kiện để chúng ta phát triển những ngành kinh tế mũi nhọn như thủy sản, dầu khí, giao thông hàng hải, đóng tàu, du lịch. Bên cạnh đó chúng ta cũng đang phải đối mặt với những nguy cơ, thách thức trong nhiệm vụ bảo vệ chủ quyền biển đảo. Ngoài ra là những sức ép về biến đổi khí hậu, thiên tai, về bảo vệ môi trường sinh thái biển Trong lĩnh vực tàu thủy khi gắn liền với định hướng phát triển kinh tế biển, an ninh quốc phòng, bảo vệ môi trường và ứng phó biến đổi khí hậu & thiên tai như hiện nay. Bên cạnh đó khi xét tới phạm vi sử dụng, mức độ phổ biến của tàu Swath ở nước ta hiện nay thì nghiên cứu về đề tài luận văn này là rất cần thiết.2 Các loại hình dạng tàu Swath 1.1 Cấu trúc tàu Swath Hình 1.2 thể hiện cấu trúc của tàu Swath.
Ở đây ta nhận thấy cấu trúc tàu Swath từ dưới lên trên bao gồm: phần thân tàu chìm dưới nước, trụ nối và thượng tầng trên boong chính Hình 1.2 Cấu trúc tàu Swath 4 1.2 Phân loại theo hình dạng thân tàu a) Dạng chân voi Hình 1.3 thể hiện hình dạng thân tàu phần chìm dưới có tiết diện mặt cắt ngang dạng chân voi Hình 1.3 Hình dạng chân voi b) Dạng thân tròn Hình 1.4 thể hiện hình dạng thân tàu phần chìm dưới có tiết diện mặt cắt ngang dạng thân tròn Với hình dạng thân tròn có các loại như hình dạng tròn thay đổi theo chiều dài, hình dạng tròn đều và hình dạng tròn đều có bậc Hình 1.4 Hình dạng thân tròn 5 c) Dạng gậy đánh golf Hình 1.5 thể hiện hình dạng thân tàu phần chìm dưới có tiết diện mặt cắt ngang dạng gậy đánh golf Hình 1.5 Hình dạng gậy đánh golf Các hình 1.5 trình bày trong luận văn được tác giả sử dụng từ tài liệu tham khảo [5] 1.3 Phân loại theo trụ nối a) Trụ đơn Hình 1.6 thể hiện tàu Swath có kết cấu trụ đơn. Ở đây, chúng ta có thể nhận thấy phần chìm thân tàu dưới nước được kết nối với boong chính bằng một trụ nối liền liên tục Hình 1.6 Trụ nối dạng trụ đơn 6 b) Trụ đôi Hình 1.7 thể hiện tàu Swath có kết cấu trụ đôi. Ở đây, chúng ta có thể nhận thấy phần thân tàu chìm dưới nước được kết nối với boong chính bằng trụ nối tách rờithành hai phần có khoảng trống ở giữa Hình 1.7 Trụ nối dạng trụ đôi Các hình 1.7 trình bày trong luận văn được tác giả sử dụng từ tài liệu tham khảo [5] 1.4 Phân loại theo sự kết hợp a) Swath thông thường: Tàu Swath với biên dạng thân tàu như hình 1.1 b) Bán Swath (Semi - Swath): Đây là loại tàu có sự kết hợp giữa Catamaran với Swath. Trong đó phần thân tàu phía lái được lấy theo tàu catamaran thông thường, còn phần mũi lấy theo tàu Swath thông thường Hình 1.8 thể hiện tuyến hình của tàu Semi - Swath, với phần hình vẽ bên trái là tuyến hình phần lái theo tàu Catamaran và phần hình vẽ bên phải là tuyến hình phần mũi theo tàu Swath Hình 1.8 Tuyến hình tàu Semi - Swath 7 1.3 Tổng quan về sức cản 1.1 Khái niệm sức cản Khi tàu chuyển động phần thân tàu dưới mớn nước chuyển động trong môi trường nước, phần thân tàu trên mớn nước chuyển động trong môi trường không khí.
Khi đó bề mặt vỏ tàu phải tiếp xúc với môi trường bao quanh nó.