BÁO cáo môn học tàu CAO tốc lặp chương trình tính sức cản bằng phương pháp savitsky

A.Lặp chương trình tính sức cản bằng phương pháp Savitsky 1.Giới thiệu chung Nội dung chính của bài viết nhằm trình bày qui trình tính nhanh sức cản tàu thủy trên máy tính, chọn lựa và t

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Mục lục

A Lặp chương trình tính sức cản bằng phương pháp Savitsky………… …

3 1.Giới thiệu chung……… 3

2.Cơ sở lý thuyết………4

3.Chương trình……… …9

3.1 Tính đơn giản hóa………

9 3.2 Giá trị nhập (Input)… ………

9 3.3 Giá trị xuất (Output) ……… 10

3.4 Các công đoạn dựng chương trình……… 11

3.4.1 Tạo dựng giao diện người dùng……… 11

3.4.2 Viết code để tương tác với giao diện………

13 4 Áp dụng chương trình vào tàu mẫu……… 17

5 Kết luận……….20

Tài liệu tham khảo……… 21

A.Lặp chương trình tính sức cản bằng

phương pháp Savitsky

1.Giới thiệu chung

Nội dung chính của bài viết nhằm trình bày qui trình tính nhanh sức cản tàu thủy trên máy tính, chọn lựa và thiết kế chân vịt Ngoài việc sử dụng những công cụ máy tính thông thường của người thiết kế tàu như

Autocad và Excel, bài viết đã xây dựng nên một chương trình chuyên dụng, có thể chạy độc lập trên Windows để hỗ trợ cho công tác thiết kế Hiện nay có nhiều phương pháp tính sức cản tàu được giới thiệu trong các tài liệu nghiên cứu khác nhau Đặc điểm chung của các phương pháp đó là để có thể áp dụng, mẫu tàu cần tính sức cản phải có các thông số hình dáng và kích thước nằm trong phạm vi giới hạn của từng phương pháp Điều này nhiều khi không được đáp ứng hoàn toàn, và làm hạn chế phạm vi lựa chọn thông số tàu khi thiết kế Để khắc phục hạn chế trên, các chuyên gia thiết kế tàu thuyền đã sử dụng phương pháp phân tích hồi quy kết quả thử nghiệm nhiều mô hình tàu khác nhau,

từ đó đưa ra phương pháp gần đúng để tính sức cản của nhiều loại tàu khác nhau, không phụ thuộc nhiều vào phạm vi đặc điểm hình dáng và kích thước tàu thiết kế Giải pháp này giúp cho các nhà thiết kế mở rộng phạm vi lựa chọn các thông số tàu, và cho thấy hiệu quả trong giai đoạn thiết kế sơ bộ

Công việc thiết kế tuyến hình vỏ tàu là công việc vô cùng nhọc công và

có tính chất lặp đi lặp lại nếu ta mong muốn đạt đến kết quả mỹ mãn Mộtđiều hạn chế nhất trong việc thiết kế tuyến hình vỏ tàu là không thể nào rút ngắn hơn được thời gian thiết kế Do đó, nếu chỉ với những công cụ

là AutoCad và Excel thì ta khó tránh khỏi những hạn chế sau: • Ngại tính toán với mức chính xác cao • Ngại thay đổi hình dáng vỏ tàu cũng như các phương án thiết kế khác có khả năng tốt hơn • Làm giảm mức phát huy ý tưởng của thiết kế viên Do đó, việc xây dựng và nhanh chóng đưa vào áp dụng các chương trình máy tính hỗ trợ nhằm loại đi những công đoạn thiếu tính tư duy trong thiết kế tàu là rất cần thiết Hơn nữa, việc áp dụng và xây dựng các phần mềm tiện tích là điều không thể thiếu trong công tác đào tạo và nghiên cứu ứng dụng Hiện nay chúng tôi đã xây dựng được một số chương trình liên kết, hỗ trợ cho công tác thiết kế và giảng dạy

2.Cơ sở lý thuyết

Phương pháp Savitzsky được coi là phương pháp rất hữu hiệu trong vài chục năm qua, dùng đánh giá sức cản tàu chạy nhanh Tàu chạy nhanh

đề cập tại đây được hiểu là các tàu lướt kiểu planing

Dòng chảy đến tấm tàu lướt dạng đang đề cập, nghiêng góc τ so với mặt thoáng ban đầu, bị chia làm hai: dòng chính bao đáy tàu, chảy về phía lái Lớp mỏng của dòng thay đổi hướng tại vùng gần mép tấm của đáy và tạo các gợn nước đặc trưng cho chuyển động dạng này Đường chia dòng tạimặt cắt đáy chính là những vị trí áp lực lớn nhất tại đáy

Áp lực này giảm dần khi chuyển về phía lái Thay đổi đó tạo ra lực thủy động N, tác động vuông góc với đáy tàu Ngoài lực trên, khi chuyển động trong nước tấm đáy còn bị tác động của lực ma sát F, song song với đáy

Chúng ta áp dụng phương pháp tính sức cản dành riêng cho tàu cao tốc Phương pháp được sử dụng ở đây là phương pháp Savitsky Theo các tàiliệu hướng dẫn sử dụng Phương pháp Savitsky, sức cản được tính ra chính là sức cản toàn bộ Các thông số phương pháp này sử dụng để tính toán: Chiều dài đường nước thiết kế (LwL), chiều rộng tấm đáy (b), góc nghiêng đáy (β), lượng chiếm nước ( ), tọa độ tâm nổi (LCG).Ta nhận thấy các thông số mà phương này sử dụng tính toán chỉ liên quan đến phần thân tàu chìm dưới nước Vì vậy ta coi sức cản được tính ra từ phương pháp này là sức cản dư (bao gồm sức cản sinh sóng và sức cản

áp suất) và sức cản ma sát ; Thành phần sức cản không khí và gió, sức cản phụ, sức cản môi trường sẽ được tính riêng và cộng vào sức cản toànbộ

Nội dung phương pháp :

Để xác định các đặc trưng sức cản vỏ tàu chạy nhanh đáy phẳng người

ta thường nghiên cứu lực cản các tấm nghiêng góc xác định Các đặc tính thủy động lực tấm chuyển động trên mặt nước qui về :

Trong đó τ là góc nghiêng dọc đo bằng độ

C v− ¿ số Froude dựa trên nền chiều rộng tấm b:C v =Fn B = V

√gb

Hệ số nâng C Lb hiểu như sau : C Lb= Δ

0,5γ V2b2Trong đó : Δ - khối lượng vỏ tàu γ - khối lượng riêng nước biển γ=1,025

tấn/m 3

Hệ số nâng tính cho tàu có góc nghiêng hông hữu hạn :

C L =C Lb −0,0065 ⋅ β ⋅C Lb0,6

Trong đó β - góc nghiêng hông

Sức cản tàu lướt tính trên cơ sở các hệ số thủy động lực tính cho tấm làm vờ

tàu Nếu ký hiệu Δ - trọng lượng tàu tại chế độ khai thác, công thực tính sức cản

của vỏ tàu lướt: R=(C F + ΔC F)0,5 ρ V2⋅ S+ Δτ

phẳng sẽ tiến hành tính cho các hệ số tương đương cho tấm trên vỏ tàu nhờ công

thức hiệu chỉnh có dạng :

λ=λ00,8 1

cos ⁡β ¿τ =τ0 +0,15 ¿¿trong công thức trên λ0, τ0 chỉ các hệ số dùng cho tấm

3.Chương trình

3.1 Tính đơn giản hóa

Chương trình được viết trên Matlab – tạo sự gần gũi đặc biệt với sinh viên, dễ dàng tiếp cận

Với công dụng chính là tính toán sức cản của tàu bằng phương pháp Holtrop dựa vào các thông số đã có sẵn, việc đơn giản hóa sẽ giúp cho kết quả chính xác hơn, rút ngắn được thời gian thao tác tính toán bằng các công cụ khác

3.2 Giá trị nhập (Input)

Khi đã có đầy đủ các thông số cơ bản, người sử dụng có thể thực hiện chức năng tính toán nhanh sức cản theo các công thức kinh nghiệm được khai báo trong chương trình

y– Khối lượng riêng của nước biển

3.3 Giá trị xuất (Output)

Dựa vào phần công thức đã được nhập trong phần code ta cóthể nhanh chóng tính được các thông số cần thiết, và tìm ra được sức cản của tàu

3.4 Các công đoạn dựng chương trình

3.4.1Tạo dựng giao diện người dùng

GUI (Graphical User Interface ) trong Matlab là một công cụ hỗ trợ cho người dùng dễ dàng thao táccác thanh công cụ đã được con người lập trình sẵn và tích hợp vào phần mền Matlab, việc

đó sẽ cho phép tương tác giao diện chương trình từ đó nhìn được một cách khách quan nhất và bắt đầu viết code để tương tác giao diện

Tại cửa sổ command window nhập lệnh guide

Cửa sổ Guide xuất hiện, tạo mới bằng Blank GUI, nhấn OK

Trong Matlab thì GUI hỗ trợ khá là đầy đủ các chương trình để thực hiện Như là tính toán với phép toán logic, lập trình không gian 2D, 3D, đọc dữ liệu từ Excel, sử lý hình ảnh,… Nó được thực hiện thông qua hàm xây dựng sẵn là CALLBACK Dễ dàng thao tác mà không cấn phải biết nhiều về cấu trúc của trương trình, vẫn có thể thực hiện được.

Hoàn tất tạo giao diện bằng GUI trên Matlab

3.4.2Viết Code để tương tác với giao diện

Sau khi hoàn tất quá trình dựng giao diện,phải viết code đểtương tác với các giá trị nhập

Sau đó viết các công thức tính toán cho các giá trị cần tínhĐoạn code:

Khai báo các giá trị input:

R3=2*((p*(V13^2)*lambda3*(b^2)*CFO3)/((cosd(t3)*cosd(B))+W*tand(t3)))^0.5;

set(handles.R3,'string',R3);

R4=2*((p*(V14^2)*lambda4*(b^2)*CFO4)/((cosd(t4)*cosd(B))+W*tand(t4)))^0.5;

set(handles.R4,'string',R4);

R5=2*((p*(V15^2)*lambda5*(b^2)*CFO5)/((cosd(t5)*cosd(B))+W*tand(t5)))^0.5;

set(handles.R5,'string',R5);

R6=2*((p*(V16^2)*lambda6*(b^2)*CFO6)/((cosd(t6)*cosd(B))+W*tand(t6)))^0.5;

set(handles.R6,'string',R6);

4.Áp dụng chương trình vào tàu mẫu

a.Tàu mẫu số có thông số như sau:

Áp dụng tàu mẫu vào chương trình, đạt được giá trị sức cản :

Kết quả khi được thực hiện bằng Maxsurf

Từ số liệu trên, ta có được biểu đồ so sánh :

Speed (Kn) Sức cản tính bằng Maxsurf (kN) Sức cản tính bằng chương trình (kN)

Running trim vs Speed của phần mềm Maxsurf

Running trim vs Speed của phần mềm Matlab

5.KẾT LUẬN

So với cách làm thông thường, quy trình thiết kế có áp dụng chươngtrình hỗ trợ đã nêu trên đây rút ngắn được thời gian thiết kế và khả năng có được nhiều phương án kết quả để chọn lựa hơn Công việckhai triển và tính toán ổn định, tính toán sức cản thường chiếm một

tỷ lệ tương đối lớn trong quỹ thời thiết kế, giờ đây đã được rút ngắn chỉ còn vài phút Điều này đem lại sự linh hoạt trong công tác thiết

kế, đồng thời cũng tạo khả năng rút ngắn thời gian lập lại các việc thao tác thủ công trên máy tính

Nhược điểm: Còn nhiều hạn chế trong việc lấy số liệu, việc lấy số liệu từ bản vẽ sẽ mất nhiều thời gian, việc lấy số liệu sai lệch có thể gây ra sai lệch kết quả

Tài liệu tham khảo

- Tài liệu tham khảo lập trình giao diện guide của matlab

- Sách Thiết kế và lắp ráp thiết bị tàu thủy

- Tài liệu diag kt kq của series B

- Holtrop, J and Mennen, G.G.J ’A statistical power

pridiction method’ - - - International Shipbuilding Progress, Vol 25, October 1978 ;

- Thiết kế& lắp ráp thiết bị tàu thủy – Nguyễn Đăng Cường

- Lý thuyết tàu thủy 2 – Sức cản vỏ tàu và thiết bị đẩy tàu – Trần Công Nghị