Tài liệu Thiết kế chân vịt nhóm b wageningen ứng dụng giải thuật tối ưu hóa di truyền cho tàu container

ĈҤ,+Ӑ&48Ӕ&*,$73+&0 75ѬӠ1*ĈҤ,+Ӑ&%È&+.+2$ -------------------- PHҤ0+¬9Ƭ1+3+Ò& THIӂT Kӂ CHÂN VӎT NHÓM B WAGENINGEN ӬNG DӨNG GIҦI THUҰT TӔ,Ѭ8+Ï$',758<ӄN CHO TÀU CONTAINER Chuyên ngành: Kӻ ThuұW&ѫ.KtĈӝng Lӵc Mã sӕ: 8520116 LUҰ19Ă17+Ҥ&6Ƭ TP. HӖ CHÍ MINH, tháng 08 QăP &Ð1*75Î1+ĈѬӦC HOÀN THÀNH TҤI 75ѬӠ1*ĈҤI HӐC BÁCH KHOA –Ĉ+4*-HCM Cán bӝ Kѭӟng dүn khoa hӑc: PGS.TS Lê Tҩt HiӇn Cán bӝ chҩm nhұn xét 1: PGS.TS NguyӉQĈӭc Ân Cán bӝ chҩm nhұn xét 2: TS TrҫQĈăQJ/RQJ LuұQ YăQ WKҥF Vƭ ÿѭӧc bҧo vӋ tҥi Trѭӡng Ĉҥi hӑc Bách Khoa, ĈHQG Tp. HCM ngày WKiQJQăP. (Trӵc tuyӃn) Thành phҫn Hӝi ÿӗQJÿiQKJLiOXұn văn thҥFVƭJӗm: 1. Chӫ tӏFK3*676/rĈuQK7XkQ 2. 7KѭNê767Uҫn Hҧi 3. Phҧn biӋn 1: PGS.TS NguӉQĈӭc Ân 4. Phҧn biӋn 2: TS. TrҫQĈăQJ/ong 5. Ӫy viên: PGS.TS NguyӉQ+RjL6ѫQ Xác nhұn cӫa Chӫ tӏch Hӝi ÿӗQJ ÿiQK JLi /9 Yj 7Uѭӣng Khoa quҧn lý chuyên ngành sau khi luұn văn ÿã ÿѭӧc sӱa chӳa (nӃu có). CHӪ TӎCH HӜ,ĈӖNG 3*676/rĈuQK7XkQ 75ѬӢNG KHOA KӺ THUҰT GIAO THÔNG TS. Trҫn Hӳu Nhân ĈҤ,+Ӑ&48Ӕ&*,$73+&0 75ѬӠ1*ĈҤ,+Ӑ&%È&+.+2$ &Ӝ1*+Ñ$;­+Ӝ,&+Ӫ1*+Ƭ$9,ӊ71$0 ĈӝFOұS- 7ӵGR- +ҥQKSK~F 1+,ӊ09Ө/8Ұ19Ă17+Ҥ&6Ƭ +ӑWrQKӑFYLrQ3KҥP+j9ƭQK3K~F........................................MSHV: 1870616 ............. 1Jj\WKiQJQăPVLQK ...........................................1ѫLVLQK7S+ӗ&Kt0LQK Chuyên QJjQK.ӻ7KXұW&ѫ.KtĈӝQJ/ӵF ............................. 0mVӕ : 8520116........... I. 7Ç1Ĉӄ7¬,7KLӃWNӃFKkQYӏWQKyP%-:DJHQLQJHQӭQJGөQJJLҧLWKXұWWӕLѭXKyDGL WUX\ӅQFKRWjXFRQWDLQHU ................................................................................................... ............................................................................................................................................. II. 1+,ӊ09Ө9¬1Ӝ,'81* .................................................................................... x 1JKLrQFӭX[k\GӵQJJLҧLWKXұWWӕLѭXGLWUX\ӅQSKөFYөFKӑQOӵDWK{QJVӕKuQKKӑF FӫDFKkQYӏWWjXWKӫ\ x 1JKLrQFӭXWtFKKӧSJLҧLWKXұWYjRTX\WUuQKWKLӃWNӃFKӑQOӵDFKkQYӏWQKyP%:DJHQLQJHQSKөFYөWjXFyOѭӧQJFKLӃPQѭӟFKRҥWÿӝQJӣGm\YұQWӕFWKҩS III. 1*¬<*,$21+,ӊ09Ө : WKHR4Ĉ6ӕ4Ĉ-Ĉ+%. ................ IV. NGÀY +2¬17+¬1+1+,ӊ09ӨWKHR4Ĉ6ӕ4Ĉ-Ĉ+%. V. &È1%Ӝ+ѬӞ1*'Ү13*676/r7ҩW+LӇQ 7S+&0QJj\WKiQJQăP &È1%Ӝ+ѬӞ1*'Ү1 +ӑWrQYjFKӳNê &+Ӫ1+,ӊ0%Ӝ0Ð1Ĉ¬27Ҥ2 +ӑWrQYjFKӳNê 3*676/r7ҩW+LӇQ 3*676/r7ҩW+LӇQ 75ѬӢ1*.+2$ .Ӻ7+8Ұ7*,$27+Ð1* +ӑWrQYjFKӳNê 767UҫQ+ӳX1KkQ LӠI CҦ0Ѫ1 ĈҫX WLrQ W{L [LQ ÿѭӧc cҧP ѫQ 3*676 /r 7ҩt HiӇn, thҫ\ ÿm WұQ WuQK Kѭӟng dүn và chia sҿ nhiӅu kiӃn thӭc quý báu. Không chӍ là nhӳng chӍ dҥy và dүn dҳt, mà còn là sӵ tұn tâm cӫa thҫ\ ÿm JL~S W{L KRjQ WKLӋn bài luұn này và có nhӳng trҧi nghiӋm thұt tuyӋt vӡi trong quá trình thӵc hiӋn. 7{LFNJQJ[LQÿѭӧc cҧPѫQWҩt cҧ thҫy cô và các anh chӏ trong khoa kӻ thuұt JLDRWK{QJÿmJLҧng dҥy, truyӅQÿҥt nhiӅu kiӃn thӭc chuyên môn và hӛ trӧ tôi trong suӕt chһQJÿѭӡng vӯa qua. Con xin cҧP ѫQ ED Pҽ Yj JLD ÿuQK ÿm OX{Q ӫng hӝ, chҳS FiQK ÿӇ con hoàn WKjQKѭӟFPѫYjNӃ hoҥch cӫa cuӝFÿӡi mình. Xin cҧPѫQEҥn EqTXDQKW{LÿmOX{QFKLDVҿ YjÿӝQJYLrQJL~SW{LYѭӧt qua nhӳQJNKyNKăQWUӣ ngҥi. Trong quá trình thӵc hiӋn luұQYăQNK{QJWKӇ tránh khӓi nhӳng thiӃu sót, rҩt mong nhұQÿѭӧc nhӳng ý kiӃQÿyQJJySFӫa quý thҫ\F{YjÿyVӁ là nhӳng kinh nghiӋm quý báu, nhӳQJKjQKWUDQJÿӇ tôi bә sung và hoàn thiӋn bҧn thân, vӳng tin Eѭӟc tiӃp và thành công trên chһQJÿѭӡng sҳp tӟi. Mӝt lҫn nӳD[LQÿѭӧc chân thành cҧPѫQWҩt cҧ quý thҫ\F{JLDÿuQKFiFDQK chӏ và các bҥn! TP.Hӗ Chí Minh, ngày 04 tháng 08 QăP Hӑc viên PhҥP+j9ƭQK3K~F 7Ï07Ҳ7/8Ұ19Ă1 ĈӅ tài luұQYăQ³7KLӃt kӃ chân vӏt nhóm B-Wageningen ӭng dөng giҧi thuұt tӕi ѭX KyD GL WUX\Ӆn cho tàu container” tұp trung tìm hiӇu, xây dӵng quy trình thiӃt kӃ nhҵm tӕLѭXFiFÿһc tính vӅ lӵFÿҭy, moment xoҳn và hiӋu suҩt cӫa thiӃt bӏ ÿҭy vӟi sӵ hӛ trӧ cӫa giҧi thuұt di truyӅn. Nӝi dung luұQYăQJӗPFKѭѫQJ &KѭѫQJJLӟi thiӋu tәng quan vӅ ÿӅ tài, các nghiên cӭu vӅ thiӃt bӏ ÿҭ\SKѭѫQJ tiӋn thӫy trong và QJRjLQѭӟc trong nhӳQJQăPJҫQÿk\&KѭѫQJQj\FNJQJQrXUD\rX cҫu tҩt yӃu trong viӋc phát triӇn mӝWFKѭѫQJWUuQKWKLӃt kӃ chân vӏt phù hӧp vӟi nhu cҫXWURQJQѭӟc. &KѭѫQJJLӟi thiӋu vӅ lý thuyӃt thiӃt kӃ chân vӏWFiFSKѭѫQJSKiSWKLӃt kӃ sӱ dөQJÿӗ thӏ thӵc nghiӋm. &KѭѫQJJLӟi thiӋu vӅ lý thuyӃt tӕLѭXKyDGLWUX\Ӆn, các khái niӋm cҫn thiӃWÿӇ áp dөng vào bài toán thiӃt kӃ chân vӏt. &KѭѫQJiSGөng giҧi thuұt tӕLѭXKyDGLWUX\Ӆn vào bài toán thiӃt kӃ chân vӏt, xây dӵng giҧi thuұWFiFÿLӅu kiӋn ràng buӝc, các nhân tӕ ÿѭӧc sӱ dөQJÿӇ thiӃt lұp cá thӇ trong quҫn thӇTXiWUuQKODLJKpSYjÿӝt biӃn. &KѭѫQJWUuQKEj\NӃt quҧ sau khi áp dөng giҧi thuұt tӕLѭXKyDYjREjLWRiQ thiӃt kӃ chân vӏt, so sánh chân vӏW ÿѭӧF ÿӅ xuҩt vӅ hiӋu suҩW FNJQJ QKѭ Oӵc ÿҭy và moment xoҳn vӟi các mүu chân vӏWÿѭӧc thiӃt kӃ ӣ bҵQJSKѭѫQJSKiSVӱ dөng ÿӗ thӏ thӵc nghiӋm và chân vӏWÿѭӧc sӱ dөng trong thӵc tӃ. ABSTRACT The thesis “Design of B Wageningen propeller of container ship using genetic algorithm” rearches on how to apply genetic algorithm to the propeller design procedure. The thesis include 5 chapters: Chapter 1 introduces the subject of this thesis, researches on marine propulsion in Vietnam and outside the country. Beside, this chapter gives the reason why thesis develops a propeller design program using genetic algorithm. Chapter 2 describes how to design a propeller by using experiments chart, the constrain variables of design procedure. Chapter 3 is an introduction of genetic algorithm. Chapter 4 deals with the most important topic of the thesis, in which we built the flow chart to apply genetic algorithm to propeller design procedure. Chapter 5 presents the results of the research. In this chapter we also compare the propeller exported from the program with the propeller designed by using experiments chart and the commercial propeller which are using in the 128 TEUS container ship. LӠ,&$0Ĉ2$1 Tôi cam kӃt: - Ĉk\ là luұQYăQWKҥFVƭ do tôi thӵc hiӋn. - Các sӕ liӋu, kӃt quҧ nêu trong luұQYăQOjWUXQJWKӵFYjFKѭDWӯQJÿѭӧc ai công bӕ trong bҩt kǤ công trình nào khác. - &iFÿRҥn trích dүn và sӕ liӋu kӃt quҧ sӱ dөQJÿӇ so sánh trong luұQYăQQj\ÿӅu ÿѭӧc dүn nguӗn và Fyÿӝ chính xác cao nhҩt trong phҥm vi hiӇu biӃt cӫa tôi. TP H͛ Chí Minh, ngày 04 tháng 08 QăP Hӑc viên thӵc hiӋn PhҥP+j9ƭQK3K~c 0Ө&/Ө& &+ѬѪ1* TӘ1*48$1Ĉӄ TÀI ......................................................................1 1.1 *LӟLWKLӋXFKXQJ 1 1.2 Tình hình nghiên cӭXQJRjLQѭӟc 1 1.3 Tình hình nghiên cӭXWURQJQѭӟc 4 &+ѬѪ1* 2.1 2.2 LÝ THUYӂT THIӂT Kӂ CHÂN VӎT ............................................7 &ѫVӣ lý thuyӃt 7 2.1.1 Lý thuyӃt bҧRWRjQÿӝQJOѭӧng 7 2.1.2 Lý thuyӃt cánh chân vӏt 8 Lý thuyӃt thiӃt kӃ chân vӏt 9 2.2.1 Các thông sӕ FѫEҧn cӫa chân vӏt 2.2.2 Giӟi thiӋXFiFSKѭѫQJSKiSWKLӃt kӃ chân vӏt 10 2.2.3 3KѭѫQJSKiSWKLӃt kӃ chân vӏt sӱ dөQJÿӗ thӏ ‫ ܬ‬െ ‫ ்ܭ‬െ ‫ܭ‬ொ 13 &+ѬѪ1* 9 LÝ THUYӂT GIҦI THUҰT DI TRUYӄN ...................................19 3.1 Giӟi thiӋu vӅ giҧi thuұt di truyӅn 19 3.2 Các khái niӋPFѫEҧn cӫa giҧi thuұt tӕLѭXKyDGLWUX\Ӆn 20 3.3 Các tham sӕ cӫa giҧi thuұt di truyӅn 23 3.4 3KѭѫQJSKiSOӵa chӑQODLJKpSYjÿӝt biӃn. 28 &+ѬѪ1* BUӜC XÂY DӴNG HÀM MӨ& 7,Ç8 9¬ &È& Ĉ,ӄU KIӊN RÀNG ...........................................................................................................29 4.1 Giӟi thiӋu chung 29 4.2 Hàm mөc tiêu 29 4.3 ĈLӅu kiӋn ràng buӝc 35 &+ѬѪ1* KӂT QUҦ VÀ KӂT LUҰN ............................................................40 5.2 Sӱ dөQJÿӗ thӏ ‫ ܬ‬െ ‫ ்ܭ‬െ ‫ܭ‬ொ thiӃt kӃ chân vӏt tàu container 45 5.3 Sӱ dөQJÿӗ thӏ ‫ܤ‬௉ െ ߜ thiӃt kӃ chân vӏt tàu container KӃt quҧ ÿѭӧFÿӅ xuҩt bӣi giҧi thuұt di truyӅn 48 5.4 KӃt luұn 54 5.1 40 TÀI LIӊU THAM KHҦO...........................................................................................56 PHӨ LӨC: BҦNG TÍNH, BҦNG VӀ 9¬ĈӖ THӎ .................................................59 MӨC LӨC HÌNH ҦNH Hình 1.1 - Thi͗t bͣ turboring hͯ trͻ chân vͣt ............................................... 3 Hình 1.2 – 3Ḱ˿QJSKiS3,9..................................................................... 3 Hình 1.3 – Tính toán CFD cho chân vͣt ..................................................... 3 Hình 1.4 – Chân vͣWÿ́ͻc s̻n xu̽WWURQJQ́ͳc .......................................... 5 Hình 2.1 – Thi͗t bͣ ÿ́\OêẂͷng................................................................. 7 Hình 2.2 – Ĉͫ thͣ ‫ܤ‬௉ െ ߜ ......................................................................... 10 Hình 2.3 – Ĉͫ thͣ ‫ܤ‬௎ െ ߜ ......................................................................... 11 Hình 2.4 – Ĉͫ thͣ ߪ െ ߤ ........................................................................... 12 Hình 2.5 – Ĉͫ thͣ Papmel cho ‫ ܬ‬െ ‫ ்ܭ‬...................................................... 13 Hình 2.6 – Ĉͫ thͣ Papmel cho ‫ ܬ‬െ ‫ܭ‬ொ ...................................................... 13 Hình 2.7 – Ĉͫ thͣ ‫ ܬ‬െ ‫ ்ܭ‬െ ‫ܭ‬ொ ................................................................. 14 Hình 2.8 – Thi͗t k͗ chân vͣWWKHRÿͫ thͣ ‫ ܬ‬െ ‫ ்ܭ‬െ ‫ܭ‬ொ ................................ 15 Hình 2.9 – *LDRÿL͛m cͿa ‫ ܶܭ‬Yjÿͫ thͣ ‫ ܬ‬െ ‫ ்ܭ‬െ ‫ܭ‬ொ ................................ 17 Hình 2.10 – Giá trͣ cͿa hi͟u su̽t theo ܲΤ‫ ܦ‬............................................. 17 Hình 3.1 – Cá th͛ ..................................................................................... 21 Hình 3.2 – Qu̿n th͛ ................................................................................ 21 Hình 3.3 – Quá trình chͥn lΉa ................................................................. 22 Hình 3.4 – Quá trình lai ghép ................................................................... 22 Hình 3.5 – 4XiWUuQKÿͱt bi͗n .................................................................. 23 Hình 3.6 – Xác su̽WODLJKpSYjÿͱt bi͗n ................................................. 24 Hình 3.7 – 6˿ÿͫ quy trình cͿa gi̻i thuͅt di truy͙n ................................. 27 Hình 4.1 – G.A hͯ trͻ quá trình thi͗t k͗ chân vͣt ..................................... 33 Hình 4.2 – Kho̻ng cách cͿa chân vͣWYjYzPÿX{LWjX ........................... 36 Hình 4.3 – Mͱt cá th͛ cͿa qu̿n th͛ chân vͣt ........................................... 38 Hình 4.4 – Giá trͣ cͿa hai cá th͛ WÚͳc lai ghép ....................................... 38 Hình 4.5 – Giá trͣ cͿa hai cá th͛ sau lai ghép .......................................... 39 Hình 4.6 – Giá trͣ cͿa hai cá th͛ WÚͳFÿͱt bi͗n ....................................... 39 Hình 4.7 – Giá trͣ cͿa hai cá th͛ VDXÿͱt bi͗n.......................................... 39 Hình 5.1 – Ĉͫ thͣ hàm mͽc tiêu ............................................................... 49 Hình 5.2 – Ĉͫ thͣ ÿ́͵ng kính tͩt nh̽t và trung bình qua các th͗ h͟ ....... 50 Hình 5.3 – Ĉͫ thͣ t͡ l͟ m͏WÿƭDWͩt nh̽t và trung bình qua các th͗ h͟....... 50 Hình 5.4 – Ĉͫ thͣ t͡ l͟ Éͳc tͩt nh̽t và trung bình qua các th͗ h͟ .......... 51 Hình 5.5 – Ĉͫ thͣ sͩ vòng quay tͩt nh̽t và trung bình qua các th͗ h͟.... 51 Hình 5.6 – Ĉͫ thͣ sͩ cánh chân vͣt tͩt nh̽t và trung bình qua các th͗ h͟52 Hình 5.7 – Ĉͫ thͣ ÿ͏c tính cͿa chân vͣt tͩĹX .......................................... 54 MӨC LӨC BҦNG Bҧng 2.1 Bҧng giá trӏ [iFÿӏnh công suҩt máy chính .............................. 16 Bҧng 2.2 Bҧng giá trӏ [iFÿӏQKÿѭӡng kính chân vӏt tӕLѭX ..................... 18 Bҧng 4.1 BҧQJVRViQKÿLӇm khác nhau giӳa hai quy trình thiӃt kӃ ....... 34 Bҧng 5.1 Giá trӏ ÿҫu vào cӫa tàu mүu ..................................................... 40 BҧQJ*LDRÿLӇm cӫDÿѭӡng cong ‫ ்ܭ‬vӟi các giá trӏ ܲΤ‫ ܦ‬.................. 42 Bҧng 5.3 Giá trӏ cӫa hiӋu suҩt và lӵFÿҭy chân vӏt .................................. 42 Bҧng 5.4 Tính toán giá trӏ công suҩt máy chính ...................................... 42 Bҧng 5.5 KӃt quҧ tính toán công suҩt máy chính và sӕ vòng quay ........ 43 Bҧng 5.6 LӵFÿҭy và hiӋu suҩt chân vӏt................................................... 44 BҧQJĈѭӡQJNtQKYjEѭӟc chân vӏt tӕLѭX ........................................ 45 Bҧng 5.8 Thông sӕ FѫEҧn cӫa chân vӏt tính toán theo lý thuyӃt ............ 45 Bҧng 5.9 Tính toán chân vӏt chҥy tӵ do không giӟi hҥn ÿѭӡng kính ...... 46 Bҧng 5.10 Tính toán chân vӏt giӟi hҥQÿѭӡng kính ................................. 47 Bҧng 5.11 So sánh kӃt quҧ sӱ dөQJÿӗ thӏ ‫ܤ‬௉ െ ߜ và ‫ ܬ‬െ ‫ ்ܭ‬െ ‫ܭ‬ொ ......... 47 Bҧng 5.12 Bҧng sӕ liӋXÿҫu vào .............................................................. 48 Bҧng 5.13 KӃt quҧ do giҧi thuұt di truyӅQÿӅ xuҩt ................................... 48 Bҧng 5.14 So sánh kӃt quҧ giӳ FiFSKѭѫQJSKiS .................................. 53 DANH SÁCH KÍ HIӊU L ChiӅu dài lӟn nhҩt cӫa tàu (m) B ChiӅu rӝng tàu (m) d chiӅu chìm trung binh (m) D /ѭӧng chiӃPQѭӟc cӫa tàu (tҩn) E ChiӅu cao tính tӯ mһWÿi\WjXÿӃn trөc chân vӏt (m) ‫ܥ‬௏ HӋ sӕ ÿҫ\OăQJWUө ÿӭng ‫ܥ‬஻ HӋ sӕ béo thӇ tích ܸ௉ Vұn tӕc cӫDQѭӟc vào chân vӏt (m/s) ߩ KhӕLOѭӧng riêng cӫDQѭӟc (݇݃Τ݉ଷ ) ‫ݐ‬ HӋ sӕ dòng hút cӫa tàu ‫ܥ‬௉ HӋ sӕ ÿҫ\OăQJWUө ܸ஺ Vұn tӕc cӫa tàu (m/s). ்ܴ Sӭc cҧn cӫa tàu (kN) ‫ݓ‬ HӋ sӕ dòng theo cӫa tàu 𝑇𝑇 LӵFÿҭy cӫa chân vӏt (kN) ‫ܬ‬ HӋ sӕ tiӃn cӫa chân vӏt ܼ Sӕ cánh cӫa chân vӏt ݊௉ Sӕ vòng cӫa chân vӏt (rps). ‫ܭ‬ொ HӋ sӕ moment xoҳn cӫa chân vӏt ߟௌ HiӋu suҩt truyӅQÿӝng cӫa trөc chân vӏt ߟோ HiӋu suҩt vòng xoáy ‫ܦ‬௉ Ĉѭӡng kính chân vӏt (m) ‫ܣ‬ா Τ‫ܣ‬ை TӍ lӋ mһWÿƭDFӫa chân vӏt ܲ %ѭӟc tiӃn cӫa chân vӏt (m) ‫்ܭ‬ HӋ sӕ lӵFÿҭy cӫa chân vӏt ߟை HiӋu suҩt cӫa chân vӏt ߟு HiӋu suҩt thân tàu ‫𝐸𝐸ܪܧ‬ (Effective horse power) Công suҩt cҫn thiӃt (kW) 𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇 (Thrust horse power) Công suҩWÿҭy (kW) ‫𝐵𝐵𝐵𝐵ܤ‬ (Brake horse power) Công suҩt máy chính (kW) ܲ஽ Công suҩt truyӅn tӟi trөc chân vӏt (kW) ‫𝐷𝐷𝐷𝐷ܦ‬ (Delivered horse power) Công suҩWÿҭy (kW) ‫𝑀𝑀𝑀𝑀ܯ‬ (Maximum continuos rating) Công suҩt lӟn nhҩt cӫa máy chính (kW) 1 &+ѬѪ1* TӘ1*48$1Ĉӄ TÀI 1.1 *LӟLWKLӋXFKXQJ ViӋc thiӃt kӃ tàu tӯ OkXÿmÿѭӧc thӵc hiӋn thӫ F{QJYuFiFWtQKQăQJÿһc biӋt cӫDWjXQKѭPөFÿtFKFiFҧQKKѭӣng bên ngoài YjSKѭѫQJSKiSVҧn xuҩt. Vӟi sӵ phát triӇn cӫa công nghӋ máy tính, thiӃt kӃ tàu thӫ\ÿmFyVӵ phát triӇn nhanh chóng trong cҧ OƭQKYӵc hӑc thuұt và nghiên cӭu công nghiӋp. NhiӅu trӣ ngҥi có thӇ ÿѭӧc khҳc phөc bҵng cách áp dөQJ FiF SKѭѫQJ SKiS Fy KӋ thӕng và áp dөng các khái niӋm tӵ ÿӝng hóa vào mӝWOƭQKYӵFQKѭYұy [1], [2]. Lӵa chӑn chân vӏt phù hӧp vӟi thân tàu Yj Pi\ FKtQK ÿyQJ YDL WUz Uҩt quan trӑng trong công tác thiӃt kӃ ÿһc biӋt là trong quá trình thiӃt kӃ VѫEӝ. ThiӃt kӃ chân vӏt có thӇ tiӃp cұn bҵng lý thuyӃt lӵc nâng cánh (lifting-line), lý thuyӃt phҫn tӱ cánh (blades element theories) vӟi sӵ hӛ trӧ cӫa máy tính. Tuy nhiên, các mүu chân vӏt thӵc nghiӋm vүQÿѭӧc sӱ dөng rӝng rãi trong thiӃt kӃ tàu. Trong các mүu chân vӏt thӵc nghiӋPÿѭӧc công bӕ QKѭ*DZQ1HZWRQ-Rader, KCA, AU thì chân vӏt nhóm B-:DJHQLQJHQÿѭӧc lӵa chӑn phә biӃn nhҩt cho tàu vұn tҧi hoҥWÿӝng ӣ dãy vұn tӕc thҩp [1]. 1.2 Tình hình nghiên cӭXQJRjLQѭӟc Vұn tҧi bҵng hàng hóa bҵng ÿѭӡng thӫy chiӃm khoҧng 80% ngành vұn tҧi hàng hóa toàn cҫu nӃu tính vӅ mһt thӇ tích vұn chuyӇn, chiӃm khoҧng 70% nӃu xét vӅ mһt giá trӏ vұn chuyӇn, phҫn lӟn hàng hóa trên thӃ giӟL ÿѭӧc giҧi quyӃt thông qua tàu thuyӅn và các cҧng biӇn trên thӃ giӟi. Mһc khác ngành công nghiӋp vұn tҧi bҵQJÿѭӡng thӫy chiӃm khoҧng 2.2% tәQJOѭӧng khí thҧi trên toàn cҫXYjÿѭӧc dӵ báo sӁ WăQJW\WKXӝc vào nӅn kinh tӃ toàn cҫu [3]. Trong nhӳQJQăPJҫQÿk\Yҩn ÿӅ vӅ ô nhiӉm khí thҧi ngày càng trӣ QrQ QyQJ KѫQ ÿLӅX ÿy WKӇ hiӋn qua các quy ÿӏnh ngày càng chһt chӁ KѫQ Fӫa IMO (International Marine Organization) vӅ khí thҧi cӫa tàu. VҩQÿӅ vӅ nguӗn cung cҩp nhiên liӋu, viӋc sӱ dөng nhiên liӋu và sӵ suy thoái cӫa ngành công nghiӋp tàu thӫy trên thӃ giӟL FNJQJ ÿyQJ YDL WUz TXDQ WUӑng TӘNG QU$1Ĉӄ TÀI 2 WURQJWK~Fÿҭy sӵ phát triӇn cӫa ngành công nghiӋp này ӣ các mҧng khác nhau trong ÿyÿһc biӋt là mҧng thiӃt kӃ máy tàu và thiӃt bӏ ÿҭ\GRÿky là hai mҧng quyӃWÿӏnh ÿӃn chi phí sӱ dөng và vұn hành cӫa tàu. VӅ mҧQJ ÿӝQJ Fѫ WjX WKӫy. Trong nhӳQJ QăP JҫQ ÿk\ YLӋc nghiên cӭu và thiӃt kӃ các loҥLÿӝQJFѫWjXWKӫy sӱ dөng các loҥi nhiên liӋXQKѭ/1*Yj/3*Vӱ dөng hӛn hӧp hai loҥi nhiên liӋu này hoһc sӱ dөng nhiên liӋu sҥch tҥi bӃn cҧng và sӱ dөng dҫu nһng trong hành trình trên biӇn ngày càng trӣ WKjQK[XKѭӟng phә biӃn. Ngoài ra viӋc quҧn lý sӱ dөng, tӕLѭXKӋ thӕng cҩp nhiên liӋu [4] FNJQJQKѭFic thiӃt bӏ OLrQTXDQÿӃQQyFNJQJÿѭӧc thӵc hiӋn vӟi mөFWLrXÿiSӭng các tiêu chuҭn vӅ khí thҧi và cҧi thiӋn viӋc tiêu thө nhiên liӋu trong quá trình vұn hành tàu. Trong mҧng thiӃt bӏ ÿҭy cho tàu thӫy. Các dòng tàu cao tӕc, tàu quân sӵ WKѭӡng dùng các hӋ thӕQJÿҭy dҥng phөWQѭӟFĈӕi vӟi phҫn lӟn các dòng tàu còn lҥi thì thiӃt bӏ ÿҭy phә biӃn vүn là chân vӏt. ViӋc nghiên cӭu các mүu chân vӏt mӟi, cҧi thiӋn hiӋu suҩt thiӃt bӏ ÿҭ\ÿmTXDVӱ dөng [5], nâng cao hiӋu suҩt cӫa thiӃt bӏ ÿҭy cӫa chân vӏt bҵng các thiӃt bӏ ÿLNqPFKkQ vӏWQKѭWXUERULQJ[6] tàu thӫ\ÿѭӧc thӵc hiӋn ngày càng nhiӅu nhҵm mөc tiêu cҧi thiӋn giá trӏ sӱ dөng cӫa tàu. Các công ty lӟn trên thӏ WUѭӡng thӃ giӟLQJj\QD\WKѭӡng cung cҩSÿӗng bӝ cҧ máy chính và chân vӏWQKѭ0$1:DUWVLOa hoһc có nhӳng công ty chuyên vӅ mҧng thiӃt kӃ chân vӏt. Trên thӃ giӟi hiӋQQD\FiFSKѭѫQJSKiS PӟLÿѭӧc sӱ dөng ngày càng nhiӅu trong thiӃt kӃ thiӃt bӏ ÿҭ\FKRWjXÿӕi vӟi viӋc thiӃt kӃ thiӃt bӏ ÿҭy hiӋn nay có các SKѭѫQJSKiSPӟLQKѭVӱ dөng CFDSKѭѫQg pháp này là mӝt nhánh cӫDFѫKӑFOѭX chҩt, sӱ dөng giҧi tích sӕ và các giҧi thuұWÿӇ giҧi quyӃt và phân tích các vҩQÿӅ liên quan ÿӃn dòng chҧy qua chân vӏt. PKѭѫQJWKӭ KDLOjÿRYұn tӕc chҩWÿLӇm (Particle image velocimetry) pháp này sӱ dөng các máy ҧnh (camera) và máy phát quang LOOXPLQDWRUÿӇ chөp lҥi hình ҧnh cӫa chҩWÿLӇm trong dòng chҧy qua chân vӏt. TӘ1*48$1Ĉӄ TÀI 3 Hình 1.1 - Thi͇t b͓ turboring h͟ trͫ chân v͓t Hình 1.2 – 3K˱˯QJSKiS3,9 Hình 1.3 – 7tQKWRiQ&)'FKRFKkQY͓W TӘ1*48$1Ĉӄ TÀI 4 ThiӃt kӃ chân vӏt là bài toán tӕLѭXKyDÿDPөc tiêu. Trong ba thұp kӹ trӣ lҥi ÿk\ÿmFyUҩt nhiӅu cách tiӃp cұn vӅ mһt tính toán tӕLѭXKyDFKkQYӏt, Mishima [7] tӕLѭXKyDKuQKKӑc cánh chân vӏt vӟi ÿLӅu kiӋn ràng buӝFOj ÿLӅu kiӋn sӫi bӑt và moment xoҳn. Griffin [8] phát triӇn giҧi thuұt tӕL ѭX KyD SKL WX\Ӄn tính, sӱ dөng ÿLӅu kiӋn ràng buӝc vӅ sӫi bӑt cánh chân vӏt. Benini [9] tӕLѭXKyDFic thông sӕ hình hӑc cánh chân vӏt sӱ dөQJFiFÿLӅu kiӋn ràng buӝc vӅ sӫi bӑt, moment xoҳn, lӵFÿҭy cӫa chân vӏt. Han, Bark, Larsson, và Regnstrom [10] sӱ dөng giҧi thuұt tӕLѭXKyD OHRÿӗi (Hill Climbing) , hàm mөc tiêu là sӵ kӃt hӧp giӳa hiӋu suҩt chân vӏt và sӵ biӃQÿәLWUѭӡng áp suҩt. Bertetta [11] sӱ dөng SKѭѫQJSKiS tӕLѭXKyDÿDPөc tiêu, mөc tiêu cӫa bài toán giҧm sӫi bӑt cánh chân vӏWÿӗng thӡi giҧm tiӃng ӗn phát ra tӯ hoҥW ÿӝng cӫa chân vӏt, bài toán tӕL ѭX ÿѭӧc thӵc hiӋn cho chân vӏt biӃQ Eѭӟc. Berger [12] ÿӅ xuҩt sӱ dөQJKDLJLDLÿRҥn tӕLѭXhóa chân vӏWJLDLÿRҥQÿҫu tiên dӵa vào giҧi thuұt tiӃQKyDÿӇ ÿѭDUDFiFFKkQYӏt phù hӧSVDXÿy[HP[pWPӕi liên hӋ giӳa chân vӏt vӟi thân tàu ӣ JLDLÿRҥn thӭ hai. Zhu [13] sӱ dөQJSKѭѫQJSKiSP{ phӓng sӕ ÿӇ xem xét mӕi quan hӋ giӳa góc nghiêng cánh chân vӏt và sӵ xâm thӵc cánh chân vӏt. 1.3 Tình hình nghiên cӭXWURQJQѭӟc Ngành vұn tҧLÿѭӡng thӫy nӝLÿӏa ViӋt Nam có ÿѭӡng bӡ biӇn dài 3.260 km, mҥQJOѭӟi sông ngòi dày ÿһc, cho phép vұn chuyӇQÿӃn hàng ngàn cҧng nhӓ và bӃn thӫy nӝLÿӏa. Theo tәng cөc thӕQJNrQăPYұn tҧLKjQJKyDÿҥt xҩp xӍ 1.527 triӋu tҩQ WURQJ ÿy Yұn tҧL ÿѭӡQJ V{QJ ÿҥt 250,3 triӋu tҩn. NӃu so vӟL FiF SKѭѫQJ thӭc vұn tҧi khác, vұn tҧi thӫy nӝLÿӏa có nhiӅu lӧLÿLӇPKѫQÿһc biӋt chi phí chӍ bҵng ¼ vân tҧLÿѭӡng bӝ, bҵng ½ so vӟi vұn tҧLÿѭӡng sҳt. Vӟi viӋFGXQJWtFKÿӝi tàu vұn tҧi QJj\FjQJWăQJFNJQJQKѭ\Ӄu tӕ cҥnh tranh, các yêu cҫu vӅ giá trӏ ÿҫXWѭEDQÿҫu, yêu cҫu vӅ F{QJQăQJ FNJQJQKѭFKLSKtYұn hành tàu QJj\ FjQJ WăQJ FDR 'R FiF \rX cҫX ÿѭӧc nêu trên nên áp lӵF ÿӕi vӟi QJѭӡi thiӃt kӃ ngày càng lӟQĈӕi vӟi chi phí vұn hành tàu thì chi phí vӅ nhiên liӋu TӘ1*48$1Ĉӄ TÀI 5 là lӟn nhҩWGRÿyQKXFҫu vӅ viӋc lӵa chӑn máy chính và thiӃt kӃ thiӃt bӏ ÿҭy ngày càng có nhӳQJÿzLKӓi khҳFNKHKѫQ Ĉӕi vӟLFiFÿѫQYӏ có ÿLӅu kiӋQÿҫXWѭEDQÿҫu cho tàu tӕWQKѭOjFiFÿѫQYӏ vұn chuyӇn hành khách, vҩQ ÿӅ lӵa chӑn máy chính và thiӃt kӃ thiӃt bӏ ÿҭ\ FNJQJ QKѭEiQKOiLFyWKӇ ÿѭӧc chӑn lӵa và nhұp vӅ cҧ cөm tӯ FiFÿѫQYӏ Qѭӟc ngoài. Tuy QKLrQÿLӅu này là không khҧ thi vӟi phҫn lӟQFiFÿѫQYӏ WURQJQѭӟc. HiӋQQD\WURQJQѭӟc có ba cách tiӃp cұQÿӇ nâng cao hiӋu suҩt chân vӏt: tӯ lý thuyӃt hình hӑc cánh chân vӏt, tӯ FiFÿӗ thӏ thӵc nghiӋm và tӯ mô phӓng sӕ+ѭӟng tiӃp cұn tӯ lý thuyӃt hình hӑc cӫa cánh chân vӏt chӍ có thӇ thӵc hiӋn vӟi nhӳng mүu chân vӏt có hình hӑFÿѫQJLҧQYjWKѭӡng chӍ dùng trong m{LWUѭӡng hӑc thuұt trong khi cách tiӃp cұn theo mô phӓng sӕ hiӋQQD\FKѭDSKә biӃn trong thӵc tӃ chӃ tҥo sҧn xuҩWWURQJQѭӟc, Kѭӟng tiӃp cұn tӯ các mүu chân vӏWÿѭӧc thӱ mô hình vүn giá trӏ ULrQJYjÿѭӧc sӱ dөng rӝng rãi trong thiӃt kӃ chân vӏWWURQJQѭӟc. Ĉӕi vӟi các tàu vұn tҧi cӥ nhӓ, truyӅn thӕQJÿѭӧc làm bҵng gӛ chӫ yӃu hoҥt ÿӝng trong các tuyӃn sông ngòi, kênh rҥch trên cҧ QѭӟFÿһc biӋt là ӣ khu vӵc Tây Nam Bӝ, máy chính cӫDWjXWKѭӡQJOjFiFÿҫu máy xe trên bӝ ÿmTXDVӱ dөng, các máy chính cӫDWjXÿã qua sӱ dөng ӣ Qѭӟc ngoài nhұp vӅ, phҫn lӟn chân vӏWÿѭӧc sӱ dөng là loҥi chân vӏWÿѭӧFÿ~FWKHRNLQKQJKLӋm cӫDFiF[ѭӣQJÿyQJWjX Hình 1.4 – &KkQY͓Wÿ˱ͫFV̫Q[X̭WWURQJQ˱ͣF TӘ1*48$1Ĉӄ TÀI 6 Ĉӕi vӟi các loҥi tàu ÿѭӧc ÿyQJPӟi hiӋn nayÿһc biӋt là các loҥi tàu vұn tҧi, ÿӝQJFѫGLHVHOWKѭӡng là các loҥLPi\FNJÿѭӧc nhұp vӅ tӯ thӏ WUѭӡng Nhұt Bҧn hoһc Trung Quӕc, Hoa KǤÿ{LNKLOjÿӝQJFѫGLHVHOODLFӫDPi\SKiWÿLӋQÿѭӧc hoán cҧi ÿӇ có thӇ lҳp xuӕQJWjX'RÿyYLӋc sӱ dөng các thiӃt kӃ chân vӏt loҥi mӟi hoһc chân vӏWÿѭӧc tính toán mô phӓng mӝWFiFKÿҫ\ÿӫ là không khҧ thi vӟi phҫn lӟn chӫ tàu cӫa các tàu chӣ hàng chҥy tuyӃn nӝLÿӏa. ĈӇ có thӇ thuyӃt phөFÿѭӧc chӫ tàu thì thӡi gian tӯ lúc thiӃt kӃ ÿӃn lúc chân vӏWÿѭӧc hoàn thành, lҳSÿһt là yӃu tӕ rҩt quan trӑng bӣi vì không giӕQJQKѭFiFORҥi sҧn phҭm công nghiӋSNKiFÿѭӧc sҧn xuҩWÿҥi trà chân vӏt cho mӛi tàu thì là riêng biӋt. Mөc tiêu cӫa luұn án này là xây dӵng mӝWFKѭѫQJWUuQKcó thӇ ÿӅ xuҩt chân vӏt trong thiӃt kӃ tàu, cҧi thiӋn sӵ linh hoҥt trong quá trình lӵa chӑn chân vӏt. Mүu chân vӏW ÿѭӧc lӵa chӑQ ÿӇ xây dӵng FKѭѫQJ WUuQK WtQK là chân vӏt nhóm B-Wagenigen, ÿk\OjQKyPFKkQYӏWÿѭӧc sӱ dөng nhiӅu nhҩt cho các mүXWjXWURQJQѭӟc hiӋn nay. 7URQJ Qѭӟc hiӋn nay ciF ÿӅ tài nghiên cӭu vӅ chân vӏW ÿѭӧc công bӕ có sӕ Oѭӧng không nhiӅu. ViӋc thӱ nghiӋm và chӃ tҥo chӫ yӃXÿѭӧc tiӃn hành riêng lҿ tҥi FiFWUѭӡQJÿҥi hӑF[ѭӣng chӃ tҥo chân vӏt hoһc ӣ FiFQKjPi\ÿyQJWjX TӘ1*48$1Ĉӄ TÀI 7 &+ѬѪ1* LÝ THUYӂT THIӂT Kӂ CHÂN VӎT 2.1 &ѫVӣ lý thuyӃt Lý thuyӃt chân vӏt tàu thӫy có thӇ chia làm các nhóm: lý thuyӃt bҧRWRjQÿӝng Oѭӧng, lý thuyӃt phҫn tӱ cánh, lý thuyӃWÿѭӡng xoáy, lý thuyӃt mһt xoáy. 2.1.1 Lý thuyӃt bҧRWRjQÿӝQJOѭӧng Nguyên lý làm viӋc chân vӏt dӵa trên lý thuyӃt bҧR WRjQ ÿӝQJ Oѭӧng do Rankine ÿӅ xuҩt (1865) Rankine vӟi giҧ thuyӃt vӅ OѭXFKҩWOêWѭӣng, không có sӵ tәn thҩWQăQJOѭӧng. ThiӃt bӏ ÿҭ\OêWѭӣng giҧ thuyӃWOjÿƭDWKӫy lӵFÿһt vuông góc vӟLKѭӟng dòng chҧy. Hình 2.1 – 7KL͇WE͓ÿ̱\OêW˱ͧQJ 3KѭѫQJWUuQK%HUQRXOOLFKRÿӑan dòng chҧy tӯ vӏ WUt[DWUѭӟFÿƭDÿӃn mһt sát WUѭӟFÿƭD ߩ. ܸଵଶ ߩ. ܸଵଶ ‫݌‬ଵ + = ‫݌‬ଶ + 2 2 (2.1) ߩ. ܸଷଶ ߩ ‫݌‬ଷ + = ‫݌‬ସ + . (ܸଷ + ‫ݓ‬௔ )ଶ 2 2 (2.2) 3KѭѫQJWUuQK%HUQRXOOLFKRÿӑan dòng chҧy tӯ vӏ trí sau mһWÿƭDUDÿӃn phía xa mһt công tác: LÝ THUYӂT THIӂT Kӂ CHÂN VӎT