Đánh giá ảnh hưởng của góc vát đáy đến chất lượng thủy động của tàu lướt

LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC
Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 1(60).2018 25
 ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA GÓC VÁT ĐÁY 
ĐẾN CHẤT LƯỢNG THỦY ĐỘNG CỦA TÀU LƯỚT 
ASSESSMENT THE IMPACT OF THE HEEL ANGLE 
ON THE QUALITY OF HIGH-SPEED BOAT 
Đỗ Quân Tùng, Lưu Quang Hưng, Dương Thị Hà
Email: drtunghd@gmail.com 
Trường Đại học Sao Đỏ
Ngày nhận bài: 25/12/2017 
Ngày nhận bài sửa sau phản biện: 23/3/2018 
Ngày chấp nhận đăng: 28/3/2018
Tóm tắt
Chất lượng thủy động ảnh hưởng lớn đến các yếu tố tính năng của tàu lướt, trong đó có yếu tố tốc độ 
của tàu; Do đó, việc nâng cao chất lượng thủy động của tàu lướt có ý nghĩa vô cùng quan trọng, nhằm 
nâng cao tính năng và tốc độ tàu, đáp ứng yêu cầu tuần tra ven biển và đảm bảo an toàn hàng hải. 
Trong bài báo này, tác giả sử dụng phần mềm Maxsulf để xác định phương án tính toán lực cản phù 
hợp và khai thác hiệu quả công suất máy tính đến ảnh hưởng của góc vát đáy của tàu theo phương 
pháp Savitsky nhằm cải thiện chất lượng thủy động của tàu. Qua đó ứng dụng tính nghiệm cho tàu lướt 
tuần tra ven biển PR13. 
Từ khóa: Tàu lướt; Maxsulf; động lực học tàu thủy; PR13; phương pháp Savitsky.
Abstract
Hydrodynamic quality greatly affects the speed of the high-speed craft; therefore, improving the quality of 
its hydrodynamic plays an important role to improve the speed boat to meet the requirements of coastal 
patrol. In this paper, the authors use the Maxsulf software to calculate engine output of vessels based 
on Savitsky method that give the suitable parameters of resistance force and operate into effective 
output to improve the quality of hydrodynamics for high-speed craft. The result is used for calculating 
the coastal patrol PR13.
Keywords: Patrol; Maxsulf; hydrodynamics; PR13; Savitsky method.
1. GIỚI THIỆU CHUNG
Trong chiến lược phát triển kinh tế biển hiện nay, 
song song với việc đầu tư xây dựng các đội tàu 
hùng mạnh đáp ứng nhu cầu vận chuyển hàng 
hóa, chúng ta đã và đang chú trọng phát triển đội 
tàu tuần tra cỡ nhỏ và vừa để tuần tra kiểm soát 
quá trình vận chuyển hàng hóa, đồng thời góp 
phần đảm bảo an toàn hàng hải. 
Thiết kế tàu lướt thường rất phức tạp vì ta phải 
phân tích, tính toán nhiều yếu tố phức tạp về tính 
năng hàng hải của tàu như tính ổn định, tốc độ tàu, 
tính quay trở, lắc [1] Tàu lướt thuộc nhóm tàu 
làm việc theo nguyên lý thủy động lực học, do đó 
về mặt phương pháp, các công trình nghiên cứu ở 
lĩnh vực này chủ yếu dựa trên cơ sở của lý thuyết 
chung về thiết kế tàu, kết hợp với lý thuyết thủy 
động lực học và kết quả thử mô hình tàu trong 
bể thử để tính toán, thiết kế được những mẫu tàu 
tối ưu. Tuy nhiên, việc thiết kế tàu mẫu, thử mô 
hình trong bể thử cũng là vấn đề không đơn giản 
do điều kiện khó khăn về bể thử. Vì vậy, việc ứng 
dụng phần mềm chuyên dụng vào tính toán, thiết 
kế những mẫu tàu này đã phần nào khắc phục 
được những khó khăn trên. 
Trong bài báo, tác giả đã sử dụng phần mềm 
Maxsurf vào tính toán lực cản của một con tàu 
cụ thể là tàu PR13, một dạng tàu lướt, được thi 
công đóng mới tại Công ty Đóng tàu 189 với mục 
đích sử dụng cho công tác tuần tra ven biển, đảm 
bảo an ninh, dùng cho cảnh sát biển Singapore. 
Tác giả đã thay đổi các góc nghiêng hông β, khi 
thay đổi góc nghiêng hông β ta sẽ nhận thấy các 
giá trị lực cản cũng thay đổi. Qua đó lựa chọn góc 
nghiêng hông phù hợp nhất, là cơ sở cho việc thiết kế 
tàu lướt cỡ nhỏ phục vụ công tác tuần tra ven biển. 
26
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 1(60).2018
2. ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA GÓC VÁT ĐÁY 
ĐẾN CHẤT LƯỢNG THỦY ĐỘNG CỦA TÀU LƯỚT
Lực cản toàn phần được xác định theo biểu thức 
sau [2]:
R = RT + RΔ (1)
trong đó: RT: lực cản ma sát; RΔ: lực cản động lực
Để tính toán lực cản tàu lướt cỡ nhỏ ta giả thiết 
như sau:
Các số liệu cho trước gồm:
- Chiều rộng trung bình của tàu lướt:
(2)
- Độ vát trung bình của đáy:
(3)
trong đó: 
: chiều rộng tàu đo trên mặt phẳng cơ bản;
: chiều rộng tàu đo theo hình lăng trụ.
Khoảng cách của trọng tâm đến vách mút đuôi xG.
Giả thiết các giá trị của tốc độ v1, v2, v3.
Trước tiên cần tính số Froude theo chiều rộng FrB 
ứng với mỗi giá trị của tốc độ theo công thức: 
 (4)
Sau khi tính hệ số tải trọng theo công thức: 
22
2
1
.
Bv
gCD
ρ
∆
= và 
α
α
D
D
C
C
= (5)
Các giá trị ; vừa tính được chưa kể đến độ vát 
đáy nên phải tính điều chỉnh. Áp dụng công thức 
của I.P. Liubômirôv: 
 (6)
 (7)
trong đó:
 và : độ dang tương đối và góc tấn đối với đáy vát.
Sau đó xác định RΔ = g·Δ·tg , chiều dài ngâm 
nước l = B và diện tích mặt ướt S = B2.
Tính hệ số Reynol theo công thức:
υ/.lvRe = υ/.lvRe = • (8)
Hệ số ma sát theo công thức: 
 (9)
Vậy lực ma sát được tính theo công thức như sau:
 (10)
Hình 1. Sơ đồ lực tác dụng lên tàu khi lướt
Lực cản toàn phần được tính theo công thức:
R = RT + RΔ (11)
Vậy:
 (12)
Ta thấy rằng góc nghiêng hông β có ảnh hưởng 
quyết định đến lực cản toàn phần R, hay nói cách 
khác là có ảnh hưởng quyết định đến việc cải 
thiện chất lượng thủy động của tàu lướt.
3. TÍNH TOÁN LỰC CẢN TÀU LƯỚT THEO 
PHƯƠNG ÁN THAY ĐỔI GÓC NGHIÊNG HÔNG β
3.1. Phần mềm Maxsurf
Maxsurf là một trong những phần mềm chuyên 
dụng dùng trong thiết kế tàu cao tốc tại các nhà 
máy đóng tàu trong và ngoài nước. Để áp dụng 
được phần mềm Maxsurf vào tính toán lực cản 
tàu lướt theo các góc nghiêng hông β, tác giả sử 
dụng hai module chính đó là module Maxsurf Pro 
và module Hullspeed.
Sử dụng module Maxsurf Pro với thao tác chính 
đó là dựa vào bản vẽ tuyến hình, bố trí chung đi 
xây dựng bề mặt vỏ bao thân tàu nhờ tọa độ các 
điểm kiểm soát (control point và Marker) được lấy 
từ bản vẽ tuyến hình tàu.
Sử dụng module Hullspeed với thao tác chính 
đó là dựa vào vỏ bao thân tàu được dùng trong 
module Maxsurf Pro, rồi gán lượng chiếm nước, 
chiều chìm, các giá trị vận tốc của tàu và xuất ra 
các giá trị về lực cản, công suất đẩy của tàu theo 
phương pháp Savitsky planing.
LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC
Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 1(60).2018 27
3.2. Các phương án thay đổi góc nghiêng hông
Bảng 1. Bảng các phương án thay đổi các giá trị 
góc nghiêng hông
Phương án Các giá trị góc nghiêng hông (độ)
1 17
2 15
3 20
4 25
So sánh kết quả tính bởi phần mềm Maxsurf 
và kết quả cung cấp bởi nhà thiết kế tàu PR13 
như sau:
Hình 2. Đồ thị so sánh công suất khi tính 
bằng phần mềm Maxsurf và kết quả tính toán 
được cung cấp bởi nhà thiết kế
Phương án 1: Kết quả tính toán với góc nghiêng 
hông 17o như sau:
Bảng 2. Lực cản và công suất của tàu ứng với 
các giá trị khác nhau của vận tốc tại góc nghiêng 
hông 170o
TT Speed
Savitsky planing Power 
(hp)
1 25 --
2 25,62 613,31
3 26,25 624,12
4 26,87 637,58
5 27,5 649,51
6 28,12 667,42
7 28,75 680,86
8 29,37 692,61
9 30 706,01
10 30,62 720,23
11 31,25 735,08
12 31,87 747,24
13 32,5 761,23
14 33,12 776,19
15 33,75 792,67
16 34,37 809,72
17 35 822,02
18 35,62 835,27
19 36,25 851,74
20 36,87 868,42
21 37,5 891,54
TT Speed
Savitsky planing Power 
(hp)
22 38,12 914,35
23 38,75 932,86
24 39,37 953,32
25 40 977,01
26 40,62 995,56
27 41,25 1014,34
28 41,87 1038,32
29 42,5 1059,42
30 43,12 1082,93
31 43,75 1104,59
32 44,37 1128,48
33 45 1154,03
34 45,62 1166,32
35 46,25 1184,94
36 46,87 1203,72
37 47,5 1221,14
38 48,12 1239,92
39 48,75 1258,51
40 49,37 1277,76
41 50 1299,67
Phương án 2: Kết quả tính toán với góc nghiêng 
hông 15o như sau:
Bảng 3. Lực cản và công suất kéo của tàu ứng với 
các gí trị khác nhau của vận tốc tại góc nghiêng 
hông 15o.
TT Speed Savitsky planing Power (hp)
1 25 --
2 25,62 587,37
3 26,25 597,16
4 26,87 603,24
5 27,5 652,31
6 28,12 663,48
7 28,75 673,47
8 29,37 698,13
9 30 707,15
10 30,62 732,27
11 31,25 748,99
12 31,87 690,36
13 32,5 710,39
14 33,12 731,10
15 33,75 752,53
16 34,37 774,68
17 35 818,07
18 35,62 821,27
19 36,25 845,74
20 36,87 871,02
21 37,5 897,12
22 38,12 902,18
23 38,75 921,86
24 39,37 945,38
28
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 1(60).2018
TT Speed Savitsky planing Power (hp)
25 40 961,98
26 40,62 983,69
27 41,25 1021,98
28 41,87 1022,31
29 42,5 1047,59
30 43,12 1071,82
31 43,75 1084,04
32 44,37 1108,24
33 45 1140,62
34 45,62 1148,67
35 46,25 1157,92
36 46,87 1168,22
37 47,5 1159,57
38 48,12 1163,99
39 48,75 1187,49
40 49,37 1230,09
41 50 1257,63
Phương án 3: Kết quả tính toán với góc nghiêng 
hông 20o như sau:
Bảng 4. Lực cản và công suất kéo của tàu ứng với 
các gí trị khác nhau của vận tốc tại góc nghiêng 
hông 20o.
TT Speed Savitsky planing Power (hp)
1 25 --
2 25,62 614,56
3 26,25 627,96
4 26,87 641,42
5 27,5 653,72
6 28,12 667,25
7 28,75 684,45
8 29,37 697,97
9 30 712,03
10 30,62 724,94
11 31,25 738,16
12 31,87 749,68
13 32,5 763,78
14 33,12 778,94
15 33,75 794,46
16 34,37 812,83
17 35 829,97
18 35,62 846,39
19 36,25 865,71
20 36,87 884,75
21 37,5 904,78
22 38,12 926,32
23 38,75 946,82
24 39,37 967,83
25 40 987,02
26 40,62 1008,46
27 41,25 1029,63
28 41,87 1051,89
TT Speed Savitsky planing Power (hp)
29 42,5 1072,37
30 43,12 1094,55
31 43,75 1116,42
32 44,37 1138,68
33 45 1179,96
34 45,62 1191,46
35 46,25 1213,78
36 46,87 1224,28
37 47,5 1238,81
8 48,12 1258,89
39 48,75 1279,93
40 49,37 1302,48
41 50 1324,62
Phương án 4: Kết quả tính toán với góc nghiêng 
hông 25o như sau:
Bảng 5. Lực cản và công suất kéo của tàu ứng với 
các gí trị khác nhau của vận tốc tại góc nghiêng 
hông 25o.
TT Speed Savitsky planing Power (hp)
1 25 --
2 25,62 651,35
3 26,25 662,42
4 26,87 673,63
5 27,5 685,47
6 28,12 697,13
7 28,75 712,92
8 29,37 725,56
9 30 739,76
10 30,62 753,44
11 31,25 764,83
12 31,87 780,28
13 32,5 793,18
14 33,12 810,31
15 33,75 825,36
16 34,37 841,93
17 35 858,04
18 36,25 865,71
35,62 77,19 884,75
19 36,25 891,94
20 36,87 910,74
21 37,5 928,34
22 38,12 948,96
23 38,75 968,38
24 39,37 989,36
25 40 1010,92
26 40,62 1036,32
27 41,25 1059,03
28 41,87 1082,84
29 42,5 1112,06
30 43,12 1136,16
31 43,75 1165,83
32 44,37 1193,27
LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC
Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 1(60).2018 29
TT Speed Savitsky planing Power (hp)
33 45 1221,76
34 45,62 1248,53
35 46,25 1275,34
36 46,87 1301,44
37 47,5 1328,38
38 48,12 1351,94
39 48,75 1376,51
40 49,37 1402,47
41 50 1426,52
Từ các kết quả tính lực cản, công suất kéo của tàu 
tại các giá trị khác nhau của góc nghiêng hông β 
ứng với các giá trị khác nhau của vận tốc và đồ thị 
công suất kéo của tàu PR13 theo kết quả tính toán 
thiết kế ta xây dựng được đồ thị so sánh công 
suất kéo của tàu PR13 tại các giá trị khác nhau 
của góc nghiêng hông β tương ứng với các giá trị 
vận tốc (hình 3).
Hình 3. Đồ thị so sánh công suất kéo của tàu 
PR13 tại các giá trị khác nhau của góc nghiêng 
hông β tương ứng với các giá trị vận tốc
Từ đồ thị hình 3 và các kết quả tính toán trên có 
nhận xét như sau: Đồ thị chia ra làm hai miền để 
đánh giá so sánh:
- Khi tốc độ tàu dưới 36 knots: Sự thay đổi góc 
nghiêng hông β có ảnh hưởng không nhiều đến 
công suất kéo của tàu tức là chất lượng thủy động 
của tàu có được cải thiện nhưng không đáng kể. Ở 
miền này công suất kéo của tàu cũng xấp xỉ bằng 
nhau tại các giá trị khác nhau của góc nghiêng 
hông β, cụ thể là: Tại tốc độ 34 knots, khi β = 15o thì 
P = 794 (hp), khi khi β = 17o thì P = 794,5 (hp), 
khi β = 20o thì P = 801 (hp), khi β = 25o thì 
P = 832,42 (hp). Điều đó khẳng định khi β = 15o thì 
chất lượng thủy động là tốt hơn.
- Khi tốc độ tàu trên 36 knots: Sự thay đổi góc 
nghiêng hông β có ảnh hưởng rõ nét hơn, khi tốc 
độ càng cao nếu thay đổi góc β thì công suất kéo 
có thay đổi rõ rệt, cụ thể là: Tại tốc độ 45 knots, 
khi β = 15o thì P = 1140,62 (hp), khi khi β = 17o thì 
P = 1154,03 (hp), khi β = 20o thì P = 1179,62 (hp), 
khi β = 25o thì P = 1221,76 (hp). Do đó, chất lượng 
thủy động của tàu có sự thay đổi và càng giảm khi 
góc β càng tăng.
Vậy đối với tàu PR13 kết luận rằng góc nghiêng 
hông β từ 15o đến 17o là hợp lý nhất vì chất lượng 
thủy động được cải thiện tốt nhất. Tuy nhiên, khi 
giảm hoặc tăng góc β thì đều ảnh hưởng đến tính 
năng hàng hải của tàu [1]. Như vậy, khi thiết kế tàu 
lướt tùy theo điều kiện hoạt động và tính năng của 
tàu ta cần chọn góc nghiêng hông β hợp lý để tàu 
vừa có chất lượng thủy động tốt, vừa có tính năng 
hàng hải tốt hơn
4. KẾT LUẬN
- Bài báo đã phân tích và đánh giá ảnh hưởng của 
góc nghiêng hông đến chất lượng thủy động của 
tàu lướt. 
- Bằng bốn phương án thay đổi các giá trị góc 
nghiêng hông, bài báo đã phân tích ảnh hưởng 
của góc nghiêng β đến chất lượng thủy động của 
tàu PR13.
- Đối với tàu PR13 với góc nghiêng hông β từ 15o 
đến 17o thì chất lượng thủy động của tàu được cải 
thiện tốt nhất.
- Sử dụng phần mềm Maxsulf làm cơ sở trong 
thiết kế hình dáng tàu lướt cỡ nhỏ phục vụ công 
tác tuần tra ven biển.
- Lựa chọn đường hình dáng của tàu PR13 và 
áp dụng phần mềm Maxsurf vào tính toán công 
suất của tàu tại các giá trị góc nghiêng hông β 
khác nhau, từ đó đánh giá mức độ cải thiện chất 
lượng thủy động của tàu PR13 khi ở các giá trị β 
khác nhau.
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. Trần Công Nghị (2005). Thiết kế tàu cỡ nhỏ chạy 
nhanh. NXB Đại học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh.
[2]. Trương Sỹ Cáp (2005). Thiết kế tàu cao tốc. Phần 
I - Tàu lướt.
[3]. Nguyễn Tiến Lai (2006). Động lực học tàu thủy. 
Trường Đại học Hàng hải Việt Nam.
[4]. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về phân cấp và đóng 
tàu thủy cao tốc (2013). NXB Bộ Giao thông Vận 
tải, Hà Nội.
[5]. B.R Clayton and R.E.D Bishop (1981). Mechanics 
of marine vehiles. University College London.