i

MỤC LỤC
Trang
MỤC LỤC i
DANH MỤC BẢNG iii
DANH MỤC HÌNH v
LỜI NÓI ĐẦU 1
CHƯƠNG 1. ĐẶT VẤN ĐỀ 3
1.1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI. 3
1.2. ĐẶC ĐIỂM TÀU CÁ CỠ NHỎ 4
1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI VÀ VẤN ĐỀ ĐẶT RA 4
1.3.1. Tình hình nghiên cứu trong nước 4
1.3.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới. 4
1.4. MỤC TIÊU, PHƯƠNG PHÁP, GIỚI HẠN VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU. 5
1.4.1. Mục tiêu của đề tài. 5
1.4.2. Phương pháp nghiên cứu. 5
1.4.3. Giới hạn đề tài. 5
1.4.4. Nội dung nghiên cứu. 5
CHUƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6
2.1. SỨC CẢN VỎ TÀU. 6
2.1.1. Khái niệm chung về sức cản. 6
2.1.2. Các thành phần sức cản. 7
2.1.2.1. Sức cản ma sát. 7
2.1.2.2. Sức cản áp suất. 10
2.1.2.3. Các thành phần sức cản phụ khác. 13
2.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH SỨC CẢN. 13
2.2.1. Phương pháp giải tích. 13
2.2.2. Phương pháp thử nghiệm mô hình. 14
2.2.3. Phương pháp thử kéo tàu thật. 14
2.2.4. Phương pháp thử tốc độ. 15

2.2.5. Phương pháp tính gần đúng. 15
2.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH GẦN ĐÚNG SỨC CẢN TÀU CÁ. 15
ii

2.3.1. Công thức Võ Văn Trác. 15
2.3.2. Công thức Oortsmesena. 28
2.3.3. Công thức Viện thiết kế Leningrad. 35
2.3.4. Công thức Kamuko 35
2.3.5. Công thức Yanmar. 43
CHƯƠNG 3. LẬP TRÌNH – PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN SỨC CẢN TÀU
ĐÁNH CÁ THEO MỘT SỐ CÔNG THỨC GẦN ĐÚNG THÔNG DỤNG. 44
3.1. LỰA CHỌN VÀ GIỚI THIỆU NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH. 44
3.2. XÂY DỰNG SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN CHO CHƯƠNG TRÌNH. 45
3.2.1. Xây dựng sơ đồ thuật toán cho các phương pháp tính 45
3.2.2. Bảng tính toán các phương pháp và sơ đồ thuật toán. 45
3.3. THIẾT KẾ GIAO DIỆN VÀ VIẾT CODE CHO CHƯƠNG TRÌNH. 55
3.3.1. Thiết kế giao diện. 55
3.3.2. Viết cod cho chương trình (Trình bày phần mục lục) 60
3.4. KIỂM TRA TÍNH CHÍNH XÁC CỦA CHƯƠNG TRÌNH. 60
3.4.1. Mẫu tàu khảo sát đã thử nghiệm để kiểm tra độ chính xác của chương
trình. 60
3.4.2. Kết quả do chương trình chạy ra và kết quả tính tay. 62
3.4.2.1. Các phương pháp tính theo công thức Võ Văn Trác. 62
3.4.2.2. Các phương pháp tính theo công thức Viện thiết kế Leningrad. 67
3.4.2.3. Công thức Kamuko. 70
3.5. PHÂN TÍCH - LỰA CHỌN ĐÁNH GIÁ CÁC CÔNG THỨC TÍNH SỨC
CẢN. 71
3.5.1. So sánh kết quả khi tính các công thức khác nhau. 71
3.5.2. Một số nhận xét về phương pháp tính sức cản tàu cá bằng các công thức
tính gần đúng. 72

CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN. 73
4.1. KẾT LUẬN. 73
4.2. ĐỀ XUẤT Ý KIẾN. 73
TÀI LIỆU THAM KHẢO 74


iii

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Ảnh hưởng của độ cong của bề mặt vỏ tàu theo tỷ số L/B. 10
Bảng 2.2. Phạm vi sử dụng công thức Võ Văn Trác 15
Bảng 2.3. Hệ số lực cản phụ. 29
Bảng 2.4. Giá trị hệ số C
i
30
Bảng 3.1. Bảng tính sức cản theo công thức của Võ Văn Trác. 45
Bảng 3.2. Tính sức cản theo công thức Ootsmersena. 48
Bảng 3.3. Bảng tính sức cản theo công thức của Viện thiết kế Leningrad. 50
Bảng 3.4. Bảng tính sức cản theo công thức Kao-Mu-Ko 52
Bảng 3.5. Bảng tính sức cản theo công thức Yanmar 54
Bảng 3.6. Các thông số của tàu dùng cho thử nghiệm. Error! Bookmark not
defined.
Bảng 3.7. Bảng kết quả thử mô hình với các công thức tính khác nhau. 60
Bảng 3.8. Tính sức cản bằng phương pháp tính tay theo công thức Võ Văn Trác đối với
tàu mẫu số 1 (Tàu 250-2). 62
Bảng 3.9. Tính sức cản bằng phương pháp tính tay theo công thức Võ Văn Trác đối với
tàu mẫu số 2 (Tàu 250-1). 63
Bảng 3.10. So sánh kết quả các phương pháp theo công thức Võ Văn Trác đối với
tàu mẫu 250-2. 66
Bảng 3.11. So sánh kết quả các phương pháp theo công thức Võ Văn Trác đối với

tàu mẫu 250-1. 66
Bảng 3.12. Tính sức cản bằng phương pháp tính tay theo công thức Viện thiết kế
Leningrad đối với tàu mẫu số 1 (Tàu 250-2). 67
Bảng 3.13. Tính sức cản bằng phương pháp tính tay theo công thức Viện Thiết kế
Leningrad đối với tàu mẫu số 2 (Tàu 250-1). 68
Bảng 3.14. So sánh kết quả các phương pháp theo công thức Viện thiết kế Leningrad đối
với tàu mẫu 250 -2. 69
Bảng 3.15. So sánh kết quả các phương pháp theo công thức Viện thiết kế Leningrad đối
với tàu màu mẫu 250 -1. 70
Bảng 3.16. Bảng so sánh các phương pháp theo công thức Kamuko đối với tàu mẫu
250-2. 70
iv

Bảng 3.17. Bảng so sánh các phương pháp theo công thức Kamuko đối với tàu mẫu
250-1. 70
Bảng 3.18. So sánh kết quả sức cản tổng hợp theo các công thức đối với tàu mẫu
250 -1. 71
Bảng 3.19. So sánh kết quả sức cản tổng hợp theo các công thức đối với tàu mẫu
250-2. 71




















v

DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1. Mô hình lực của môi trường nuớc tác dụng lên tàu đang chuyển động. 7
Hình 2.2. Ba vùng chính xung quanh bề mặt vỏ tàu. 8
Hình 2.3. Thử nghiệm kéo tấm phẳng trong dòng chất lỏng lý tuởng. 8
Hình 2.4. Thử nghiệm kéo tấm phẳng trong dòng chất lỏng thực. 9
Hình 2.5. Hiện tượng lưu tuyến của dòng chất lỏng xung quanh bề mặt vỏ tàu. 11
Hình 2.6. Sức cản hình dạng. 11
Hình 2.7. Các hệ thống sóng xung quanh tàu khi chuyển động. 12
Hình 3.1. Giao diện của chương trình phần mềm. 55
Hình 3.2. Giới thiệu phần mềm 55
Hình 3.3. Nhập dữ liệu đầu vào 56
Hình 3.4. Các phương pháp tính có trong chương trình. 56
Hình 3.5. Tính sức cản theo công thức Võ Văn Trác 57
Hình 3.6. Tra đồ thị thực nghiệm theo công thức Võ Văn Trác. 57
Hình 3.7. Tính sức cản theo công thức Oortsmersena. 58
Hình 3.8. Tính sức cản theo công thức của Viện thiết kế Leningrad. 58
Hình 3.9. Tính sức cản theo công thức Kamuko. 59
Hình 3.10. Tính sức cản theo công thức Yanmar. 59
Hình 3.12. Tính sức cản cho tàu mẫu 250-1. 65
Hình 3.13. Tính sức cản theo công thức Viện thiết kế Leningrad đối với tàu mẫu

250-2. 68
Hình 3.14: Tính sức cản theo công thức Viện thiết kế Leningrad đối với tàu mẫu
250-1. 69
Hình 4.1. Mối quan hệ giữa hệ số thể tích chiếm nước C
B
và sức cản R khi áp dụng
công thức Võ Văn Trác khi thay đổi thể tích chiếm nước . 73
1

LỜI NÓI ĐẦU
Việt Nam có vùng biển rộng trên 1 triệu km
2
, lớn gấp 3 lần diện tích đất liền,
nằm trong số 10 nước trên thế giới có chỉ số cao nhất về chiều dài bờ biển với
3.260km trên cả 3 hướng Đông, Nam và Tây Nam, trung bình khoảng 100 km
2
đất
liền có 1 km bờ biển (cao gấp 6 lần của thế giới); với trên 30 cảng biển, 114 cửa
sông, 47 vũng, vịnh và khoảng 3000 hòn đảo lớn, nhỏ, 2 quần đảo Hoàng Sa và
Trường Sa. Điều này tạo nên nguồn tài nguyên thủy hải sản phong phú, đa dạng với
trữ lượng và quy mô thuộc loại lớn, cho phép phát triển lĩnh vực kinh tế biển quan
trọng là đánh bắt thủy hải sản.
Vì vậy ngành khai thác thủy sản thì việc phát triển đội tàu khai thác là một
trong những yêu cầu hàng đầu. Hiện nay việc đóng mới tàu cá ở nước ta được tổ
chức đều khắp các địa phương có nghề cá. Các loại tàu đánh cá vỏ gỗ chủ yếu được
được đóng theo kinh nghiệm dân gian, nên hầu như không tính toán hoặc thiết kế
mà đóng theo mẫu của từng địa phương, phụ thuộc vào kinh nghiệm và sở thích của
ngư dân.
Do đó bài toán đặt ra với tàu có các thông số hình học như vậy thì tàu cần
máy có công suất bao nhiêu là phù hợp, hay nói rộng hơn là chọn tổ hợp thiết bị đẩy

là bao nhiêu thì đem lợi hiệu suất làm việc là tốt nhất. Để giải quyết được vấn đề đặt
ra đó thì ta cần giải được bài toán về sức cản của tàu, nhưng trong bài toán về sức
cản có rất nhiều vấn đề, tuy nhiên việc lựa chọn công thức nào dùng để tính toán
sức cản cho ra kết quả gần với thực tế nhất là hết sức quan trọng.
Trước tình hình đó tôi đã được nhà trường giao cho thực hiện đề tài: “Lựa
chọn các công thức tính sức cản phù hợp với tàu cá cỡ nhỏ ở Việt Nam”. Được
sự hướng dẫn tận tình của thầy PGS.TS Trần Gia Thái, thầy chủ nhiệm Ks. Trần
Đình Tứ cùng với sự động viên giúp đỡ của các thầy trong bộ môn Kỹ Thuật Tàu
Thủy thuộc Khoa Kỹ Thuật Giao Thông, tôi đã hoàn thành tất cả nội dung đề tài.
Nội dung đề tài gồm bốn phần:
Chương 1: Đặt vấn đề.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết.
Chương 3: Lập trình – phân tích, lựa chọn sức cản tàu đánh cá theo một số công thức
gần đúng thông dụng.
2

Chương 4: Thảo luận và đề xuất ý kiến.
Em xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy và các bạn đã động viên giúp đỡ
em trong quá trình thực hiện đề tài, đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS
Trần Gia Thái đã giúp đỡ em một cách tận tình trong thời gian thực hiện đề tài.
Nha Trang, ngày tháng7 năm 2013
.






3


CHƯƠNG 1. ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI.
Trong thiết kế tàu, việc tính sức cản tàu thủy có vai trò hết sức quan trọng
nhằm xác định tổ hợp thiết bị đẩy như chọn máy chính, chân vịt hay các thiết bị
động lực. Ngoài ra còn để lựa chọn được đặc điểm hình học, đường hình đảm bảo
lực cản nhỏ nhất ở tốc độ đã cho.
Trên thực tế hiện nay có nhiều phương pháp tính như phương pháp giải tích,
phương pháp thử nghiệm mô hình, phương pháp thử kéo tàu thật, phương pháp
phân tích kết quả thử tốc độ và phương pháp tính theo công thức gần đúng. Trong
điều kiện kinh tế nước ta hiện nay, việc xây dựng bể thử mô hình hay thử nghiệm
tàu thực là rất khó khăn, các công thức tính sức cản theo phương pháp giải tích vẫn
còn đang được thiết lập. Trong khi đó các công thức gần đúng hầu hết được xây
dựng từ kết quả thử mô hình hoặc từ số liệu thống kê từ các tàu nước ngoài, mặt
khác tàu đánh cá lại có sự thay đổi rất lớn về mặt hình dáng nên khi áp dụng rất khó
đánh giá mức độ chính xác của từng công thức. Vì vậy, việc xây dựng lựa chọn
công thức tính gần đúng sức cản tàu đánh cá của Việt Nam để từ đó lựa chọn được
công thức tối ưu, phù hợp với tàu đánh cá là cần thiết. Tránh cho người thiết kế phải
mất công sức vào việc tính toán để so sánh các phương án và có thể tính toán sức cản
sát hơn với thực tế nhằm giảm thiểu những tổn hao không cần thiết.
Tuy nhiên, việc xác định sức cản lại gặp phải rất nhiều khó khăn, trong đó có
bài toán là ứng với mỗi chủng loại tàu thì có những công thức và cách tính khác
nhau, cụ thể ví dụ tính toán sức cản cho tàu cá thì hiện nay sẽ sử dụng các công thức
tính như Oortsmesena, Võ Văn Trác, Doust, Kamuko, Yanmar, Taggarta, Petrov,
Viện thiết kế Leningrad. Mặt khác trong các công thức tính đó sẽ cho ra các kết quả
tính khác nhau, vì vậy yêu cầu đặt ra phải tìm làm sao được trong các công thức đó
công thức nào có kết quả gần với thức tế nhất.
Tóm lại, từ những yêu cầu và vấn đề phân tích ở phần tổng quan trên tôi đã
thực hiện đề tài lựa chọn các công thức tính sức cản phù hợp với tàu cá cỡ nhỏ ở
Việt Nam.
4


1.2 . ĐẶC ĐIỂM TÀU CÁ CỠ NHỎ
Tàu cá là những tàu bao gồm tàu đánh bắt, tàu dịch vụ thủy sản, tàu thu mua
vận chuyển và chế biến các loại hải sản và những tàu có công dụng tương tự khác.
Tàu cá cỡ nhỏ là tàu có chiều dài đường nước thiết kế từ 20m trở xuống hoặc
tàu có tỷ số kích thước chính: L/D ≤ 20; B/D ≤ 4. Được quy định trong quy phạm
phân cấp và đóng tàu cá biển cỡ nhỏ TCVN7111-2:2002. Tàu đánh cá ở nước ta rất
phong phú và đa dạng. Đa số tàu đánh cá cỡ nhỏ hiện nay được đóng bằng gỗ và lắp
máy do Nhật Bản sản xuất. Được sử dụng phổ biến và ưa chuộng nhất là máy của
hãng Yanmar. Vì chiều dài hạn chế nên không gian buồng máy hẹp, hệ trục tàu
ngắn, bạc lót trục chân vịt sử dụng phổ biến là bạc gỗ và bạc cao su, bôi trơn bằng
nước biển. Chân vịt là loại định bước và được làm bằng đồng thau có số cánh từ
(3÷4) cánh. Trục chân vịt được làm bằng thép không gỉ, bố trí trên các gối đỡ trượt
và được bảo vệ bởi ống bao trục làm bằng đồng thau và tàu cá cỡ nhỏ thường sử
dụng 1 chân vịt.
Dưới đây là các bản vẻ đường hình, bố trí chung, kết cấu của loại tàu cá cỡ
nhỏ hiện nay ở Việt Nam.
1.3 . TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI.
1.3.1. Tình hình nghiên cứu trong nước.
Hiện nay trong nước cũng có nhiều công trình nghiên cứu, đề tài tính toán
sức cản cho tàu cá như: Đặng Văn Duyệt (2006) đồ án tốt nghiệp “Xây dựng công
thức tính sức cản tàu cá Việt Nam bằng phương pháp phân tích hồi quy theo số liệu
thực nghiệm của FAO”; Lưu Đình Hải (2006) đồ án tốt nghiệp “ Lập trình tính toán
sức cản tàu đánh cá theo một số công thức gần đúng thông dụng ”; Tạp chí khoa học
– Công nghệ Thuỷ Sản số 03-04/2006, 03/2011… PGS.TS. Nguyễn Quang Minh,
“Bài toán xác định sức cản trong thiết kế tàu đánh cá và phương pháp tổ chức thực
nghiệm” tạp chí KHCN Thuỷ Sản.

1.3.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới.
Trên thế giới có rất nhiều những tài liệu, đề tài nghiên cứu nói về vấn đề sức

cản BarhamH., Lee, R., Application of Waterjet Propulsion to High-Performance
Boats, Hovercraft and Hydrofoil 1976…, đồng thời cũng có nhiều những phần mềm
tính như Autoship, Navcad…Tuy nhiên bài toán tính sức cản tàu là một bài toán
5

khó, phức tạp, do phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: vận tốc tàu, môi trường hoạt
động, đặc điểm hình học vỏ tàu… Chính vì đặc điểm này nên các nhà khoa học luôn
đi tìm cách nghiên cứu và xác định nó.

1.4. MỤC TIÊU, PHƯƠNG PHÁP, GIỚI HẠN VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU.
1.4.1. Mục tiêu của đề tài.
Phân tích, đánh giá, so sánh lựa chọn các công thức tính sức cản, để rồi đưa ra
một công thức phù hợp với tàu cá cỡ nhỏ ở Việt Nam nhất.
1.4.2. Phương pháp nghiên cứu.
Đây là bài toán yêu cầu trước tiên cần phải nghiên cứu xác định các công
thức tính sức cản tàu cá hiện nay. Sau đó sử dụng ngôn ngữ tin học để lập trình cho
các công thức đó. Tiếp theo sử dụng một tàu mẫu cụ thể để kiểm tra độ chính xác
của chương trình. Sau đó so sánh, phân tích kết quả, đánh giá sự sai lệch với tàu
mẫu khảo sát để rút được công thức tính sức cản nào là phù hợp nhất.
1.4.3. Giới hạn đề tài.
Các công thức tính gần đúng sức cản được sử dụng khá nhiều, trong đề tài
này em sử dụng các công thức như công thức Võ Văn Trác, công thức công thức
Yanmar, công thức Kamuko, công thức Oortsmersena, Viện thiết kế Leningrad để
tính cho tàu cá ở Việt Nam.
1.4.4. Nội dung nghiên cứu.
Với đề tài nghiên cứu và hướng giải quyết đã được nêu trong mục tổng quan,
đề tài bao gồm những nội dung như sau:
Chương 1: Đặt vấn đề.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết.
Chương 3: Lập trình – phân tích, so sánh sức cản tàu đánh cá theo một số công thức gần

đúng thông dụng.
Chương 4: Thảo luận và đề xuất ý kiến.





6

CHUƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. SỨC CẢN VỎ TÀU. [1].
2.1.1. Khái niệm chung về sức cản.
Khi tàu chuyển động trên mặt nước, thân tàu phải tiếp xúc với môi trường bao
quanh nó nghĩa là thân tàu chịu tác dụng của phản lực không khí và nước. Mặt ướt
của vỏ tàu tiếp xúc với nước, phần trên mớn nước tiếp xúc với không khí và bề mặt
này chịu tác dụng của các lực ở môi trường gây ra, và một số lực cản phụ do các
thiết bị như chân vịt, bánh lái… sinh ra các lực dòng trái chiều với chuyển động của
thân tàu. Tổng của các lực cản nói trên theo hướng chuyển động tàu được gọi chung
lực cản tàu thủy R xác định theo biểu thức tổng quát:
R = R
n
+ R
kk
+ R
ph
(2.1)
Trong đó:
R
n
: sức cản của môi trường nước

R
kk
: sức cản của môi trường không khí
R
ph
: thành phần sức cản phụ do các thiết bị như chân vịt, bánh lái v v gây
ra.

Sức cản môi trường nước có vai trò, ý nghĩa quan trọng và ảnh hưởng rất lớn
đến tốc độ cũng như các tính năng khác của tàu khi chuyển động.
Khi khảo sát phân tố diện tích dS trên bề mặt vỏ tàu phần chìm dưới nước(gọi
là diện tích mặt ướt S) sẽ nhận thấy diện tích S chịu tác dụng của hai lưc: lực tiếp
tuyến τdS và lực pháp tuyến pdS.
Lực tiếp tuyến
dS



Lực ma sát R
ms
=

S
dSx),cos(

(2.2)
Lực pháp tuyến pdS

Lực áp suất R
p

=

S
dSspp ),cos(
(2.3)
R
n
= R
m
+ R
p
=

S
dSx),cos(

+

S
dSspp ),cos(
(2.4)
R
n
= R
ms
+ R
hd
+ R
ss
(2.5)




[1]. Chương 7. Lực cản tàu thủy, Lý thuyết tàu thủy, PGS.TS. Trần Gia Thái.
7






Hình 2.1. Mô hình lực của môi trường nuớc tác dụng lên tàu đang chuyển động.
2.1.2. Các thành phần sức cản.

Sức cản toàn phần của tàu được tổng quát hình dung các thành phần sức
cản như sau:
R = R
ms
+ R
P
+ R
ph
= R
ms
+ ( R
hd
+ R
ss
) + ( R
pl

+ R
kk
+ R
ph /s
) (2.6)
Trong đó:
R: Sức cản toàn phần.
R
ms
: Sức cản ma sát.
R
P
: Sức cản áp suất.
R
ph
: Sức cản phụ.
R
hd
: Sức cản hình dáng.
R
ss
: Sức cản sinh sóng.
R
pl
: Sức cản phần lồi.
R
kk
: Sức cản không khí.
R
ph /s :

Sức cản phụ khi cguyển động trên sóng.
2.1.2.1. Sức cản ma sát.
Sức cản ma sát xuất hiện do độ nhớt chất lỏng gây ra giữa lớp chất lỏng với
bề mặt vỏ tàu và qua các lớp chất lỏng với nhau.
Theo lý thuyết cơ học chất lỏng xung quanh bề mặt vật thể được chia làm 3
vùng chính.
Vùng I - vùng lớp biên: vùng này chịu ảnh hưởng chủ yếu của độ nhớt và độ
rối dòng. Các đặc điểm về sự thay đổi lực cản nhớt chủ yếu phụ thuộc vào các hiện
tượng cơ – lý xảy ra trong lớp biên.
Vùng II – vùng sau lớp biên nằm về phía sau đuôi tàu.
Vùng III – vùng ngoài lớp biên: tại vùng này bỏ ảnh hưởng của độ nhớt và
có thể xem như là vùng chất lỏng thế.
8


Hình 2.2. Ba vùng chính xung quanh bề mặt vỏ tàu.
Sức cản ma sát của tàu được tính từ sức cản ma sát của tấm phẳng có tính
đến độ cong và độ nhám của bề mặt vỏ tàu so với tấm phẳng.
Để tìm hiểu bản chất và tìm ra công thức tính sức cản ma sát, từ năm 1870
Froude đã thực nghiệm kéo các tấm phẳng dài 0,3 – 15 m, rộng 0,5 m và dày 5mm
nằm sâu trong bể thử đã thu được kết quả:
 Khi kéo tấm phẳng trong dòng chất lỏng lý tưởng (tức chất lỏng không có độ
nhớt), các phần tử chất lỏng lướt qua mà không dính lại bề mặt tấm phẳng
nên các lớp nước xung quanh bề mặt tấm phẳng có tốc độ không đổi, bằng
tốc độ kéo tấm phẳng.
 Khi kéo tấm phẳng trong chất lỏng thực (có độ nhớt) nhận thấy, do ảnh
hưởng của độ nhớt nên các phần tử trong chất lỏng chảy sát tấm phẳng, làm
cho tốc độ lớp chất lỏng sát bề mặt tấm phẳng bằng không, còn tốc độ lớp
chất lỏng bề mặt kế tiếp, nằm theo phương vuông góc với tấm phẳng tăng
dần tới giá trị bằng giá trị tốc độ V

o
.





Hình 2.3. Thử nghiệm kéo tấm phẳng trong dòng chất lỏng lý tuởng.
Vùng ngoài l
ớ
p biên

9


V
0
0
V

Hình 2.4. Thử nghiệm kéo tấm phẳng trong dòng chất lỏng thực.
Dòng chất lỏng trong lớp biên có thể ở chế độ chảy tầng hay chảy rối, phụ
thuộc:
- Kích thước tấm phẳng.
- Tốc độ tấm phẳng.
- Độ nhớt chất lượng.
Điều này có nghĩa là chế độ chảy sẽ phụ thuộc vào số Số Reynold tính theo
công thức:
Re =


VL
(2.7)
Công thức tổng quát tính sức cản ma sát của tấm phẳng.
R
F
= C
F

2
2
V

S

(2.8)
Trong đó :

: khối lượng riêng chất lỏng.

V : vận tốc chuyển của tấm phẳng(m/s).
S : diện tích bề mặt tấm phẳng (m
2
).
C
F
: hệ số sức cản ma sát.

: độ nhớt chất lỏng(m
2/
s)

Công thức tính hệ số sức cản ma sát của tấm phẳng phụ thuộc giá trị số
Reynolde.
-Khi Re

2 x 10
5
dòng chất lỏng trong khu vực lớp biên ở chế độ chảy tầng.
C
F =
Re
328.1

(2.9)

10

-Khi Re > 2 x 10
5
dòng chất lỏng trong khu vực lớp biên ở chế độ chảy rối.
C
F =
58.2
lg(Re)
455.0

(2.10)

Hoặc theo công của hội nghị quốc tế các bể thử lần thứ VIII (1957).

C

F =
2
)2Re(lg
075.0

(2.11)
Các giá trị số Re lớn hai công thức trên cho kết quả gần giống nhau.
Sức cản ma sát của tàu
R
F
= C
F

2
2
V

S (2.12)
Trong đó:
V - tốc độ tàu.
S - diện tích mặt ướt của vỏ tàu.
C
F
- hệ số sức cản ma sát của tàu tính theo công thức :
C
F


= kC
Ftptđ

+

C
bm
(2.13)
C
Ftptđ
- hệ số sức cản ma sát của tấm phẳng tương đương với tàu tức là tấm phẳng
có chiều dài và diện tích ướt bằng chiều dài và diện tích ướt của tàu chuyển động
trong cùng chất lỏng với tốc độ bằng tốc độ tàu.
k - hệ số tính đến ảnh hưởng của độ cong của bề mặt vỏ tàu so với tấm
phẳng có giá trị nằm trong khoảng (1,02 – 1,08), xác định phụ thuộc tỷ số L/B.
Bảng 2.1. Ảnh hưởng của độ cong của bề mặt vỏ tàu theo tỷ số L/B.
L/B 6,0 8,0 10,0 12,0
k 1,04 1,03 1,02 1,01


C
bm
- hệ số tính đến ảnh hưỏng của bề mặt vỏ tàu, thường có giá trị nằm
trong khoảng (0,0003 – 0.0008) phụ thuộc vật liệu vỏ tàu, điều kiện làm việc … Đối
với các loại tàu như, tàu vỏ thép, vỏ gỗ, tàu xi măng lưới thép, tàu xuồng nhỏ có thể
lựa chọn các giá trị nằng trong khoảng:

C
bm
= 0,0003

- 0,0006
2.1.2.2. Sức cản áp suất.

 Hiện tượng lưu tuyến: Là hiện tượng phân bố lại áp lực và tốc độ dòng
chảy quanh bề mặt vỏ tàu.
11


Hình 2.5. Hiện tượng lưu tuyến của dòng chất lỏng xung quanh bề mặt vỏ tàu.
Ở các khu vực mũi và đuôi, do tiết diện ngang các dòng chảy tăng nên tốc độ
dòng chảy giảm và áp lực dòng chảy tăng (định luật Becnuly). Tại phần giữa tàu, do
các chất lỏng bị ép lên nhau làm giảm tiết diện ngang nên chảy giảm xuống. tốc độ
dòng chảy lại tăng và áp lực trong dòng chảy giảm xuống. Kết quả của sự phân bố
lại áp lực và tốc độ trong dòng chất lỏng quanh bề mặt vỏ tàu là nguyên nhân gây ra
sức cản áp suất gồm sức cản hình dạng và sức cản sinh sóng.
 Sức cản hình dạng R
hd

Sức cản hình dạng xuất hiện là do sự phân bố lại áp lực và tốc độ trong dòng
chảy dọc theo bề mặt vỏ tàu và gây ra khu vực xoáy nằm phía sau đuôi tàu như sau.
khu vöïc xoaùy

Hình 2.6. Sức cản hình dạng.
Trong khu vực mũi về sườn giữa tàu, do các phần tử chất lỏng chuyển động
theo chiều tăng của áp lực nên tốc độ của áp lực tăng dần và đạt giá trị lớn nhất tại
sườn giữa tàu. Còn khu vực tại sườn giữa tàu về phía đuôi tàu, các phần tử chất lỏng
lại chuyển động theo chiều giảm của áp lực nên tốc độ của các phần tử giảm dần.
Riêng lớp chất lỏng chảy sát vỏ tàu, do ma sát với bề mặt vỏ tàu, nên năng lượng
của nó, ngoài việc khắc phục sự tăng của áp lực còn phải thắng được sự ma sát nên
bị giảm nhanh và đến một lúc nào đó, dưới tác dụng của sự tăng áp lực trong dòng
chất lỏng sẽ làm xuất hiện một dòng chất lỏng chảy ngược sát bề mặt vỏ tàu, tạo ra
12


vùng xoáy sau đuôi tàu, làm giảm sáp lực phía sau đuôi tàu giảm tạo ra một lực cản,
được gọi là sức cản hình dạng của tàu. Đối với những tàu có độ dãn dài lớn (L/B ≥
6), lớp biên sẽ tách khỏi bề mặt tàu rất êm nên thường ít gây ra sự tạo xoáy, do đó
sức cản hình dạng đối với tàu như thế là rất nhỏ. Vì vậy có thể giảm sức cản hình
dạng bằng cách tăng tỷ số L/B, chọn hình dạng tốt, lựa chọn chiều dài và độ nhọn
vòm đuôi tàu một cách hợp lý.
Sức cản sinh sóng
Sức cản sinh sóng xuất hiện cũng do sự phân bố lại áp lực và áp lực chất lỏng
chảy dọc bề mặt vỏ tàu, gây ra các hệ thống sóng xung quanh tàu khi chuyển động.

Hình 2.7. Các hệ thống sóng xung quanh tàu khi chuyển động.
- Sóng lan toả: gồm các sóng có tuyến chạy ngắn, chạy song song kế tiếp
nhau và nằm đối xứng trên đường thẳng và tạo với mặt phẳng dọc giữa tàu góc  =
18 ÷ 20
o
. Mặt trước của các sóng lan toả tạo với mặt phẳng dọc giữa tàu một góc 
= 2 = 36 ÷ 40
o
. Khi chuyển động, sóng lan toả mũi và đuôi lan truyền độc lập
nhau và cường độ sóng lan toả phía mũi lớn hơn và càng cách xa vị trí xuất phát thì
chiều cao sóng lan toả sẽ giảm dần.
- Sóng ngang: gồm các sóng chạy vuông góc phân bố trong phạm vi góc  sóng
lan tỏa. Càng xa vị trí xuất phát, chiều dài sóng ngang tăng, chiều cao giảm nên
năng lượng lượng không đổi.
Khi tàu chạy ở tốc độ thấp thường chỉ thấy sóng lan toả và do sóng lan toả là
sóng ngắn, năng lượng nhỏ nên sức cản sinh sóng nhỏ. Nhưng khi tốc độ tàu tăng
sóng ngang là chủ yếu do chiều dài sóng tăng tỷ lệ bình phương vận tốc tàu, còn
sóng lan toả trở nên mờ nhạt hơn. Do hệ thống sóng ngang có năng lượng lớn nên
sức cản sinh sóng trong trường hợp này lớn. Nếu hệ thống sóng ngang mũi chồng
lên đáy các sóng ngang đuôi sẽ làm giảm sức cản sóng. Nếu đỉnh các sóng ngang

13

mũi chồng lên đáy các sóng ngang đuôi sẽ làm giảm sức cản sóng, giảm góc vào
nước của mũi tàu và phân bố lại thể tích chiếm nước dọc theo chiều dài tàu bằng
cách di chuyển sườn giữa về phía đuôi để di chuyển tâm nổi về phía đuôi.
2.1.2.3. Các thành phần sức cản phụ khác.
Lực cản phụ bao gồm các thành phần lực cản xuất hiện do các phần lồi trên
tàu gây ra, lực cản của sóng biển đối với chuyển động của tàu và một số thành phần
lực cản phụ khác.
- Lực cản của các phần lồi.
Các phần lồi nằm duới nuớc của tàu như chân vịt, bánh lái, ống bao, giá đỡ v v…
Khi chuyển động sẽ làm tămg thêm lực cản của môi trường nước đối với chuyển
động của tàu. Tuy nhiên, do các phần lồi thuờng được đặt ở khá sâu dưới mặt nước
nên khi tàu chuyển động, chúng không gây ra sự tạo sóng trên mặt thoáng nuớc nên
lực cản sinh sóng đa phần rất nhỏ, do đó có thể xem lực cản của các phần lồi chỉ
bao gồm lực ma sát và lực cản hình dáng.
- Lực cản không khí.
Lực cản không khí đối với phần thân tàu trên mặt nuớc gồm hai phần chính
là lực ma sát và lực cản hình dáng, trong khi đó lực cản hình dáng thường có giá trị
lớn hơn nhiều vì lực cản của không khí khi tàu chuyển động đuợc gây ra chủ yếu do
sụ phá vỡ của các xoáy không khí do dòng không khí chảy vòng xung quanh phấn
thân tàu nằm phía trên mặt nuớc lực cản không khí phụ thuộc chủ yếu vào hình
dáng của phần kiến trúc thượng tầng của tàu, trong khi đó khi không gió, lực cản
không khí bằng khoảng (1,5 – 3)% giá trị lực cản toàn phần nhưng khi có gió, lực
cản không khí có thể lớn hơn đến 10% giá trị lực cản toàn phần của tàu.
2.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH SỨC CẢN.
Hiện nay số các công trình nghiên cứu về sức cản vỏ tàu rất nhiều. Mỗi một
phương pháp tính đều có ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng riêng và chỉ đúng
cho trường hợp chuẩn.
2.2.1. Phương pháp giải tích.


Phương pháp giải tích thường được xây dựng trên cơ sở lý thuyết của cơ chất
lỏng để xác định một cách chính xác những thành phần lực cản có trong lực cản
tổng hợp của tàu. Tuy nhiên hiện mới chỉ có công thức giải tích tính chính xác
14

thành phần lực cản ma sát của tàu, còn việc thiết lập công thức giải tích tính các
thành phần lực cản khác còn gặp nhiều khó khăn nên cho đến hiện nay phương pháp
vẫn chưa được áp dụng rộng rãi.
2.2.2. Phương pháp thử nghiệm mô hình.
Phương pháp thử mô hình là phương pháp chính để xác định lực cản tàu được
sử dụng phổ biến ở nhiều nước có nền kinh tế, khoa học kỹ thuật phát triển. Tuy
nhiên việc xây dựng bể thử rất phức tạp và tốn kém nên chỉ có một số nước trên thế
giới thực hiện được. Để xác định được sức cản vỏ tàu bằng phương pháp thử mô
hình người ta tiến hành các phần cơ bản sau:
- Chế tạo mô hình thu nhỏ của tàu thực.
- Thử nghiệm kéo mô hình trong bể thử để xác định sức cản của mô hình
đã chế tạo.
- Chuyển kết quả của mô hình sang tàu thực theo tỷ lệ đồng dạng.
Chế tạo mô hình thu nhỏ của tàu thực là một công việc đơn giản với khoa học
kỹ thuật như ngày nay. Nhưng mô hình hoá các tính năng hàng hải của tàu phải dựa
vào định luật đồng dạng trong nghiên cứu sức cản vỏ tàu và phải dựa vào những yêu
cầu đồng dạng của lý thuyết cơ chất lỏng. Khi thử mô hình không thể đồng thời
đảm bảo được cùng một lúc yêu cầu đồng dạng của cơ học chất lỏng mà chỉ đảm
bảo được từng phần. Tương tự về mặt kỹ thuật chỉ đảm bảo đồng dạng từng phần về
hiện tượng và lực môi trường sóng. Do đó việc tính sức cản bằng phương pháp thử
mô hình trong bể thử là rất phức tạp và tốn kém. Tuy nhiên nó lại đạt được độ chính
xác rất cao, nên có thể sử dụng trong việc xây dựng các công thức gần đúng hoặc
các đồ thị thực nghiệm.
2.2.3. Phương pháp thử kéo tàu thật.

Phương pháp kéo tàu thật được xây dựng trên cơ sở xác định lực cản của tàu
thiết kế bằng cách tổ chức thử nghiệm kéo các tàu thật trong thực tế. Phương pháp
này rất tốn kém về thời gian, tiền bạc và công sức nên thường được sử dụng để
kiểm tra vá đánh giá độ chính xác của các phương pháp tính khác, nhất là phương
pháp thử nghiệm mô hình.

15

2.2.4. Phương pháp thử tốc độ.
Phương pháp thử tốc độ xây dựng trên cơ sở phân tích kết quả thử tốc độ tàu
thật. Phương pháp này cho kết quả ít chính xác do sự xuất hiện nhiều hiện tượng
phức tạp cạnh tàu khi chân vịt hoạt động nên ít được áp dụng, chủ yếu nhằm mục
đích cung cấp các số liệu thực nghiệm để so sánh với các phương pháp khác.
2.2.5. Phương pháp tính gần đúng.
Phương pháp này xác định sức cản tàu dựa trên cơ sở tổng kết các kết quả
nhận được khi thử hàng loạt mô hình có hình dáng biến đổi một cách hệ thống, hay
dựa trên kết quả tàu thật các kết quả này thường được tổng kết lại thành các công
thức gần đúng hay các đồ thị để xác định sức cản một cách nhanh chóng. Vì vậy
phương pháp này có độ chính xác không cao, phụ thuộc chủ yếu vào sự khác nhau
của đường hình tàu đang xét, với đường hình tàu dùng để thử nghiệm mô hình.
Tuy nhiên, do đơn giản và dễ sử dụng nên phương pháp này được áp dụng
rộng rãi, nhất là trong giai đoạn tính sơ bộ, chưa cần độ chính xác cao hay khi
không có điều kiện thử mô hình. Hiện nay có khá nhiều công thức tính với độ chính
xác và phạm vi ứng dụng khác nhau. Tùy thuộc vào từng loại tàu, tàu cá , tàu vận
tải…và vùng hoạt động để có thể lựa chọn ra phương án phù hợp nhất có thể.
2.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH GẦN ĐÚNG SỨC CẢN TÀU CÁ.
2.3.1. Công thức Võ Văn Trác.
Công thức tính sức cản gần đúng của Võ Văn Trác được tổng hợp trên cơ sở kết
quả thử nghiệm mô hình 32 mẫu tàu cá của Việt Nam. Phạm vi áp dụng công thức này là
những tàu cá có thông số nằm trong phạm vi cho trong bảng 2.3.1 như sau:

Bảng 2.2. Phạm vi sử dụng công thức Võ Văn Trác
Các thông số Thuyền gắn máy Thuyền buồm gắn máy
Fr 0,28 – 0,38 0,16 – 0,30
B
L

3,20 – 4,60 3,00 – 4,20
T
B

2,50 – 3,00 3,40 – 4,50
φ 0,55 – 0,68 0,58 – 0,68
β 0,85 – 0,88 0,84 – 0,94
L
V
10

9,00 – 16,00 8,00 – 17,00
i
g
22,00 – 24,00 22,00 – 32,00
x
C
0 – ( -3,70)% (-0,3)% - 2,00%
16


Theo công thức của Võ Văn Trác thì sức cản vỏ tàu có tính đến ảnh hưởng
của sức cản ma sát và sức cản dư:
R = R

F
+ R
d
. (2-14)
R
F
- Sức cản ma sát được xác định theo sức cản của tấm phẳng.
Trong đó R
F
biểu thị sự ảnh hưởng của của độ nhám và phần lồi thân tàu. Nó
được tính theo công thức tính sức cản ma sát của tấm phẳng, có tính đến độ cong và
độ nhám của bề mặt vỏ tàu so với tấm phẳng theo công thức tổng quát:
S
V
R
F
.
2
.
.
2



(2.15)
Với:

- là khối lượng riêng chất lỏng.
V - là vận tốc tàu
S - là diện tích mặt ướt của vỏ tàu

Theo công thức này thì diện tích mặt ướt vỏ tàu được tính theo công thức sau:







T
B
TLS 25,116,1.

(2.16)
Các thông số L, B, T, δ như sau:
L - Chiều dài thiết kế (m).
B - Chiều rộng thiết kế (m).
T - Chiều chìm trung bình (m)
δ - Hệ số đầy thể tích.
ξ - Hệ số sức cản ma sát của tàu. Được tính theo công thức
tt


0
(2.17)
ξ
to
- hệ số ma sát của tấm phẳng tương đương với tàu, tức là tấm phẳng có
chiều dài và diện tích ướt bằng chiều dài và diện tích ướt của tàu, chuyển động
trong cùng chất lỏng với tốc độ bằng tốc độ tàu. Hệ số này có thể tính theo hai
phương pháp.

Tính hệ số sức cản ma sát tấm phẳng phụ thuộc giá trị số Reynolde
( theo công thức 2.9 và 2.10).
17

Hệ số sức cản ma sát tấm phẳng tính theo công thức của Hội nghị quốc tế các
bể thử lần VIII(ITTC – 1957). ∑∆ξ
t
- Tổng các hệ số lực cản phụ sinh ra bởi độ
nhám, tính ăn lái, gió và các phần nhô. Các hệ số này có thể lấy theo bảng 2.1.
R
d
- Sức cản dư xác định theo đồ thị thực nghiệm, phụ thuộc vào các thông
số của tàu gồm tỷ số các kích thuớc chính L/B, B/T, giá trị số Froude và hệ số lăng
trụ dọc tàu φ như sau:

),,,(

B
Fr
T
f
D
LB
R
d

. (2.18)
Đồ thị xác định lực cản dư chỉ được tính cho hai trường hợp là B/T = 2,5 và
B/T = 4,0 trong trường hợp tàu có các tỷ số B/T khác có thể sử dụng phương pháp
nội suy tuyến tính: Gọi giá trị

D
d
R
tra được trên đồ thị thực nghiệm Võ Văn Trác
ứng với tỷ số
5,2
T
B
là X. Gọi giá trị
D
d
R
tra được trên đồ thị thực nghiệm Võ Văn
Trác ứng với tỷ số
0,4
T
B
là Y. Gọi giá trị
D
d
R
tra được trên đồ thị thực nghiệm Võ
Văn Trác ứng với tỷ số
T
B
nằm trong khoảng (2,5÷4,0) là Z. Khi đó ta có thể suy ra
giá trị
D
d
R

ứng với giá trị
T
B
nằm trong khoảng (2,5÷4,0) bằng phương pháp nội suy
tuyến tính.

 
X
T
B
XYZ 


5,1
5,2
.
. (2.19)
Các đồ thị thực nghiệm của Võ Văn Trác. Việc tính toán được trình bày cụ
thể theo bảng 3.1








18


































19

































20