XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT kéo của tàu CSB TT 400 BẰNG lý THUYẾT và THỰC NGHIỆM

HỘI NGHỊ KHCN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ – ĐỘNG LỰC NĂM 2017
Ngày 14 tháng 10 năm 2017 tại Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM

XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT KÉO CỦA TÀU CSB TT-400
BẰNG LÝ THUYẾT VÀ THỰC NGHIỆM
Nguyễn Hà Hiệp1, Lƣơng Đình Thi1, Hà Văn Đức1, Phạm Văn Hạ2
1
Khoa Động lực, Học viện Kỹ thuật Quân sự, 236 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, TP Hà Nội.
2
Viện Kỹ thuật Hải Quân/QCHQ, TP Hải Phòng

TÓM TẮT:
Bài báo trình bày kết quả xác định sức
cản kéo và công suất kéo của tàu CSB TT400 khi sử dụng phương pháp Holtrop và
Mennen bằng phần mềm FreeShip. Các giá
trị tính toán lý thuyết được so sánh với giá trị
thử nghiệm mô hình tàu để đánh giá độ tin

cậy của mô hình tính toán. Trên cơ sở đó
khuyến cáo sử dụng mô hình để xác định
công suất của hệ động lực khi cần hoán cải
thay máy chính, cũng như để đánh giá hiệu
quả làm việc của tổ hợp “thân tàu-động cơchân vịt”.

Từ khóa: hệ động lực tàu thủy, thân tàu, động cơ, chân vịt, tàu CSB TT-400.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Tàu Cảnh sát biển Việt Nam ký hiệu CSB TT400 có chức năng, nhiệm vụ tuần tra bảo vệ chủ
quyền và an ninh trật tự vùng biển Việt Nam; kiểm
soát và ngăn chặn các loại tàu thuyền vi phạm
các quy định của nhà nước về Hải quan, đánh bắt
hải sản, khai thác tài nguyên và bảo vệ môi

trường trong hải phận Việt Nam; hỗ trợ tìm kiếm
và cấp cứu tàu thuyền trên biển; khi chiến tranh,
tàu có thể được trang bị thêm vũ khí để tham gia
chiến đấu.
Tàu được thiết kế phù hợp với tiêu chuẩn Quy
phạm đóng tàu cao tốc, tàu lướt và tàu chiến loại
nhỏ của Đăng kiểm DNV (Nauy) năm 2001. Tàu
cũng thỏa mãn Quy phạm phân cấp và đóng tàu
cao tốc Việt Nam năm 1998 và Quy phạm phân
cấp và đóng tàu biển Việt Nam năm 1997.
Trong giai đoạn thiết kế tàu thủy việc lựa chọn
các máy chính, chân vịt để lắp lên tàu với các tính
năng của thân tàu cho trước là hết sức quan trọng
[5]. Bởi vì việc lựa chọn đúng đắn sẽ nâng cao
các chỉ tiêu công suất, khối lượng-kích thước,
hiệu quả làm việc của chân vịt.
Hệ động lực tàu CSB TT-400 được thiết kế
theo Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển cao
tốc vỏ thép năm 1997. Các thiết bị năng lượng
chính được bố trí trong hai khoang máy: Khoang
máy trước, từ Sn30 đến Sn37, bố trí 02 máy
chính; Khoang máy sau, từ Sn37 đến Sn45, bố trí
01 máy chính.
Trang 396

Tàu CSB TT-400 được lắp 03 máy chính kiểu
18VP185 do hãng Paxman (Anh) sản xuất. Động
cơ 18VP185 có công suất định mức 3744 kW,
vòng quay định mức 1907 vòng/phút, đây là động
cơ diesel 4 kỳ, hai hàng xylanh bố trí kiểu chữ V,

mỗi vế 9 xy lanh, làm mát gián tiếp hai vòng nước,
bôi trơn bằng dầu nhờn kiểu tuần hoàn cưỡng
bức.
Trên tàu bố trí 3 trục chân vịt (2 trục chân vịt
mạn và 1 trục chân vịt giữa), được dẫn động độc
lập từ 3 động cơ chính, qua 3 hộp giảm tốc đảo
chiều, truyền mô men quay đến 3 chân vịt cố định
bước, đồng thời truyền lực đẩy tàu từ các chân vịt
đến vỏ tàu qua các ổ đỡ chặn đặt ngay tại các
hộp giảm tốc.
Một số tàu CSB TT-400 về sau là TT-400TP đã
được đóng tại các nhà máy của TCCNQP và đưa
vào biên chế. Tàu được đóng trên cơ sở thiết kế
tàu ТК-400 của Liên bang Nga, bài toán chọn các
máy chính, chân vịt do nhà thiết kế thực hiện. Khi
mua thiết kế để đóng tàu, chưa có công trình
nghiên cứu đánh giá hiệu quả làm việc của hệ
động lực (HĐL) đã chọn trong điều kiện nước ta.
Chính vì vậy, việc xác định công suất kéo của
tàu CSB TT-400 để từ đó đánh giá kiểm nghiệm
hiệu quả làm việc của tổ hợp "thân tàu - động cơ chân vịt" tàu CSB TT-400 là cần thiết, để có biện
pháp nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng trên
tàu trong các giai đoạn thiết kế, cũng như khai
thác, kết quả nghiên cứu còn là cơ sở để hoàn
thiện thiết kế HĐL tàu thủy cùng lớp.


HỘI NGHỊ KHCN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ – ĐỘNG LỰC NĂM 2017
Ngày 14 tháng 10 năm 2017 tại Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM

2. PHƢƠNG PHÁP VÀ ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN
CỨU

Sức cản tổng được tạo thành bởi 4 thành phần
chính như sau:

Kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết, tính toán,
kiểm chứng trên phần mềm máy tính và so sánh
với kết quả thử mô hình thực.

- Sức cản ma sát do chuyển động của vỏ tàu
qua chất lỏng nhớt;

Với các tính năng của tàu CSB TT-400, trên cơ
sở lý thuyết tàu thủy để tính toán sức cản kéo và
công suất kéo.
Đối tượng nghiên cứu là tàu CSB TT-400
(Hình 1). Các tính năng cơ bản của tàu CSB TT-

- Sức cản tạo sóng, do năng lượng được tàu
cung cấp liên tục cho hệ sóng được tạo ra trên
mặt nước;
- Sức cản xoáy, do năng lượng mà các xoáy từ
vỏ tàu hay phần phụ mang đi;
- Sức cản không khí sinh ra ở phần thân tàu
trên mặt nước và kiến trúc thượng tầng do chuyển
động của tàu trong không khí.
Ngoài ra còn một số sức cản: sức cản hình
dáng, sức cản phần nhô….

400 được trình bày trong Bảng 1.
Hình 1. Hình dạng ngoài tàu CSB TT-400
Bảng 1. Các tính năng cơ bản của tàu CSB TT400
Tính năng cơ bản
Mớn nước thiết kế, T
Lượng giãn nước, , 
Chiều dài lớn nhất, LOA
Chiều dài đường nước, LWL
Chiều rộng lớn nhất, Bmax
Chiều rộng đường nước, B
Diện tích mặt ướt, S
Diện tích đường nước, Aw
Hệ số béo dọc tàu, CP
Hệ số béo thể tích, CB
Hệ số béo sườn giữa, CM
Hệ số béo đường nước, CW
Hoành độ tâm nổi, LCB
Vận tốc lớn nhất
Tổng công suất HĐL

Thông số
2,50 m
387,4 m3
397,1 tấn
54,16m
49,16 m
9,16 m
8,187 m
409,886 m2
312,292 m2

0,733
0,388
0,642
0,766
-4,274 m
32 kn (Hl/h)
3 x 3744 kW

3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT
KÉO CỦA TÀU THỦY
Sức cản của một con tàu ở tốc độ xác định,
cân bằng lực cần thiết để kéo tàu đó trên nước
tĩnh. Công suất cần gọi là công suất hiệu dụng (có
ích) hay công suất kéo (EPS) [1,5]:

EPS  R.v , kW

(1)

Trong đó R - sức cản kéo, kN; v - vận tốc của
tàu, m/s.

Có rất nhiều phương pháp tính gần đúng sức
cản tàu thủy dựa vào kết quả khảo sát mô hình và
kết quả đo ở các tàu thực. Các phương pháp phổ
biến nhất có thể kể đến là: Holtrop và Mennen,
Oortmersen, Kafali [1].
Đối với tàu CSB TT-400, dựa vào các đặc tính
cơ bản của tàu, xét thấy tính toán sức cản theo
phương pháp Holtrop và Mennen là phù hợp nếu

so với các phương pháp khác.
Theo phương pháp này, sức cản toàn bộ được
xác định theo công thức sau, kN [3,4]:

RT  RFO 1  k1   RAPP  RW  RB  RTB  RA

(2)

Trong đó:

RFO (1  k1 ) - sức cản ma sát tương đương, kN;
RAPP - sức cản ma sát phần nhô, kN;
RW - sức cản sóng, kN;
RB - sức cản của áp suất bổ sung do mũi, kN;
RTB - sức cản áp suất bổ sung do ngập đuôi
kiểu tuần dương hạm, kN;
RA sức cản hiệu chỉnh giữa tàu thực và mô
hình, kN.
Trong bài báo này, các tác giả đề cập đến việc
sử dụng phương pháp tính sức cản Holtrop và
Mennen từ phần mềm chuyên dụng, không đi sâu
vào phân tích các thành phần sức cản.
4. XÁC ĐỊNH SỨC CẢN KÉO VÀ CÔNG SUẤT
KÉO TÀU CSB TT-400
Tính toán công suất kéo của tàu theo phương
pháp Holtrop và Mennen bằng phần mềm
FreeShip. Cơ sở lý thuyết tính toán sức cản kéo
và công suất kéo bằng phương pháp này đã được
trình bày trong mục 3.

Trang 397


HỘI NGHỊ KHCN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ – ĐỘNG LỰC NĂM 2017
Ngày 14 tháng 10 năm 2017 tại Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM

Khởi động phần mềm, khai báo các kích thước
cơ bản của tàu, ta được tuyến hình thân tàu CSB
TT-400 (Hình 2).

Hình 2. Tuyến hình thân tàu của tàu CSB TT-400
trên phần mềm FreeShip
Khai báo các thông số động học của tàu để
tính toán sức cản kéo và công suất kéo. Đồ thị
biểu diễn mối quan hệ giữa sức cản, công suất và
vận tốc của tàu được thể hiện trên Hình 3.
Hình 4. Đường cong sức cản do thử mô hình tàu
CSB TT-400 (nước tĩnh)
Bảng 2. Giá trị công suất kéo tàu CSB TT-400
theo tính toán và thử nghiệm mô hình
Vân tốc

Hình 3. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa sức
cản, công suất và vận tốc của tàu
Đường cong sức cản thử mô hình tàu do Nhà
thiết kế công bố được thể hiện trên Hình 4.
Dựa vào công thức (1) ta tính được công suất
kéo khi thử nghiệm mô hình. Các giá trị công suất
kéo theo tính toán và thử nghiệm mô hình được
thể hiện trong Bảng 2.

Kết quả trong bảng 2 cho thấy, với vận tốc tàu
dưới 28 hải lý/giờ, sai số giữa giá trị công suất
kéo theo tính toán và thử nghiệm mô hình không
lớn, chứng tỏ mô hình tính toán có độ tin cậy cao.

Trang 398

kn

m/s

16
18
20
22
24
26
28

8,224
9,252
10,28
11,308
12,336
13,364
14,392

Công suất kéo, kW
Thử
Tính

nghiệm
toán
1110
1115
1739
1725
2416
2250
3223
3125
4009
4000
4744
4740
5469
5125

Sai số,
%
0
-1
-7
-3
0
0
-6

5. KẾT LUẬN
Kết luận rút ra từ nghiên cứu như sau:
 Kết quả tính toán sức cản kéo và công suất

kéo của tàu CSB TT-400 bằng phương pháp
Holtrop và Mennen trên phần mềm FreeShip so
với kết quả thử nghiệm kéo mô hình, trong phạm
vi vận tốc tàu từ 16 đến 28 Hl/h tương đối hội tụ,
chứng tỏ phương án tính toán và các điều kiện
xây dựng mô hình toán có độ tin cậy cao.
 Mô hình tính toán có thể sử dụng để xác
định công suất của hệ động lực khi cần hoán cải
thay máy chính trên tàu, giảm chi phí thử mô hình
thực, cũng như để đánh giá hiệu quả làm việc của
tổ hợp “thân tàu-động cơ-chân vịt”.


HỘI NGHỊ KHCN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ – ĐỘNG LỰC NĂM 2017
Ngày 14 tháng 10 năm 2017 tại Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM

6. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Nguyễn Hà Hiệp, Trần Ích Tách. Tính toán,
thiết kế bố trí hệ động lực tàu thủy (phần bài
tập). NXB QĐND, Hà Nội – 2016.
[2]. Thuyết minh kỹ thuật tàu CSB TT-400
[3]. Standard method – J. Holtrop, “A statistical
re-analysis of resistance and propulsion data”,
ISP, Vol. 31, No. 363, November 1984.

[4]. “Improved” method: J. Holtrop, “A statistical
resistance prediction method with a speed
dependent form factor”, SMSSH’88, Varna,
Oct. 1988.
[5]. Голубев.

Н.В.
Проектирование
энергетических установок морских судов.
Ленинград "Судостроение" 1980.

Trang 399