2.2.2.        Phương pháp tối ưu hoá các yếu tố tàu hàng

        Hiện có một số lượng lớn các công trình nghiên cứu  về phương pháp toán học tối ưu hoá các yếu tố của tàu  và về việc sử dụng máy tính điện tử để  tối ưu hoá bằng phương pháp biến phân. Chúng ta hãy khảo sát một  phương pháp điển hình thường được sử dụng để tối ưu hoá các yếu tố của tàu chở hàng khô tổng hợp, tàu chở dầu, và các tàu chở hàng rời.

Tham gia vào số các yếu tố cần được tối ưu x bao gồm: hệ số béo d, tỷ số giữa chiều dài và chiều rộng lB, tỷ số giữa chiều rộng và chiều chìm bT, cũng như hệ số béo đường nước thiết kế a, tần số quay n và đường kính chân vịt dB. Ba đại lượng cuối cùng được tối ưu trong chương trình  tính toán (lời gọi chương trình) ứng với mỗi bước tối ưu ba đại lượng đầu tiên.

Bài toán có thể được giải như sau:

Sức chở hàng, tốc độ , tần số quay của chân vịt không cho trước;

Sức chở hàng, tốc độ , tần số quay của chân vịt ;

Sức chở hàng  và công suất của động cơ chính, tần số quay của chân vịt không cho trước;

Sức chở hàng, công suất của động cơ chính, tần số quay của chân vịt;

Ứng với mỗi tập hợp các đặc trưng ban đầu miền giá trị cho phép của các yếu tố  của tàu sẽ được xác định bởi hệ  các phương trình và bất phương trình sau nhằm biểu diễn các yêu cầu đối với :

-          Lực nổi của tàu:

                                         ∆(x) - SiPi(x) = Ph;                                            (2.10)

 -    Dung tích chở hàng :

           Wh(x) /mhPh;                                                    (2.11)

 -          Giá trị tối thiểu của chiều cao mạn khô  theo yêu cầu của Quy phạm:

                                     D - d / Fmin(x);                                                  (2.12)

 -          Giới hạn dưới của chiều cao tâm nghiêng ban đầu:

 -          Giới hạn trên của chiều cao tâm nghiêng ban đầu:

 -          Tốc độ tính toán ( không cho trước công suất ):

                                           v(x) = v*s;                                                   (2.15)

 -          Công suất của thiết bị năng lượng  ( tốc độ không cho trước ):

                                         N(x) = N*;                                                  (2.16)

 -          Chiều chìm cực đại:

                                        - d / - dmax .                                              (2.17)

 Ngoài các yêu cầu này đối với các yếu tố tối ưu cần chỉ ra phạm vi thay đổi cho phép của các đại lượng d, lB, bT, a trên cơ sở sử dụng các kết quả thử mô hình  và xử lý các số liệu  theo bản vẽ tuyến hình  tàu:

                                     CBmax/ CB/ CBmin;

                                     lBmax/lB/lBmin;

                                        bTmax/bT/bTmin;

  amax(CB)/a/amin(CB).

 Tiêu chuẩn về hiệu quả - chi phí riêng quy đổi.

Ứng với tập hợp đã được cố định của CB, lB, bT cần giải hệ phương trình đại số gs(x) = 0, i = 1, 2, 3, 4; s = 1, 2, 3, 4; với các đại lượng chưa biết  x1 = L - chiều dài tàu, x2 = D - chiều cao mạn; x3 = vs - tốc độ; x4 = am - hệ số béo đường nước thiết kế  thuộc nhánh mũi.

Tham gia vào hệ phương trình trên gồm có: trọng lượng  (s = 1 ), dung tích ( s = 2 ), công suất  ( s = 3 ), ổn định ( s = 4 ) dưới dạng [h/B] (x) = (h/B)* , trong đó (h/B)* -  độ lớn được rút ra từ phạm vi đã cho của các giá trị cho phép.

Khi giải hệ phương trình cần xem xét trước một cách tự động : sự thay thế phương trình dung tích bằng phương trình dấu hiệu đường nước chở hàng nếu sự thay thế ấy đã được xác định từ điều kiện dung tích chở hàng cần thiết  H  không thoả mãn Quy phạm về dấu hiệu đường nước chở hàng; loại trừ phương trình công suất khi tốc độ đã cho trước.

Hệ phương trình sẽ được giải bằng phương pháp gần đúng liên tục của Niu-tơn ứng với các giá trị ban đầu của biến x(0)i. Độ chính xác đã cho ei  ( xi(k) - xi(k-1)£Ôi) hoặc số lần gần đúng liên tục đã xác định trước.

Sau khi xác định  được các yếu tố cần tính các chỉ tiêu kinh tế khai thác và các tỉêu chuẩn về hiệu  quả.

2.3. SƠ ĐỒ TỐI ƯU HOÁ CÁC YẾU TỐ CỦA TÀU THEO HAI GIAI ĐOẠN

 Trong những năm gần đây đã xuất hiện nhiều phương pháp xây dựng các mô hình có khả năng  đáp ứng cao đối với các yêu cầu thực tế. Điều này có được là nhờ việc áp dụng các phương tiện lập trình đặc biệt đã và đang cho phép người thiết kế  xây dựng các điều kiện của bài toán: thống kê số liệu ban đầu  của các yếu tố  cần được tối ưu, hạn chế các chỉ tiêu về hiệu quả bằng thứ ngôn ngữ gần với ngôn ngữ tự nhiên. Thông tin này được xử lý bằng hệ thống chương trình đặc biệt  có khả năng hình thành một cách tự động quá trình tính toán  từ các modul chương trình  hoặc các chương trình con. Các phương tiện lập trình đặc biệt tương tự cũng đang trở thành một bộ phận không thể thiếu được của một hệ thống  phức tạp các chương trình  nhằm giải quyết các bài toán khác nhau của ngành đóng tàu. Trong số này có thể gọi ra hệ thống điều hành cơ sở các dữ liệu cho hệ thống tự động thiết kế tàu, gọi ra chương trình thực hiện các thuật toán ...

Như vậy, tối ưu hoá các yếu tố của tàu chỉ có thể thực hiện được khi đã tiến hành nghiên cứu đầy đủ và sâu sắc mỗi phương án của nó.  Một vấn đề hiện đang được đặt ra là sự hình thành hệ thống các bài toán có mối quan hệ qua lại  để tối ưu hoá các yếu tố của tàu. Sơ đồ nguyên lý của mối quan hệ hai chiều  giữa các bài toán thoả mãn các yêu cầu đã được nêu ở trên được thể hiện trên hình  2.1. Hệ thống tối ưu này được gọi là tối ưu theo hai giai đoạn.

Mức cao của giai đoạn 1 (bài toán 1.1) - xác định sơ bộ các yếu tố của tàu. Công việc này là cần thiết để tiếp nhận giải pháp về trang bị đồng bộ các thiết bị chủ yếu cho tàu, về kết cấu  thân tàu. Để giải được bài toán 1.1 cần sử dụng hợp lý các mối quan hệ đã được xem xét từ chương 1 đến chương 10 của môn học Lý thuyết thiết kế tàu thuỷ cũng như các mô hình tối ưu hoá tương đối đơn giản  (1.2). Trong quá trình giải bài toán này chúng ta sẽ nhận được các yếu tố tối ưu trong lần gần đúng thứ nhất của tàu x0, đầu tiên là các kích thước chủ yếu và các tham số tích phân của hình dáng thân tàu, các giá trị gần đúng để đánh giá các giới hạn chủ yếu y0. Các đại lượng x0 và y0 được dùng làm dữ liệu ban đầu để xác định gần đúng các bài toán ở mức thấp hơn (bài toán 1.2): xác định các yếu tố chủ yếu của tàu;  đồng bộ trang thiết bị máy móc chủ yếu.

Để đạt được mục đích này  có thể sử dụng các mô hình  đặc biệt của bài toán tối ưu  kết cấu  thân tàu, thiết bị năng lượng v.v.

Như vậy, giai đoạn thứ nhất sẽ chuẩn bị các dữ liệu nguồn để tối ưu  ở giai đoạn thứ hai - giá trị của các trọng lượng và giá thành của các khoản mục  mà chúng không phụ thuộc vào các yếu tố, cũng như các trọng lượng và cao độ trọng tâm   của  thân tàu  ứng với kiểu kiến trúc - kết cấu  đã được lựa chọn.  Sau này các đại lượng nêu trên chỉ thay đổi đồng thời với sự thay đổi của các kích thước  và trong một vài trường hợp  sẽ thay đổi cùng với việc bố trí các khoang, két chứa .

Giai đoạn thứ hai của bài toán tối ưu (bài toán 2.1)  sẽ được thực hiện dưới dạng sơ đồ hai mức  với việc đảm bảo  sự phối hợp  cần thiết giữa các mức  phù hợp với các nguyên tắc  tối ưu. Bài toán 2.1 trong trường hợp này có thể giải được nhờ các mô hình đã được chỉ ra ở trên  nhưng có sử dụng các phương pháp tính toán trực tiếp.

Các bài toán 2.2  là một bộ phận của bài toán tối ưu các yếu tố đòi hỏi phải nghiên cứu và áp dụng các mô hình tính toán đặc biệt . Sự cần thiết phải quay trở lại các bài toán 1.2 của giai đoạn đầu sẽ được xác định bởi mức độ  hội tụ các giá trị của các yếu tố.

Tập hợp các bài toán  được nghiên cứu ở trên về mặt bản chất sẽ khảo sát trước việc xác định tất cả các yếu tố  chủ yếu của tàu. Các yếu tố như vậy  sẽ hình  thành nên con tàu như một hệ thống phức tạp duy nhất. Như vậy, có thể  chuyển từ tối ưu hoá các yếu tố  tới tối ưu hoá có tính hệ thống  tất cả con tàu. Rõ  ràng rằng, việc thực hiện bằng chương trình tập hợp  các bài toán đã được xem xét ở trên không có gì khác hơn là sự tự động hoá thiết kế con tàu một cách hệ thống.

17. Chức năng autohydro

Chương trình Autohydro gồm 2 modul chính: Modelmaker Autohydro

-Modelmaker là một chương trình tạo và hiệu chỉnh các file dữ liệu của mô hình tàu thuỷ và được xem như các geometry files (GFs) gọi là file hình học. +) Autohydro dùng các file hình học này để tính toán các yếu tố thuỷ động lực học của mô hình tàu thuỷ.Mỗi một modul chương trình có giao diện, các tập lệnh và hàm chức năng riêng biệt.

Một file GF chứa toàn bộ thông tin về hình dạng thực của mô hình tàu.Nó cung cấp phương thức để nhóm các phần có liên quan lại với nhau và cấp thông tin về thành phần vị trí của các phần đó

Modelmaker được dùng để tạo mới các file GF, hiệu chỉnh một file GF có sẵn, hoặc hiệu chỉnh một file GF tạo bởi một chương trình khác.

Một file GF đơn thuần là một tập hợp các mặt cắt ngang hai chiều (2D cross sections) , được sắp xếp theo trật tự từ mũi đến lái, cùng với thuộc tính của chúng và được định nghĩa là mô hình. Mỗi nhóm hoạc part mô tả một phần của mô hình , như là vỏ tàu hoạc 1 khoang.(hull or compartment). File GF cũng có thể bao gồm các thành phần bên trong như là các két các khoang buồng của thượng tần , các phần phụ ,vv… và các chi tiết thích hợp dung để tính toán thủy lực

-Autohydro là một chương trình hoàn chỉnh dùng để tính toán thuỷ lực và ổn định của tàu thuỷ dành cho các nhà thiết kế tàu thuỷ các kỹ sư hàng hải. Bằng phương pháp mô phỏng thực,

+ Autohydro tính toán và báo cáo các phản ứng của mô hình với các điều kiện tác động khác nhau như là các điều kiện tải trọng, các trạng thái tai nạn, các điều kiện khác bao gồm ngoại lực tác động, ảnh hưởng của gió hoặc momen quay vòng ở tốc độ cao hoặc kết hợp các điều kiện đó với nhau.

+Autohydro cũng có thể được dùng để tính toán các đặc trưng và dung tích của tàu.

+Tư thế của tàu được thể hiện cả trên màn hình và trong báo cáo của Autohydro.

Các báo cáo và đồ thị được thể hiện trên màn hình và có thể hiệu chỉnh, in ra, ghi lại hoặc xuất ra các ứng dụng khác trong môi trường Windows.

18. Cấu trúc của 1 file GF

Một file GF đơn thuần là một tập hợp các mặt cắt ngang hai chiều (2D cross sections) , được sắp xếp theo trật tự từ mũi đến lái, cùng với thuộc tính của chúng và được định nghĩa là mô hình. Mỗi nhóm hoạc part mô tả một phần của mô hình , như là vỏ tàu hoạc 1 khoang.(hull or compartment). File GF cũng có thể bao gồm các thành phần bên trong như là các két các khoang buồng của thượng tần , các phần phụ ,vv… và các chi tiết thích hợp dung để tính toán thủy lực

Một mô hình tàu thuỷ là một file GF. File GF dùng cấu trúc dữ liệu kiểu phả hệ để quản lý tính chất phức tạp của mô hình. Mô hình được chia ra thành : Parts Components Shapes

Con tàu với các phần nổi phụ và thượng tầng, thông thường là một part. Mỗi part được dựng lên từ một hoặc nhiều component (vd: hull = hull + keel) và mỗi component được hình thành từ một shape. Mỗi mô hình phải có một part gọi là HULL. Mỗi một component phải được đính kèm vào một part.

Cách tổ chức của file GF :

Yếu tố dữ liệu :

PART

Các thông tin : tên gọi

Tên (bao gồm cả yếu tố để xác định vị trí, .P, .S hoặc .C)

Lớp (Displacer, Container, Sail)

Toạ độ của “điểm tham chiếu”

Dành riêng cho loại container:

chất liệu (loại chất lỏng và trọng lượng riêng)

Xác định ống đo sâu (vị trí)

Liên quan đến một hoặc nhiều component

COMPONENT

Các thông tin về khối lượng

Tên gọi (kể cả vị trí .P, .S, .C)

Hệ số ngập nước (giá trị âm = khấu trừ)

Liên quan đến 1 shape

SHAPE (Mô tả dạng hình học)

Tên gọi

Trị số x,y,z của component

Trong cách sắp xếp như vậy thì shape là cấp nhỏ nhất rồi đến component rồi đến part.

19. cách tạo dòng lệnh bằng thành công cụ và dòng lệnh

– Dòng lệnh :

1.)Click vào CMD trên thanh menu. Chương trình hiệu chỉnh văn bản của Modelmaker xuất hiện để bạn có thể đánh vào và hiệu chỉnh các lệnh.

2)Chọn File – New

3) Gõ CLEAR. Khi tập lệnh được thi hành, lệnh CLEAR sẽ xoá tất cả các file GF hiện có trong bộ nhớ của Modelmaker

4) Dưới lệnh CLEAR, gõ vào các lệnh sau, nhớ ENTER sau mỗi dòng lệnh:

units mt đặt đơn vị là mét và tấn

Create WB06.p Tạo khoang két có tên là WB06 và “.p” định vị trí két trái hay

phải ở đây là mạn trái

Contents sw Contents : Khai báo két chứa : seawater : chứa dầu

Ends 103.2f,109.7f Xác định 2 đầu của 1 conponent

inboard 3.93 mặt trong két cách mặt phẳng dọc tâm: 7.35 m

ourboard 10 Mặt ngoài két cách mặt phẳng dọc tâm

Top 7.35 Mặt trên két cách Mặt phẳng cơ bản :

Bottom 2.25 Mặt dưới két cách đáy :2.25

Fit fsurf.c Cắt đi phần dao với vỏ tàu

Ngoài ra để tạo với két vừa tạo ta dung lệnh sau:

Create WB07.s

Opposite WB06.p

5) Save file lại dưới định dạng .CMD

6) Sau khi đánh vào và kiểm tra, click vào Run, chọn Restart. Cửa sổ Text editor đóng lại và Modelmaker bắt đầu xử lý tập lệnh đó

7) Sau khi xử lý xong, từ menu View bạn chọn bất cứ góc nhìn nào bạn thích và bạn sẽ thấy mô hình sà lan xuất hiện trên màn hình. Nếu không thấy thì click vào nút Redraw.

– Tạo bằng thanh công cụ

Nạp file .GF của 1 tàu nào đó cần tạo khoag két

Part:

Trên thanh công cụ chọn

Edit – Part Create/Edit sau đó Add

Part name : Tên của khoang két

Side: vị trí khoang két

Port : Mạn trái

Starboard : mạn phải

Centre : ở dọc tâm

Class : Lớp (container, Displacer, Sail)

Fluid Name : Chất liệu chứa trong két

Spgr : tỷ trọng của chất lỏng

Sau khi tạo xong nhấn oK

Component:

Edit – Component Create, chọn két cần tạo,chọn Box,Input

FWD End: 13a Mặt trước két cách gốc tọa độ bao nhiêu

AFT End: 14.5f : Mặt sau két cách gốc tọa độ bao nhiêu

Match Station to Hull : Khoảng cách trạm

Inboard Trans: Mặt trong két két cách MPDT bao nhiêu

Outboard Trans: Mặt ngoài két cách MPDT BAO NHIÊU

Top Vert: Mặt trên cách cách đáy bao nhiêu

Bottom Vert: Mặt dưới két cách đáy bao nhiêu

Nhấn OK ta được khoang két vừa tạo

– Ngoài ra với những két liền vỏ để có đúng hình dạng két ta dung lệnh Fit: loại bỏ đi phần dư của két so với vỏ tàu:

Từ menu Edit chọn Fit to. Trong hộp thoại Fit Component, dưới Fit Component, phần Part Name chọn két cần fit vá các component thích hợp.

Dưới Part hoặc Component to Fit to, phần Part Name chọn HULL và các component thích hợp.

Dưới Type of Fit chọn Internal.

Click <OK>.

So sánh 2 phương pháp

– ở pp tạo két bằng thanh công cụ

ưu điểm : cho phép tạo được 1 két phức tạp ở 1 vị trí bất kỳ

Nhược điểm : không thể cùng 1 lúc tạo được nhiều két

– ở pp tạo két bằng dòng lệnh

ưu điểm : không thể cùng 1 lúc tạo được nhiều két bằng cách tạo câu lệnh cho tất cả khoang két trên Editor

Nhược điểm : không thể cho phép tạo được 1 két phức tạp ở 1 vị trí bất kỳ

20.Trình bày cách xây dựng đồ thị Pantokaren

Chạy chương trình Autohydro

Sau khi đã tạo xong mô hình cho vỏ tàu

Mở File GF của tàu đã tạo mô hình để tình toán thủy lực:

Mở Editor ta gõ câu lệnh sau:

clear report xóa toàn bộ report có trước đó trong cửa sổ report của Autohydro

water 1.025 tỷ trọng chất chứa

angles 0,10,...,90 Góc nghiêng

cc di 1000,1500,...,8000 các trạng thái thái tương ứng với lượng chiếm nước

ấn F5

kích vào Report trên thanh công cụ ta được kết quả tính toán dưới dạng bảng và đồ thị

21. TRình bày cách tính thủy lực và hệ số béo của tàu

Chạy chương trình Autohydro

Sau khi đã tạo xong mô hình cho vỏ tàu

Mở File GF của tàu đã tạo mô hình để tình toán thủy lực:

Mở Editor ta gõ câu lệnh sau:

clear report xóa toàn bộ report có trước đó trong cửa sổ report của Autohydro

water 1.025 Thiết lập trọng lượng riêng của nước

plot off <on> Tắt hoạc kích hoạt xuất biểu đồ thủy lực

ghs :dra@0=0.5,0.51,...,9.45/form. (thiết lập mớn nước và bước tính toán các thông số thủy lực )

hull /draft:1,1.01,...,1.5 /form {tính toán các thông số thủy lực khác : các hệ số béo , diện tích đường nước

ấn F5

kích vào Report trên thanh công cụ ta được kết quả tính toán dưới dạng bảng và đồ thị