Đề tài hợp tác Trong và ngoài nước(tàu đệm khí động)

Tàu đệm khí động - EKRANOPLAN,

TỔNG QUAN VỀ TÀU ĐỆM KHÍ ĐỘNG (EKRANOPLAN)
Trải qua nhiều thế kỷ, con người đã thực hiện các chuyến hải hành qua các vùng biển trên thế giới với tốc độ không ngừng tăng lên. Những thế hệ tàu thuyền mới thường có tốc độ nhanh hơn loại đang tồn tại. Nhiều công nghệ mới đã được áp dụng nhằm tăng tốc độ tàu. Tuy nhiên các loại tàu một thân thông thường chỉ có thể đạt được tốc độ giới hạn, để có thể đạt tốc độ cao cần phải sử dụng các loại tàu tiên tiến như tàu hai thân, tàu cánh ngầm hay tàu đệm khí. Tất cả các loại tàu đề cập trên đây có thể đạt tốc độ thực tế tối đa xoay quanh 100km/h. Mặt hạn chế của tàu biển cao tốc là yêu cầu phải lắp máy có công suất lớn, và kéo theo là tiêu tốn nhiên liệu lớn. Với các loại tàu biển thông thường không thể hoạt động ở tốc độ cao với chi phí nhiên liệu hợp lý.


Các tàu biển cao tốc cần phải trang bị máy có công suất lớn chủ yếu để thắng được sức cản nhớt, trong đó trên 50% là do ma sát với nước gây nên. Do đó giải pháp hữu hiệu nhất là giảm sự tiếp xúc giữa vỏ tàu với nước. Đây là nguyên lý hoạt động của tàu cánh ngầm và tàu đệm khí. Tốc độ của tàu đệm khí phụ thuộc vào trạng thái của biển và độ ổn định dọc, tốc độ của tàu cánh ngầm phụ thuộc vào hiện tượng sủi bọt ở cánh ngầm.

Tàu biển có sức cản thấp nhất là loại tàu không tiếp xúc với nước khi hoạt động, đó là dạng tàu đệm khí không sử dụng chân vịt, và được gọi là “Tàu sử dụng hiệu ứng bề mặt – cánh” (WIG Boat: Wing In Ground – effective Boat), gọi tắt là “Tàu đệm khí động” . WIG Boat là tàu thuỷ có cánh và hoạt động trên bề mặt nước, nó di chuyển trên một đệm khí có áp suất cao nằm giữa cánh của nó và mặt nước. Đệm khí này được tạo nên bởi sự tương tác khí động giữa cánh và mặt nước, và được gọi là “hiệu ứng bề mặt”. Đây chính là sự khác biệt giữa WIG boat và máy bay, WIG boat không thể hoạt động khi không có hiệu ứng bề mặt, và do đó chiều cao hoạt động của WIG boat phụ thuộc vào khoảng cách giữa bề mặt cánh của nó và mặt nước, nghĩa là bị giới hạn bởi kích thước của bản thân WIG boat.

Về mặt kỹ thuật, tàu đệm khí động có thể được xem là sản phẩm lai giữa tàu đệm khí tĩnh và máy bay. Nó chỉ có thể bay ngay bên trên một bề mặt nào đó (thường là mặt nước), do đó nó còn có tên gọi là WISES (Wing In Surface Effect Ship). Người Nga sử dụng tên gọi Ekranoplan để chỉ loại tàu này, và hiện nay thuật ngữ này cũng đang được sử dụng phổ biến trên thế giới.


Tàu đệm khí tĩnh di chuyển trên một đệm không khí được tạo ra bởi quạt gió thổi không khí qua khoang hẹp lắp phía dưới thân vỏ. Khoang này được bao bọc bởi một thiết bị có dạng như một cái váy, làm bằng cao su, có nhiệm vụ hạn chế sự rò rỉ không khí và tăng độ kín của khoang. Đệm khí này làm giảm ma sát giữa tàu đệm với nước, do đó tăng hiệu quả hoạt động của tàu.

Tàu sử dụng hiệu ứng bề mặt cũng nằm trên một đệm khí, nhưng đệm khí này được tạo nên bởi hiện tượng khí động lực học chứ không phải từ động cơ, nghĩa là đệm khí này chỉ tồn tại khi tàu có tốc độ tiến đủ lớn, do đó đệm khí do tàu tạo ra gọi là đệm khí động, khác với đệm khí tĩnh của

TÀU HAI THÂN (CATAMARAN)

Tàu đệm khí thông thường. Với đặc điểm này, tàu sử dụng hiệu ứng cánh còn được gọi là “Tàu đệm khí động”. Có thể so sánh sự khác nhau về nguyên lý làm việc của tàu đệm khí động và tàu đệm khí tĩnh với nguyên lý làm việc của máy bay phản lực và trực thăng.

Tàu đệm khí động được thiết kế để tận dụng lợi thế của hiệu ứng bề mặt, do đó nó luôn luôn bay sát bề mặt. Mặt dù được gọi là hiệu ứng mặt đất, hầu hết các tàu đệm khí động đều hoạt động trên mặt nước, có một số hoạt động dưới dạng lưỡng cư. Một vài WIG boat có khả năng bay xa khỏi bề mặt, nhưng hiệu quả không bằng máy bay. Một số máy bay được thiết kế có sử dụng hiệu ứng bề mặt khi cất cánh.

WIG boat đã xuất hiện lần đầu tiên vào những năm 1950. Trong hơn 50 năm qua nhiều loại WIG boat khác nhau đã được thiết kế và chế tạo, một vài trong số này đã và đang trở thành sản phẩm thương mại.

Hiện nay, hầu hết các WIG boat trên thế giới đều dựa trên cơ sở của hai mô hình phổ biến nhất là Lippisch và PAR-WIG.

Dù đã qua hơn 5 thập kỷ phát triển dường như WIG boat vẫn chưa đạt tới độ trưởng thành do chưa được sử dụng phổ biến. Chỉ thời gian gần đây khả năng thương mại hoá loại tàu này mới được một số công ty quan tâm. Có lẽ nguyên nhân quan trọng nhất (đặc biệt trong thời kỳ của Liên xô trước đây) là công nghệ hiệu ứng bề mặt được giữ bí mật nghiêm ngặt.

Ngoài ra vấn đề ổn định dọc cũng là một trong những nguyên nhân làm chậm phát triển công nghệ này. Vấn đề chính là khi tách ra khỏi mặt nước, do sức cản của nước ở thời điểm ngay trước khi WIG boat tách khỏi mặt nước là rất lớn (trạng thái sức cản lúc đó được gọi là sức cản bướu), nên công suất yêu cầu để bắt đầu quá trình cất cánh cao hơn nhiều so với chế độ hành trình. Các thuỷ phi cơ cũng gặp phải hiện tượng sức cản bướu ở thời điểm cất cánh, nhưng chúng có thể tận dụng công suất dự trữ để đạt được tốc độ cất cánh, còn tàu đệm khí động không thể thực hiện điều này do vấn đề “ổn định dọc”. Do công suất dự trữ quá lớn (để đảm bảo đủ lực nâng cho quá trình cất cánh), sẽ làm cho tàu đệm khí động mất ổn định dọc và dễ xảy ra hiện tượng hoặc nghiêng lên trên, hoặc chúi xuống dưới. Cả hai hiện tượng này đều gây ra tai nạn cho tàu đệm khí động.

Kích cỡ cũng là một yếu tố làm hạn chế sự phát triển của WIG boat. Một WIG boat đáp ứng tất cả các yêu cầu về kỹ thuật và thương mại sẽ có kích cỡ rất lớn, lên đến hàng trăm, hoặc hàng ngàn tấn. Rõ ràng không dễ tìm được các nhà đầu tư hỗ trợ cho dự án phát triển loại tàu cỡ lớn này nếu như chưa tìm được công nghệ chế tạo những chiếc có kích cỡ nhỏ hơn.

Những thiết kế kích thước nhỏ không chỉ quan trọng đối với việc hoàn thiện công nghệ mà còn làm nền tảng xây dựng những quy định cụ thể cũng như củng cố kinh nghiệm vận hành. Thời gian sẽ cho thấy liệu các tàu đệm khí động cỡ nhỏ có đủ hấp dẫn để phát triển cho việc vận chuyển trên các đại dương trong tương lai như các phương tiện đã có trước đây hay không.

Chắc anh em cũng có người tìm hiểu về thông tin này rồi,trên đây mình muốn đưa lên để anh em cùng nhau tham khỏa nhé.

nguyenxuanviet89 đã viết:

Tàu biển có sức cản thấp nhất là loại tàu không tiếp xúc với nước khi hoạt động, đó là dạng tàu đệm khí không sử dụng chân vịt, và được gọi là “Tàu sử dụng hiệu ứng bề mặt – cánh” (WIG Boat: Wing In Ground – effective Boat), gọi tắt là “Tàu đệm khí động” . WIG Boat là tàu thuỷ có cánh và hoạt động trên bề mặt nước, nó di chuyển trên một đệm khí có áp suất cao nằm giữa cánh của nó và mặt nước. Đệm khí này được tạo nên bởi sự tương tác khí động giữa cánh và mặt nước, và được gọi là “hiệu ứng bề mặt”. Đây chính là sự khác biệt giữa WIG boat và máy bay, WIG boat không thể hoạt động khi không có hiệu ứng bề mặt, và do đó chiều cao hoạt động của WIG boat phụ thuộc vào khoảng cách giữa bề mặt cánh của nó và mặt nước, nghĩa là bị giới hạn bởi kích thước của bản thân WIG boat.

Về mặt kỹ thuật, tàu đệm khí động có thể được xem là sản phẩm lai giữa tàu đệm khí tĩnh và máy bay. Nó chỉ có thể bay ngay bên trên một bề mặt nào đó (thường là mặt nước), do đó nó còn có tên gọi là WISES (Wing In Surface Effect Ship). Người Nga sử dụng tên gọi Ekranoplan để chỉ loại tàu này, và hiện nay thuật ngữ này cũng đang được sử dụng phổ biến trên thế giới.


Tàu đệm khí tĩnh di chuyển trên một đệm không khí được tạo ra bởi quạt gió thổi không khí qua khoang hẹp lắp phía dưới thân vỏ. Khoang này được bao bọc bởi một thiết bị có dạng như một cái váy, làm bằng cao su, có nhiệm vụ hạn chế sự rò rỉ không khí và tăng độ kín của khoang. Đệm khí này làm giảm ma sát giữa tàu đệm với nước, do đó tăng hiệu quả hoạt động của tàu.

Tàu sử dụng hiệu ứng bề mặt cũng nằm trên một đệm khí, nhưng đệm khí này được tạo nên bởi hiện tượng khí động lực học chứ không phải từ động cơ, nghĩa là đệm khí này chỉ tồn tại khi tàu có tốc độ tiến đủ lớn, do đó đệm khí do tàu tạo ra gọi là đệm khí động, khác với đệm khí tĩnh của

TÀU HAI THÂN (CATAMARAN)

Tàu đệm khí thông thường. Với đặc điểm này, tàu sử dụng hiệu ứng cánh còn được gọi là “Tàu đệm khí động”. Có thể so sánh sự khác nhau về nguyên lý làm việc của tàu đệm khí động và tàu đệm khí tĩnh với nguyên lý làm việc của máy bay phản lực và trực thăng.

Tàu đệm khí động được thiết kế để tận dụng lợi thế của hiệu ứng bề mặt, do đó nó luôn luôn bay sát bề mặt. Mặt dù được gọi là hiệu ứng mặt đất, hầu hết các tàu đệm khí động đều hoạt động trên mặt nước, có một số hoạt động dưới dạng lưỡng cư. Một vài WIG boat có khả năng bay xa khỏi bề mặt, nhưng hiệu quả không bằng máy bay. Một số máy bay được thiết kế có sử dụng hiệu ứng bề mặt khi cất cánh.

WIG boat đã xuất hiện lần đầu tiên vào những năm 1950. Trong hơn 50 năm qua nhiều loại WIG boat khác nhau đã được thiết kế và chế tạo, một vài trong số này đã và đang trở thành sản phẩm thương mại.

Hiện nay, hầu hết các WIG boat trên thế giới đều dựa trên cơ sở của hai mô hình phổ biến nhất là Lippisch và PAR-WIG.

Dù đã qua hơn 5 thập kỷ phát triển dường như WIG boat vẫn chưa đạt tới độ trưởng thành do chưa được sử dụng phổ biến. Chỉ thời gian gần đây khả năng thương mại hoá loại tàu này mới được một số công ty quan tâm. Có lẽ nguyên nhân quan trọng nhất (đặc biệt trong thời kỳ của Liên xô trước đây) là công nghệ hiệu ứng bề mặt được giữ bí mật nghiêm ngặt.

Ngoài ra vấn đề ổn định dọc cũng là một trong những nguyên nhân làm chậm phát triển công nghệ này. Vấn đề chính là khi tách ra khỏi mặt nước, do sức cản của nước ở thời điểm ngay trước khi WIG boat tách khỏi mặt nước là rất lớn (trạng thái sức cản lúc đó được gọi là sức cản bướu), nên công suất yêu cầu để bắt đầu quá trình cất cánh cao hơn nhiều so với chế độ hành trình. Các thuỷ phi cơ cũng gặp phải hiện tượng sức cản bướu ở thời điểm cất cánh, nhưng chúng có thể tận dụng công suất dự trữ để đạt được tốc độ cất cánh, còn tàu đệm khí động không thể thực hiện điều này do vấn đề “ổn định dọc”. Do công suất dự trữ quá lớn (để đảm bảo đủ lực nâng cho quá trình cất cánh), sẽ làm cho tàu đệm khí động mất ổn định dọc và dễ xảy ra hiện tượng hoặc nghiêng lên trên, hoặc chúi xuống dưới. Cả hai hiện tượng này đều gây ra tai nạn cho tàu đệm khí động.

Kích cỡ cũng là một yếu tố làm hạn chế sự phát triển của WIG boat. Một WIG boat đáp ứng tất cả các yêu cầu về kỹ thuật và thương mại sẽ có kích cỡ rất lớn, lên đến hàng trăm, hoặc hàng ngàn tấn. Rõ ràng không dễ tìm được các nhà đầu tư hỗ trợ cho dự án phát triển loại tàu cỡ lớn này nếu như chưa tìm được công nghệ chế tạo những chiếc có kích cỡ nhỏ hơn.

Những thiết kế kích thước nhỏ không chỉ quan trọng đối với việc hoàn thiện công nghệ mà còn làm nền tảng xây dựng những quy định cụ thể cũng như củng cố kinh nghiệm vận hành. Thời gian sẽ cho thấy liệu các tàu đệm khí động cỡ nhỏ có đủ hấp dẫn để phát triển cho việc vận chuyển trên các đại dương trong tương lai như các phương tiện đã có trước đây hay không.

Cám ơn bạn Nguyenxuanviet89 hen, đề tài này khá hấp dẫn nè.
Chắc mình về cũng tìm tòi nghiên cứu cùng bạn hen. Mình thấy bạn rất tích cực đóng góp cho diễn đàn đó.
Học tốt nhé.

uhm thanhks các anh.hjj em chỉ muốn đóng một chút cho diễn đàn khoa mình thêm sôi nổi hơn .Chúc các anh khóa 48 học tập tốt nha

Các bạn nên chú ý ghi lại nguồn của tài liệu khi trích dẫn nhé.

Vâng .lần sau tôi sẽ lick đường dẫn lên các anh em có thể tiện theo dõi