Nghiên cứu đánh giá động lực học nâng của tàu đệm khí sử dụng váy khí dạng phân đoạn

Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ, tập 20, số K5-2017 
23 
 
Tóm tắt—Tàu đệm khí là phương tiện chuyển 
động trên gối khí, có thể di chuyển trên cạn và 
dưới nước để vận chuyển con người, hàng hóa, 
trang bị kỹ thuật. Yêu cầu quan trọng đối với 
các tàu đệm khí (Air Cushion Vehicle – ACV) 
là: nâng cao độ tin cậy và tuổi thọ làm việc, giảm 
chi phí vận hành, tính ổn định và khả năng cơ 
động cao. Bài báo này xây dựng mô hình lý 
thuyết nghiên cứu động lực học nâng của tàu 
đệm khí sử dụng váy khí dạng phân đoạn. 
Trong mô hình này, phương trình Bernoulli đối 
với dòng không nén và định luật hai Newton 
được sử dụng để mô tả động lực học nâng của 
tàu đệm khí. Trên cơ sở mô hình xây dựng, các 
thông số động lực học nâng của tàu đệm khí 
“Hovertrek 6100L” được khảo sát. 
Từ khoá—Tàu đệm khí, động lực học nâng, gối 
khí, váy khí dạng phân đoạn 
1 GIỚI THIỆU 
àu đệm khí (Air Cushion Vehicle – ACV) là 
phương tiện chuyển động trên gối khí, có thể 
di chuyển trên cạn và dưới nước để vận chuyển con 
người, hàng hóa, trang bị kỹ thuật. Sau gần 300 
năm phát triển, ngày nay ACV đã phát triển mạnh 
mẽ và được sử dụng rộng rãi tại nhiều nước trên thế 
giới phục vụ các mục đích thương mại, du lịch, 
quân sự Đi đầu trong lĩnh vực này là các nước 
Mỹ, Anh, Nga, Trung Quốc, Canada 
 Hiện nay yêu cầu quan trọng đối với các ACV là: 
nâng cao độ tin cậy và tuổi thọ làm việc, giảm chi 
phí vận hành, tính ổn định và khả năng cơ động 
cao. Để đảm bảo các yêu cầu đó, hệ thống nâng của 
ACV là một trong những yếu tố quan trọng và 
quyết định. Hệ thống nâng của ACV bao gồm váy 
khí, các đường dẫn không khí, các quạt để hút 
không khí từ môi trường và đẩy vào trong để tạo 
Bài báo này được gửi vào ngày 10 tháng 06 năm 2017 và 
được chấp nhận đăng vào ngày 18 tháng 09 năm 2017. 
Lê Văn Dưỡng, Khoa Động lực, Học viện Kỹ thuật Quân sự. 
Nguyễn Duy Đạt, Khoa Xây Dựng, Đại học Ngô Quyền 
(e-mail: nguyenduydat1987@gmail.com) 
Mai Văn Toán, Khoa Xây Dựng, Đại học Ngô Quyền. 
lớp đệm khí (có áp suất cao hơn áp suất của môi 
trường xung quanh). Thành phần quan trọng xác 
định gần như toàn bộ các đặc tính của ACV trong 
quá trình nâng (tính ổn định, tính thông qua, tính 
lưỡng cư, tính điều khiển) là váy khí. Hiện nay 
trên các ACV hiện đại đang sử dụng hai dạng váy 
khí chủ yếu là dạng túi – ngón và dạng phân đoạn. 
 Cùng với sự phát triển của ACV, trên Thế giới 
đã có nhiều công trình nghiên cứu động lực học 
nâng của ACV để phục vụ quá trình thiết kế, hoàn 
thiện kết cấu hệ thống nâng của ACV. Chung đã 
mô tả kết quả của một phân tích động lực học nâng 
phi tuyến [1] và tuyến tính [2] của ACV với váy 
khí dạng túi – ngón. Fu [3] đã nghiên cứu động lực 
học của ACV dựa trên phương trình chuyển động 
cơ bản sáu bậc tự do. Nghiên cứu chỉ ra rằng sự 
thay đổi của góc do đệm khí hạ xuống và di chuyển 
nhỏ hơn nhiều so với tác động của sóng. Yang [4] 
đã sử dụng phương pháp tính toán động lực học 
chất lưu (CFD) để nghiên cứu động lực học của hệ 
thống váy của một ACV lý tưởng, dưới sự tác động 
không theo quy luật của sóng. Động lực học của 
mô hình thu nhỏ theo tỉ lệ của ACV di chuyển qua 
đầm lầy than bùn đã được nghiên cứu thực nghiệm 
bởi Hossain [5]. Hinchey [6] xây dựng mô hình 
nghiên cứu động lực học nâng ACV với tác động 
của nguồn kích thích phi tuyến. 
 Gần đây, tại Việt Nam đã có một số công trình 
nghiên cứu về ACV [7, 8]. Trong [8], tác giả đã xây 
dựng mô hình và tiến hành khảo sát động lực học 
nâng ACV. Tuy nhiên, trong mô hình này chưa tính 
đến ảnh hưởng của váy khí và bề mặt di chuyển. 
 Vì vậy mục tiêu của bài báo là xây dựng mô hình 
động lực học và nghiên cứu chất lượng động lực 
học của ACV sử dụng váy khí dạng phân đoạn khi 
di chuyển trên sóng hoặc các bề mặt gồ ghề nhằm 
phục vụ bài toán tính toán thiết kế ACV cỡ nhỏ 
phục vụ công tác vận tải, tuần tra, du lịch, tại 
Việt Nam. 
Nghiên cứu đánh giá động lực học nâng của 
tàu đệm khí sử dụng váy khí dạng phân đoạn 
Lê Văn Dưỡng, Nguyễn Duy Đạt, Mai Văn Toán 
T 
24 Science and Technology Development Journal, vol 20, No.K5-2017 
2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH KHẢO SÁT 
Giả thuyết xây dựng mô hình. Trong quá trình 
làm việc, ACV chịu tác động của các yếu tố bên 
ngoài như sóng, gió, khí động học Tuy nhiên, 
trong xây dựng mô hình và khảo sát động lực học 
nâng của ACV, ta giả thiết: 
 - Váy khí được giả định là một màng không đàn 
hồi, không khối lượng, áp suất khí p phân bố đều 
trong không gian dưới thân tàu và trong váy khí. 
 - Tốc độ dòng chảy của không khí bên trong váy 
khí và đệm khí được giả thiết không đổi. 
 - Lưu lượng khí vào Q qua quạt nâng của ACV 
và lưu lượng khí thoát ra Qa thông qua khe hở của 
váy đệm khí là ổn định. 
 - Bỏ qua các lực tác dụng của gió, sóng vào 
ACV trong mô hình xây dựng. 
 - Sự thổi khí vào váy khí được giả thiết là dưới 
tốc độ âm thanh và nén theo nguyên lý en-tro-pi, sự 
cân bằng nhiệt động xảy ra ở trong đệm khí. 
 Xây dựng mô hình. Với các giả thiết trên, mô 
hình khảo sát động lực nâng của ACV được thể 
hiện trên hình 1. Trong mô hình này, lượng không 
khí có khối lượng min được đẩy vào đệm khí từ quạt 
nâng, khi hoạt động ổn định ACV có khối lượng M 
(khối lượng khi ACV đầy tải) được nâng độ cao hc 
so với mặt nền nhờ đệm khí có độ cao hs phía dưới 
thân ACV, lượng không khí thoát ra khỏi váy đệm 
khí qua các khe hở he (he = hc - hs - hg) có khối 
lượng mout, hg là chiều cao mấp mô bề mặt. 
Hình 1. Mô hình động lực học Váy khí dạng phân đoạn 
 Áp suất khí p và lưu lượng khí Q đưa vào đệm khí 
từ quạt nâng được xác định theo mối quan hệ [1]: 
3
( 1)
r r
p Q
p Q
 
 (1) 
trong đó: рr và Qr tương ứng là áp suất và lưu 
lượng chuẩn phụ thuộc vào thiết kế của ACV; ε là 
hệ số tỷ lệ áp suất ứng với lưu lượng Q = 0, thường 
1,2 < ε < 1,4 để đảm bảo độ ổn định. 
 Phương trình (1) phản ánh thực tế là sự đảo 
ngược dòng chảy không khí định kỳ có th