Kỷ niệm 200 năm ngày sinh William Froude

Vào ngày 28 tháng Mười Một năm nay,các tổ chức của nước Anh như Đăng Kiểm Lloy’ds ,Hội Kỹ Sư Đóng Tàu Hoàng Gia Anh Rina (viết tắt The Royal Institution of Naval Architect) ,Tập Đoàn Kỹ Thuật Quân Sự Qinetiq cùng nhiều tổ chức media trong đó có đài BBC cùng cả nước Anh long trọng kỷ niệm ngày sinh của William Froude ,một người đã đóng góp to lớn cho sự nghiệp hàng hải nước Anh nói riêng và toàn nhân loại nói chung,đã góp phần đưa đế quốc Anh vào kỷ nguyên huy hoàng mà ta thường nói tới,đó là kỷ nguyên Victoria.Không chỉ tại nước Anh,nhiều tổ chức quốc tế như Hội Quốc Tế các Bể Thử Tàu ITTC (International Towing Tank Conference) ,Trường Đại Học Kyoto Nhật Bản,Hải Quân Hoa Kỳ…cũng như nhiều trường và nhiều tổ chức cũng có hàng loạt hội thảo bàn về hai trăm năm phát triển của thủy động học,từ thực nghiệm tiến tới kỹ thuật số mà tên tuổi của Froude được nhắc tới đầy trân trọng.Với ngành đóng tàu nước ta,tên tuổi của Froude cũng đã được biết tới từ lâu ,với số Froude trong các giáo trình,trong các đề án bể thử,với những con tàu cao tốc muốn vượt qua giời hạn tốc độ…Nhân dịp này,cùng với toàn nhân loại,chúng ta cùng ôn lại những trang sử về con người vĩ đại mà bình dị này,một người yêu nước tha thiết và đã hiến dâng toàn bộ sự nghiệp nhằm phát triển hải quân của đất nước đã sinh ra mình
1-Từ quê hương Torquay
Hình 1-William Froude và R.E.Froude,hai cha con ,cha đẻ của bể thử tàu

Hình 2-Bể thử tàu đầu tiên tại Torquay,hiện nay là viện bảo tàng.Ta trong thấy một kênh nước và đường ray để chạy xe kéo mô hình tàu,những khuôn mẫu cho các bể thử tàu hiện đại

Torquay (xin đọc là Toóc-ki) là một vùng quê hiền hòa nằm sát biển,bên vịnh Torbay vùng Devon phía Đông Nam nước Anh.Tại đây vào ngày 28 tháng Mười Một năm 1810 ,gia đình Froude,một gia đình danh giá ,sinh hạ một cậu con trai tên là William Froude .Họ Froude còn có một loạt những người nổi danh khác như nhà sử học Francois Froude hay con trai thứ ba của William sau này theo đuổi nghề thủy động học của bố.Froude đã gặp thời,hình như ông được chọn thời sinh ra để thi thố tài năng.Đó là giai đoạn trị vì của Nữ Hoàng Anh Victoria (từ năm 1837 tới năm 1901,tức là kéo dài 64 năm,một giai đoạn dài nhất trong lịch sử nước này),một giai đoạn huy hoàng để lại một dấu ấn lớn trong lịch sử mà người ta gọi là kỷ nguyên Victoria (Victorian era) với những cụm từ như kỹ thuật thời Victoria,phong cách ăn mặc thời Victoria ,một giai đoạn nước Anh bành trướng với “mặt trời không bao giờ lặn trên đế quốc Anh”…Đó cũng chính là giai đoạn phát triển tư bản mà sức người bị vắt cùng kiệt ,đã bị lên án trong các tác phẩm của các nhà lý luận cộng sản kinh điển K.Marx, F.Engels ,cũng như được mô tả trong các áng văn chương của Charles Dickens mà chính nhà văn là lao động khổ sai từ khi 12 tuổi.Đường sắt được xây dựng,tàu máy hơi nước phát triển,đèn gas thay cho nến …nhiều mảnh đất cho các nhà khoa học kỹ thuật phát triển.Tốt nghiệp trường Oxford lừng danh với điểm ưu về toán học,Froude bị cuốn hút vào các công trình xây dựng đường sắt do Brunel phụ trách.Có lẽ cũng cần nói thêm một chút về người kỹ sư hơn Froude 4 tuổi mà năm 2006 ,khi kỷ niệm 200 năm ngày sinh,Brunel -thông qua một chương trình của BBC- được đánh giá là nhân vật thứ hai trong số 100 người Anh nổi tiếng nhất mọi thời đại. Đầu quân cho Brunel ,chàng trai trẻ Froude bị cuốn hút theo những chương trình “rồ dại” khác người của chàng kỹ sư xây dựng con đường sắt với cái hầm chui xuyên núi nổi tiếng mang tên Brunel đã nối dài và cắt ngang nước Anh ra tới tận bờ biển.Vậy muốn đi tiếp sang Mỹ phải làm gì ?Tất nhiên chỉ có tàu biển mới vượt được Đại Tây Dương.Brunel bắt tay chuyển nghề sang đóng tàu với những con tàu lớn nhất thời bấy giờ mang những cái tên như tàu “Great Western-Phương Tây Vĩ Đại” rồi tới “Great Eastern-Phương Đông Vĩ Đại” .Có lẽ vì Brunel mà Froude cũng bắt đầu gắn bó với sông biển và tàu thuyền.Khác với Brunel nặng thực hành,Froude suy tưởng tới những vần đề cơ bản của kỹ thuật đóng tàu.Cho tới lúc này,mặc dầu đã có đóng góp của rất nhiều nhà khoa học kỹ thuật từ cổ tới kim như Achimedes cổ Hy Lạp tới các nhà toán học cận đại như Euler,Bernoulli,Navier…đóng tàu vẫn mang màu sắc một nghề của nghệ nhân,của các “lò “ truyền thống cha truyền con nối kiểu như “ghe Gò Công” hay “nốốc Huế” ở nước ta (nốốc ,một loại thuyền có hai chữ ô !).Đã biết vẽ tuyến hình tức là có thể tính toán với các công thức gần đúng Simpson nhưng với những kết quả cuối cùng của con tàu như tốc độ,các tính năng hàng hải…thì người ta gần như không dự đoán trước được mà chỉ sau khi có con tàu thật mới cho chạy rút kinh nghiệm để làm những con tàu tiếp theo cùng một prototype,tức là phải đem con tàu thật ra làm thí nghiệm,một việc làm vô cùng tốn kém.Nhiều nhà khoa học trước Froude đã nẩy sinh ý nghĩ tại sao không thử trước với những con tàu bé tí hon,những mô hình thu nhỏ của con tàu định đóng ?Tất nhiên ,hàng loạt bài toán được đặt ra :liệu mô hình có đồng dạng với tàu thật?làm sao cho điều kiện lúc thử tương đồng sóng gió biẻn cả?bằng cách nào suy luận được bằng con số từ kết quả thử sang số liệu thật ?v..v..Là một nhà toán học kiêm kỹ sư thực hành,ông không chờ giải quyết hết thảy mọi vấn đề mà bắt tay ngay một việc vô cùng đơn giản thể hiện một quyết tâm mày mò thực nghiệm:dùng thuyền kéo một chiếc mô hình chạy trên sông gần nhà.Tiếp đến,Froude cho xây dựng một con kênh nhỏ,tức bể thử tàu đầu tiên thế giới ngay tại nhà mình.Mô hình con tàu được làm bằng nến,một hệ xe kéo trên đường ray làm cho con tàu tí hon chuyển động làm bằng sắt mỏng do tự tay ông cắt hàn,một hệ thống chuyển dữ liệu và ghi chép,việc suy luận kết quả từ con tàu tí hon sang tàu thật,đó là những di sản mà Froude đã để lại,được tất cả các bể thử tàu sau này đều áp dụng.Chỉ với hai nghìn bảng Anh trợ cấp từ Bộ Hải Quân ,do Chánh Kỹ Sư Edward Reed của Bộ nghe tin về những kết quả bước đầu của Froude,nhà phát minh đã cố giật gấu vá vai xây bể thử ngay trong khu đất nhà mình,không nhận thù lao mà chỉ chi một số tiền nhỏ nhoi cho đứa con thứ ba R.E.Froude,nay đã là một trợ thủ đắc lực của bố .Và khi William qua đời vào năm 1869,Froude-Con là người chỉ huy toàn bộ việc di chuyển bể thử xuống Haslar ,sát với quân cảng Portsmouth ,tận cùng phía đông nam nước Anh.Chỉ trong hai thập kỷ bể thử này đã thí nghiệm cho 500 con tàu trong đó có 61 tàu tuần dương ,33 tàu khu trục,14 tàu ngầm …góp phần tạo nên huyền thoại về sức mạnh của đế quốc Anh trên biển .Các nước thi nhau mời Froude-Con làm cố vấn xây các bể thử tương tự như bể tại St Petersburg của Nga,bể tại Spezia nước Ý
2/Tới cuộc hội thảo vinh danh Froude
Từ ngày 21 tới ngày 25 tháng Mười Một năm nay,tại ngay đường phố mang tên Froude của cảng Portsmouth ,một hội thảo mang tên “Hội thảo quốc tế William Froude –Những tiến bộ của thủy động học tàu thủy lý thuyết và ứng dụng –Quá khứ và Tương Lai”,nơi tập hợp tất cả những nhà nghiên cứu và thực hành mong muốn chế tạo ra những con tàu chạy nhanh hơn,ổn định hơn,những khách sạn năm sao nổi di động tiêu ít nhiên liệu và thân thiện với môi trường,những du thuyền bay trên mặt nước…Hai thê kỷ với biết bao biến động .Cũng vẫn là xe kéo ,vẫn mô hình,nhưng máy tính và các phần mềm đã thực sự làm một cuộc cách mạng tại các bể thử tàu .Thử mô hình thực chất là một cuộc mô phỏng vật lý ,từ mô hình tí hon và sóng nước tự tạo (dùng các cánh đập ) suy ra cho con tàu thật thì kỹ thuật mô phỏng trên máy tính ngày nay có thể tạo ra con tàu ảo ,biển cả ảo mà như thật.Với người bình thường chúng ta ,nếu có một lần ghé qua các trò chơi điện tử đầy hấp dẫn ,hay những cuốn phim 3-D như Avatar,Shrek …của Hollywood ta cũng thấy được phần nào kết quả của mô phỏng trong văn hóa nghệ thuật.Còn đối với các hãng hang không,các công ty chế tạo thiết bị vũ trụ,các tập đoàn đóng tàu…,công nghệ CFD,một ngành khoa học mới có tên là Động Học Tính Toán các Lưu Chất (viết tắt các chữ Computational Fluids Dynamic) với sự trợ giúp của các siêu máy tính có thể mô phỏng và tính toán các con tàu vũ trụ ,tính tốc độ và các chỉ tiêu của con tàu chả thua kém gì kết quả từ các bể thử tàu thật.Hình sau đây có thể giúp ta hình dung phần nào công việc này.Cùng là đo đạc tốc độ dòng chảy đầu nguồn đi vào một cái bánh lái,hình phải là kết quả công việc từ bể thử,còn hình trái là kết quả từ máu tính ,cả hai được tiến hành tại bể thử tàu INSEAN của Ý. Tính toán bằng máy tính với công cụ CFD cho kết quả chả khác những gì làm trong bể thử mà lại tiết kiệm hơn,rõ ràng hơn ,đỡ cồng kềnh phiền phức hơn.
Hình 3-So sánh kết quả đo tốc độ dòng nước đi vào bánh lái của tàu thủy,hình trái là mô phỏng bằng CFD ,hình phải là kết quả đo tại bể thử INSEAN ,Rome ,Ý .CFD thực hiện đỡ tốn kém hơn thử trong bể thử tàu


Hội các Bể Thử Tàu Quốc Tế ITTC (viết tắt các chữ International Towing Tank Conference ) là nơi tập họp vài chục hội viên ,từ những bể thử hàng đầu thế giới với các kết quả đã đưa vào sách giáo khoa dạy dỗ các nhà đóng tàu trẻ tuổi như bể David Taylor Hoa Kỳ,bể Wageningen Hà Lan cho tới các bể thử bé nhỏ dùng để minh họa học tập giảng dậy như bể thử của một nước không có nhiều song biển như Bulgaria chẳng hạn…Hầu như tất cả các bể đó đều dùng công nghệ CFD như một phương tiện hỗ trợ đối chiếu với một loạt hệ máy tính chuyên dung
3/Bể thử tàu ở nước ta
Ngay từ những năm 60 của thế kỷ trước,khi bắt tay vào học đóng và thiết kế những con tàu nhỏ bé đầu tiên trên miền Bắc Việt Nam ,việc cần thiết trang bị một bể thư
tàu đã được các nhà lãnh đạo đề cập tới.Việc thiếu hụt “bát-xanh” tức bể thử (chữ Pháp –bassin d’essai des carène bể thử vỏ tàu) nhiều khi được dùng để bào chữa cho khiếm khuyết của các bàn tay vẽ các con tàu chưa thành thạo.Trải qua nhiều năm tháng,tại cơ quan thiết kế tàu mà nay là Viện Nghiên Cứu Khoa Học Công Nghệ của Vinashin đã xây dựng một bể thử tại khu vực Hoàng Mai gần bến xe Giáp Bát Hà Nội .Công trình đang dở dang lại di chuyển lên một khu vực đất cực đẹp tại Hòa Lạc Thạch Thất ,trong một chương trình quốc gia,là một trong 17 phòng thí nghiệm khoa học kỹ thuật trọng điểm.Những thông tin này chưa được công bố rộng rãi cho mọi người được biết,nhưng qua bản tin của Vinashin chúng ta được biết rằng :
“Công trình được khởi công xây dựng ngày 13/8/2009 với diện tích khoảng 25ha, quy hoạch chia thành 5 khu chính: Khu thí nghiệm có diện tích 10,5 ha; Khu đào tạo 3,5ha; Khu trung tâm điều hành 2,4 ha; Khu chuyên gia và phục vụ: 1,6 ha; Khu thử nghiệm ngoài trời 6,9 ha. Tổng mức đầu tư hơn 1.400 tỷ đồng, đây sẽ là một trung tâm nghiên cứu khoa học-thử nghiệm lớn nhất về tàu thủy và công trình biển ở trong nước và khu vực, với các trang thiết bị thí nghiệm hiện đại, đồng bộ; đủ năng lực giải quyết mọi vấn đề khoa học và công nghệ thuộc lĩnh vực: kỹ thuật tàu thuỷ, kỹ thuật biển, thuỷ khí động lực học và một số lĩnh vực kỹ thuật công nghiệp khác; đáp ứng yêu cầu hội nhập quốc tế; tiến tới gia nhập và trở thành thành viên của Hiệp hội Bể thử thế giới”

Hình 4-Toàn cảnh Bể thử tàu Hòa Lạc.

Nhân kỷ niệm 200 năm ngày sinh của William Froude,Hội Khoa Học Kỹ Thuật và Kinh Tề Biển thành phố Hồ Chí Minh đã tổ chức một seminar để ghi nhớ sự kiện này dưới sự chủ trì của Tiến sĩ-nguyên Phó Đô Đốc Hải Quân Lê Kế Lâm,chủ tịch Hội.Tại cuộc hội thảo,sau báo cáo tổng quan nhắc lại tiểu sử của W.Froude và tình hình bể thử tàu thế giới do kỹ sư Đỗ Thái Bình trình bày,tiến sĩ Phạm Ngọc Hòe,nguyên Tổng Giám Đốc Thủy Sản Biển Đông đã trình bày báo cáo khoa học về số Froude,những cố gắng thiết kế các tàu cao tốc vượt qua số Froude tại nước ta.Cuộc họp đã sôi nổi thảo luận những vấn đề
Hình 5-Hội thảo kỷ niệm 200 năm ngày sinh của William Froude do Hội KHKT Biển thành phố Hồ Chí Minh tổ chức ngày 26 /11/2010


nóng bỏng của khoa học công nghệ đóng tàu và thấy rõ quyết tâm rất cao của Đảng và Nhà Nước trong việc trang bị các bể thử tàu hiện nay tại Đại Học Hàng Hải Hải Phòng và Bể thử Hòa Lạc nhằm đưa công nghiệp đóng tàu nước ta lên một vị trí xứng đáng với một quốc gia biển .Tuy nhiên ,qua các báo cáo của Tổng Thanh Tra Chính Phủ Trần Văn Truyền cũng cho ta thấy việc xây dựng có nhiều sai sót,ngay từ khi dự tính,tính toán.Điều đó chứng tỏ đội ngũ chuẩn bị và thực hiện việc xây dựng cũng như quản lý điều hành bể thử trong tương lai chưa được đầu tư thích đáng,phải cáng đáng nhiều công việc quá tầm,quá sức.Bể thử là một công trình khoa học ứng dụng cần tập hợp một đội ngũ rộng rãi nhiều chuyên gia đa ngành,nhất là các nhà thủy động học,toán cơ,cơ điện tử,các chuyên gia đo đạc...chứ không phải chỉ là công việc của các kỹ sư đóng tàu,là những người chủ yếu dùng kết quả thực nghiệm từ bể thử.Qua báo cáo của Thanh Tra Chính Phủ ,công việc này hình như chỉ được tập trung vào một đơn vị đóng tàu .Trước sự phát triển như vũ bão của công nghệ thông tin,một số đại biểu cho rằng nên phát triển mạnh mẽ CFD thay vì các phương pháp bể thử cổ điển.Là một nước nhỏ,kinh tế còn hạn hẹp,tiến sĩ Lê Kế Lâm cho rằng phương án hiệu quả nhất là một Trung Tâm Thủy Khí Quốc Gia giải quyết chung các bài toán thủy khi động học của đất nước đặt ra trong sự nghiệp công nghiệp hóa ,hiện đại hóa đất nước và bảo vệ chủ quyền trên biển .Có một Trung Tâm mạnh mới có điều kiện đầu tư và tập trung nhân tài,mới đủ khả năng giải quyết các bài toán liên ngành cho hàng hải,hàng không,đóng tàu,thủy lợi,đạn pháo ....,mới có điều kiện trang bị hệ thống siêu máy tính ở tầm quốc gia thay vì phân nhỏ lẻ ,những vấn đề mà Bộ Khoa Học và Công Nghệ nên nghiên cứu đề xuất.Hơn bao giờ hết,các đại biểu thấy rõ chỉ bằng cách thật sự nâng cao hàm lượng khoa học công nghệ trong mọi hoạt động thực tiễn đóng tàu và hàng hải hiên nay ,chúng ta mới có thể nâng cao sức mạnh trên biển,phát triển kinh tế biển ,giữ gìn non sông bờ cõi mà 2/3 là biển cả !