DE69911397T2

DE69911397T2 - Bootskörper mit einer einrumpf-trimaran-catamaran-architektur

Info

Publication number: DE69911397T2
Application number: DE69911397T
Authority: DE
Inventors: Luigi Mascellaro
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-05-06
Filing date: 1999-04-22
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2019-04-23
Also published as: US6345584B1; NZ507348A; EP1075414A1; JP3469197B2; ID27344A; ATE249964T1; ES2207201T3; DE69911397D1; WO1999057006A1; EP1075414B1; IL139214A; CN1120785C; IL139214A0; CA2331366A1; CN1299326A; AU3533099A; AU744337B2; RU2243127C2; CA2331366C; JP2002513716A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf einen Bootskörper mit einer Einrumpf-Trimaran-Catamaran Architektur.
Der Gesamtwiderstand gegen eine Vorwärtsbewegung eines Boots ist grundsätzlich die Summe der Außenhaut-Reibung (die erhalten wird durch Integration der Tangentialbeanspruchung über die gesamte Bootskörper-Oberfläche in Richtung der Bewegung), des Flüssigkeits-Widerstands (der mit der Verlustenergie aufgrund der Viskoseeffekte in Zusammenhang steht) und des Restwiderstands. Der Restwiderstand umfaßt zum Großteil den Wellenwiderstand, der mit der vom Bootskörper bei der Erzeugung von Schwerewellen dissipierten Energie zusammenhängt.
Der sich vorwärts bewegende Bootskörper erzeugt eine Gesamt-Wellenformation, die ihrerseits aus zwei unterschiedlichen, aber zusammenwirkenden Wellensystemen zusammengesetzt ist: ein divergierendes Wellensystem und ein Querwellensystem. Die Gesamt-Wellenformation ist innerhalb von zwei Linien enthalten, die Grenzlinien des divergierenden Wellensystems genannt werden. Jede Grenzlinie bildet einen Winkel von 19,5 Grad mit der longitudinalen Symmetrieebene des Bootskörpers. Die Scheitellinien der Querwellen sind senkrecht zur Richtung der Bewegung des Bootskörpers nahe dem Bootskörper und drehen nach hinten, wenn die Querwellen die divergierenden Wellen erreichen, bis sie sich an das gleiche divergierende Wellensystem anschließen. Vor dem Schiffsbug befindet sich ein Hochdruckbereich, der eine ausgebildete Wellenfront als Teil des Quer- und divergierenden Wellensystems erzeugt. Weitere Wellensysteme bilden sich nahe den Bug- und Heckseiten des Bootskörpers aus.
Ein resultierendes Wellensystem kann oft als von vier Wellensystemen gebildet angesehen werden:

– ein Bugwellensystem aufgrund des Hochdruckbereichs, der sich während der Vorwärtsbewegung des Bootskörpers nahe dem Bug ausbildet;
– ein Wellensystem vor dem Bugseitenabschnitt aufgrund eines Niedrigdruckbereichs, der sich nahe eines solchen Seitenabschnitts ausbildet;
– ein Wellensystem, das sich entlang des Heckseitenabschnitts ausbildet aufgrund eines Niedrigdruckbereichs, der in einem solchen Teil des Bootskörpers existiert;
– ein Heckwellensystem aufgrund eines Hochdruckbereichs, der sich im Heckbereich ausbildet.

Es ist sehr schwierig, die exakte Position des Scheitels sowohl der Bugwellen- als auch der Hecksysteme vorauszusehen. Es ist ebenfalls schwierig, die Position der Täler der Wellensysteme vorauszusehen, die in den Bug- und Heckseitenabschnitten des Bootskörpers aufgrund der Hochdruch-Peaks ausgebildet werden, die nahe den Bug- und Heckseitenabschnitten erzeugt werden.
Diese vier Wellensysteme, die das Gesamt-Wellensystem bilden, können miteinander in mehr oder weniger vorteilhafter Weise für den Widerstand zur Vorwärtsbewegung des Bootskörpers interferieren. Nachdem jedoch der Wellenwiderstand in großem Maße zum Gesamtwiderstand beiträgt, sollte man gerade auf den Wellenwiderstand einwirken, indem Maßnahmen getroffen werden, die den Wellenwiderstand reduzieren sollen, so daß die auf einem Boot installierte vorwärtstreibende Kraft verringert werden kann, wobei die vom Boot erreichte Geschwindigkeit die gleiche sein soll.
In den letzten Jahren hatten es sich die Entwickler als ein Ziel gesetzt, soweit wie möglich die Wellenbildung zu reduzieren, die von dem sich vorwärts bewegenden Bootskörper erzeugt wird.
Andererseits gibt es Konstruktionen, die die Widerstandsbedingungen zur Vorwärtsbewegung durch Ausnutzung der Bugwellenformationen verbessern, wobei diese im Boden des Rumpfs gehalten werden und ein ausgeprägteres resultierendes Heckwellensystem erzeugt wird. Unter anderem offenbart das US-Patent Nr. 5,402,743, erteilt am 4. April 1995 für Holderman mit dem Titel "Deep chine hull design" einen Rumpf mit einer Bodenstruktur, die zwei longitudinale Kanäle bildet, die sich entlang des gesamten Rumpfes nach vorne und hinten erstrecken. Bei dem obigen Patent wird die Bugwelle, die in ihrer Drehbewegung unterstützt wird und in gewissem Maße gesteuert bzw. kontrolliert wird, in diese Kanäle umgelenkt. Die Bugwelle wird dadurch gesteuert, daß diese Kanäle einem Venturi-Rohr entsprechen. Der Erfinder des obigen Patents macht es, unter anderem, zur Bedingung, daß Luft im Bug des Rumpfes ausgestoßen wird, bevor sie innerhalb der gleichen Kanäle eingeschlossen wird. Weiterhin setzt diese Bedingung Grenzen hinsichtlich der Form den Rumpfes, der Kurvenseiten haben muß, d. h. der Rumpf ist in seinen Querschnitten zum Bug und zum Heck verjüngt und erfüllt eine Venturi-Rohr-Struktur entlang seiner gesamten Länge über ein Paar invertierter Kanäle, die einen kontinuierlichen Kiel nach vorne und hinten begrenzen.
Die vorliegende Erfindung steht dem vorstehenden Patent nur dahingehend nahe, als die durch die Vorwärtsbewegung erzeugte Bugwelle unter den Rumpf umgeleitet wird.
Unterschiedlich vom vorstehenden Patent ist jedoch ein Ziel der Erfindung ein Rumpf, bei dem ein Teil der zur Bildung des Bugwellensystems abgegebenen Energie dazu verwendet wird, die hydrodynamische Unterstützung des Rumpfes zu erhöhen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist ein Rumpf, bei dem die sowohl in Reibungs- als auch in viskose Phänomene aufgebrauchte Energie reduziert wird.
Weiterhin ist Ziel dieser Erfindung ein Rumpf, bei dem eine resultierende Heckwellenformation und dann ein hiermit verbundener Energieverbrauch begrenzt wird.
Noch ein weiteres Ziel der Erfindung ist ein Rumpf, der eine Formstabilität aufweist, wobei der Rumpf stetig zu einer balancierten Position geht unabhängig davon, welches die Schwimmgeschwindigkeit und, in gewissen Grenzen, die Bedingung der See ist.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist ein Rumpf, der eine geringere Länge als diejenige von anderen Rümpfen der Schiffahrt aufweist, jedoch mit gleicher Transportkapazität.
Für diese Zwecke schafft die vorliegende Erfindung einen Tief-Kimmen-Bootskörper für die Verladung mit einer Einrumpf-Trimaran-Catamatan-Architektur mit

– einem Bugpunkt, der mit Rumpfseiten verbunden ist, die in vertikalen parallelen Ebenen, die einer Mittellinie symmetrisch gegenüberliegen, liegen, die in einem Heck enden;
– einem Paar von Kimmen, die seitlich der Mittellinie angeordnet sind, wobei eine jede Kimme eine untere Kante der Rumpfseiten bildet, die an einer gewünschten Querschnittsebene nahe dem Bugpunkt unterhalb einer Wasserlinie beginnt und hiernach eine längsverlaufende Linie definiert, die sich kontinuierlich nach hinten zu dem Heck erstreckt;
– einem Kiel, der nahe dem Bugpunkt beginnt und sich entlang der Mittellinie an der Unterseite des Rumpfes nach hinten über eine Länge erstreckt, die kleiner ist als der Abstand zwischen dem Bugpunkt und dem Mittschiffsquerschnitt;
– einem Boden, der sich seitlich zwischen den Kimmen und zwischen jeder Kimme und dem Kiel erstreckt, wo der Kiel vorhanden ist; wobei eine Oberfläche des Bodens Querschnittsebenen unter rechten Winkeln mit der Mittellinie aufweist, die konvexe Bodenstrukturen bil den, die ein Paar invertierter längsverlaufender Bodenkanäle überbrücken, die sich seitlich zum Kiel erstrecken; wobei das Paar von Kanälen hinter dem Kiel mit einem einzigen Bodenkanal zusammengeführt ist, welcher ein Profil aufweist mit Kanalseiten, die in den Heckquerschnitten zunehmend geneigt sind und die parallel zu den Rumpfseiten im Heck werden.

Ein so geformter Rumpf gemäß der Erfindung kann Einrumpf-Trimaran-Catamaran genannt werden.
Diese unteren invertierten Strukturen haben Wasserlinien, die einen Boden definieren, der als Diffusor mit vergrößerten Querschnittsflächen geformt ist, vor und hinter dem Kanalpaar und dem Kanalpaar und dem einzelnen Kanal, in welchem die kinetische Energie der Strömung, die vom Bug geführt wird, in Druckenergie umgewandelt wird.
Ein solcher Rumpf ermöglicht es, daß Energie, die sowohl in Friktions- als auch in Viskosephänomene aufgebraucht wird, reduziert wird, nachdem wie oben gesagt Luft unter den Rumpf in die Kanäle hinein geführt wird, nicht, um eine kontinuierliche Luftschicht zu erzeugen und dann einen "overcraft"-Effekt zu nutzen, sondern um Luft im Wasser zu beinhalten, um eine Schaum-Grenzschicht zu erhalten. Aufgrund folgender Anmerkungen ist es wichtig, auf einer Schaum-Grenzschicht zu fahren:

i) Wenn auf einer kontinuierlichen Luftschicht gefahen wird, so würde unter dem Gesichtspunkt der Reduktion der Reibung eine optimale Situation erreicht werden; mit Ausnahme eines Rennboots jedoch würde die Geschwindigkeit des Rumpfes nicht hoch genug sein, um die Luftschicht so zu komprimieren, daß die auf den Rumpf übertragene aerodynamische Hebewirkung groß wäre;
ii) wenn sich die Kanalbodenfläche in direktem Kontakt mit dem Wasser befindet, so wäre dies die beste Situation vom Gesichtspunkt der hydrodynamischen Unterstützung des Rumpfes, jedoch die schlechteste Situation vom Gesichtspunkt der Widerstands gegen eine Vorwärtsbewegung eines Boots aufgrund eines Ansteigens der Friktions- und Viskosephänomene aufgrund der Erweiterung der nassen Oberfläche;
iii) eine schaumige Schicht vereint das Erfordernis, so weit wie möglich den Reibungswiderstand zu verringern und die Möglichkeit, die hydrodynamische Unterstützung auszunutzen. Nachdem der Schaum im Allgemeinen aus sehr kleinen kugelförmigen Kammern zusammengesetzt ist, die Luft oder Gas enthalten (z. B. Auspuffgas), ist der Schaum steif genug, um es zu ermöglichen, daß eine ausreichende hydrodynamische Unterstützung mit gleicher Geschwindigkeit auf den Rumpf übertragen wird, gegen einen reduzierten Widerstand gegen Vorwärtsbewegung.

Die Schaumschicht kann zweckmäßigerweise dadurch erreicht werden, daß die Bugwellen, die sowohl vom Kiel als auch von den Kimmen erzeugt werden, in die Kanäle geleitet werden und daß eine Antriebsvorrichtung bezüglich der Auswahl und der Anordnung in geeigneter Weise konzipiert wird.
Vom Standpunkt des Ansprechens des erfindungsgemäßen Rumpfes auf das bei seiner Vorwärtsbewegung erzeugte Wellensystem weist der Rumpf einen Hochdruckbereich im Bug auf in Verbindung mit dem Wellenscheitel, einen folgenden Niederdruckbereich in Verbindung mit einem Wellental und einen anschließenden Niederdruckbereich, der hinter dem Kiel geformt wird jenseits des Punktes maximalen Tiefgangs des Rumpfbodens. Wenn sich die Geschwindigkeit des Rumpfes ändert, so kann das Auftriebszentrum, welches aus der oben erklärten Druckverteilung resultiert, vor oder hinter das Gravitationszentrum des Schiffs fallen. Die Longitudinalposition des Rumpfes kann sich jedoch nur für einen Moment ändern, nachdem durch Änderung des Tiefgangs des Bugs und der Rumpfseiten der Hochdruckbereich und der nachfolgende Niederdruckbereich als Folge davon geändert werden würden, wodurch unverzüglich das hydrodynamische Gleichgewicht wieder hergestellt wird. Der größere oder geringere Tiefgang des Hecks ändert die Querschnitte des Effusers, der durch den aufsteigenden flachen Boden rückwärts vom Kiel zusammen mit den Innenseiten der Kimmen dargestellt wird und der hilft, das Gleichgewicht zu halten. Der flache Boden funktioniert als dauernde Stütze des Rumpfes. Folglich "segelt" der erfindungsgemäße Rumpf "konstant auf seiner Welle", die zwischen seinen Kimmen im Abschnitt hinter dem Kiel bis zum Heck enthalten ist und vorne vom Bug bzw. Vorsteven und dem Kiel geführt ist.
Weiterhin ist aufgrund der Druckvariation entlang der Kanäle vom Bug nach hinter dem Kiel die Wasserströmung der Bugwelle einer spiralförmigen rechtsdrehenden Bewegung im linken Kanal und einer spiralförmigen linksdrehenden Bewegung im rechten Kanal unterworfen, und beides unterstützt die Ausbildung von Blasen und der Vergrößerung der Schaumschicht bei gleichzeitiger Reduktion der viskosen Friktion.
Ein oder zwei Antriebe können das Druckmuster unterhalb des Rumpfes verändern und somit die Position des Auftriebszentrums und die vorgenannte Spiralbewegung.
Der gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaute Rumpf bewirkt, daß die so geleitete Bugwellenformation einen Teil ihrer Energie in Form eines Anstiegs der hydrodynamischen Unterstützung an den Rumpf zurückgibt. Weiterhin ermöglicht ein so aufgebauter Rumpf, daß, sowohl über eine angemessene Auswahl der Rumpfabmessungen zwischen seinen Kimmen als auch eine geeignete Anordnung der Vortriebsmaschinen, die durch Interaktion der Wellensysteme bei der Bewegung des Boots erzeugte Welle in ihrer resultierenden Höhe gesteuert werden kann. Diese resultierende Höhe der Welle hängt auch von einem Dämpfungseffekt der Schaumschicht ab.
Weiterhin kann die Kanalbodenoberfläche, die, wie oben erläutert, konvexe Querschnitte aufweist, so geformt werden, daß die Resultierende des Drucks bzw. Vorschubs aufgrund hydrodynamischer Unterstützung ungefähr durch das Auftriebszentrum verläuft, um sowohl dann, wenn das Schiff stationär ist oder sich fortbewegt als auch dann, wenn das Schiff auf seiner Welle gleitet, keine Trimmvariation zu erzeugen.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen besser verstanden werden, die folgendes zeigen:
1 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rumpfes,
2 eine Ansicht des gleichen Rumpfes gemäß 1 von unten, wobei die obere Hälfte die Kiel- und Kimmenstruktur zeigt und die untere Hälfte die Wasserlinien zeigt,
3 eine Querschnittsansicht der ersten Ausführungsform des Rumpfes gemäß der Erfindung , welche eine jede von neun Stationen zeigt,
4A, 4B, 4C 4D Querschnittsansichten der ersten Ausführungsform des Rumpfes entlang den Linien A-A, B-B, C-C bzw. D-D in 1 und 2,
5 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rumpfes,
6 eine Ansicht des gleichen Rumpfes gemäß 5 von unten, wobei die obere Hälfte die Kiel- und Kimmenstruktur zeigt und die untere Hälfte die Wasserlinien zeigt,
7 und 8 Querschnittsansichten der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rumpfes, die jede von zehn Stationen zeigen,
9E, 9F, 9G, 9H, 9I Querschnittsansichten der zweiten Ausführungsform des Rumpfes entlang den Linien E-E, F-F, G-G, H-H bzw. I-I in 5 und 6.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigen 1 und 2 zehn numerierte vertikale Querschnittspositionen. Ein Rumpf eines Schiffs (auch "Boot" genannt) entsprechend der Erfindung weist einen Bugpunkt 11 z. B. als ein Vordersteven auf, ein Heck z. B. als Querholz, einen Kiel 13, Rumpfseiten 14 und 15, einen Boden 16 und Kimmen 17 und 18. Die Kimmen 17 und 18 sind die Punkte, wo die Seiten 14 bzw. 15 den Boden 16 treffen. Eine stationäre Bootswasserlinie ist mit 19 bezeichnet.
Wie in den 1–3 gezeigt ist der Bugpunkt 11 über konvexe, geeignet verbundene Formen konvex mit den Rumpfseiten 14, 15 verbunden. Die Rumpfseiten 14, 15 liegen in vertikalen, parallelen Ebenen, die sich bezüglich einer diametral longitudinalen Ebene, die in einer Mittellinie X-X gezeigt ist, symmetrisch gegenüberliegen und hinten am Heck 12 enden. Das Heck 12 ist flach. Das Heck des Bootes kann jedoch anders geformt sein.
Die Rumpfseiten 14 und 15 enden unten an den Kimmen 17 bzw. 18, die seitlich zu der diametral longitudinalen Ebene angeordnet sind und eine untere Kante der gleichen Rumpfseiten 14 und 15 definieren. Eine jede Kimme 17, 18 beginnt in 20, in einer Querschnittsebene zwischen Positionen 9 und 10, und definiert hiernach eine longitudinale bzw. längsverlaufende Kurve, die sich kontinuierlich nach hinten zum Heck 12 erstreckt und im Punkt 21 endet.
Der Kiel 13 erstreckt sich entlang der Mittellinie X-X an der Unterseite des Rumpfes nach vorne und hinten in einem Abschnitt zwischen dem Bugpunkt 11 und einer Bootsposition 6. Vorzugsweise ist der Kiel 13 nach unten verjüngt bzw. abgeschrägt mit symmetrischen bikonvexen Konturen 22 und 23, einer Vorderkante 24 und einer Hinterkante 25, die beide in geeigneter Weise verbunden sind. Die bikonvexen Konturen haben ihre maximale Bogensehne im zweiten Drittel der Länge des Kiels, gesehen vom Bugpunkt 11. Diese Kofiguration kann jedoch variiert werden, um die Konstruktionsparameter zu optimieren. Hinsichtlich der Position des Kiels ist es geeignet, daß seine Vorderkante 24 im Bugpunkt 11 gelegen ist und seine Hinterkante 25 in einem Querschnitt 6 vor dem Mittschiftsabschnitt 5 um etwa ein zehntel der Länge des Verschiffens auf der Wasserlinie gelegen ist. Die Position der Hinterkante kann jedoch je nach Erfordernis variiert werden. Bei der gezeigten Ausführungsform liegt das untere Ende des Kiels 13 in einer horizontalen Ebene, wo auch der Punkt 21 der Kimmen 17 und 18 liegt. Ein anderes Projekt könnte einen größeren oder einen geringeren Tiefgang erfordern.
Der Boden 16, d. h. die Unterseite des erfindungsgemäßen Rumpfes, weist eine Oberfläche auf, die sich seitlich zwischen den Kimmen 17 und 18 in dem Abschnitt zwischen den Querschnitten 0 bis 6 und zwischen jeder Kimme 17 und 18 und dem Kiel 13 zwischen dem Querschnitt 6 und dem Bugpunkt 11 erstreckt. Die Oberfläche des Bodens 16 weist Querschnittsebenen unter rechten Winkeln mit der Mittellinie X-X auf, wobei die Querschnittsebenen konvexe Bodenstrukturen bilden, die die Kimmen 17 und 18 untereinander und mit dem Kiel 13 überbrücken. Diese konvexen Bodenstrukturen definieren ein Paar invertierter längsverlaufender Kanäle 26 und 27, die sich entlang der beiden Konturen 22 und 23 des Kiels 13 erstrecken. Wie in 4D gezeigt weist ein jeder Längskanal 26, 27 ein Profil mit Kanalseiten auf, die nahe dem Bug im Anfangspunkt 20 der Kimmen 17, 18 tief gerundet sind. Nach hinten, wie z. B. in 4C gezeigt, sind die Seiten der konvexen Bodenkanäle winkelmäßig geneigt mit einer weniger steilen Rampe in der äußeren Kanalseite, im Vergleich mit der vom Kiel 13 definierten Kanalseite. Im Abschnitt C-C geht der Boden der Kanäle 26 und 27 in einen einzigen invertierten Bodenkanal 28 rückwärts vom Kiel über. Wie in 4B gezeigt weist der Kanal 28 ein Profil mit immerzu geneigten winkelmäßig verbundenen Kanalseiten im Querschnitt in Richtung Heck. Im Heck 12 werden die Kanalseiten parallel zu den Rumpfseiten 14 und 15 und dann unter rechten Winkeln mit dem Boden 16.
Unter Bezugnahme auf die 2 und 3 ist ein Ort der größten Krümmung der Bodenkanalseiten bei 29 gezeigt. Der Boden 16 ist so geformt, damit er einen zunehmenden Querschnittsanstieg vom Bug zum Heck aufweist, zunächst bzgl. des Kanalpaares 26 und 27 und dann bzgl. des einzelnen Kanals 28.
Es wird daher das Ziel erreicht, die Bildung des Bugwellensystems, das durch das Eindringen des Kiels bei seiner Bewegung in ruhiges Wasser erzeugt wird, zu begrenzen. Dieses Wellensystem wird zwischen die beiden Rumpfseiten 14 und 15 geleitet, die unter der Wasserlinie 19 unter einem geeigneten Abstand vom Bugpunkt 11 eintauchen.
Es wird nun auf die 5, 6, 7, 8 und 9E, F, G, H und I Bezug genommen, in denen eine zweite Ausführungsform eines Rumpfes mit einer Einrumpf-Trimaran-Catamaran-Architektur gezeigt ist. In den Figuren werden entsprechende Teile zu denen der ersten Ausführungsform gemäß 1 bis 4D mit entsprechenden Bezugsziffern bezeichnet.
Wie in den 5–7 gezeigt liegen, ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform, die Rumpfseiten 140, 150 in vertikalen, parallelen Ebenen, die sich bzgl. einer diametral längsverlaufenden Ebene, die hinsichtlich einer Mittellinie X-X gezeigt ist, symmetrisch gegenüberliegen. Jedoch ist der Bugpunkt 110 vorne konvex und dann konkav mit den Rumpfseiten 140, 150 verbunden mit der Folge, daß sich ein Bugabschnitt mehr in die Breite erstreckt als beim Rumpf der ersten Ausführungsform.
Die Rumpfseiten 140 und 150 enden unten an Kimmen 170 bzw. 180, beginnend bei 200, in einer Querschnittsebene hinter der Position 08 (5), hiernach definieren die Kimmen 170, 180 eine längsverlaufende Linie, die sich kontinuierlich nach hinten zum Heck 120 erstreckt und in einem Punkt 210 endet. Die Funktion eines sochen verbreiterten Bugabschnitts wird weiter unten erläutert.
Der Kiel 130 erstreckt sich entlang der Mittellinie X-X an der Unterseite des Rumpfes nach vorne und hinten. Vorzugsweise ist der Kiel 130 nach unten verjüngt, mit symmetrischen bikonvexen Konturen 220 und 230, einer vorderen Kante 240 und einer rückwärtigen Kante 250. Der Kiel 130 weist Querschnitte eines spindelförmigen Körpers auf.
Die bikonvexen Konturen weisen ihre maximale Bogenlänge ungefähr in der Mitte der Länge des Kiels 130 auf. Bezüglich der Lage des Kiels 130 ist es zweckmäßig, wenn die führende Kante 240 nahe dem Bugpunkt 110 angeordnet ist und seine hintere Kante 250 in einem Querschnitt zwischen dem Querschnitt 06 und dem Mittschiffsabschnitt 05 angeordnet ist, vor dem letzteren um ungefähr einem Zwanzigstel der Länge des Schiffens auf der Wasserlinie. Jedoch kann die Position der hinteren Kante 250 je nach Erfordernis variiert werden. Bei der zweiten Ausführungsform liegt das untere Ende des Kiels 130 in einer horizontalen Ebene, wo sich auch der Punkt 210 der Kimmen 170 und 180 befindet. Ein unterschiedliches Projekt könnte einen größeren oder einen geringeren Tiefgang erfordern.
Entsprechend der zweiten Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich eine Oberfläche des Bodens 160 zwischen den Kimmen 170 und 180 im Abschnitt zwischen der Position 00 des Rumpfes und der hinteren Kante 250 des Kiels 130, zwischen einer jeden Kimme 170 und 180 und dem Kiel 130 im Abschnitt zwischen der hinteren Kante 250 und der Position 08 des Rumpfes, und hin zum Bug neben dem gleichen Kiel.
Die Strukturen, die den Boden 160 bilden, definieren ein Paar invertierter längsverlaufender Kanäle 260 und 270, die sich entlang der beiden Konturen 220 und 230 des Kiels 130 erstrecken. Wie in 9I gezeigt, beginnt jeder Längskanal 260, 270 mit einem Profil mit sehr flachen Kanalseiten. Wie in 9H gezeigt, fallen die Rumpfseiten 140, 150 rückwärtig von der Position 08 schart ab und die Kimmen 170 und 180 befinden sich sofort an ihrem maximalen Tiefgang. Vom Querschnittsabschnitt H-H zum Abschnitt G-G (9G) krümmt sich der Boden nach unten, bis der Abschnitt der rückwärtigen Kante 250 des Kiels und die Seiten der konvexen Bodenkanäle dazu tendieren, konvex auf der äußeren Seite bezüglich der konkaven Seite, die durch den Kiel 130 definiert ist, verbunden zu werden. Im Querschnitt der rückwärtigen Kante 250 geht der Boden wieder nach oben bis zur Wasserlinie 190 in der Position 00. Von dem gleichen Querschnitt der hinteren Kante 250 des Kiels 130 mündet der Boden der Kanäle 260 und 270 in einen einzigen invertierten konvexen Bodenkanal 280.
Wie im Querschnitt G-G, 9G gezeigt, weist der Kanal 280 ein Profil mit konvexen-flachen-konkaven-flachen Abschnitten bis zur Mittellinie auf. Von der Position 04 des Rumpfes ist der Boden abgeflacht und geht nach oben und die Seiten des Bodenkanals 280 sind zunehmend geneigt, um mit den Rumpfseiten 140 und 150 parallel zu werden, und dann unter rechten Winkeln mit dem Boden 160. In den 5 und 6 ist ein Ort der größten Krümmung der Bodenkanalseiten mit 290 bezeichnet.
Bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung dient das besondere Bodenprofil mit konvexen-flachen-konkaven-flachen Abschnitten dazu, Diskontinuitätspunkte für die Druckverteilung in der Unterseite des Rumpfes zu bilden, die dem Rumpf eine größere Stabilität geben als diejenige des Rumpfes der ersten Ausführungsform.
Weiterhin erlaubt es bezüglich des ersten Ausführungsbeispiels der langgestrecktere und abgeflachte Bug der Bugwelle, gelenkt zu werden, gehalten durch das scharf nach unten Gerichtete. Der Eingang der Kanäle 260 und 270 ist gegenüber der ersten Ausführungsform sehr viel enger, wegen der sehr viel dickeren Kante des Kiels 130 am Boden 160. Dies erhöht die Funktion eines Diffusers des Bodens des Rumpfes. Diese Kofiguration des Bodens bewirkt, daß bei schwerer See die Bugwelle über die Oberseite des Bugs hinüber gelangt, so daß der Rumpf eine größere Stabilität erlangt, nachdem die Welle über den Bug ausgeglichen wird vom hydrostatischen Druck der Welle, die unter dem Bug hindurchgeht.
Eine solche Struktur erlaubt es, daß ein Rumpf für hohe Geschwindigkeiten, z. B. im Bereich zwischen 15 und 25 Knoten entwickelt werden kann.
Natürlich formen auch die Rumpfseiten gemäß der Erfindung bei Bewegung ihr eigenes System an divergierenden und querverlaufenden Bugwellen. Aufgrund einer Asymmetrie der Bugseiten jedoch ist in diesem Bugwellensystem der Anteil an Wellen, die sich vom Boot entfernen, nur von geringer Bedeutung, während der Anteil, der zur Mittellinie hin gerichtet ist, in den Bodenkanal geführt wird, wodurch der Luft-Wasser-Einschluß gefördert wird und dann die Bildung der oben beschriebenen schäumenden Schicht.
Weiterhin ermöglicht die Konfiguration der Bodenoberfläche mit zwei Kanälen und einem einzigen Kanal hinter dem Kiel, zusammen mit der Bildung der Schaumschicht, daß ein Teil der Energie, die in die Bildung des Bugwellensystems gesteckt wird, als eine Erhöhung der hydrodynamischen Unterstützung ausgenutzt wird, wie weiter oben erwähnt.
Dennoch kann die Konfiguration der Bodenoberfläche mit zwei Kanälen und einem einzigen Kanal hinter dem Kiel so gemacht werden, daß die Resultierende des Drucks bzw. Vorschubs aufgrund der hydrodynamischen Unterstützung ungefähr durch das Auftriebszentrum geht, um sowohl dann, wenn das Boot stationär ist oder im Verdrängungsmodus schwimmt als auch dann, wenn das Boot im Gleitzustand schwimmt, keine Trimmvariation zu erzeugen. In beiden Situationen ist die Position des Boots konstant, d. h. bezüglich Buglastigkeit oder Tiefsitzens bzw. Hockens. Wenn das Boot anfängt, sich zu bewegen, ist die einzige Änderung in der Bootsbewegung in der Ebene der Wasserlinie, die weiter unten ist.
Dank der besseren Stabilität als früher wird das Bocken und dann das Risiko des Aufschlagens, d. h. der Stoß des Bodens eines Schiffsbugs, der auf das Wasser schlägt, reduziert. Der unter dem Boden erzeugte Druck stellt ein Hindernis für dieses bekannte Phänomen dar, das als eine Druckwelle erscheint, die von Untiefen reflektiert wird.
Wie oben beschrieben fördert ein so geformter Rumpf eine Abnahme des Restwellensystems nach dem Durchgang des Bootes, dank des Dämpfungseffekts der Schaumschicht.
Um sowohl die Konsistenz als auch die Masse der Schaumschicht zu erhöhen und einen Wasserfluß innerhalb der Bodenkanäle zu unterstützen, ist es geeignet, einen oder mehrere Antriebe im rückwärtigen Bereich des Kiels anzuordnen. Es wird daher zusätzlich zu dem obengenannten Effekt des Luft-Wasser-Einschlusses im Eingang der Kanäle im Boden des Boots ein Saugphänomen erzeugt. Dieses Saugphänomen verhindert, daß der Wasserfluß blockiert wird, was ein Abnehmen der Schaumschicht und dann eine unkontrollierte Zunahme der Widerstände für die Vorwärtsbewegung bewirken würde.
Ein Antrieb, der unter dem Boden des Boots wie oben erwähnt angeordnet ist, wodurch ein Niederdruckgebiet im Eingang von zwei Bodenkanälen vergrößert wird, unterstützt den Fluß von Wellen und begünstigt dann eine Navigation unter Bedingungen bei rauher See.
Bezüglich des Antriebs sei angemerkt, daß für einen Transport von mittlerer Tonnage der Antrieb zweckmäßigerweise ein Strahltrieb sein kann mit Staudrucklufteinlaß, angeordnet in Bodenkanälen zwischen dem Kiel und den Rumpfseiten, um so den Saugeffekt zu fördern, d. h. den Unterdruck im Bugeingang. Der Ausgang des Strahltriebs kann zweckmäßigerweise direkt hinter dem Kiel angeordnet sein, um einerseits die Ausbildung der Schaumschicht zu fördern, wie oben beschrieben, und andererseits die Geschwindigkeit im Einzelkanal zwischen den Rumpfseiten zu erhöhen mit einem sich hieraus ergebenden Anstieg der hydrodynamischen Unterstützung und der Wasserströmungsrate durch diesen Kanal.
Bei Transport von höheren Tonnagen können ein oder zwei Propeller ebenfalls hinter dem Kiel plaziert werden, mit den gleichen Wirkungen auf die Wasserströmung und folglich auf die Effizienz des Verschiffens.
Wenn der Antrieb ein Segel ist, so hat der zentrale Kiel einen großen Tiefgang und aufgrund der geringen möglichen Geschwindigkeit kann die Form des Kiels in seinem unteren Bereich ein Flügelprofil rechtwinklig zum Kiel an dessen rückwärtigen Bereich aufweisen. Die Unterseite des Flügelprofils ist fast flach, während seine Oberseite konkav ist, um die Erweiterung des Niedrigdruckgebiets zum Heck hin zu fördern, was es der Welle ermöglicht, den Rumpfboden im Punkt seines maximalen Tiefgangs leicht zu überwinden.
Einige Vorteile der Erfindung können wie folgt resumiert werden. Einer dieser Vorteile ist die größere Vielseitigkeit bei der Konstruktion als früher, d. h. der Rumpf bzw. Bootskörper kann für weitere Geschwindigkeitsbereiche entwickelt werden.
Weiterhin hat ein Einrumpf-Catamaran-Trimaran-Rumpf, wie in einem in dieser Beschreibung angenommenen Neologismus ausgedrückt, bei seinem Verhalten bezüglich der Wellensysteme Vorteile der drei Architekturen: Einrumpf (Mono-Rumpf), Catamaran und Trimaran. Der Rumpf gemäß der Erfindung verhält sich weder wie ein unterstützter Balken auf den Wellen wie der Einrumpf, noch unterliegt er Torsionsbeanspruchungen, wie dies bei den Multi-Rümpfen der Fall ist, die daher in ihren Möglichkeiten und Transportkapazitäten begrenzt sind. Daher überwindet die Einrumpf-Catamaran-Trimaran-Architektur, obwohl sie ein Mono-Rumpf ist, die strukturellen Nachteile der obengenannten Rümpfe, während sie ihre Vorteile bzgl. der hydrodynamischen Effizienz übernimmt.

Claims

Bootskörper mit einer Einrumpf-Trimaran-Catamaran-Architektur, mit – einem Bugpunkt (11; 110), der mit Rumpfseiten (14, 15; 140, 150) verbunden ist, die in vertikalen parallelen Ebenen, die einer Mittellinie (X-X) symmetrisch gegenüberliegen, liegen, die in einem Heck (12; 120) enden; – einem Paar von Kimmen (17, 18; 170, 180), die seitlich der Mittellinie (X-X) angeordnet sind, wobei eine jede Kimme (17, 18; 170, 180) eine untere Kante der Rumpfseiten (14, 15; 140, 150) bildet, die an einer gewünschten Querschnittsebene nahe dem Bugpunkt (11; 110) unterhalb einer Wasserlinie (19; 190) beginnt und hiernach eine längsverlaufende Linie definiert, die sich kontinuierlich nach hinten zu dem Heck (12; 120) erstreckt; – einem Kiel (13; 130), der nahe dem Bugpunkt (11; 110) beginnt und sich entlang der Mittellinie (X-X) an der Unterseite des Rumpfes nach hinten über eine Länge erstreckt, die kleiner ist als der Abstand zwischen dem Bugpunkt (11; 110) und dem Mittschiffsquerschnitt (5; 05); – einem Boden (16; 160), der sich seitlich zwischen den Kimmen (17, 18; 170, 180) und zwischen jeder Kimme (17, 18; 170, 180) und dem Kiel (13, 130) erstreckt, wo der Kiel (13; 130) vorhanden ist; wobei eine Oberfläche des Bodens (16; 160) Querschnittsebenen unter rechten Winkeln mit der Mittellinie (X-X) aufweist, die konvexe Bodenstrukturen bilden, die ein Paar invertierter längsverlaufender Bodenkanäle (26, 27; 260, 270) überbrücken, die sich seitlich zum Kiel (13; 130) erstrecken; wobei das Paar von Kanälen (26, 27; 260, 270) hinter dem Kiel (13; 130) mit einem einzigen Bodenkanal (28; 280) zusammengeführt ist, welcher ein Profil aufweist mit Kanalseiten, die in den Heckquerschnitten zunehmend geneigt sind und die parallel zu den Rumpfseiten im Heck (12; 120) werden.
Bootskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein jeder Kanal (26, 27) mittels einer Kurve vom Bugpunkt (11) zu den Rumpfseiten (14, 15) bis zum Anfangspunkt der Kimmen (17, 18) verbunden ist, in dem ein jeder Kanal ein Profil aufweist mit tief gerundeten Kanalseiten, wobei die Kanalseiten in den Querschnitten hin zum Heck (12) mittels einer Rampe mit einem zentralen flachen Abschnitt winkelmäßig verbunden sind.
Bootskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein jeder Kanal (260, 270) mittels einer Kurve vom Bugpunkt (110) zu den Rumpfseiten (140, 150) bis zum Anfangspunkt der Kimmen (170, 180) verbunden ist, in dem ein jeder Kanal ein Profil aufweist mit sehr steilen Kanalseiten, wobei die Kanalseiten in den Querschnitten hin zum Heck (120) konvex mit einem zentralen flachen Abschnitt verbunden sind.
Bootskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kiel (13; 130) nach unten verjüngt ist und symmetrische bikonvexe Konturen (22, 23; 220, 230), eine vorauseilende Kante (24; 240) und eine nacheilende Kante (25; 250) aufweist.
Bootskörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die bikonvexen Konturen (22; 23) ihre maximale Bogensehne im zweiten Drittel der Länge des Kiels (13) vom Bugpunkt (11) aufweisen.
Bootskörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die bikonvexen Konturen (220, 230) ihre maximale Bogensehne in der Mitte der Länge des Kiels (130) aufweisen.