ES2812821T3

ES2812821T3 - Buque para operar en una masa de agua, que comprende un ala portante de popa para generar una fuerza de empuje y un medio de ajuste para ajustar un ángulo de incidencia del ala portante de popa

Info

Publication number: ES2812821T3
Application number: ES17762230T
Authority: ES
Inventors: Oossanen Pieter Van
Original assignee: Van Oossanen & Ass BV
Current assignee: Van Oossanen & Ass BV
Priority date: 2016-08-26
Filing date: 2017-08-24
Publication date: 2021-03-18
Anticipated expiration: 2037-08-24
Also published as: EP3504115B1; AU2017314715A1; NL2017379B1; DK3504115T3; US10759496B2; SG11201901487WA; US20190210692A1; AU2017314715B2; PT3504115T; WO2018038611A1; EP3504115A1; JP2019524558A

Abstract

Buque (1) para operar en una masa de agua que comprende: - un casco (2), diseñado para la operación de no planeo en la masa de agua durante la operación y que muestra una línea de flotación (3) y que tiene una dirección hacia adelante en un plano horizontal (4) con una parte delantera, una parte trasera (5) y una parte central, estando el casco configurado para tener la parte trasera con un menor desplazamiento de agua en relación con un desplazamiento de agua de la parte central; y - un ala portante primaria de popa (6) fijada a la parte trasera del casco con uno o más miembros de conexión (7), configurada para estar por debajo de la línea de flotación durante la operación y espaciada del casco, el ala portante de popa tiene un extensión (baf), una cuerda (caf), un perfil, un borde de ataque (8) y un borde posterior (9) en relación con la dirección hacia adelante, proporcionando al ala portante de popa una configuración adecuada para generar una fuerza de sustentación (Laf) que tiene un componente de empuje dirigido hacia la proa, caracterizado por - unos medios de ajuste (10) conectados al ala portante de popa, en el que los medios de ajuste están dispuestos para girar el ala portante de popa alrededor de un centro de presión, en o cerca de una ubicación de un cuarto de cuerda del ala portante de popa, y configurado para ajustar un ángulo de incidencia (βc, af) de la cuerda del ala portante de popa según un ángulo de incidencia estimado o medido (βif) de un flujo entrante (20) aguas arriba del ala portante de popa, debajo del casco, para obtener el mayor empuje posible del ala portante de popa.

Description

DESCRIPCIÓN

Buque para operar en una masa de agua, que comprende un ala portante de popa para generar una fuerza de empuje y un medio de ajuste para ajustar un ángulo de incidencia del ala portante de popa

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un buque para operar en un cuerpo de agua que comprende:

• un casco, diseñado para la operación de no planeo en la masa de agua, durante la operación que muestra una línea de flotación y que tiene una dirección hacia adelante en un plano horizontal con una parte delantera, una parte trasera y una parte central, estando el casco configurado para tener la parte trasera con un menor desplazamiento de agua en relación con un desplazamiento de agua de la parte central; y

• un ala portante primaria de popa fijada a la parte del casco de popa con uno o más miembros de conexión, configurada para estar por debajo de la línea de flotación durante la operación y espaciada del casco, el ala portante de popa tiene un extensión, una cuerda, un perfil, un borde de ataque y un borde posterioe en relación con la dirección de la proa, lo que proporciona al ala portante de popa una configuración adecuada para generar una fuerza de sustentación con un componente de empuje dirigido hacia la proa.

Antecedentes de la invención

Un ala portante estacionaria de popa orientada horizontalmente debajo del casco de un buque, como la descrita en los documentos WO2004020276 A1, WO2007148966 A2 y/o WO2016010423 A1 del presente solicitante, no aprovecha de manera óptima la energía presente en el flujo en el empuje que se desarrolla. En el lugar donde el ala portante de popa está instalada en los barcos (cerca de la popa del barco) el flujo está inclinado hacia la popa y hacia arriba. Cuando el ala portante de popa se coloca en este flujo, se desarrolla una fuerza de sustentación en ángulos rectos con respecto al mismo, de tal manera que su componente horizontal constituye una fuerza de empuje. El ala portante de popa, tal como se revela en las publicaciones de patentes anteriores, está actualmente optimizada para el flujo que está presente cuando el buque opera en aguas tranquilas.

Sin embargo, el buque raramente opera en aguas tranquilas. Las olas que casi siempre están presentes a lo largo de las rutas que adoptan los barcos hacen que el buque cabecee, se mueva verticalmente y balancee. Su efecto en el ángulo del flujo de entrada en el ala portante de popa es significativo, causando una gran variación en el ángulo de incidencia. Cuando la profundidad del ala portante de popa debajo de la superficie del agua disminuye (cuando hay un seno de ola por encima del ala portante de popa) el flujo experimenta una componente adicional de velocidad hacia abajo que reduce el ángulo de incidencia, y cuando la profundidad del ala portante de popa debajo de la superficie aumenta (en presencia de una cresta de ola) el flujo experimenta una componente adicional de velocidad hacia arriba que aumenta el ángulo de incidencia.

Por ejemplo, cuando un barco de 100 m de eslora muestra un movimiento de cabeceo con un período de 5 segundos en mares que causan una ondulación media de la superficie del agua de 1 m en el lugar del ala portante de popa, cuando la componente horizontal del fujo de entrada es de 7 m/s (para una velocidad del barco de unos 15 nudos), la variación del ángulo de incidencia es de unos ± 3,3 grados y cuando la ondulación es de 2 m, de unos ± 6,6 grados. En realidad, esta variación es aproximadamente un 60% más alta porque la componente de velocidad vertical no es constante durante un período de onda, sino que es similar a una función de seno o coseno. Además, una nave raramente muestra un movimiento de cabeceo puro. Normalmente, también se mueve verticalmente y balancea, y estos movimientos también influyen en la dirección del flujo de entrada cerca de la popa de un barco. Por lo tanto, para obtener constantemente la mejor relación sustentación-arrastre del ala portante de popa - o el máximo empuje (cualquiera que sea el caso), el ángulo de ataque del ala portante debe adaptarse constantemente a la dirección de la entrada de flujo debajo del casco. El objeto de la invención es, pues, proporcionar a un buque como el mencionado un ala portante de popa para generar una fuerza de sustentación - con un componente de empuje dirigido hacia adelante - en la que el ángulo de ataque del ala portante puede ser (constantemente) adaptado a la dirección de la entrada de flujo debajo del casco.

Sumario de la invención

De acuerdo con la invención, el buque se caracteriza por medios de ajuste conectados al ala portante de popa y configurados para ajustar un ángulo de incidencia ^{(pc, a f}) de la cuerda del ala portante de popa.

Debido a que el medio de ajuste mencionado, el ángulo de ataque en el que el flujo entrante se encuentra con el ala portante de popa puede ser influenciado ventajosamente permitiendo que el ala portante de popa logre relaciones óptimas de sustentación y resistencia al avance o máximo empuje.

En el contexto de la presente aplicación, por "ángulo de incidencia" se entiende el ángulo de una cuerda de un ala portante (respectiva) con respecto al plano horizontal alineado con el eje longitudinal del buque o el ángulo del flujo entrante con respecto al plano horizontal del buque. La expresión "ángulo de ataque" debe interpretarse como el ángulo entre el flujo entrante y la cuerda del ala portante (respectivo). La expresión "estimación" significa que el ángulo de incidencia del flujo entrante aguas arriba del ala portante de popa también puede obtenerse por medios más o menos indirectos, es decir, en lugar de por medición (directa), por ejemplo, teniendo en cuenta los movimientos oscilatorios del buque, tales como el período del movimiento de cabeceo - sobre la base de los movimientos oscilatorios del buque, el ángulo de incidencia de un flujo entrante aguas arriba del ala portante de popa puede entonces derivarse o estimarse, por ejemplo, por medio de un cálculo, para obtener el mayor empuje posible del ala portante de popa.

En particular, cuando el ángulo de incidencia de la cuerda del ala portante de popa va a cambiar de acuerdo con un patrón cíclico, en el que se requiere que el ala portante de popa realice un movimiento de aleteo, la estimación o medición precisa del ángulo de incidencia del flujo entrante aguas arriba del ala portante de popa resulta ser crucial para obtener un rendimiento propulsivo óptimo.

Cabe señalar que el documento WO 96/40547 describe una embarcación de alas portantes de alta velocidad con un casco de planeo soportado por una o más alas portantes provistas de medios de ajuste. Las embarcaciones de alas portantes operan a velocidades muy altas que provocan cavitación en las alas portantes sumergidas, lo que reduce el rendimiento y las aceleraciones verticales que las alas portantes imparten al casco, lo que disminuye la comodidad de los pasajeros. Al ajustar el ángulo de ataque de las alas portantes se afirma que la ocurrencia de cavitación es menor. El problema que el documento WO 96/40547 busca abordar es así relacionado con los buques de alas portantes que son sustentados por encima de la superficie del agua, lo cual es diferente al problema abordado por la presente invención.

El documento DE 39 36 280 A1 revela un buque con ala portante de popa que se sumerge en la estela del mismo para mejorar la propulsión o reducir los movimientos de las olas. Según la publicación, el ángulo de incidencia del ala portante de popa puede ser cambiado. La publicación, sin embargo, no revela cómo hacerlo.

El documento JP H11 180379 describe un buque provisto de dos o más alas portantes dispuestas en tándem detrás del casco a un ángulo de ataque específico no ajustable, con el fin de reducir la altura del retroceso de popa. Una realización se refiere a un buque como el mencionado, en el que los medios de ajuste ala portante de popa están dispuestos para rotar el ala portante de popa alrededor de un centro de presión, en o cerca de una ubicación de un cuarto de cuerda del ala portante de popa. Se considera preferente disponer el medio de ajuste de forma que el ala portante de popa rote alrededor de esta ubicación del centro de presión, de modo que la fuerza de sustentación en el ala portante de popa no resulte en un momento alrededor del centro de rotación. Esta ubicación está aproximadamente en el llamado punto de cuarto de cuerda (cuya ubicación debe ser verificada para cada configuración).

Una realización se refiere a un buque como el mencionado anteriormente, en el que el ala portante de popa está provista de un eje alineado en cojinetes que se extienden en dirección al ala portante de popa, a través del centro de presión del ala portante de popa, en el que los medios de ajuste están configurados para girar el ala portante de popa alrededor del eje. Con referencia al párrafo anterior, se prefiere colocar el eje en el ala portante de popa en el lugar del centro de presión, de modo que la fuerza de sustentación sobre él no resulte en un momento alrededor de este eje. El eje se puede sostener firmemente en puntales fijados al espejo de popa del buque.

Una realización se refiere a un buque como el mencionado, en el que los medios de ajuste están conectados a un sistema de control configurado para permitir el control del ángulo de incidencia ^{(pc, a f}) de la cuerda del ala portante de popa según un patrón cíclico, por el que el ala portante de popa puede realizar un movimiento de aleteo para propulsar el buque. Esta realización podría denominarse "configuración de control de sustentación directa motorizado" y puede adoptarse cuando el ángulo de ataque del ala portante de popa deba controlarse independientemente del valor del ángulo de incidencia del fujo de entrada. Un movimiento de aleteo dela ala portante de popa aumentará considerablemente el empuje del mismo.

Una realización se refiere a un buque como el mencionado, en el que los medios de ajuste están dotados de un dispositivo de tope para limitar los ángulos mínimo y máximo de incidencia (p^c, ^af-min, p^c, ^af-max) de la cuerda del ala portante de popa, por ejemplo -2 y 2 grados, respectivamente. Mediante la instalación de ese dispositivo de tope se pueden controlar los ángulos de ataque mínimo y máximo (obsérvese que los valores mencionados de -2 y 2 grados se refieren a las configuraciones autónomas, no a las configuraciones motorizadas).

Una realización se refiere a un buque como el mencionado, en el que un ala portante secundaria se conecta al ala portante de popa, aguas arriba del ala portante de popa, por medio de un dispositivo de conexión. El inventor ha comprobado que la dificultad de obtener el mayor empuje posible del ala portante de popa no es necesariamente la cuestión de la rotación del ala portante de popa alrededor de algún eje transversal, sino la determinación del ángulo del fujo de entrada al que debe adaptarse la orientación del ala portante de popa. La medición directa de la misma en un lugar determinado (por un dispositivo como un tubo de Pitot, por ejemplo) no es difícil, pero debido a la considerable variación del ángulo del fujo de entrada en un sentido espacial, en una zona correspondiente a las dimensiones del ala portante de popa, un único punto para esta medición directa no es en absoluto representativo del ángulo del fujo de entrada efectivo. Ese problema puede superarse adoptando un ala portante secundaria delante del ala portante de popa. La sustentación de esta ala portante secundaria está directamente relacionado y es representativo del ángulo del fujo de entrada efectivo. La sustentación en el ala portante secundaria puede ser utilizada ventajosamente como guía o sensor para establecer el valor del ángulo de ataque del ala portante de popa. Al mismo tiempo, esta ala portante secundaria permite la instalación de un mecanismo de accionamiento que permita el control activo (motorizado) del ala portante de popa. El principio en cuestión está relacionado con una técnica conocida en la literatura como "control directo de sustentación" y se basa en ajustar activamente el ángulo de ataque de un ala portante para obtener la sustentación deseada. Conectando el ala portante secundaria el ala portante de popa y colocando, por ejemplo, un eje alineado en cojinetes transversalmente en el ala portante secundaria, de manera similar al eje colocado en el ala portante de popa, esta última es capaz de girar hacia arriba por el borde de ataque cuando una sustentación hacia arriba en el ala portante secundaria conduce a un movimiento ascendente de la misma. Cuando no se utilizan más mecanismos de accionamiento (es decir, el ala portante de popa y/o el ala portante secundaria no son accionadas o impulsadas), esta realización podría denominarse "configuración autónoma de control de sustentación directa".

El principio de la misma es simplemente que cuando el fujo de entrada se dirige hacia la popa y hacia arriba, el ala portante secundaria se empuja hacia arriba hasta su máximo, por ejemplo, controlado por el dispositivo de tope en el eje del ala portante de popa. Del mismo modo, cuando el ángulo del fujo de entrada es tal que el ala portante secundaria experimenta una sustentación hacia abajo, el ala portante secundaria se mueve a su ajuste mínimo (hacia abajo) obligando al ala portante de popa a hacer lo mismo. Aunque estos ajustes son un compromiso en comparación con un mecanismo que permite un ajuste más fino, esta disposición permite que el ala portante de popa se beneficie de grandes cambios en el ángulo del fujo de entrada - específicamente cuando el ángulo del fujo de entrada se vuelve regularmente negativo. Otro beneficio de esto es que el mecanismo es simple y a prueba de tontos.

Una realización se refiere a un buque como el mencionado anteriormente, en el que el ala portante secundaria está conectada al ala portante de popa mediante un dispositivo de conexión configurado para permitir que la cuerda del ala portante secundaria mantenga su ángulo de incidencia (p^c, ^sf) independientemente del ángulo de incidencia de la cuerda del ala portante de popa(p^c, ^af) a la que está conectada el ala portante secundaria, preferentemente un ángulo de incidencia de alrededor de 0 grados (es decir, alineado con el plano horizontal). Así, el ala portante secundaria experimenta una fuerza dirigida hacia abajo tan pronto como el ángulo de incidencia se vuelve negativo (es decir, dirigido hacia la popa y hacia abajo). Esto es preferible, porque la "configuración autónoma de control de sustentación directa" descrita anteriormente no funcionará como se desea en la gama de ángulos del fujo de entrada en el rango del ajuste de tope (por ejemplo, entre 0 y ± 2 grados). Puede buscarse una solución a este problema instalando, por ejemplo, un dispositivo de doble bisagra en el ala portante secundaria que permita a ésta mantener su actitud horizontal independientemente del ángulo de ataque del ala portante de popa.

Una realización se refiere a un buque como el mencionado anteriormente, en el que el ala portante secundaria tiene una extensión menor y/o una longitud de cuerda menor que el ala portante de popa. El inventor ha encontrado que sólo se necesita y se desea una fuerza de sustentación relativamente pequeña en el ala portante secundaria para controlar el ángulo de ataque del ala portante de popa.

Una realización se refiere a un buque como el mencionado, en el que el medio de ajuste que comprende un mecanismo de accionamiento conectado al ala portante de popa. Tal realización constituye un "configuración de control de sustentación directa motorizado", en la que, por ejemplo, la sustentación del ala portadora secundaria se utiliza para controlar la orientación óptima en función del tiempo del ala portante de popa por medio de por ejemplo un pistón operado hidráulica o eléctricamente fijado directamente al ala portante de popa o al ala portante secundaria.

Otra realización se refiere a un buque como el mencionado buque, en el que el medio de ajuste comprende un mecanismo activador como el descrito anteriormente conectado al ala portante secundaria en lugar de al ala portante de popa.

Una realización se refiere a un buque como el mencionado anteriormente, en el que el mecanismo de accionamiento comprende uno o más accionadores de tipo barra o uno o más accionadores de tipo pistón/cilindro. Tales mecanismos de accionamiento permiten un alto grado de fiabilidad mecánica y precisión y pueden ser fácilmente accionados por un motor, una bomba, etc., preferentemente dispuestos en la parte trasera del casco del buque.

Una realización se refiere a un buque como el mencionado anteriormente, en el que el ala portante de popa y/o el ala portante secundaria poseen una sección simétrica de ala portante. Para que el ala portante de popa funcione óptimamente cuando se producen grandes fluctuaciones en el ángulo del fujo de entrada, es necesario que la sección del ala portante sea simétrica, sin que posea arrufo. Lo mismo se aplica al ala portante secundaria.

Una realización se refiere a un buque como el mencionado anteriormente, que comprende dos alas portantes de popa separadas en dirección transversal del buque (es decir, que comprende una parte de babor y otra de estribor), estando cada ala portante de popa provista de medios de ajuste separados. En el caso de que las alas portantes de popa separadas estén impulsadas por un mecanismo de activación, las alas portantes de popa se activan preferentemente de forma independiente por los mecanismos de activación para amortiguar los movimientos de cabeceo y balanceo del buque. Cuando el buque balancea, los ángulos del fujo de entrada ya no están dispuestos simétricamente a babor y a estribor, de modo que los lados de babor y de estribor necesitan una activación separada. Sin embargo, para la operación en aguas predominantemente tranquilas, el ala portante de popa puede configurarse como una sola ala portante a ambos lados de la anchura del buque. De manera análoga, el ala portante secundaria puede ser colocada en la línea central del buque.

Una realización se refiere a un buque como el mencionado anteriormente, en el que el dispositivo de conexión entre el ala portante de popa y la secundaria comprende un medidor de fuerza o de tensión para medir la fuerza de sustentación en el ala portante secundaria. La señal pertinente puede ser alimentada a un controlador electrónico que calcula el ángulo de ataque deseado del ala portante de popa, y la longitud asociada de un pistón asociado, y alimenta esta señal al mecanismo de accionamiento que, por ejemplo, despliega el pistón. El tope en el eje del ala portante de popa en este caso no es más que una característica de seguridad al no permitir ángulos de ataque, por ejemplo, que lleven a la separación del flujo. El ajuste del tope en este caso puede ser tan alto como ± 10 grados o más.

Otro aspecto de la invención se refiere a un procedimiento para operar un buque como el mencionado, que comprende el paso de operar el medio de ajuste para controlar el ángulo de incidencia (p^c, ^af) de la cuerda del ala portante de popa.

Una realización se refiere a un procedimiento como el mencionado anteriormente, que comprende el paso de adaptar el ángulo de incidencia (p^c, ^af) de la cuerda del ala portante de popa a un ángulo de incidencia estimado o medido ⁽pif) de un flujo entrante aguas arriba del ala portante de popa, debajo del casco.

Una realización se refiere un procedimiento como el mencionado anteriormente, que comprende el paso de determinar el ángulo de incidencia (p^if) del flujo entrante aguas arriba del ala portante de popa a partir de una fuerza de sustentación ejercida sobre el ala portante secundaria, estando la fuerza de sustentación directamente relacionada con el ángulo de incidencia (p^if) del flujo entrante.

Una realización se refiere a un procedimiento como el mencionado anteriormente, que comprende la etapa de operación del sistema de control para permitir el control del ángulo de incidencia (p^c, ^af) de la cuerda del ala portante de popa según un patrón cíclico, por el cual el ala portante de popa puede realizar un movimiento de aleteo para propulsar el buque.

Breve descripción de los dibujos

La presente invención se explicará a continuación con referencia a las realizaciones ejemplares de un buque y un procedimiento según la invención y con referencia a los dibujos. En los que:

La figura 1 muestra una vista lateral esquemática de la sección transversal de la configuración del control autónomo de sustentación;

La figura 2 muestra una vista lateral esquemática de la sección transversal del dispositivo de tope;

Las figuras 3a-3b muestran vistas transversales laterales del ala portante de popa y del ala portante secundaria unidas por un dispositivo de conexión con una disposición de doble bisagra;

Las figuras 4a-4c muestran vistas laterales esquemáticas del ala portante de popa con un mecanismo de accionamiento en forma de disposición de pistón/barra redonda, en el que el mecanismo de accionamiento se conecta al ala portante de popa en una posición detrás del eje;

La figura 5 muestra una vista esquemática en planta transversal del mecanismo de accionamiento según las figuras 4a-4c;

Las figuras 6a-6c muestran vistas laterales esquemáticas del ala portante de popa con un mecanismo de accionamiento en forma de disposición de pistón/barra redonda, en el que el mecanismo de accionamiento se conecta al ala portante de popa en una posición delante del eje;

En la figura 7 se muestra una vista transversal esquemática del ala portante de popa y el ala portante secundaria con un mecanismo de accionamiento en forma de disposición de pistón/barra redonda, en la que el mecanismo de accionamiento se conecta al ala portante secundaria;

Las figuras 8a-8b muestran vistas laterales esquemáticas de la sección transversal del ala portante secundaria con un mecanismo de accionamiento en forma de disposición de pistón/barra redonda;

La figura 9 muestra una vista esquemática del ala portante de popa y el ala portante secundaria con la disposición del pistón/barra redonda encajada en los puntales secundarios;

En la figura 10 se muestra una vista esquemática en planta del ala portante de popa y el ala portante secundaria, en la que el ala portante de popa se separa en una parte de babor y otra de estribor para ser activada por separado por los medios de ajuste; y

Las figuras 11a-11d resumen las principales realizaciones ejemplares de la invención.

Descripción detallada

La figura 1 muestra una vista transversal esquemática de la configuración del control autónomo de sustentación. La figura 1 muestra más específicamente un buque 1, como un yate de vela o un barco o una embarcación a motor, durante la operación en un cuerpo de agua con una línea de flotación 3. Preferentemente, el buque no planeador 1 según la invención opera en un régimen de velocidad (relativamente baja) que corresponde a un número de Froude inferior a 0,5, como por ejemplo inferior a 0,4. Un ala portante de popa primaria 6 teniendo un borde de ataque 8 y un borde posterior 9 está conectado a una parte trasera 5 del casco 2 del buque 1, como el espejo de popa 21, con uno o más miembros de conexión apropiados 7, como uno o más puntales 22, por ejemplo teniendo una regresión hacia atrás como se muestra. El ala portante de popa 6 está configurada para estar por debajo de la línea de flotación 3 durante la operación y está espaciada del casco 2. El casco 2 está configurado para una operación de no planeo, y tiene una dirección hacia adelante en un plano horizontal 4, es decir, durante la operación el plano horizontal 4 normalmente estará alineado con la dirección hacia adelante del buque 1 y la línea de flotación 3. La parte trasera 5 tiene además un menor desplazamiento de agua en relación con un desplazamiento de agua de una parte central del buque 1. El ala portante de popa 6 tiene una configuración adecuada para generar una fuerza de sustentación (L^af, L'^af) que tiene una componente de empuje dirigida hacia adelante. Los puntales 22 se conectan al ala portante de popa 6 en el centro de presión, es decir, aproximadamente a una distancia de % L^c, ^afdel borde de ataque 8 del ala portante de popa 6. Durante la operación, cuando el buque 1 se mueve en dirección hacia adelante, se genera un flujo debajo del casco 2. El flujo entrante 20, 20' tiene un cierto ángulo de incidencia p^if, p'^ifcon respecto al plano horizontal 4. La cuerda c^afdel ala portante de popa 6 se orienta con respecto al plano horizontal 4 con un ángulo de incidencia p^c, ^af, P'^c, ^af(siendo 0 grados en la figura 1).

Corriente arriba del ala portante de popa 6 se proporcionan 10 medios de ajuste que comprenden un ala portante secundaria 13 conectada al borde de ataque 8 del ala portante de popa 6 por medio de un dispositivo de conexión 14. Los medios de ajuste 10 están conectados al ala portante de popa 6 y configurados para ajustar el ángulo de incidencia (p^c, ^af, p'^c, ^af) de la cuerda del ala portante de popa 6 y por lo tanto el ángulo de ataque del ala portante de popa 6. Los medios de ajuste 10 que comprenden el ala portante secundaria 13 están dispuestos para girar el ala portante de popa 6 alrededor de un centro de presión dela ala portante de popa 6, preferentemente en un lugar de un cuarto de cuerda dla ala portante de popa 6. Para ello, el ala portante de popa 6 está provista de un eje 11 que se extiende en dirección del ala portante de popa 6 (es decir, perpendicular al plano del dibujo), en el centro de presión del ala portante de popa 6. El ala portante secundaria 13 está entonces configurada para girar el ala portante de popa 6 alrededor del eje 11.

Una fuerza de sustentación L^sf, L'^sfserá generada en el ala portante secundaria 13 por el flujo entrante 20, 20'. La magnitud y la dirección de la misma dependerán de la velocidad y el ángulo de incidencia p^if, p'^ifdel flujo entrante. La fuerza de sustentación L^sf, L'^sfen esta ala portante secundaria 13 está directamente relacionada y es representativa del ángulo de incidencia efectivo del flujo entrante ⁽p^if, p'^if). Con la realización mostrada en la figura 1, la fuerza de sustentación L^sf, L'^sfen el ala portante secundaria 13 puede utilizarse ventajosamente como guía o sensor para fijar el valor del ángulo de incidencia y, por tanto, el ángulo de ataque del ala portante de popa 6. El principio en cuestión está relacionado con una técnica conocida en la literatura como "control directo de sustentación" y se basa en ajustar activamente el ángulo de ataque de un ala portante para obtener la sustentación deseada. Conectando la ala portante secundaria 13 al ala portante de popa 6 y colocando, por ejemplo, el eje 11 alineado en cojinetes transversalmente en la ala portante de popa 6, este último es capaz de girar hacia arriba por el borde de ataque 8 cuando una sustentación hacia arriba en la ala portante secundaria 13 lleva a un movimiento hacia arriba del mismo (causando que la ala portante de popa 6 esté sometida a un momento M o M') y hacia abajo por el borde de ataque 8 cuando una sustentación hacia abajo en la ala portante secundaria 13 somete a un movimiento hacia abajo del mismo. La configuración que se muestra en la figura 1 podría denominarse "configuración autónoma de control directo de sustentación". Para optimizar el rendimiento, el borde de ataque 8 del ala portante de popa 6 y el borde posterior del ala portante secundaria 13 se separan preferentemente a una distancia de entre 1,0 - 8,0 veces, más preferentemente 1,0 -4,0 veces la longitud de cuerda L^c, ^sfdel ala portante secundaria 13. Preferentemente, la ala portante secundaria 13 tiene una extensión menor (b^sf) y/o una longitud de cuerda menor (L^c, ^sf) que la ala portante de popa 6, como una extensión bsf de 0,1 - 0,5 veces, por ejemplo 0,2 - 0,4 veces, la extensión bc^{, af}dla ala portante de popa 6 y/o una longitud de cuerda L^c, ^sfde 0,1 - 0,5 veces, por ejemplo 0,2 - 0,4 veces, la longitud de cuerda L^c, ^afdel ala portante de popa 6. Preferiblemente, el ala portante de popa 6 y/o el secundario 13 tienen una sección simétrica y aerodinámica. El dispositivo de conexión 14 también puede comprender un medidor de fuerza o de tensión 19 para medir la fuerza de sustentación del ala portante secundaria 13. También son concebibles otros medios de medición o de estimación para medir o estimar el ángulo de incidencia del flujo entrante. Para una exactitud óptima, esos medios de medición o estimación se dispondrán preferentemente aguas arriba del ala portante de popa 6, debajo del casco 2, como en una posición debajo de la popa, estrechando/construyendo la parte 5 del casco 2. Preferentemente, estos medios se disponen a una distancia aguas arriba del borde de ataque 8 del ala portante de popa 6 de 1,0 - 4,0 veces, más preferentemente 1,0 - 2,0 veces la longitud de cuerda L^c, ^afdel ala portante de popa 6. Alternativamente, la estimación (media) puede comprender la derivación (indirecta) o el cálculo del ángulo de incidencia del flujo entrante basado, por ejemplo, en los movimientos oscilatorios del buque, como por medio de un sistema de control.

La posición de los puntales 22 puede variar dependiendo de los requisitos de resistencia y rigidez del eje 11. Una configuración particular de los puntales es aquella en la que los puntales 22 se colocan en las puntas del ala portante de popa 6, con un tercer puntal situado en el plano de simetría del ala portante de popa 6 cuando la extensión del ala portante de popa 6 es, por lo demás, demasiado grande (o cuando las partes de babor y de estribor del ala portante de popa necesitan ser activadas por separado). Una configuración particular de dos puntales es aquella en la que se minimiza la carga de flexión en el eje 11, lo que requiere que los puntales 22 se sitúen en el interior de las puntas del ala portante de popa 6 en un lugar específico.

La figura 2 muestra una vista transversal esquemática del dispositivo de tope 12. El dispositivo de tope 12 puede comprender una leva 23 dispuesta en la parte no giratoria (sin eje) del ala portante de popa 6. Allí, la leva 23 está dispuesta dentro de una escotadura 24 del eje 11, donde la escotadura se extiende en dirección circunferencial a lo largo de la circunferencia del eje 11. La longitud de la cavidad circunferencial 24 se basa en el máximo rango de rotación permitido al eje 11 y podría por ejemplo estar entre -2 y 2 grados con respecto a la cuerda caf del ala portante de popa 6. En principio, la combinación de la leva 23 y la escotadura 24 podría disponerse en cualquier lugar de la circunferencia del eje 11, pero se prefiere una ubicación cercana a la cuerda caf.

El inconveniente de este sistema es que una vez que el ala portante secundaria 13 está en su posición más alta o más baja (y el ala portante de popa 6 en su máximo, respectivamente, ángulo mínimo de ataque) el flujo necesita cambiar de dirección en un ángulo apreciable antes de que el ala portante secundaria 13 adopte la posición opuesta. Esto puede ilustrarse con el siguiente ejemplo. Supongamos que el ángulo del fujo de entrada es de 5 grados con respecto a la horizontal en la dirección de la popa y hacia arriba. La sustentación dirigida hacia arriba en el ala portante secundaria 13 la empujará entonces hacia arriba, ejerciendo un momento en el ala portante de popa 6 obligándola a inclinarse hacia arriba por el borde de ataque 8. Cuando el dispositivo de tope 12 en su eje permite un ajuste de ángulo de ataque de 2 grados, la ala portante de popa 6 adoptará un ángulo de ataque de 2 grados cuando el eje 11 pase por la ubicación del centro de presión y la fricción del eje 11 en sus cojinetes no sea significativa. El ángulo de ataque dla ala portante secundaria 13 está ahora también en 2 grados con respecto a la horizontal. De ello se deduce que para que el ala portante secundaria adopte una posición más baja, el ángulo del fujo de entrada deberá cambiar en más de 7 grados (de 5 grados hacia arriba a un ángulo menor de -2 grados hacia abajo).

Las figuras 3a-3b muestran vistas laterales transversales del ala portante de popa 6 y del ala portante secundaria 13 que están conectadas por un dispositivo de conexión con una disposición de doble bisagra 25. La disposición de doble bisagra 25 funciona teniendo dos puntos de bisagra en el ala portante secundaria 13 (espaciados en una dirección perpendicular a la cuerda csf del ala portante secundaria 13, como en los lados opuestos de la cuerda csf) para impedir la rotación "espontánea" del ala portante secundaria sin un movimiento asociado deseado de la unión paralela como se muestra, y, viceversa, para permitir que la unión paralela se mueva como resultado de una rotación del ala portante de popa 6, girando así el ala portante secundaria 13.

Las figuras 4a-4c muestran vistas laterales esquemáticas del ala portante de popa 6 con un mecanismo de accionamiento del ala portante de popa 15 (véanse las figuras 11b y 11d) en forma de una disposición de pistón/barra redonda. El mecanismo de accionamiento 15 se conecta al ala portante de popa 6 en una posición detrás del eje 11. El mecanismo de accionamiento 15 puede comprender uno o más accionadores de barra o uno o más accionadores de pistón/cilindro, o una combinación de ellos. Como se muestra en la figura 4a, la disposición del pistón/barra redonda, que comprende un pistón 26 y una barra redonda 27, está dispuesta en (uno o más) puntales aerodinámicos 22. En un extremo inferior de la barra redonda 27 se dispone un pasador 29 que encaja en una ranura 28 en el ala portante de popa 6. Moviendo la barra redonda 27 en la dirección de su longitud, se puede ajustar la orientación del ala portante de popa 6. El puntal aerodinámico 22 es barrido hacia atrás y, en consecuencia, la barra redonda 27 se extiende en ángulo con respecto a la vertical.

La figura 5 muestra una vista esquemática en planta transversal del mecanismo de accionamiento según la figura 4a.

Las figuras 6a-6c muestran vistas laterales esquemáticas del ala portante de popa 6 con un mecanismo de accionamiento 15 en forma de una disposición de pistón/barra redonda, en el que el mecanismo de accionamiento 15 se conecta al ala portante de popa 6 en una posición delante del eje 11. En contraste con la realización que se muestra en las figuras 4a-4c y 5, la barra redonda 27 se extiende ahora (y está dispuesta para moverse) en dirección vertical.

La figura 7 muestra una vista transversal esquemática del ala portante de popa 6 y el ala portante secundaria 13 con un mecanismo de accionamiento del ala portante secundaria 16 (por favor, véase la figura 11c) en forma de una disposición de pistón/barra redonda, en la que el mecanismo de accionamiento 16 se conecta con el ala portante secundaria 13. El mecanismo de accionamiento 16 está dispuesto en un puntal 30 con una regresión hacia atrás y es bastante similar al mecanismo de accionamiento del ala portante de popa 15 como se describe en lo que antecede. El mecanismo de accionamiento 16 se utiliza para girar el ala portante secundaria 13 y, por consiguiente, para girar el ala portante de popa 6 alrededor del eje 11.

La figura 8a muestra una vista transversal esquemática lateral del ala portante secundaria 13 con el mecanismo de accionamiento 16 en forma de una disposición de pistón/barra redonda según la figura 6, mostrando tres orientaciones diferentes del ala portante secundaria 13 (I, II, III). La conexión con el ala portante secundaria 13 aquí es en forma de una conexión de pasador/ranura, con un pasador 34 que puede deslizarse hacia adelante y hacia atrás en una ranura 33 adjunta en el ala portante secundaria 13, a lo largo de la cuerda csf del ala portante secundaria 13. En la figura 8b se muestra otra variante con la barra 32 extendiéndose en dirección vertical (de nuevo con tres orientaciones (I, II, III) del ala portante secundaria 13).

La figura 9 muestra una vista esquemática en planta del ala portante de popa 6 y del ala portante secundaria 13 con la disposición del pistón/barra redonda encajada en los puntales secundarios 30 según las figuras 7 y 8a.

En la figura 10 se muestra una vista esquemática en planta del ala portante de popa 6 y el ala portante secundaria 13 con la disposición de pistón/barra redonda montada en puntales secundarios 30 según la figura 8b, que comprende un par de alas portantes secundarias 13 separadas en dirección transversal del buque (aunque sólo se muestra una, en un lado del plano de simetría 35 del buque 1). Análogamente, se proporciona un par asociado de alas portantes de popa 6, en las que cada ala portante de popa 6 está provista de un medio de ajuste individual 10 en forma de un ala portante secundaria individual 13. Se muestra que los cojinetes múltiples del eje 36 soportan el eje 11 en posiciones espaciadas a lo largo de la longitud del eje 11. Preferentemente, los cojinetes 36 están dispuestos cerca de los puntales 22 y en posiciones intermedias (como a mitad de camino) entre los puntales 22.

Cabe señalar que las dimensiones mostradas en las figuras 9 y 10 son meramente ejemplares.

Las figuras 11a-11d muestran un resumen de los principales ejemplos de la invención. De arriba a abajo, la "configuración autónoma de sustentación directa" se muestra en la figura 11a. En las figuras 11b y 11c se muestran las "configuraciones de control de sustentación motorizado", y en la figura 11d se muestra un ejemplo de la "configuración de control de sustentación motorizado" en la que los medios de ajuste que 10 están conectados a un sistema de control para permitir el ajuste del ángulo de incidencia (p^c, ^af) de la cuerda del ala portante de popa 6 según un patrón cíclico, en el que el ala portante de popa 6 puede realizar un movimiento de aleteo para propulsar el buque 1. Se omite el ala portante secundaria 13 y el mecanismo de accionamiento mencionado anteriormente 15 puede utilizarse en principio para girar el ala portante de popa 6.

Debe quedar claro que la descripción anterior tiene por objeto ilustrar la operación de las realizaciones preferentes de la invención, y no reducir el alcance de la protección de la misma. A partir de la descripción anterior, el experto podrá concebir muchas realizaciones dentro del concepto inventivo y el alcance de la protección de la presente invención.

Lista de números de referencia

1. Buque

2. Casco

3. Línea de flotación

4. Plano horizontal

5. La parte trasera

6. Ala portante de popa

7. Miembro de conexión

8. Borde de ataque

9. Borde posterior

10. Medio de ajuste

11. Eje

12. Dispositivo de tope

13. Ala portante secundaria

14. Dispositivo de conexión

15. Mecanismo de accionamiento del ala portante de popa

16. Mecanismo de accionamiento del ala portante secundaria

17.

18.

19. Medidor de fuerza o de tensión

20. Flujo entrante

21. Espejo de popa

22. Puntal para fijar el ala portante de popa en c/4

23. Leva (dispositivo de tope)

24. Rebajo (dispositivo de tope)

25. Disposición de doble bisagra

26. Cilindro

27. Barra

28. Ranura en el ala portante de popa

29. Pasador (para enganchar la ranura en el ala portante de popa) 30. Puntal para la fijación del ala portante secundaria

31. Cilindro

32. Barra

33. Ranura en el ala portante secundaria

34. Pasador (para enganchar la ranura en el ala portante secundaria) 35. Plano de simetría del buque

36. Cojinete del eje

c^af= cordón del ala portante de popa

c^sf= cordón del ala portante secundaria

b^af= extensión del ala portante de la popa

b^sf= extensión del ala portante secundaria

L^c, ^af= longitud de cuerda del ala portante de popa

L^c, ^sf= longitud de cuerda del ala portante secundaria

L^af= fuerza de sustentación en el ala portante de popa

L^sf= fuerza de sustentación en el ala portante secundaria

p^c, ^af= ángulo de incidencia de la cuerda del ala portante de popa p^c, ^sf= ángulo de incidencia del ala portante secundaria

p^if= ángulo de incidencia del flujo entrante

Claims

REIVINDICACIONES

1. Buque (1) para operar en una masa de agua que comprende:

- un casco (2), diseñado para la operación de no planeo en la masa de agua durante la operación y que muestra una línea de flotación (3) y que tiene una dirección hacia adelante en un plano horizontal (4) con una parte delantera, una parte trasera (5) y una parte central, estando el casco configurado para tener la parte trasera con un menor desplazamiento de agua en relación con un desplazamiento de agua de la parte central; y

- un ala portante primaria de popa (6) fijada a la parte trasera del casco con uno o más miembros de conexión (7), configurada para estar por debajo de la línea de flotación durante la operación y espaciada del casco, el ala portante de popa tiene un extensión (b^af), una cuerda (c^af), un perfil, un borde de ataque (8) y un borde posterior (9) en relación con la dirección hacia adelante, proporcionando al ala portante de popa una configuración adecuada para generar una fuerza de sustentación (L^af) que tiene un componente de empuje dirigido hacia la proa, caracterizado por

- unos medios de ajuste (10) conectados al ala portante de popa, en el que los medios de ajuste están dispuestos para girar el ala portante de popa alrededor de un centro de presión, en o cerca de una ubicación de un cuarto de cuerda del ala portante de popa, y configurado para ajustar un ángulo de incidencia (p^c, ^af) de la cuerda del ala portante de popa según un ángulo de incidencia estimado o medido ⁽p^if) de un flujo entrante (20) aguas arriba del ala portante de popa, debajo del casco, para obtener el mayor empuje posible del ala portante de popa.

2. Buque según la reivindicación 1, en el que el ala portante de popa está provista de un eje (11) alineado en cojinetes (36) que se extiende en una dirección de la extensión del ala portante de popa, en el centro de presión del ala portante de popa, en el que los medios de ajuste están configurados para girar el ala portante de popa alrededor del eje.

3. Buque según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los medios de ajuste están conectados a un sistema de control configurado para permitir el control del ángulo de incidencia ^{(pc, a f}) de la cuerda del ala portante de popa según un patrón cíclico, por el que el ala portante de popa puede realizar un movimiento de aleteo para propulsar el buque.

4. Buque según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los medios de ajuste están dotados de un dispositivo de tope (12) para limitar los ángulos mínimo y máximo de incidencia (p^c, ^af-min, p^c, ^af-max) de la cuerda del ala portante de popa.

5. Buque según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que un ala portante secundaria (13) está conectada al ala portante de popa, aguas arriba del ala portante de popa, por medio de un dispositivo de conexión (14).

6. Buque según la reivindicación 5, en el que el ala portante secundaria está conectada al ala portante de popa mediante un dispositivo de conexión configurado para permitir que la cuerda del ala portante secundaria mantenga su ángulo de incidencia (p^c, ^{s f}) independientemente del ángulo de incidencia de la cuerda del ala portante de popa (p^c, ^af) a la que está conectada el ala portante secundaria.

7. Buque según la reivindicación 5 o 6, en el que el ala portante secundaria tiene extensión menor (b^sf) y/o una longitud de cuerda menor (L^c, ^sf) que el ala portante de popa.

8. Buque según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el medio de ajuste comprende un mecanismo de accionamiento (15) conectado al ala portante de popa y/o en el que el medio de ajuste comprende un mecanismo de accionamiento (16) conectado al ala portante secundaria.

9. Buque según la reivindicación 8, en el que el mecanismo de accionamiento comprende uno o más accionadores de tipo barra o uno o más accionadores de tipo pistón/cilindro.

10. Buque según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el ala portante de popa y/o el ala portante secundaria, cuando dependen de la reivindicación 6, poseen una sección de ala portante simétrica.

11. Buque según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende dos alas portantes de popa separadas en dirección transversal del buque, estando cada ala portante de popa provista de medios de ajuste separados (10).

12. Buque según la reivindicación 5, en el que el dispositivo de conexión comprende un medidor de fuerza o de tensión (19) para medir la fuerza de sustentación en el ala portante secundaria.

13. Procedimiento de operación de un buque según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende el paso de operar el medio de ajuste para girar el ala portante de popa alrededor de un centro de presión, en o cerca de una ubicación de un cuarto de cuerda del ala portante de popa, y para controlar el ángulo de incidencia (p^c, ^af) de la cuerda del ala portante de popa (c^{a f}) según un ángulo de incidencia estimado o medido (p ^if) del flujo entrante (20) aguas arriba del ala portante de popa, debajo del casco, para obtener el mayor empuje posible del ala portante de popa.

14. Procedimiento según la reivindicación 13, que comprende la etapa de determinación del ángulo de incidencia (p ^if) del flujo entrante aguas arriba del ala portante de popa a partir de una fuerza de sustentación (L^sf) ejercida sobre el ala portante secundaria, estando la fuerza de sustentación directamente relacionada con el ángulo de incidencia (p ^if) del flujo entrante.

15. Procedimiento según la reivindicación 13, que comprende el paso de operación del sistema de control para permitir el control del ángulo de incidencia (p^c, ^af) de la cuerda del ala portante de popa según un patrón cíclico, por el cual el ala portante de popa puede realizar un movimiento de aleteo para propulsar el buque.