ES2822198T3 - Sistema de amortiguación multifuncional para el movimiento de buques - Google Patents

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ES2822198T3 ES16798582T ES16798582T ES2822198T3 ES 2822198 T3 ES2822198 T3 ES 2822198T3 ES 16798582 T ES16798582 T ES 16798582T ES 16798582 T ES16798582 T ES 16798582T ES 2822198 T3 ES2822198 T3 ES 2822198T3
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Theo Koop
Lambertus Johannes Maria Dinnissen
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Abstract

Un sistema (100) de amortiguación del movimiento de un buque mediante un efecto de elevación, que comprende al menos - un primer elemento de estabilización (104, 204) que se extiende desde el casco del buque (2), por debajo de la línea de flotación, en un costado del buque, en el que al menos un elemento de estabilización (104, 204) está configurado como un ala, - medios sensores para detectar el movimiento del buque y entregar señales de control en base al mismo, así como - medios de movimiento (101, 201) para mover el al menos un elemento de estabilización (104, 204) en forma de ala con respecto al casco, caracterizado porque el al menos un elemento de estabilización (104, 204) en forma de ala es un elemento de estabilización no giratorio en forma de ala y en el que los medios de movimiento están configurados para impartir un movimiento no giratorio y pivotante en dirección de la proa o la popa del buque a, el al menos, un elemento de estabilización no giratorio en forma de ala y establecer un ángulo de inclinación (α, β) del al menos un elemento de estabilización (104, 204) no giratorio en forma de ala en relación con el casco del barco en función de la velocidad del buque y las señales de control entregadas por los medios sensores, de modo que el efecto de elevación generado por el al menos un elemento de estabilización (104, 204) no giratorio en forma de ala tendrá un efecto de amortiguación en el movimiento del barco que se está detectando.

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema de amortiguación multifuncional para el movimiento de buques
La invención se refiere a un dispositivo para amortiguar el movimiento de un buque mediante un efecto de elevación, que comprende al menos un primer elemento de estabilización que se extiende desde el casco del buque, por debajo de la línea de flotación, en un costado del buque, en el que al menos un elemento de estabilización está configurado como un ala, medios sensores para percibir el movimiento del buque y entregar señales de control en función del mismo, así como medios de movimiento para mover el al menos un elemento de estabilización en forma de ala en relación con el casco.
Se conoce un sistema activo de este tipo para amortiguar el movimiento de un barco, por ejemplo, por la patente NL No. 1027525. En dicha patente se propone configurar un elemento de estabilización que se extiende desde el casco del barco por debajo de la línea de flotación como un elemento de estabilización en forma de ala. Este elemento de estabilización en forma de ala se gira alrededor de su eje longitudinal para compensar el balanceo del buque. Para ello, el buque está equipado con medios sensores, por ejemplo, sensores de ángulo, sensores de velocidad y sensores de aceleración, mediante los cuales se detecta el ángulo, la velocidad o la aceleración del balanceo. Las señales de control se generan a partir de los datos obtenidos, señales que controlan la rotación del elemento de estabilización giratorio en lo que respecta a la dirección de rotación y la velocidad de rotación del elemento de estabilización, así como el movimiento del elemento de estabilización en relación con el buque;.
Bajo la influencia del movimiento de rotación del elemento de estabilización en forma de ala y el paso del agua como resultado del movimiento del elemento de estabilización en relación con el buque estacionario, se genera una fuerza de corrección perpendicular a la dirección de rotación y a la dirección de movimiento. Este fenómeno físico también se conoce como el efecto Magnus, en base al cual la fuerza de corrección se utiliza para oponerse al balanceo del buque. Este sistema de estabilización basado en el efecto Magnus ya proporciona una fuerza de corrección muy grande a velocidades de navegación muy lentas por el agua, fuerza que se utiliza como fuerza de elevación para oponerse al balanceo del barco.
Esta es una solución ideal en el caso de los barcos de navegación lenta. Sin embargo, el sistema de estabilización se utiliza principalmente con buques estacionarios, en los que los elementos de estabilización en forma de ala giratoria realizan un movimiento de vaivén y de traslación con respecto al casco, y en los que la velocidad relativa del agua que fluye más allá del elemento de estabilización en forma de ala giratoria y que se traslada, se utiliza para realizar el efecto Magnus de corrección.
Un uso similar del efecto Magnus se describe en el documento EP 2910 463, en el que se utiliza un elemento de estabilización giratorio para amortiguar el movimiento de un barco.
Un inconveniente de los sistemas de estabilización descritos en los documentos NL 1027525 y EP 2910463 es que el movimiento de traslación y de vaivén relativo al casco del barco se imparte a los elementos de estabilización giratorios y en forma de ala por los medios de movimiento. Esto significa un cambio constante de los medios de movimiento para acelerar y desacelerar la masa del elemento de estabilización giratorio en una dirección de traslación y acelerar y desacelerar la masa del elemento de estabilización giratorio en la otra dirección de traslación opuesta. La inercia de la masa del sistema tiene además un efecto adverso en el buen funcionamiento del sistema, porque también la dirección de rotación de los elementos de estabilización en forma de ala debe invertirse constantemente accionando los medios de accionamiento.
Esta aceleración-desaceleración y re-aceleración de la masa constituye una severa demanda en el suministro de energía a bordo del buque en cuestión. Una pesada carga se coloca en los generadores de los medios de movimiento o medios de accionamiento, carga que varía constantemente debido a la conmutación que se requiere. Esta variación se compensa en la medida de lo posible (en el caso del accionamiento hidráulico) con el uso de acumuladores que nivelan las corrientes máximas. En el caso de accionamiento eléctrico directo, esto será más difícil y se requerirá una instalación a bordo aún más compleja y costosa.
En otra aplicación, que se describe en el documento WO 2013/095097, un elemento de estabilización en forma de ala se aleja y se acerca a la superficie del agua, cada vez que se desplaza una masa sustancial de agua. La fuerza de reacción así creada se usa para compensar el movimiento del barco. Sin embargo, también en esta aplicación, una gran masa o área de ala debe ser movida de un lado a otro a través del agua.
La concentración de fuerzas que se producen con ello tiene un efecto adverso en la funcionalidad de este sistema de estabilización. No contribuyen a la estabilización y, en consecuencia, aumentan la fuerza necesaria y, por lo tanto, la necesidad de energía. Las fuerzas de resistencia generadas de esta manera suponen una pesada carga para los generadores de los medios de movimiento o de los medios de accionamiento, también en este caso. Como consecuencia, se requiere un tren de potencia sobredimensionado del elemento de estabilización.
Por consiguiente, es objeto de la invención proporcionar un sistema activo para amortiguar el movimiento de un barco como se describe en la introducción. Según la invención, los medios de movimiento estás configurados para impartir un movimiento pivotante en la dirección de la proa o la popa respectivamente del buque al, al menos un elemento de estabilización en forma de ala y establecer un ángulo de inclinación del al menos un elemento de estabilización en forma de ala en relación con el casco del barco en función de la velocidad del buque y las señales de control suministradas por los medios sensores, de modo que el efecto de elevación generado por el al menos un elemento de estabilización en forma de ala tendrá un efecto de amortiguación en el movimiento del barco que se está detectando.
Los inconvenientes de construcción de los sistemas de estabilización giratorios conocidos se compensan así. Al no impartir ya un movimiento de rotación a los elementos de estabilización, sino configurarlos como elementos de estabilización en forma de ala e impartir a los mismos un movimiento angular o pivotante a través del agua, a un ángulo de inclinación que puede o no ser fijo, ya no es necesario cambiar constantemente la dirección de rotación de la masa giratoria de los elementos de estabilización giratorios. En su lugar, sólo debe adaptarse constantemente el ángulo de inclinación de los elementos de estabilización en forma de ala, así como el movimiento angular o pivotante relativo al buque, en función del movimiento del barco (el balanceo del barco) que se detecte y de la velocidad del buque.
Este movimiento de masa es significativamente más pequeño, por lo que todo el sistema de accionamiento (medios de conducción y medios de movimiento) puede ser de construcción más simple. Por lo tanto, se observa que en la presente invención los elementos de estabilización no son impulsados de forma rotatoria, mientras que además tienen una configuración en forma de ala. Los medios de accionamiento que imparten un movimiento rotacional a los elementos de estabilización en los sistemas de estabilización de balanceo conocidos no están así presentes en esta invención, que, además de un ahorro en los costes, también conduce a una construcción global más sencilla.
En la presente invención, la compensación del movimiento del barco (el balanceo del barco) que se percibe no tiene lugar en base al efecto Magnus descrito anteriormente, sino en base al efecto de elevación creado por los elementos de estabilización en forma de ala.
Para que el sistema de estabilización según la invención funcione de manera óptima, los medios de movimiento están configurados para fijar al menos un elemento de estabilización en forma de ala en un ángulo de inclinación a una velocidad de navegación v=0 kn, mientras que al mismo tiempo imparten un movimiento pivotante, relativo al casco del barco a el al menos un elemento de estabilización en forma de ala. De esta manera, el sistema de estabilización activo del balanceo es muy eficaz con barcos estacionarios (barcos fondeados), por ejemplo en un puerto, en el que el elemento de estabilización en forma de ala se gira hacia y desde el agua y en el que, dependiendo del ángulo de inclinación establecido del elemento de estabilización en forma de ala, se realiza un efecto de elevación por el paso del agua como una compensación eficaz de la estabilización del balanceo.
En otra realización funcional del sistema de estabilización según la invención, los medios de movimiento están configurados para impartir un ángulo de inclinación variable a el al menos un elemento de estabilización en forma de ala a una velocidad v£0 kn mientras que al mismo tiempo se establece un ángulo de giro fijo del al menos un elemento de estabilización en forma de ala en relación con el casco. En esta realización, el sistema de estabilización activo del balanceo es muy adecuado durante la navegación en la que el elemento de estabilización en forma de ala se coloca en una posición fija con respecto al buque, en el que también se produce un efecto de elevación por el paso del agua, como compensación efectiva de la estabilización del balanceo, al variar el ángulo de inclinación del elemento de estabilización en forma de ala.
Se observa, sin embargo, que el movimiento angular (léase: pivotante) y la dirección, así como el ángulo de inclinación pueden fijarse independientemente por los medios de movimiento en función de una deseada estabilización efectiva del balanceo del buque.
Según otra realización, el elemento de estabilización en forma de ala está, según la invención, conectado al buque por medio de una junta universal, de modo que un movimiento pivotante a través del agua en relación con el buque puede impartirse al elemento de estabilización en forma de ala no giratorio de manera efectiva.
En una realización específica del aspecto de la invención, el elemento de estabilización en forma de ala puede ser acomodado en un hueco proporcionado en el casco del barco, de manera que la estabilización en forma de ala pueda ser colocada de nuevo en el casco del barco mientras navega, de modo que la fricción entre el buque y el agua mientras navega disminuya significativamente.
El elemento de estabilización en forma de ala puede ser alojado opcionalmente en una guía formada en o sobre el casco del barco, guía que se extiende preferentemente al menos en parte en la dirección longitudinal del buque. Según otra realización funcional, un elemento de estabilización en forma de ala puede ser provisto en cada lado longitudinal del buque o sólo en un lado, mientras que en una realización preferente el conjunto de elementos de estabilización en forma de ala se provee cerca de la parte trasera del buque.
En una realización específica del sistema de estabilización activo del balanceo según la invención, el elemento de estabilización en forma de ala está provisto de una aleta en su extremo libre. Esto reduce cualquier remolino en el agua que pasa por el elemento de estabilización en forma de ala (tanto con barcos estacionarios como con barcos en movimiento), como resultado de lo cual el elemento de estabilización en forma de ala puede, por un lado, moverse a través del agua de una manera más simple y eficiente, de modo que el sistema de accionamiento puede ser de construcción menos robusta. La resistencia inducida que experimenta el elemento de estabilización en el agua disminuirá aún más.
En una realización preferente, la aleta se dirige hacia la superficie del agua o alejándose de la superficie del agua. En otra realización funcional según la invención, el elemento de estabilización en forma de ala tiene un coeficiente de aspecto que varía entre 1 y 10. Utilizando un elemento de estabilización en forma de ala con un coeficiente de aspecto tan grande, se consigue un mayor efecto de elevación para amortiguar el balanceo del barco, de modo que el sistema de estabilización activo del balanceo provisto con dicho elemento de estabilización en forma de ala (que tiene una AR alta) también puede utilizarse para aplicaciones distintas de la estabilización del balanceo, por ejemplo para equilibrar el buque, o para compensar el cabeceo del buque o incluso para reposicionar o maniobrar el buque sin hacer uso del sistema de propulsión principal habitual del buque o de los propulsores de proa y de popa.
En esta última realización, el sistema de estabilización activo del balanceo según la invención comprende además medios de determinación de la ubicación, y los medios de movimiento imparten el desplazamiento angular a el al menos un elemento de estabilización en forma de ala y establece el ángulo de inclinación del al menos un elemento de estabilización en forma de ala en parte sobre la base de la posición determinada del buque.
Esto permite, mediante un movimiento de "meneo" del elemento de estabilización en forma de ala, mantener el buque en su posición en el puerto, o incluso moverlo a pequeñas distancias, sin hacer uso del sistema de propulsión principal del buque, de modo que las maniobras pueden llevarse a cabo de forma controlada.
La invención se explicará ahora con más detalle con referencia a unos dibujos, en los que:
Las figuras 1-4 son vistas de los sistemas de estabilización activos según el estado de la técnica;
Las figuras 5A-B-C son vistas de una primera realización de un sistema de estabilización activo según la invención;
Las figuras 6A-6E muestran una primera aplicación de un sistema de estabilización activo según la invención;
Las figuras 7A-7B muestran la dinámica de un elemento de estabilización en forma de ala en la aplicación de la figura 5;
Las figuras 8A-8D muestran una segunda aplicación de un sistema de estabilización activo según la invención;
Las figuras 9A-9B muestran la dinámica de un elemento de estabilización en forma de ala en la aplicación de la figura 8;
La figura 10 muestra una tercera aplicación de un sistema de estabilización activo según la invención; La figura 11 muestra una cuarta aplicación de un sistema de estabilización activo según la invención;
La figura 12 muestra un elemento de estabilización en forma de ala según la invención;
Las figuras 13A-13D muestran varias secciones de un elemento de estabilización en forma de ala según la invención;
Las figuras 14A-14D muestran dos realizaciones funcionales de un sistema de estabilización activo según la invención.
En las figuras 1-4 se muestran las realizaciones de los sistemas de estabilización activos según el estado de la técnica. El buque estacionario 1 que flota en la superficie del agua 3 está provisto de un sistema de estabilización activo indicado por los números de referencia 10-11-20-10-20'. Este conocido sistema activo para amortiguar el movimiento de un barco, tal como se describe en la patente holandesa NL 1027525, está compuesto por elementos de estabilización giratorios 4a y 4b, que se proyectan cada uno de ellos desde un lado longitudinal respectivo del casco 2 del buque por debajo de la línea de flotación.
El sistema de estabilización activo según el estado de la técnica también está provisto de medios sensores (no mostrados, sin embargo) que detectan el movimiento del barco y más en particular el balanceo del barco. En base a esto, las señales de control se entregan a los medios de accionamiento (tampoco se muestran), los cuales accionan en forma rotativa uno de los elementos de estabilización 4a o 4b (dependiendo de la corrección a realizar). Dichos medios sensores pueden consistir en sensores de ángulo, sensores de velocidad o sensores de aceleración, que detectan continuamente el ángulo del barco con respecto a la superficie horizontal del agua 3 y la velocidad o la aceleración causada por el balanceo del barco.
La figura 1 muestra una realización de un conocido sistema de estabilización activo provisto de un conjunto de elementos de estabilización giratorios. Los elementos de estabilización pueden configurarse como un cilindro o como un ala. El sistema de estabilización activo comprende medios de movimiento que mueven el elemento de estabilización giratorio 4 con respecto al buque estacionario. Más concretamente, la figura 1 muestra una realización en la que los medios de movimiento 10 imparten un movimiento de traslación y de vaivén entre dos posiciones extremas 4a y 4b al elemento de estabilización giratorio, de modo que dicho movimiento comprende al menos un componente en la dirección longitudinal del buque. La dirección longitudinal del buque se indica con la flecha ancha X de la figura 1.
En el caso de la realización de traslación del sistema de estabilización activo que se muestra en la figura 1 (véase también la figura 2), el movimiento de traslación del elemento de estabilización giratorio 4 es posible en la medida en que se monta una guía 11 en el casco 2 del buque 1, a lo largo de la cual se puede desplazar el elemento de estabilización 4. El elemento de estabilización giratorio 4 se acomoda a ese fin en la guía 11 con un extremo 4' a través de una junta universal 12, de modo que es posible un movimiento de traslación en la guía 11 por un lado y un movimiento de rotación sobre el eje longitudinal 13 por otro lado.
Aunque esto se muestra esquemáticamente, el elemento de estabilización giratorio 4 está conectado al medio de accionamiento 6 por medio de una junta universal 12, medio de accionamiento que acciona de manera giratoria el elemento de estabilización 4 con el propósito de amortiguar el movimiento del barco que se está detectando. En esta realización, el conjunto del medio de accionamiento 6 y la junta universal 12 (que permite que el elemento de estabilización 4 gire con respecto al medio de accionamiento 6 y al buque 1) puede trasladarse a lo largo de la guía 11, por ejemplo mediante un mecanismo de transmisión de cremallera (no se muestra).
Sin embargo, también se pueden utilizar otros mecanismos de transmisión de traslación para este propósito.
El movimiento de traslación y de vaivén del elemento de estabilización rotatorio 4 en la guía 11, entre las posiciones extremas 4a y 4b, en la dirección longitudinal X del buque estacionario 1, combinado con el movimiento de rotación del elemento de estabilización 4 da lugar a una fuerza reactiva, también denominada fuerza Magnus. Esta fuerza es perpendicular tanto a la dirección de movimiento del elemento de estabilización 4 en la dirección X como a la dirección de rotación del mismo.
Dependiendo de la dirección del movimiento del barco (el balanceo del barco) a amortiguar, la dirección de rotación del elemento de estabilización 4 debe ser seleccionada de manera que la fuerza Magnus Fm resultante se oponga a la fuerza de balanceo Fr ejercida sobre el buque como resultado del balanceo del barco.
Esto se muestra en la figura 3, en la que los elementos de estabilización giratorios de traslación 4a-4b están dispuestos debajo de la línea de flotación 3, cerca del centro del buque (véase la figura 2). La dirección, la velocidad así como la aceleración del balanceo pueden ser detectadas de una manera que se conoce de por sí, utilizando los medios sensores adecuados (sensor de ángulo, sensor de velocidad y sensor de aceleración). Las señales de control se entregan en base a ello a los respectivos medios de accionamiento 6 y 10. En base a dichas señales, el medio de accionamiento 6 impulsará el elemento de estabilización 4 a una velocidad y en una dirección que puede o no ser variada, mientras que el medio de accionamiento 10 impulsará también el elemento de estabilización 4 giratorio en la dirección longitudinal X en la guía 10 a una determinada velocidad.
En la figura 4 se muestra otra realización de un sistema de estabilización activo conocido, en el que los medios de movimiento (indicados aquí en 20) imparten un movimiento pivotante de vaivén entre dos posiciones extremas 4a y 4b con respecto al buque estacionario 1 al elemento de estabilización 4. A fin de garantizar que el sistema de estabilización activo funcione adecuadamente con buques estacionarios, es deseable, también en la realización que se muestra en la figura 4, que el movimiento pivotante impartido al elemento de estabilización giratorio 4 por el medio de movimiento 20 comprenda al menos un componente de movimiento en la dirección longitudinal X del buque 1.
En la configuración anterior, utilizando un control y un accionamiento adecuados del elemento de estabilización 4 en términos de velocidad de rotación, dirección y velocidad y dirección de giro, el efecto Magnus en el caso de un buque estacionario anclado dará lugar, por ejemplo, a una fuerza Magnus Fm que comprenda al menos un componente de fuerza en la dirección de de la superficie del agua 3o alejándose de ella. Dicho hacia arriba o hacia abajo, según el caso, la componente de fuerza de la fuerza Magnus Fm puede utilizarse muy eficazmente para compensar el balanceo del buque estacionario en torno a su eje longitudinal X.
Un importante inconveniente de los sistemas de estabilización activos actualmente conocidos que funcionan sobre la base del efecto Magnus es que en la actualidad sólo pueden utilizarse con barcos estacionarios y barcos que navegan a una velocidad muy lenta. Actualmente no se dispone todavía de un dispositivo de estabilización basado en el efecto Magnus que pueda utilizarse con barcos que naveguen a gran velocidad. Además, se experimenta una mayor resistencia a la fricción mientras se navega, lo que hace que los sistemas conocidos no sean adecuados.
Las figuras 5A-5B muestran una vista combinada frontal, inferior, trasera y lateral (lado de estribor SB) de un buque 1 provisto de una primera realización de un sistema 100 (200) según la invención para amortiguar activamente el movimiento de un barco. En las figuras 5A-5B el buque está provisto de las combinaciones de letras BB y SB que designan el lado de babor y el lado de estribor, respectivamente, del buque. También en este caso, el buque 1 flota en una superficie de agua 3, con el numeral 2 indicando la parte del casco del barco que se encuentra debajo de la superficie del agua 3, mientras que el numeral 2a indica la quilla.
El sistema 100 está parcialmente alojado en el casco 2 del buque 1 y, por otro lado, comprende un elemento de estabilización 104 que se extiende desde el casco 2 del barco hasta el agua a través de una abertura 2b. En esta realización, el elemento de estabilización 104 está configurado como un ala que se extiende desde el casco 2 en el lado longitudinal del buque, el lado de estribor SB del buque en esta figura, por debajo de la línea de flotación 3. El elemento de estabilización 104 configurado como un ala está conectado al buque, más concretamente al medio de movimiento 101, por medio de una junta universal 102.
Los medios de movimiento 101 están configurados para impulsar la junta universal 102 alrededor de un eje de pivote 103, eje de pivote 103 que se extiende perpendicularmente (véase la indicación del ángulo A) con respecto a la superficie del agua 3. Por ello, el elemento de estabilización 104 en forma de ala experimenta un movimiento angular o pivotante alrededor del eje de pivote 103, como resultado de lo cual el elemento de estabilización 104 se mueve a través del agua como un ala en un plano horizontal paralelo a la superficie del agua 3.
En la figura 5A el elemento de estabilización 104-204 está estacionado en la posición 0°, en la que ha pivotado contra el casco (menor resistencia), mientras que en las figuras 5B y 5C el elemento de estabilización 104-204 ha pivotado alrededor de su respectivo eje de pivote 103-203 desde la posición estacionada y se extiende desde el casco del barco 2 para estabilizar el movimiento del barco.
El elemento de estabilización en forma de ala 104 está conectado a la junta universal 102 con un ángulo de inclinación a ajustable, de modo que el ángulo de inclinación del ala 104 sobre su eje de ala 106 en relación con la superficie del agua 3 puede ajustarse durante el movimiento pivotante a través del agua.
En las figuras 5A y 5B, un sistema de estabilización 100 según la invención se muestra en el lado de estribor SB, mientras que un sistema de estabilización similar 200 está dispuesto en el lado de babor BB. Para obtener una mejor funcionalidad, también es habitual equipar un buque 1 con dos sistemas de estabilización según la invención, que se disponen en la banda de babor BB y en la de estribor SB, respectivamente.
El sistema de estabilización según la invención que está presente en el lado de babor BB se indica con el número 200. Este sistema de estabilización activo 200 acciona el elemento de estabilización en forma de ala 204, que gira sobre su eje de pivote 203, de manera idéntica. El ángulo de inclinación del elemento de estabilización en forma de ala 204 se indica p en las figuras, lo que significa que los ángulos de inclinación a y p de los elementos de estabilización en forma de ala 104 y 204, respectivamente, pueden fijarse independientemente uno del otro. Normalmente, los ángulos de inclinación serán idénticos entre sí (ángulo a = p, o ángulo p = -a) para lograr un buen control (estabilización del movimiento del barco).
El sistema de estabilización del movimiento de un barco, en el que un movimiento angular o pivotante en un plano horizontal se imparte a elementos de estabilización en forma de ala de forma pivotante pero no giratoria con un ángulo de inclinación ajustable a y p, que están presentes a ambos lados del buque, puede utilizarse tanto con buques estacionarios como con buques de navegación lenta.
Con referencia a las figuras 6A-6E, un buque estacionario experimentará un movimiento de balanceo y de vaivén (de babor BB a estribor SB y viceversa) (indicado R1, R2, R3, -R2 etc.) sobre su eje longitudinal 1' bajo la influencia del oleaje del agua. Para amortiguar u oponerse a este movimiento de balanceo, el elemento de estabilización 104-204 se mueve alrededor del eje de pivote 103-203 por el medio de movimiento desde la posición de estacionamiento que se muestra en la figura 6A en la dirección de la roda (indicada por la flecha F) hacia la posición 104', en la que el elemento de estabilización en forma de ala se extiende más o menos perpendicular al casco del barco 2, cuya situación operativa corresponde a la situación mostrada en la figura 1C.
Dado que el elemento de estabilización 104-204 se extiende más o menos perpendicularmente al eje 103-203, cuyos ejes de pivote 103-203 se extienden perpendicularmente con respecto a la superficie del agua 3, el elemento de estabilización 104-204 se mueve como un ala en un plano horizontal a través del agua durante su desplazamiento angular alrededor del eje 103-203 por los medios de movimiento 101-201. En el caso de un movimiento pivotante hacia adelante F en la dirección de la proa del buque, el borde aguas arriba/frontal 104'-204' del elemento de estabilización en forma de ala 104-204 "corta" a través de la masa de agua, mientras que en el caso de un movimiento pivotante hacia atrás B en la dirección de la popa del buque, es el borde aguas abajo/trasero 104"-204" el que corta a través del agua. Ver también las figuras 7A-7B.
El ángulo de inclinación a que el elemento de estabilización en forma de ala 104-204 asume con respecto a la superficie del agua 3, la dirección de giro del elemento de estabilización en forma de ala a través del agua (en la dirección F de la proa o en la dirección B hacia la popa), así como la velocidad a la que el elemento de estabilización en forma de ala 104-204 es girado a través del agua, se determinan en función de la velocidad de navegación del buque y de las señales de control emitidas por los medios sensores en relación con el movimiento del barco (el balanceo del barco) que se detectan, creando un efecto de elevación (indicado L y -L, respectivamente, en las figuras 7A-7B, y L1, L2, -L1, -L2 en las figuras 6A-6E), que proporciona la acción de amortiguación deseada para corregir el movimiento del buque 1. Véanse las figuras 7A-7b en combinación con las figuras 6A-6E.
Esto significa que durante el movimiento de balanceo de babor a estribor SB en torno a la dirección longitudinal 1' del buque 1, el sistema de estabilización 1 presente en el lado de estribor SB se opone al movimiento descendente en el lado de estribor SB con el elemento de estabilización 104 en forma de ala, no giratorio, mediante la fuerza de elevación L1 dirigida hacia la superficie del agua 3. El sistema de estabilización 200 presente en la banda de babor BB generará al mismo tiempo una fuerza de corrección similar -L1 con su elemento de estabilización 204 en forma de ala, no giratorio, cuya fuerza se opone al movimiento ascendente R1 y R2 de la banda de babor BB del buque 1 (figura 6B).
Tras un nuevo movimiento pivotante hacia adelante F de los dos elementos de estabilización en forma de ala, no giratorios 104-204, como se muestra en la figura 6C (posición 104-204'), el efecto de elevación alcanzará su mayor fuerza de elevación L2 y -L2, hasta que los elementos de estabilización en forma de ala 104-204 asuman la posición pivotada más hacia adelante en la figura 6D (posición 104"-204") y posteriormente hagan un movimiento pivotante hacia atrás B en dirección a la popa del barco (figura 6E).
Debido a que el buque sufre un movimiento de balanceo opuesto desde estribor SB a babor BB aproximadamente en la dirección longitudinal 1' del buque 1 en esta subfigura 6E, los dos elementos de estabilización no giratorios en forma de ala 104-204 cortan el agua en un plano horizontal, cada uno en un movimiento pivotante dirigido hacia la popa del buque, porque su ángulo de inclinación a no cambia, sin embargo, la fuerza de elevación de cada elemento de estabilización 104-204 así realizada se opone al movimiento de balanceo, en el que el elemento de estabilización 104 en forma de ala genera una fuerza de corrección -L1 que se opone al movimiento ascendente -R2 de la banda de estribor SB del buque 1, mientras que el elemento de estabilización 204 en forma de ala genera una fuerza de corrección L1 que se opone al movimiento descendente -R2 de la banda de babor BB del buque 1 (figura 6E). Utilizando esta disposición que comprende un sistema de estabilización tanto en el lado de babor BB como en el lado de estribor Sb , es posible, dado un control y un accionamiento adecuados de los dos elementos de estabilización en forma de ala 104 y 204 en términos de dirección y velocidad de giro sobre sus ejes de pivote 103 y 203, respectivamente, y un ángulo de inclinación establecido a y p, respectivamente, del ala 104-204 en relación con la superficie del agua 3, generar una fuerza de elevación con una componente de fuerza dirigida hacia o desde la superficie del agua 3 con un buque estacionario 3 anclado. Esta componente de fuerza ascendente o descendente del efecto de elevación creado por el ala 104-204 que se desplaza por el agua puede utilizarse muy eficazmente para compensar el balanceo del buque estacionario 1 en torno a su eje longitudinal I'.
En el caso de un buque estacionario y un sistema de estabilización no operativo según la invención, el elemento de estabilización 104-204 se estaciona en la posición 0° como se muestra en las figuras 5A y 6A. En esta posición de estacionamiento, el elemento de estabilización 104-204 ha sido girado por medio de la junta universal 102-202 y colocado contra el casco del barco 2, dirigido hacia la popa (a la derecha en la figura 5A, la proa del buque 1 se encuentra a la izquierda en la figura 5A).
Opcionalmente, se puede prever un hueco (no mostrado) en el casco del barco 2, para que el elemento de estabilización 104-204 pueda ser recibido en este hueco en la posición de estacionamiento 0° (indicado en 104a). Sin embargo, el hueco es opcional, ya que requiere una adaptación más compleja del casco del barco 2.
El desplazamiento angular o velocidad de giro del elemento de estabilización en forma de ala 104-204 en torno a su eje de pivote 103-203 se establece por los medios de accionamiento 101-201 en función de la velocidad de navegación del buque y las señales de control suministradas por los medios sensores del sistema de estabilización activo 100, medios sensores que detectan el movimiento de balanceo del buque 1 (dirección, velocidad y aceleración del balanceo del barco).
Asimismo, el ángulo de inclinación a (o p) del ala 104-204 sobre su eje 106-206 y en relación con la superficie del agua 3 se fija por el medio de movimiento 101 en función de la velocidad de navegación del buque y las señales de control emitidas por el medio sensor del sistema de estabilización activo 100, medio sensor que detecta el movimiento de balanceo del buque 1 (dirección, velocidad y aceleración del balanceo del barco).
En una primera realización, cuyo principio de estabilización se elabora en las figuras 6A-6E, el punto de partida es un buque estacionario. La velocidad de navegación es v=0 kn en esta situación, y sobre la base de ésta y de las señales de control generadas y emitidas como resultado del movimiento del barco, los medios de movimiento 101­ 201 imparten el desplazamiento angular (movimiento pivotante) a una velocidad de giro específica a las alas 104­ 204, que además están fijadas a un ángulo de inclinación específico, preferentemente fijo a (o p) con respecto a la superficie del agua.
En otra realización, cuyo principio de estabilización se elabora en la figura 8 (subfiguras A-D), el punto de partida es un buque en movimiento. La flecha B de las figuras 8A-8D muestra la dirección de retroceso del flujo (B = retroceso) del agua que pasa por el elemento de estabilización en forma de ala 104-204 que resulta del movimiento hacia adelante del buque 1 a través del agua.
La velocidad de navegación es v£0 kn (de hecho v>0 kn) en esta situación, y sobre la base de esto y de las señales de control generadas y entregadas como resultado del movimiento del barco, los medios de movimiento 101-201 imparten una posición angular específica y fija (orientación de pivote) relativa al casco del barco 2 a las alas 104­ 204, mientras que además un ángulo de inclinación variable a (o p) relativo a la superficie del agua 3 se imparte constantemente a las alas 104-204.
En la subfigura 8A, el elemento de estabilización 104-204 está estacionado en la posición 0° o posición inicial de forma análoga a las figuras 5A y 6A. Mientras que navegando (subfiguras 8B y 8C), las dos alas 104-204 han sido giradas hacia afuera (rotadas) en un ángulo de 90°, siendo perpendiculares al casco del barco 2, alrededor de su eje de desplazamiento angular 103-203 orientado perpendicularmente a la superficie del agua 3 por los medios de movimiento 102-202. Mientras que navegando y durante el control de estabilización del balanceo, las alas 104-204 se mantienen en esta posición pivotada, y el ángulo de inclinación a-p de cada ala 104-204 con respecto a la superficie del agua 3 se fija (véase la figura 9A) entre -90° y 90° con respecto a la superficie del agua en función de del balanceo del barco que haya sido detectado.
La fuerza de elevación o corrección (+L1 y L2 en las figuras 9A-9B) así generada se opone constantemente al balanceo del barco que está siendo detectado, porque esta fuerza de elevación o corrección incluye invariablemente al menos una componente de fuerza dirigido hacia la superficie del agua 3 o alejándose de ella. Esta componente de fuerza ascendente o descendente de la fuerza de elevación o corrección puede utilizarse muy eficazmente para compensar los movimientos del buque 3 navegando sobre su eje longitudinal 1'.
En el momento en que (véase la figura 8B) se detecta el movimiento de balanceo -R1 del buque desde estribor SB a babor BB , el elemento de estabilización en forma de ala 204' se coloca en un ángulo de inclinación p como se muestra en la figura 9 B, de modo que el agua que pasa por el ala 204' ejerce una fuerza de elevación L2 hacia la superficie del agua 3 en el ala 204', oponiéndose así al movimiento de balanceo hacia abajo -R1 del lado de babor BB del buque 1.
Asimismo, el ala 104' se coloca en un ángulo de inclinación -p (con el lado aguas abajo 104b del ala 104' mirando hacia la superficie del agua y el lado aguas arriba 104a mirando hacia fuera de la superficie del agua 3), de modo que la fuerza de elevación -L2 así generada se dirigirá hacia abajo y se opondrá así al movimiento de balanceo hacia arriba -R1 del lado de estribor SB del buque 1.
En el momento en que el movimiento de balanceo -R1 se haya detenido y el buque experimente un movimiento de balanceo R1 desde babor BB hasta estribor SB (figura 8C), los ángulos de inclinación de las alas 104'-204' del elemento de estabilización 104 se adaptarán en consecuencia, de modo que la fuerza de elevación L2 hacia la superficie del agua 3 generada por el ala 104' se opondrá al movimiento de balanceo hacia abajo R1 de la banda de estribor SB del buque 1 mientras que simultáneamente con ello la fuerza de elevación -L2 lejos de la superficie del agua 3 generada por el ala 204' se opondrá al movimiento de balanceo hacia arriba R1 de la banda de babor BB del buque 1.
En esta aplicación del sistema de estabilización según la invención, los ángulos de inclinación del ala 104-204 se fijan de manera variable en un ángulo de inclinación que varía entre -90° y 90° con respecto a la superficie del agua 3.
En el caso de aumentar la velocidad de navegación, puede ser conveniente fijar las alas 104"-204" (figura 8D) en un ángulo de 45°, por ejemplo, con respecto al casco del barco 2, para disminuir así la resistencia que experimenta el buque 1 que se mueve a gran velocidad con las alas 104-204 fijadas en un ángulo de 90° (como se muestra en las figuras 8B-8C). En la situación que se muestra en la figura 8D, en la que el elemento de estabilización 104 toma una posición pivotada fija de 45° con respecto al casco del barco 2, la resistencia a la fricción de un buque en movimiento es menor, mientras que también las fuerzas de elevación L1 y -L1 que se generan son menores que las fuerzas de elevación L2 y -L2 en la posición de 90°, pero el efecto de corrección en el movimiento del barco sigue siendo efectivo.
La ventaja de este control de estabilización es que el sistema de estabilización puede estar activo en todo momento mientras se navega, independientemente de la velocidad de navegación, y que la resistencia de fricción experimentada por las alas 104-204 es considerablemente menor que la resistencia de fricción experimentada por un sistema de estabilización del estado de la técnica, en el que las alas 104-204 adoptan una posición fija (perpendicular) en relación con la dirección de movimiento del barco y, por lo tanto, no se ajustan constantemente. La figura 10 revela otra aplicación, en la que el buque 1 se muestra desde un lado superior, un lado trasero y un lado de babor y en la que se imparte simultáneamente a las dos alas 104-204 un movimiento pivotante hacia atrás B (B = Hacia atrás) en la misma dirección y con el mismo ángulo de inclinación. Si las alas 104-204 se ajustan a un ángulo de inclinación de 0° (siendo la posición del ala, paralela a la superficie del agua 3) durante el movimiento hacia la proa, las alas 104-204 cortarán el agua prácticamente sin fricción. Si las alas 104-204 se fijan en un ángulo de inclinación de 90° (perpendicular a la superficie del agua 3) durante el movimiento de retorno hacia la popa, se generará una fuerza de propulsión que hará que el buque 1 se mueva hacia adelante (letra F = Hacia adelante). La magnitud de esta fuerza de propulsión depende del ángulo de giro de las alas y de la velocidad de giro. Haciendo uso de estas fuerzas, que pueden ser dirigidas hacia adelante y hacia atrás, el buque 1 puede moverse hacia adelante y hacia atrás pero también cambiar de dirección.
La provisión o la conexión del sistema de estabilización con/a los medios de determinación de la ubicación, como el GPS, y hace que los medios de movimiento 101-201 impartan a las alas 104-204 el desplazamiento angular y establece el ángulo de inclinación de las alas 104-204 parcialmente sobre la base de la ubicación determinada del buque, permite mantener el buque 1 en una ubicación o posición deseada sin tener que activar el sistema de propulsión principal o los propulsores de proa y de popa.
La figura 11 muestra otra aplicación, en la que el buque 1 se muestra desde un lado superior, un lado trasero y un lado de babor y en la que las alas 104-204 están ambas colocadas a un ángulo de inclinación de 90°, por ejemplo, y cada una se acciona en una dirección diferente en relación con el buque. El ala de babor 204 pivota hacia la popa (letra B = Hacia atrás), mientras que el ala de estribor 104 pivota hacia la proa (letra F = Hacia adelante). En este ejemplo, el buque girará así hacia la derecha (letra R = Derecha).
En combinación con la aplicación que se muestra en la figura 10 y en combinación con medios de determinación de la ubicación, como el GpS, se pueden realizar maniobras sencillas del buque 1 sin tener que activar el sistema de propulsión principal o los propulsores de proa y de popa.
Como se muestra en la figura 6, los sistemas de estabilización 100-200 están dispuestos cerca de la popa del buque 1. En esta disposición, el sistema puede ser usado en particular para amortiguar los llamados movimientos de cabeceo del buque. Esto se hace midiendo los movimientos de cabeceo y convirtiéndolos en señales de control destinadas a controlar los dos sistemas de estabilización 100-200 desplazando el buque sobre el eje transversal horizontal.
Sin embargo, también es posible posicionar los sistemas de estabilización de balanceo 100-200 en otro lugar del casco del barco 2, por ejemplo en el centro del buque 1.
La figura 12 muestra una realización específica de un elemento de estabilización en forma de ala 104 como el utilizado en la presente invención. Cabe señalar que el elemento de estabilización en forma de ala 104 no es completamente giratorio alrededor de su eje 106, lo que significa que no es posible una rotación completa de 360°. El elemento de estabilización en forma de ala 104 puede girarse alrededor del eje de rotación angular (eje de pivote 103) e inclinarse sobre su eje longitudinal 106 por medio de la junta universal 102 y el medio de accionamiento 101 (no se muestra).
El elemento de estabilización en forma de ala 104 tiene preferentemente una forma de ala, como se muestra en varias realizaciones ejemplares en las figuras 13A-13D. El lado longitudinal aguas arriba 104a del elemento de estabilización en forma de ala 104 puede ser curvo (figuras 13A-13B y 13D) o puntiagudo (figura 13C). Asimismo, el lado longitudinal aguas abajo 104b del elemento de estabilización en forma de ala 104 puede ser redondeado o curvo (figura 13D) o puntiagudo (figura 13C) o estar provisto de un extremo despuntado (figura 13A) o un extremo engrosado (figura 13B).
Una realización específica como la de la figura 12 muestra la aleta 105 que se proporciona en el extremo libre del elemento de estabilización en forma de ala 104. La aleta 105 está preferentemente dirigida hacia la superficie del agua, pero en otra realización también puede estar dirigida alejándose de la superficie del agua. El remolino en el agua que fluye más allá del elemento de estabilización 104 en forma de ala se reduce significativamente de este modo, tanto en el caso de barcos estacionarios como en el de barcos en movimiento. El elemento de estabilización en forma de ala 104 puede así moverse a través del agua de una manera más simple y eficiente, de modo que el mecanismo de accionamiento puede ser de construcción menos robusta. Al mismo tiempo, la resistencia inducida que el elemento de estabilización 104 experimenta en el agua disminuirá.
En cuanto a los elementos de estabilización en forma de ala 104-204 utilizados en el sistema de estabilización del balanceo según la invención, el elemento de estabilización en forma de ala tiene un coeficiente de aspecto entre 1 y 10. Por coeficiente de aspecto AR se entiende la relación determinada por la dimensión de la longitud dividida por la anchura horizontal promedio. Al utilizar elementos de estabilización en forma de ala que tienen un alto coeficiente de aspecto entre 1 y 10, dichos elementos de estabilización también pueden utilizarse para otras aplicaciones que no sean simplemente la estabilización del balanceo.
Si, por ejemplo, se utiliza un elemento de estabilización en forma de ala con un coeficiente de aspecto AR de 4 con un ángulo de inclinación de, por ejemplo, 20° con respecto a la superficie del agua, y se induce una fuerza de elevación (es decir, la fuerza de amortiguación ejercida sobre el buque por el elemento de estabilización para oponerse al movimiento de balanceo que se está detectando) será unas seis veces mayor que la fuerza de resistencia que se está experimentando (la fuerza que debe ejercerse para mover el elemento de estabilización a través del agua o la fuerza del agua que experimenta el elemento de estabilización).
Como resultado, los elementos de estabilización en forma de ala también pueden ser utilizados para maniobras como el equilibrado, la amortiguación del cabeceo y el posicionamiento de los barcos. Estas aplicaciones adicionales son especialmente adecuadas si los sistemas de estabilización activos de balanceo provistos de elementos de estabilización en forma de ala que tienen un coeficiente de aspecto tan alto se instalan preferentemente cerca de la popa del buque, como por ejemplo se muestra en la figura 6.
Al hacer además el elemento de estabilización giratorio de un material ligero, como la fibra de carbono, se puede realizar un ahorro considerable en la reducción de peso e inercia de masa, de modo que todo el sistema de accionamiento del sistema estabilizador activo de balanceo puede ser de construcción más sencilla.
La figura 14A muestra otra vista frontal de un buque 2, que está provisto de un sistema de estabilización 100 según la invención en el lado de estribor SB, mientras que un sistema de estabilización similar 200 está dispuesto en el lado de babor BB. En esta realización, cuya funcionalidad respecto a la amortiguación o la compensación o la oposición al movimiento del buque 2 se ha explicado con referencia a la descripción anterior de las figuras 5 -11, el eje de pivote 103-203 sobre el que se imparte un movimiento pivotante en dirección de la proa o la popa del buque al elemento de estabilización en forma de ala 104-204 (una utilización), se extiende perpendicularmente (véase la indicación del ángulo A) respecto a la superficie del agua 3 (y la superficie de la cubierta del barco en su posición de reposo). Como resultado, el elemento de estabilización en forma de ala 104-204 sufre un movimiento pivotante sobre el eje de pivote 103-203, de modo que el elemento de estabilización 104-204 se mueve a través del agua como un ala en un plano horizontal más o menos paralelo a la superficie del agua 3.
La figura 14B muestra igualmente en otra realización de un sistema activo para estabilizar el movimiento de un barco, una vista frontal de un buque 2, que está provisto de un sistema de estabilización 100 según la invención en el lado de estribor SB, mientras que un sistema de estabilización similar 200 está dispuesto en el lado de babor BB. En esta realización, el eje de pivote 103-203 no se extiende perpendicularmente con respecto a la superficie del agua 3 (y la superficie de la cubierta del barco en su posición de reposo), sino que el eje de pivote 103-203 se extiende en un ángulo (pequeño) (véase la indicación de ángulo 9) con respecto a la superficie del agua 3 (y la línea 300 perpendicular a ella).
El ángulo 9 puede variar entre 0° (perpendicular a la superficie del agua) y 15°.
Dado que el elemento de estabilización 104-204 está orientado más o menos perpendicularmente a su respectivo eje de pivote 103-203 también en esta realización, el elemento de estabilización en forma de ala 104-204 realiza un movimiento pivotante sobre su eje de pivote 103-203 durante la operación, en la que el elemento de estabilización 104-204 se mueve a través del agua como un ala en un plano pivotante que no está orientado paralelamente a la superficie del agua 3 en este caso, sino en ángulo con ella. Los elementos de estabilización 104-204 se extienden más profundamente en el agua en este caso, de modo que no se proyectan por encima de la superficie del agua en el caso de movimientos de balanceo muy fuertes del barco.

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema (100) de amortiguación del movimiento de un buque mediante un efecto de elevación, que comprende al menos
- un primer elemento de estabilización (104, 204) que se extiende desde el casco del buque (2), por debajo de la línea de flotación, en un costado del buque, en el que al menos un elemento de estabilización (104, 204) está configurado como un ala,
- medios sensores para detectar el movimiento del buque y entregar señales de control en base al mismo, así como
- medios de movimiento (101, 201) para mover el al menos un elemento de estabilización (104, 204) en forma de ala con respecto al casco, caracterizado porque el al menos un elemento de estabilización (104, 204) en forma de ala es un elemento de estabilización no giratorio en forma de ala y en el que los medios de movimiento están configurados para impartir un movimiento no giratorio y pivotante en dirección de la proa o la popa del buque a, el al menos, un elemento de estabilización no giratorio en forma de ala y establecer un ángulo de inclinación (a, p) del al menos un elemento de estabilización (104, 204) no giratorio en forma de ala en relación con el casco del barco en función de la velocidad del buque y las señales de control entregadas por los medios sensores, de modo que el efecto de elevación generado por el al menos un elemento de estabilización (104, 204) no giratorio en forma de ala tendrá un efecto de amortiguación en el movimiento del barco que se está detectando.
2. Un sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de movimiento están configurados para poner al menos un elemento de estabilización no giratorio en forma de ala en un ángulo de inclinación a una velocidad de navegación v=0 kn, mientras que al mismo tiempo imparte un movimiento de desplazamiento angular relativo al casco del barco a al menos un elemento de estabilización no giratorio en forma de ala.
3. Un sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de movimiento están configurados para impartir un ángulo de inclinación variable al, al menos un elemento de estabilización no giratorio en forma de ala a una velocidad v£0 kn, mientras que al mismo tiempo se establece un ángulo de giro fijo del al menos un elemento de estabilización no giratorio en forma de ala en relación con el casco.
4. Un sistema según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el elemento de estabilización no giratorio en forma de ala está conectado al buque por medio de una junta universal,
5. Un sistema según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el elemento de estabilización no giratorio en forma de ala puede acomodarse en un hueco proporcionado en el casco del barco.
6. Un sistema según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se proporciona al menos un elemento de estabilización no giratorio en forma de ala en cada lado longitudinal del buque.
7. Un sistema según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el conjunto de elementos de estabilización no giratorios en forma de ala se proporciona cerca de la parte trasera del buque.
8. Un sistema según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el elemento de estabilización no giratorio en forma de ala está provisto de una aleta en su extremo libre.
9. Un sistema según la reivindicación 8, caracterizado porque la aleta se dirige hacia la superficie del agua.
10. Un sistema según la afirmación 8, caracterizado porque la aleta se dirige lejos de la superficie del agua.
11. Un sistema según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el elemento de estabilización no giratorio en forma de ala tiene un coeficiente de aspecto que varía entre 1 y 10.
12. Un sistema según una o más de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el sistema comprende además medios de determinación de la posición, y porque los medios de movimiento imparten el movimiento pivotante en la dirección de la proa o la popa del buque al, al menos un elemento de estabilización no giratorio en forma de ala y establecen el ángulo de inclinación del al menos un elemento de estabilización no giratorio en forma de ala en parte sobre la base de la posición determinada del buque.
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