FI109984B - Alus ja menetelmä sen kuljettamiseksi - Google Patents

Description

109984

Alus ja menetelmä sen kuljettamiseksi

Keksinnön tausta

Esillä oleva keksintö koskee alusta, joka käsittää puoliplaanaavan 5 rungon, jonka profiili on muotoiltu tuottamaan suuripaineisen alueen rungon pohjalle rungon peräpeiliosassa ja aikaansaamaan peräpeiliosan hydrodynaamisen nostamisen kynnysnopeudella ja sen yläpuolella, vesisuihkutyöntöväli-neet aluksen kuljettamiseksi eteenpäin, jotka välineet käsittävät veden sisääntu-lovälineet, jotka sijaitsevat peräpeiliosassa, ja useita vesisuihkusuuttimia, ja lait-10 teet vesisuihkutyöntövälineiden käyttämiseksi.

Laivanrakentajien tavoitteena on pitkään ollut suunnitella ja rakentaa aluksia, joissa on suuri lastinottokyky ja sisäpuoliset tilat, rakenteellinen lujuus, stabiilisuus ja vakavuus, kun alus kelluu, ja riittävän pieni vastus eteenpäin kuljettavan tehon tekemiseksi taloudelliseksi kuten US-patentilla 145 347 on osoi-15 tettu.

Perinteinen pinta-aluksen yksirunkokonstruktio on tavallisesti kehitetty vakiintuneista suunnitteluperiaatteista ja oletuksista, jotka koskevat nopeuden, vakavuuden ja merikelpoisuuden keskinäisiä suhteita. Uhrauksia tehdään toivottujen suorituskykytekijöiden saavuttamiseksi. Tämän tuloksena nykyisen yksi-20 runkoisen pinta-aluksen käytännölliset parannukset on oleellisesti vältetty.

Esimerkiksi nykypäivän uppoumarunkojen suurin rajoitus on, että tie- ·*:. tylle koolle (uppoumana tai tilavuutena ilmaistuna) niiden merikelpoisuus ja va- "·. kavuus pienenee, kun ne "venytetään" suurempaan pituuteen suurimman käyt- • · · tökelpoisen nopeuden kasvattamiseksi.

! ! 25 Perinteiset runkokonstruktiot rajoittavat luonnostaan nopeutta, jolla suuret alukset voivat kulkea valtameren poikki johtuen vastuksen noususta, joka ' esiintyy nopeuksilla, jotka ovat noin 1,2 kertaa neliöjuuri laivan pituudesta (jal koina). Esimerkiksi keskikokoisella rahtilaivalla on noin 20 solmun huippunope- • · :/·: us. Suurien nopeuksien saavuttamiseksi kaupallisilla lasteilla on tarpeen lisätä 30 laivan pituutta ja kokoa (tai tilavuutta) suhteessa tai kasvattaa nopeutta vähen-täen samalla leveyttä saman koon eli tilavuuden säilyttämiseksi mutta vakavuu- * · § den kustannuksella. Laivanrakentajat ovat kauan pitäneet ongelmaa huomatta-vasti suurempien nopeuksien saavuttamiseksi lisäämättä pituutta tai vähentä-·’ mättä leveyttä vastaavana kuin ilmailutekniikan "äänivallin rikkomista".

•: · ·: 35 Kasvatettua pituutta tarvitaan suurempia nopeuksia varten (paitsi erit täin kapeiden runkojen tapauksessa, jotka eivät ole käytännöllisiä lastin kuljetta- 2 109984 jia tilavuuden ja vakavuuden rajoituksista johtuen) johtuen suuresta vastuksen lisääntymisestä, joka ilmenee nopeuksilla, jotka vastaavat Frouden lukua 0,4. Frouden luku määritellään suhteella 0,298 V/L, missä V on aluksen nopeus solmuissa ja L on aluksen vesiviivapituus jalkoina. Kulkeakseen nopeammin 5 alus on tehtävä pitemmäksi työntäen täten vastuksen kasvun alkamista suurempiin nopeuksiin. Kun pituutta kasvatetaan samalle tilavuudelle, alus tulee kapeammaksi, vakavuutta uhrataan ja siihen kohdistuu suurempia jännityksiä, mikä johtaa rakenteeseen, jonka on oltava suhteellisesti kevyempi ja vahvempi (ja kalliimpi), jottei rakennepaino tule liialliseksi. Lisäksi vaikka tietyllä uppoumal-10 la pitempi alus kykenee saavuttamaan suurempia nopeuksia, pituusvärähtelyn ominaistaajuus pienenee ja merikelpoisuus huononee korkeissa tai epäedullisissa meren tiloissa verrattuna lyhyempään, kompaktimpaan laivaan.

Sellaisia pinta-aluksia kohtaan on kasvanutta tarvetta, jotka voivat kulkea valtameriä suuremmalla nopeudella, ts. alueella 40 - 50 solmua, ja suu-15 remmalla vakavuudella johtuen helposti pilaantuvien lastien nopeiden ja turvallisten valtamerikuljetuksien kaupallisista vaatimuksista, suurikustannuksisista pääomatavaroiden lasteista, joiden mittoja ja tiheyttä ei voida hyväksyä ilmarah-tiin ja muuhun aikaherkkään rahtiin, erityisesti "juuri oikeaan aikaan" varasto- ja varastointikäytäntöjen kasvavan maailmanlaajuisen hyväksymisen valossa.

20 Nykyään uppouma-alusten suurin käyttökelpoinen nopeus on noin ,t#: 32- 35 solmua. Tämä voidaan saavuttaa suhteellisen pienessä aluksessa te- • · ... kemällä siitä pitkä, kapea ja kevyt mutta myös kallis. Jossain määrin on ollut mahdollista välttää kasvanutta nopeutta 0,4:n Frouden lukujen yläpuolelle mutta ‘ ·: · [ tämä on saavutettu pienissä aluskonstruktioissa käyttäen puoliplaanaavia runko- * : 25 ja laivoille, joiden pituus on korkeintaan 120 jalkaa (36,6 m) ja 200 tonnia (2031), • · ·’.'·! ja parannettuja propulsioyksiköitä. "Tonnilla" tarkoitetaan tässä pitkää tonnia = ' 2 240 Ibs = 1 016 kg. Merkinnällä "t" tarkoitetaan metristä tonnia, joka on 1 000 kg. Suuremmassa aluksessa kuten nopeassa valtamerimatkustajalaivassa suu-rempi pituus sallii suuremman koon ja tilavuuden kuljettamisen samalla nopeu- • .·’·. 30 della, joka on kuitenkin pienempi sen Frouden lukuun nähden (ts. 38 solmua . ·. 1 100 jalkaa (335,3 m) pitkän vesiviivan lentotukialukselle on ainoastaan Frou- • > · *·[· den luku 0,34). Negatiivisella puolella näiden alusten suurempi koko vaatii pro-pulsiotehon huomattavasti suurempia määriä. Tämän tehon syöttämisessä ta-: vanomaisten potkureiden kautta on suuria ongelmia kavitaatio-ongelmista johtu- ....: 35 en ja käyttäen tavanomaista diesel- tai höyrykoneistoa, joka antaa erittäin huonon teho/paino-suhteen.

3 109984

Toinen keino saavuttaa suurinopeuksisia aluksia on plaanaava runko. Tämä suosittu konstruktio on rajoitettu erittäin lyhyeen rungon muotoon, ts. tyypillisesti korkeintaan 100 jalkaan (30,5 m) ja 100 tonniin (102 t). Ainoastaan 50 jalkaa (15,2 m) pitkät veneet voivat saavuttaa yli 60 solmun nopeuksia (tai 5 Frouden luvun 2,53). Tämä on mahdollista, koska käytettävissä oleva teho yksinkertaisesti työntää veneen veden pinnalle, jossa se on vesiliirrossa aaltojen läpi eliminoiden vastuksen suuren kasvun, joka estää puhtaasti uppoumavenet-tä menemästä yli 12 solmua saman pituisella rungolla. Noin 5 - 25 solmun väli-nopeuksilla ennen kuin vene "pääsee plaaniin" tarvitaan kuitenkin suhteettoman 10 suuri määrä tehoa. Jos 50 jalan (15,2 m) vene on skaalattu 300 jalan (91,4 m) fregatin pituuteen, nopeus kiipeää 12-60 solmun tarkalle alueelle. Näin skaalattuna teho, joka tarvitaan 300 jalan (91,4 m) plaanaavalle fregatille, olisi puoli miljoonaa hevosvoimaa. Edelleen seuraava kulku tällä 300 jalan aluksella aiheuttaisi materiaalin väsymistä, kun sen suuri, tasainen rungon pinta iskeytyisi jatku-15 vasti suurella nopeudella valtameren aaltoihin, koska se olisi liian hidas plaa-naamaan tai "lentämään" aaltojen poikki kuten paljon pienempi plaanaava alus tekisi.

Plaanaavia runkoja käyttäviä aluksia on myös tuotettu vesisuihkupro-pulsiolla. Koon, kantokyvyn ja tarvittavan hevosvoiman rajoituksista johtuen ve-20 sisuihkulla liikutettua plaanaavan rungon alusta ei ole kuitenkaan harkittu vaka- ...: vasti tietyn vesiviivapituuden ja kantokyvyn ylittävälle alukselle.

• · ... Edellisen valossa on tehty johtopäätös, että esimerkiksi US-paten- tissa 3 225 729 esitetyn tyyppiset plaanaavat rungot eivät anna ratkaisua suuri-en nopeiden alusten suunnitteluun. Jos kuviossa 13 esitetyt nopeusluokat suh- * ’ 25 teessä vesilinjan pituuteen tutkitaan tässä, puoliplaanaava runko näyttää kuiten- kin tarjoavan houkuttelevia mahdollisuuksia nopeille pohjanostealuksille. Tässä : alla selostettu kuvio 13 esittää puoliplaanaavien runkojen kokojen jatkumon, pienistä erittäin suuriin. Yksirunkoisen nopean pohjanosterungon (MFS) tai puo-liplaanaavan yksinrunkoisen (SPMH) konstruktio on rungon muoto, jota tänään • · .·**. 30 käytetään laajasti pienemmissä puoliplaanaavissa aluksissa, koska se tarjoaa mahdollisuuden käyttää vesiviivan pituutta, joka lähenee uppoumarunkojen ve-siviivapituutta, ja maksiminopeuksia, jotka lähenevät plaanaavien runkojen mak-:...: siminopeuksia.

Hydrodynaamisen nosteen konseptia käyttävät runkokonstruktiot ....: 35 ovat tunnettuja pienempien, esim. alle 200 jalkaisten (61,0 m) tai 200 tonnin (203 t) alusten suhteen, jotka on moottoroitu tavanomaisilla potkurikäytöillä, ku- 4 109984 ten US-patentissa 4 649 581 on esitetty. Tällaisen rungon muoto on sellainen, että rungon alle indusoidaan suuri paine alueelle, jolla on tietty muoto hydrodynaamisen nosteen antamiseksi. MFS- tai SPMH-alukset kehittävät hydrodynaamisen nosteen tietyn kynnysnopeuden yläpuolella rungon peräosassa vai-5 kuttavan korkean paineen seurauksena. Tällainen runko pienentää rungon jäännösvastusta vedessä, kuten alla selostetuissa kuvioissa 11 ja 14 on esitetty. Tämän takia teho-ja polttoainevaatimukset vähenevät. Koska hydrodynaaminen noste kasvaa nopeuden neliöön, nostava runko sallii suurempien nopeuksien saavuttamisen. Työvenettä, joka käyttää hyväksi MFS-runkoa tai SPMH-muo-10 toa, käytetään nyt merellä tai monien maailman satamisen sisääntuloväylillä. Tätä rungon muotoa on tähän asti pidetty rajoittuneena tietyn kokoisiin nopeisiin luotsiveneisiin, poliisiveneisiin, pelastusmiehistön veneisiin ja nopeisiin pelastusveneisiin, tulliveneisin, partioveneisiin ja jopa moottoripursiin ja nopeisiin kalastusveneisiin, joiden koko vaihtelee 16:sta 200 jalkaan (4,9 - 61,0 m) (2 tonnista 15 (2,03 t) noin 600 tonniin (610 t)). Niiden kooille nämä veneet ovat paljon paina vampia ja vankempia kuin plaanaavat veneet. Nopeusalueella 5-25 solmua ne ovat paljon tasaisempia matkustaa. Ne käyttävät myös paljon vähemmän tehoa niiden koille Frouden luvuilla, jotka ovat alle 3,0, kuin plaanaavat rungot käyttävät ja ne ovat erittäin ohjailukykyisiä. Yleisesti on kuitenkin hyväksytty, että tä-20 män tyyppisen rungon käyttökelpoinen käyttö on rajoitettu 200 tonnin (203 t) aluksiin.

Kuvio 11 esittää akselihevosvoimatehon vertailun MFS- tai SPMH- « · fregatin (käyrä A ympyrädatapistein) ja saman pituus/leveys-suhteen ja 3 400 • · tonnin (3 454 t) perinteisen fregatin rungon (käyrä B kolmiodatapistein) välillä.

: 25 Noin 15 ja suunnilleen 29 solmun välillä alukset tarvitsevat saman tehon. 38:sta • · ylöspäin 60 solmuun MFS-alus toimisi sen suurimman hyötysuhteen alueen si- : säilä ja hyötyy kasvavasti hydrodynaamisesta nosteesta. Tämä nopeusalue olisi suuresti perinteisen uppoumarungon käytännöllisyyden ulkopuolella ellei up- :*·,· poumarungon pituutta kasvatettaisi oleellisesti Frouden luvun pienentämiseksi • · .···. 30 tai pituuden suhdetta leveyteen kasvatettaisi oleellisesti. Hydrodynaaminen nos- ” te on MFS- tai SPMH-konstruktiossa lievempi prosessi, joka on enemmän sukua • · · '·’· suuren nopeuden suorituskyvyn purjehdusveneelle kuin plaanaavalle rungolle, :; joka kohotetaan plaaniin suureksi osaksi raa'alla voimalla. MFS- tai SPMH-runko ei plaanaa täysin ja sen vuoksi välttää suurilla nopeuksilla aaltoja vasten tapah-35 tuvan'slamming'-ongelman.

5 109984

Lisäksi uudenaikaiset suuret alukset ovat perinteisesti olleet potkuri-käyttöisiä dieselvoimalla. Potkurien koko on kuitenkin luonnostaan rajoitettu ja niissä on myös kavitaatio- ja värähtelyongelmia. Yleisesti on tunnustettu, että käyttämällä nykypäivän teknologiaa 60 000 hevosvoimaa on suunnilleen yläraja 5 akselia kohti tavanomaisille kiinteäsiipisille potkureille. Lisäksi dieselmoottorit, jotka on mitoitettu tuottamaan tarvittava teho suurempia nopeuksia varten, olisivat epäkäytännöllisiä paino-, koko-, kustannus- ja polttoaineen kulutustekijöistä johtuen.

Vesisuihkupropulsiojärjestelmät, jotka vähentävät oleellisesti potkuri-10 käyttöjen kavitaatio- ja värähtelyongelmia, ovat tunnettuja kuten US-patenteissa 2 570 595, 3 342 032, 3 776 168, 3 911 846, 3 995 575, 4 004 542, 4 611 999, 4 631 032, 4 713 027 ja 4 718 870 on esitetty. Tähän asti niitä ei ole pidetty käyttökelpoisina suurempien alusten kuljettamiseksi eteenpäin, erityisesti suurilla nopeuksilla ja niitä pidetään yleisesti liian tehottomina, koska ne vaativat pi-15 kemminkin suuren paineen veden ulostuloaukon luona puoliupoksissa olevan rungon peräosassa kuin alhaisen paineen, joka yleensä on suurien uppouma-runkojen tässä osassa.

Keksinnön yhteenveto

Esillä olevan keksinnön tavoitteena on voittaa ongelmat ja rajoitukset, 20 joita kohdataan aiemmissa yli 2 000 tonnin (2 032 t) kauppalaivojen ja yli 600 : ·: tonnin (6091) huviveneiden runkokonstruktioissa ja propulsiojärjestelmissä.

Esillä olevan keksinnön toisena tavoitteena on saavuttaa nopea, silti .·. suuri kauppalaiva kuten yli 2 000 tonnin (2 0321) tai 200 jalan (61,0 m) rahtialus tai autolautta, joka saavuttaa suuremman liikevaihdon sijoitukselle suurempien • · . . 25 pääoma-ja käyttökulujen kompensoimiseksi.

Esillä olevan keksinnön vielä yhtenä tavoitteena on saavuttaa meri-‘ kelpoisuus avoimilla vaitamerioiosunteissa, jotka ovat ylivoimaisia nykyisiin kauppa-alus- ja huvialuskonstruktioihin nähden.

* *

Esillä olevan keksinnön tavoitteina on edelleen suurempi toimintataa- • I · 1,,.: 30 juus alusta kohti ja vähempi tarve tulla satamaan useiden satamien joukossa yli- tyksen kummallakin puolella sen lastin kasvattamiseksi, joka on lastattu aluk-seen, joka on riittävän pituinen ja kokoinen, ylitysajan lyhentämiseen huomatta- ’! * vasti tarvittavan suuren nopeuden saavuttamiseksi.

• f · v : Esillä olevan keksinnön tavoitteena on vielä laajemman ryhmäno- 35 peuden saavuttaminen, joka sallii joustavamman aikataulun laadinnan ja suuremman aikariippuvuuden.

6 109984

Esillä olevan keksinnön tavoitteena on vielä edelleen sisällyttää kauppalaivan tuotantoon pääsy pienempiin tai matalampiin satamiin ja suurempi ohjailtavuus sen ansiosta, että siinä on vesisuihkut ja sisäänrakennettu viippaus-tai polttoaineen siirtojärjestelmä sen sijasta että siinä on tavanomaiset ve-5 denalaiset lisälaitteet kuten peräsimet tai potkurit.

Asetettuihin tavoitteisiin päästään alussa mainittua tyyppiä olevalla aluksella, jolle on tunnusomaista, että aluksen uppouma on yli 2 000 tonnia (2 032 t), ja menetelmällä, jolle on tunnusomaista, että se käsittää seuraavat vaiheet: rungon peräpeiliosan hydrodynaamisen nostamisen aluksen kynnysno-10 peudella ja sen yläpuolella rungon pohjalla peräpeiliosassa olevan suuripainei-sen alueen avulla; ja hydrodynaamisesti nostetun rungon eteenpäin työntämisen vesisuihkujärjestelmän avulla, jossa on veden sisääntulot suuripaineisella alueella.

Esillä oleva keksintö on erityisen käyttökelpoinen kauppa-aluksissa, 15 joiden vesiviivan pituus (L) on noin 600 jalkaa (182,9 m), kokonaisleveys (B) on noin 115 jalkaa (35,1 m) ja täyden lastin uppouma on noin 25 000 - 30 000 tonnia (25 400 - 30 4801). Se on kuitenkin sopiva yli 600 tonnin (6091) huvialuksiin ja yli 2 000 tonnin (2 0321) ja 200 jalan (61,0 m) kauppalaivoihin.

Ohjaustarkoituksia varten käytettäisiin järjestelmää, joka käyttää hy-20 väksi siipivesisuihkuja nopeuksille 20 solmuun asti. Edelleen siipivesisuihkut voivat sisältää peruutusjärjestelmän. Sen tuloksena keksinnöllistä konseptiani • · ... hyväksi käyttävä alus on ohjailtavissa pysähdyksissä.

Esillä oleva keksintö käyttää hyväksi tunnettua yksirunkoista puoli- • · plaanaavaa konstruktiota, jossa on luonnostaan hydrodynaaminen noste ja al- ' ' 25 hainen pituus-leveys-suhde (L/B-suhde) mutta tähän asti tuntematon yhdistel- • · mä, jossa on kaasuturbiinivoima ja vesisuihkupropulsio, joka vaatii parasta hyö- v : tysuhdetta varten korkean paineen vesisuihkujen ulostuloaukon luona, jonka olen tunnistanut vastaavan puoliplaanaavan rungon peräaluetta, jonne kehite- :*·.· tään korkea paine rungon nostamiseksi.

• » .···. 30 Puoliplaanaavassa rungossa vesisuihkupropulsiojärjestelmän etuna / ’ on sen kyky syöttää suuria määriä tehoa suurella propulsiohyötysuhteella yli 30 I > · ' solmun nopeuksilla ja hidastaa vielä alus pysähtymään erittäin nopeasti. Järjes- telmä poistaa myös suurelta osin potkurin värähtely-, melu-ja kavitaatio-ongel-mat. Integroidun MFS.n tai SPMH.n ja vesisuihkujärjestelmän pääasiallisena 35 etuna on, että rungon muoto ja nosteominaisuudet ovat ihanteellisia vesisuihku-järjestelmän tarvittavia tehoja varten ja propulsiohyötysuhdetta varten samalla, 7 109984 kun kiihdytetty virtaus sisäänottojen luona saa myös aikaan korkeamman paineen ja suuremman nosteen rungon vastuksen pienentämiseksi vielä lisää.

Koska vesisuihkupropulsiolle on edullista omata korkeamman paineen alue veden sisääntulon läheisyydessä ja koska suihkuyksiköiden asenta-5 miseen tarvitaan suurempi tasainen peräpeilialue, MFS- tai SPMH-rungon muoto sopii ihanteellisesti vesisuihkupropulsioon. Erittäin tehokas propulsiojärjestel-mä yhdistettynä kaasuturbiinipääkoneisiin voidaan antaa käyttöön tyydyttämään suuria, suurinopeuksisia aluksia varten tarvittavat korkeammat tehotasot.

Esillä oleva keksinnön etuna on edelleen, että luontainen pieni pi- 10 tuus-leveys-suhde antaa suuremman käytettävissä olevan lastitilan ja parantuneen vakavuuden.

Esillä olevan keksinnön vielä yksi etu on annettu käyttöön vesisuih-kupropulsiolla, joka antaa suuremman ohjailtavuuden kuin potkurit johtuen siipi-vesisuihkujen suuntaistyönnöstä ja suuren ohjailutehon käyttämisestä ilman 15 eteenpäin suuntautuvaa nopeutta.

Esillä olevan keksinnön lisäetuna on vesisuihkupropulsioyksiköiden tai merikaasuturbiiniyksköiden käyttö, jotka tuottavat oleellisen tehon aksiaalisen tai sekoittuneen virtauksen ilman potkurikäyttöihin luonnostaan kuuluvia koko-, kavitaatio- ja värähtelyongelmia.

20 Esillä olevan keksinnön vielä yksi etu piilee vähentyneessä säteile- vässä melu- ja vanavesisignatuurissa uudesta rungon konstruktiosta ja ve- ... sisuihkupropulsiojärjestelmästä johtuen.

Esillä olevalla keksinnöllä on edelleen etua johtuen kyvystä tuottaa • · sen yksirunkorakenne taloudellisesti saatavilla olevilla kaupallisilla telakoilla.

• ’ 25 Esillä olevan keksinnön lisäetuna on merikaasuturbiinikoneiden hy-

• I

’·: väksikäyttö, jotka tuottavat joko nykyään tai niitä kehitetään tuottamaan suurem- ·' pi teho pienemmälle suhteelliselle painolle, tilavuudelle, kustannukselle ja polt toaineen ominaiskulutukselle kuin mitä on ollut saatavilla dieselkäyttöisten pot- :*·.· kurikäyttöjen kanssa.

• · 30 Esillä olevan keksinnön lisäetu syntyy rungon vedenalaisesta muo dosta, joka välttää perinteisen vastuksen kasvun kauppalaivoissa. Esillä olevan • I * keksinnön rungon muodosta johtuen aluksen perä alkaa nousta (pienentäen sil-lä tavalla viippausta) nopeudella, jolla tavanomaisen rungon perä alkaa kyykis-tyä tai upota.

35 Esillä oleva keksintö yhdistää merikaasuturbiinien teho- ja painote- hokkuudet, vesisuihkujen propulsiohyötysuhteen ja sellaisen rungon hydrody- β 109984 naamisen hyötysuhteen, joka on muotoiltu nostamaan nopeuksilla, joilla perinteiset rungot kyykistyvät.

Esillä oleva keksintö löytää erityistä hyötyä kokonaispituudeltaan yli 200 jalan (61,0 m), leveydeltään 28 jalan (8,5 m) ja syvyydeltään 15 jalan (4,6 5 m) meriteollisuuden aluksille.

Nopean puoliplaanaavan tyyppinen runko kokee nosteen dynaamisten voimien vaikutuksesta johtuen ja toimii suurimmilla nopeuksilla Frouden lukujen 0,3 - 1,0 alueella. Tämän tyyppiselle rungolle on tunnusomaista suorat sisääntulovesilinjat, perälaivan osat, jotka ovat tyypillisesti pyöristettyjä veden-10 alaisen osan käännöksessä ja joko suorat perän loorinkilinjat tai loorinkilinjat, joissa on hienoinen käyristys alaspäin, joka päättyy terävästi peräpeiliperässä.

Nyt tarkastellussa suoritusmuodossa, jota käytetään esimerkiksi kauppalaivana, esillä olevan keksinnön mukainen alus käyttää hyväksi kahdeksaa sen tyyppistä tavanomaista merikaasuturbiinia, joita General Electric nyky-15 ään valmistaa merkinnän LM 5000 alla, ja neljää yleiseltä tyypiltään sellaista vesisuihkua, joita Riva Calzoni tai KaMeWa valmistaa nykyään. Vesisuihkupropul-siojärjestelmässä on pumpun juoksupyörät, jotka on asennettu peräpeilin luo, ja vesi on kanavoitu juoksupyöriin perän alta rungon pohjassa olevien tuloaukkojen kautta juuri peräpeilin etupuolelta. Tuloaukot on sijoitettu korkean paineen alu-20 eelle vesisuihkujärjestelmän propulsiohyötysuhteen kasvattamiseksi.

Itse asiassa pumppujen kehittämä virtauksen kiihtyminen sisääntulo-... aukkojen luona ja ympärillä saa aikaan ylimääräisen dynaamisen nosteen, joka lisää myös rungon hyötysuhdetta. Tuloksena on parannus kokonaispropul-siohyötysuhteessa verrattuna runkoon, jossa on tavanomainen potkuripropul-• * 25 siojärjestelmä propulsiohyötysuhteen suurimman parannuksen alkaessa noin 30 :‘ : solmun nopeuksissa.

'·/·'· Ohjailu suoritetaan kahden siipivesisuihkun kanssa kunkin siipisuih- kun ollessa asennettu vaakasuorasti kiertyvän suulakkeen kanssa käännetyn työnnön antamiseksi ohjaamista varten. Ohjauslevy suuntaa suihkun työnnön .··*. 30 eteenpäin pysähtymisen ja hidastamisen säädön antamiseksi käyttöön. Ohjaus- ja peruutusmekanismeja käytetään hydraulisylintereillä, jotka on sijoitettu suih-' ·' · ‘ kuyksiköiden pinnalle peräpeilin takana.

Niinpä tällaista MFS-runkoa tai SPMH:ta vesisuihkupropulsion kans-sa käyttävä alus kykenee kuljettamaan noin 5 000 tonnia (5 0801) rahtia noin 45 35 solmulla Atlantin valtameren poikki noin 3 1/2 päivässä tai noin 11 000 tonnia 9 109984 (11 176 t) rahtia noin 35 solmulla 4 1/2 päivässä meren tiloissa 5:een asti 10 %:n varapolttoainekapasiteetin kanssa.

Edelleen on aiottu, että käyttöön otetaan integroitu ohjausjärjestelmä kaasuturbiinin polttoaineen virtauksen ja käyttöturbiinin nopeuden sekä kaasu-5 turbiinin kiihtymisen ja hidastumisen ohjaamiseksi, kaasuturbiinin ulostulovään-nön tarkkailemiseksi ja säätämiseksi sekä vesisuihkun ohjauskulman, tämän kulman muutosnopeuden ja optimaalista pysäytyssuorituskykyä varten tarkoitetun vesisuihkun peruutusmekanismin säätämiseksi. Tällainen järjestelmä voi käyttää syöttötietoina parametreja, jotka sisältävät aluksen nopeuden, akselin 10 pyörimisnopeuden, kaasuturbiinin ulostulotehon (tai -väännön).

Edellä oleva ohjausjärjestelmä sallii täydet ohjauskulmat käytetyllä kaasuturbiinin teholla, joka vastaa noin 20 solmun aluksen nopeutta. Se pienentää automaattisesti progressiivisesti suunnattua ohjauskulmaa suuremmalla teholla ja suuremmilla aluksen nopeuksilla ja sallii edelleen vesisuihkun työnnön 15 ohjaimen täyden kääntämisen päinvastaiseen suuntaan suunnatulla kaasuturbiinin teholla, joka vastaa noin 20 solmun aluksen nopeutta. Lisäksi ohjausjärjestelmä rajoittaa automaattisesti vesisuihkun päinvastaiseen suuntaan kääntävän ohjaimen liikettä ja liikkeen nopeutta suuremmalla teholla ja säätää kaasu-turbiinin tehon ja nopeuden olemaan tehokkain suurilla aluksen nopeuksilla.

20 Tiivistäen edistyneellä MFS- tai SPMH-muodolla on seuraavat edut: 1. Pienempi rungon vastus aluksen suurilla nopeuksilla verrattuna

• I

... ^ samojen suhteiden tavanomaiseen runkoon.

2. Suuri luonnostaan kuuluva vakavuus, joka sallii rahdin suuren • · ' *: · [ määrän kuljettamisen pääkannen yläpuolella riittävällä vakavuusreservillä.

: : 25 3. Suurella, luonnostaan kuuluvalla vakavuudella on sellainen vaiku- • · tus, että alukselle ei ole vaatimusta ottaa painolastia, kun polttoainetta kulute-v : taan, mikä antaa täten kasvavan huippunopeuden kuljetun etäisyyden mukana.

4. Pieni L/B-suhde antaa suuren käytettävissä olevan sisätilavuuden : * ·, · verrattuna saman uppouman tavanomaiseen alukseen.

• · . · * ·. 30 5. Vauriovakavuuden suuri potentiaalinen reservi.

6. Kyky toimia suurella nopeudella epäedullisissa sääolosuhteissa a) '·’· aiheuttamatta liiallisia rungon lujuusongelmia d) omaamatta epäedullista omi- :: naisliikettä, c) ilman liiallista rungon 'slammingkiä' ja kannen märkyyttä.

;; 7. Kyky toimia tehokkaasti ja suorituskykyisesti kahdella, kolmella tai .,,.: 35 neljällä vesisuihkulla rungon, vesisuihkun ja kaasuturbiinin ominaisuuksien edul lisesta yhdistelmästä johtuen.

10 109984 8. Kyky saada neljä suurta vesisuihkua sijoitettua sisäänsä aluksen peräpeilin poikki ja antaa käyttöön riittävä pohjan ala niiden sisäänottoja varten.

9. Vesisuihku/kaasuturbiinipropulsion integrointi on optimoitu perä-osan rungon muodolla.

5 10. Pienempi tekninen riski kuin samanlaisen uppouman tavanomai sella rungon muodolla nopeusalueella 40 - 50 solmua.

11. Ylivertainen ohjailtavuus sekä pienillä että suurilla nopeuksilla ja kyky pysähtyä paljon lyhyemmällä matkalla.

12. Järjestely, jossa koko propulsiokoneisto on perässä, maksimoi 10 rahdin lastaamisen ja rahdin käsittelyn ja ahtauksen.

13. Kyky käyttää hyväksi polttoaineen viippausjärjestelmää niin kuin se olisi sisällytetty konstruktioon optimaalisen pituussuuntaisen massakeskipisteen takaamiseksi kaikilla nopeuksilla ja uppoumilla muita käyttöjä varten kuten operoitaessa matalassa vedessä tai amfibiotarkoituksia varten.

15 14. Peräsimien tai potkureiden ja niihin liittyvien lisälaitteiden puute, mikä vähentää vedenalaisen vaurion mahdollisuutta matalassa vedessä, ohjailtaessa tai amfibiotoiminnoissa.

Kuvioluettelo

Esillä olevan keksinnön nämä ja muut piirteet, tavoitteet ja edut ilme-20 nevät paremmin keksinnön parhaan toteuttamistavan seuraavasta selostukses-: · ·: ta otettaessa se oheisten piirustusten yhteydessä, joissa:

Kuvio 1 on sivupystykuva esillä olevan keksinnön aluksen oikeasta • · * .·. puolesta, kuvio 2 on ylätasokuva kuviossa 1 esitetystä aluksesta, • « . . 25 kuvio 3 on etupystykuva, so. keulasta päin katsottuna, kuviossa 1 esi- ;.. ’ tetystä aluksesta, • · · '** * kuvio 4 on leikkauskuva rungosta, joka esittää eri ääriviivalinjat kuvi ossa 1 esitetyn rungon pituudella olevilta asemilta, puolikas keulaosasta ja puo-likas peräosasta, 30 kuvio 5 on poikkileikkauskuva poikkileikkauskuva kuviossa 1 esitetyn , v. rungon keskilaivaosasta kansien järjestelyn esittämiseksi, , · · ·, kuviot 6 ja 7 ovat vastaavasti kaavamaisia sivu- ja yläkuvia, jotka esit- t » ‘I’ tävät vesipropulsio/kaasuturbiiniyksiköiden sijoittelun kuviossa 1 esitetyn aluk- • t · :. ·“ ·’ sen sisällä, » 11 109984 kuviot 8A - 8D ovat samanlaisia kaavamaisia tasokuvia kuin kuvio 7, jotka esittävät kaasuturbiinien ja vaihdelaatikoiden vaihtoehtoisia suoritusmuotoja, kuvio 9 on käyrä, joka esittää uppouman ja nopeuden välisen suh- 5 teen, kuvio 10 on käyrä, joka esittää aluksen nopeuden ja potkuritehon (DHP) välisen suhteen tässä alla selitetylle MFS- tai SPMH-alukselle, kuvio 11 on käyrä, joka esittää akselitehon/nopeuden ominaisuuksien vertailun esillä olevan keksinnön fregatti aluksen ja tavanomaisen fregatin välillä, 10 kuvio 12 on käyrästö, joka vertaa tavanomaisten alusten ominaiste- hoa/ tn/kn niiden pituuden funktiona esillä olevaan keksintöön, kuvio 13 on yleinen käyrästö veneiden, laivojen ja merivoimien alusten nopeusluokista suhteessa niiden vesiviivan pituuksiin, joka esittää havainnollisesti puoliplaanaavan rungon muodon hyväksikäyttöä 0,40 -1,0 Frouden lu-15 kujen (tai V/L =1,4- 3,0) välisellä alueella, kuvio 14 on käyrästö ominaisjäännösvastuksesta suhteessa aluksen nopeuteen, joka esittää havainnollisesti kuinka esillä olevassa keksinnössä käytetty MFS-runko tai SPMH antaa pienentyneen vastuksen kasvaneilla nopeuksilla verrattuna samojen suhteiden tavanomaisiin uppoumarunkoihin, 20 kuvio 15 on kaavamainen kuva, joka esittää vesisuihkupropulsiojär- , 11; jestelmän, jotka käytetään kuvioissa 1-2 kuvatussa aluksessa, kuvio 16 on samanlainen kaavamainen kuva kuin 6 mutta se esittää • ·; * muunnellun kaasuturbiini/sähkömoottorikäytön vesisuihkupropulsiojärjestelmää ‘ : * varten, ' : 25 kuvio 17 on käyrästö, joka perustuu uppoumaltaan 2 870 tonnin i (2 916 t), 90 metrisen, puoliplaanaavan rungon aluksen todelliseen mittakaava-mallin allaskokeeseen, joka esittää kuinka tämän aluksen viippaus optimoidaan siirtämällä pituussuuntaista massakeskipistettä (L.C.G.) tietyn jalkamäärän ’. _: eteen- ja taaksepäin keskilaivasta (asema 5), joka on osoitettu numerolla "0" x- .···, 30 akselilla, aluksen eri nopeuksilla absorboidun hinaustehon (E.H.P.) minimoimi- * seksi, ::: kuvio 18 on käyrästö, joka perustuu uppoumaltaan 2 870 tonnin (2 916 t), 90 metrisen puoliplaanaavan rungon aluksen todelliseen, yllä ... tarkasteltuun mittakaavamallin allaskokeeseen, joka esittää vähennyksen , . 35 hinaustehossa (E.H.P.), joka on absorboitu siellä, missä optimoitua viippausta käytetään, ja 12 109984 kuvio 19 on kaavamainen lohkokaavio polttoaineen siirtojärjestelmän suoritusmuodosta viippauksen optimoimiseksi esillä olevan keksinnön mukaisessa SPMH:ssa.

Keksinnön yksityiskohtainen selostus 5 Tarkastellaan nyt piirustuksia ja erityisesti kuviota, jossa on esitetty alus, jota osoitetaan yleisesti numerolla 10 ja jossa on puoliuppouma- tai puoli-plaanaava pyöreäpalteinen, pienen pituus-leveys-suhteen (L/B) rungon muoto, joka käyttää hyväksi hydrodynaamista nostetta suurilla hyötykuormilla, esim. 5 000 tonniin (5 0801) asti Atlantin ylitystoimintoja varten 40 - 50 solmun alueella 10 olevilla nopeuksilla. L/B-suhteen on aiottu olevan noin 5,0 - 7,0, vaikka sitä voidaan lisätä jonkin verran 7,0:n yläpuolelle Panaman kanavan kuljetuskyvyn sallimiseksi, missä tämä piirre on tärkeä.

Aluksessa 10 on runko 11, joka tunnetaan puoliplaanaavana pyö-reäpalteisena tyyppinä, jossa on sääkansi 12. Ohjaussillan kansirakenteet 13 si-15 jaitsevat keskilaivasta perään suuren etukannen antamiseksi käyttöön lastille ja/tai helikopterin laskulle ja sisältävät hytit, oleskelutilan ja aluksen ohjauslaitteet samoin kuin muut varusteet kuten tämän jälkeen selostetaan. Kansirakenteet 13 on sijoitettu niin, että ne eivät vaikuta haitallisesti pituussuuntaiseen massakeskipisteeseen. Vaikka kauppa-alus kuvataan yli 200 jalan (61,0 m) ja 2 000 tonnin 20 (2 032 t) uppouman rahtialuksen muodossa, esillä oleva keksintö soveltuu yli : · ·: 600 tonnin (6091) huvialuksiin.

Rungon 11 pituussuuntainen profiili on esitetty kuviossa 1, kun taas .·. rungon pohjakuva on esitetty kuviossa 4. Perusviiva 14, joka on esitetty piste- katkoviivoin kuviossa 1, kuvaa kuinka rungon 11 pohja 15 kohoaa perää 17 koh-. . 25 ti ja tasoittuu peräpeilin 30 luona.

Kuvio 4 on profiili puoliplaanaavan rungon muodosta oikean puolen ' · ‘ ‘ esittäessä ääriviivoja aluksen etuosassa ja vasemman puolen esittäessä äärivii voja peräosassa. Profiili kuvaa rungon poikkileikkausta leveyden keskiviivasta I * :.*·! laskettujen metrien funktiona ja myös suhteessa vesiviivojen kerrannaisiin 0- •»· ’,,,ί 30 vesiviivasta. Yleisesti on tunnettua, että puoliuppouma- tai puoliplaanavan run- ,v. gon tällä tyypillä on etuosassa perinteinen uppoumarungon muoto kölineen ja i * » peräosassa tasoitettu pohja. Pienemmissä aluksissa keskilinjan pystyköli tai t · ’: ‘ skegi 65, joka on esitetty kuviossa 1 pistekatkoviivoin ja jota osoitetaan numeroi- ♦ i * v ·’ la 65, voidaan asentaa jatkumaan suunnilleen vedenalaisen etuosan syvimmäs- ’.***: 35 tä osasta kohtaan, joka on noin neljänneksen tai kolmanneksen aluksen pituu desta peräpeilin 30 etupuolella. Tämä köli tai skegi parantaa suuntaisvakavuutta 13 109984 ja keinunnan vaimennusta pienemmissä aluksissa. Tämä rungon muoto saa kynnysnopeudella aikaan hydrodynaamisen nosteen peräosan alla vastuksen pienentämiseksi tavanomaisiin uppoumarunkoihin nähden kuten kuviossa 14 on osoitettu. Kuviossa 4 0:sta 4:ään numeroidut ääriviivalinjat esittävät rungon 5 muodon tavanomaisen muodon keulaosassa 16 katsottuna oikealta vasemmalle kuviossa 1, kun taas 5:stä 10:een numeroidut ääriviivalinjat esittävät kuinka peräosassa 17 oleva vedenalainen osa tulee tasoitetuksi katsottuna myös oikealta vasemmalle kuviossa 1. Vaikka nykyään ei ole päästy yksimielisyyteen menetelmästä määrittää hydrodynaamisen nosteen kytkeytyminen päälle tämän run-10 gon koon ja muodon seurauksena, on ehdotettu, että tällainen noste tapahtuu noin 26,5 solmun kynnysnopeudella tässä tapauksessa tämän aluksen 22 000 tonnin (22 3521) uppoumalla.

Pyöreäpalteisella rungolla 11 on siis "nostava" peräpeiliperä 17, joka on kuten tiedetään saatu aikaan hydrodynaamisella voimalla, joka aiheutuu run-15 gon muodosta, jolle on yleisesti tunnusomaista suorat sisääntulovesiviivat, pyöristetyt perälaivan osat, jotka on tyypillisesti pyöristetty palteen käänteestä, ja joko suorat perän loorinkiviivat tai perän loorinkiviivat hienoisella alaspäin kaartuvalla osalla, joka päättyy terävästi peräpeilin luona. Rungon tämä tyyppi ei ole plaanaava runko. Se on suunniteltu toimimaan maksiminopeuksilla noin 0,4 -20 1,0 Frouden luvun alueella luomalla hydrodynaaminen noste rungon perälaivaan ,.,: korkean paineen vaikutuksella perän alla ja vähentämällä vastusta.

• ·

Runko 11 on varustettu myös keskilaivassa oikealla puolella olevalla sisääntulorampilla 16 ja perän roll-on/roll-off -rampilla 19 niin, että kuten kuvios-

• I

* ·: · | sa 5 esitetyssä keskilaivaleikkauksessa on kuvattu kolmelle sisäkannelle 21, 22, i t * i · ' ‘ 25 23 sääkannen 12 alle varastoituun rahtiin, joissa on toisiinsa yhdistävät hissit (ei • · :.''i esitetty), voidaan päästä käsiksi samanaikaisesti lastaamista ja purkamista var- t * t v : ten. Muita sisääntuloramppeja voidaan sijoittaa strategisesti, kuten ramppi 20, joka on otettu käyttöön oikealla puolella perässä.

Lyhyemmästä rungon konstruktiosta johtuen runko saavuttaa vaadi- » * 30 tun rakenteellisen lujuuden helpommin kuin pitkä, solakka alus tietyllä uppou- i I t , ’, maila. Muoto, joka saa aikaan hydrodynaamisen nosteen puoliplaanaavan run- i * * '; ’; ’ gon muodossa on hyvin tunnettu ja sen mitat voidaan määrittää hyötykuorman, nopeuden, käytettävissä olevan tehon ja propulsorikonfiguraation vaatimuksilla.

:‘i‘: Kolmedimensionaalisen rungon mallituksen tietokoneohjelma, joka on kaupallis- f 35 ta tyyppiä, voi kehittää perus-MFS-rungon tai SPMH-muodon edellä mainittujen vaatimusten ollessa syöttötietoina. Kun perusrungon parametrit on määritelty, U 109984 voidaan tehdä uppouman estimaatti käyttäen esimerkiksi kaksinumeroanalyysiä painon koodauksilla vakioisesta Shipwork Breakdown Strucure Reference 0900-Lp-039-9010:sta.

Lisäksi lyhyempi runko tuottaa korkeamman ominaistaajuuden, mikä 5 tekee rungon jäykemmäksi ja vähemmän taipuvaiseksi rikkoontumiselle, mikä johtuu aaltojen aiheuttamasta dynaamisesta jännityksestä, sallien samalla yhdistelmässä tämän jälkeen selostetun propulsiojärjestelmän kanssa 40 - 50 solmun alueella olevien nopeuksien saavuttamisen.

Vesisuihkupropulsorit, jotka käyttävät hyväksi olemassa olevaa se-10 koittuneen virtauksen, alhaisen paineen, suuritilavuuksista pumpputeknologiaa erittäin suuren työnnön tuottamiseen 200 tonnin (203 t) suuruusluokalle, on sisällytetty alukseen, joka muodostaa esillä olevan keksinnön. Vesisuihkupropul-soreja käytetään tavanomaisilla merikaasuturbiineilla, jotka on mitoitettu saamaan tarvittava suuri teho. Vesisuihkupropulsori, joka on nykyään aiottu käytet-15 täväksi, on yksivaihekonstruktio, joka ei ole rakenteeltaan monimutkainen ja tuottaa sekä suuren tehokkuuden ja alhaisen vedenalaisen melun yli 100 000 hv:n propulsioteholla.

Kuviot 6 ja 7 kuvaavat kaavamaisesti vesisuihku/kaasuturbiini-propulsiojärjestelmän yhden suoritusmuodon. Erityisesti neljä vesisuihkupropul-20 soria 26, 27, 28, 29 (joista yksi on kuvattu kuviossa 15) on asennettu peräpeiliin 30 vastaavien tuloaukkojen 31 ollessa järjestetty rungon pohjaan juuri peräpeilin • · · · ' ’ 30 etupuolelle alueelle, joka on määritelty korkean paineen alueeksi yksilöllisen rungon suunnittelun pohjalta. Korkean paineen alaisena oleva vesi suunnataan tuloaukoista 31 vesisuihkujen pumppujen 32 juoksupyöriin. Meriveden virtaus "'·· 25 kiihdytetään tuloaukkojen 31 luona tai ympärillä neljän vesisuihkun 26, 27, 28, 29 pumpuilla 32 ja tämä virtauksen kiihdytys saa aikaan ylimääräisen ylöspäin suuntautuvan dynaamisen nosteen, joka myös lisää rungon tehokkuutta pienentämällä vastusta.

, ·, ; Kaksi uloimmaista vesisuihkua 26, 27 on siipivesisuihkuja ohjailua ja I./ 30 eteenpäin työntöä varten. Kumpikin siipivesisuihku 26, 27 on varustettu vastaa vasti vaakasuorassa kiertyvällä suulakkeella 34, 35, joka antaa kulmatyönnön v.: ohjausta varten. Ohjauslevy (ei esitetty) suuntaa suihkun työnnön eteenpäin py- säytyksestä, hidastuksen säädöstä ja peruutuksesta huolehtimiseksi tunnetulla tavalla. Ohjaus- ja peruutusmekanismeja käytetään hydraulisylintereillä (ei esi-* . 35 tetty) tai vastaavilla, jotka on sijoitettu suihkuyksiköiden pinnalle peräpeilin taka na. Hydraulisylinterit voidaan moottoroida sähköisillä voimanlähteillä, jotka on 15 109984 järjestetty muualle aluksessa. Vesisuihkupropulsio- ja ohjausjärjestelmä sallii aluksen ohjailun pysähdyksissä ja myös hidastamisen erittäin nopeasti.

Sen tyyppinen merikaasuturbiinit, josta on annettu esimerkki General Electricin LM 5000:lla, vaatii ainoastaan kaksi turbiinia, joista kumpikin suunnitel-5 tu 51 440 hv.lle 80 °F:n (26,6 °C) ympäristöolosuhteissa, akselilinjaa kohti tavanomaisen yhteen sovitetun vaihdeinstallaation kautta.

Kahdeksan paritettua tavanomaista merikaasuturbiinia 36/37, 38/39, 40/41, 42/43 antaa vastaavasti tehoa vesisuihkupropulsioyksiköille 26, 28, 29, 27 yhdistettyjen vaihdelaatikoiden 44, 45, 46, 47 ja kardaaniakselien 48, 49, 50, 10 51 kautta. Neljä ilmanottoaukkoa (joista vain kaksi 52, 53 on esitetty kuvioissa 1 ja 6) on annettu turbiineille 36 - 43 ja ne kohoavat pystysuunnassa pääsääkan-nen yläpuolelle ja avautuvat sivuttain oikealle ja vasemmalle kansirakenteissa 13, jotka on järjestetty peräosaan. Kahdeksan pystysuoraa savupiippua 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61 (kuviot 2 ja 6) kutakin kaasuturbiinia varten jatkuu myös 15 komentosillan kansirakenteiden 13 läpi ja purkautuvat ylöspäin ilmakehään pakokaasujen uudelleen sekoittumisen minimoimiseksi siten. Savupiiput voidaan rakentaa ruostumattomasta teräksestä ja niiden ympärille voidaan syöttää ilmaa ohjaushytin alla olevissa kansirakenteissa 13 olevien tilojen kautta.

Kaasuturbiinijärjestely voi saada monia muotoja eri suunnittelukritee-20 rien saavuttamiseksi. Kuvioissa 8A - 8D olevia osia, jotka ovat samanlaisia kuin kuviossa 7 esitetyt, osoitetaan samoilla numeroilla mutta ne on pilkutettu oikeas- ... ta yläkulmasta. Esimerkiksi kuvio 8A esittää erään suoritusmuodon, missä on vain rivi-kaasuturbiinien neljä paria pienemmän asennusleveyden saamiseksi.

' ·: · ] Vaihdelaatikko on järjestetty riviturbiinien kunkin parin väliin. Tämä järjestely joh- * * 25 taa jossain määrin suurempaan asennuksen pituuteen ja kutakin akselia kohti suurempaan yhdistetyn vaihdelaatikon ja painelaakerin painoon. Kuvio 8B on • · · v ; suoritusmuoto, joka vähentää asennuksen pituutta, missä asennuksen leveyttä ei pidetä oleellisena. Yhdistetyn vaihdelaatikon ja painelaakerin paino akselia kohti on myös pienentynyt minimiin ja samaan määrään kuin kuvion 8D suori- .···. 30 tusmuodossa, missä asennuksen leveys on jossain kuvioiden 8A ja 8C suori- /’ tusmuotojen välissä. Kuvion 8C suoritusmuodossa kaasuturbiinit on kahdessa • · · ' *' * * erillisessä tilassa haavoittuvuuden vähentämiseksi.

:...: Kuvio 9 osoittaa havainnollisesti aluksen nopeuden solmuissa ja up- pouman tonneissa välisen riippuvuuden. Vesisuihkun vakiotyöteholla nopeus 35 kasvaa uppouman pienentyessä. Kuvio 10 esittää kuitenkin, että lineaarinen riippuvuus on olemassa yli 35 solmun nopeuksilla 22 000 tonnin (22 352 t) up- 1β 109984 pouman aluksen potkuritehon ja aluksen nopeuden välillä olettaen negatiivisen työnnönvähennyksen tietyn osuuden tietyillä nopeuksilla. Esimerkiksi 41 solmun aluksen nopeuden saavuttamiseksi tarvittava potkuriteho on jossain 400 000 hevosvoiman ympärillä esillä olevan allaskokeen mukaan.

5 Kuvio 12 esittää, että 30 solmulla esillä olevan keksinnön aluksen suorituskykyä, joka mitataan hevosvoimissa perton/solmu, voidaan verrata alusten useisiin muihin luokkiin pituuden ja koon mukaan. 45 solmun nopeuksilla esillä oleva keksintö antaa aluksen kuitenkin kokonaan omaan luokkaan.

Keksinnön mukainen SPMH sisältää myös polttoainejärjestelmän, jo-10 ka mahdollistaa aluksen toimimisen optimiviippauksella tai pituussuuntaisella massakeskipisteellä (L.C.G.) rungon minimivastuksen saamiseksi absorboidun hinaustehon (E.H.P.) suhteen nopeuden ja uppouman mukaan. Tämä saavutetaan joko polttoainesäiliöiden järjestelyllä sillä tavalla, että polttoainetta poltetaan ja niin muodoin nopeus kasvaa, LCG siirtyy progressiivisesti perään, tai polttoai-15 neen siirtojärjestelmällä, jota käytetään valvontalaitteella, jossa uppouma ja nopeus ovat syöttötietoja kuten kuviossa 19 on kaavamaisesti esitetty, jossa polttoainetta pumpataan keskilaivasta (asema 5) eteen tai perään rakenteeltaan tavanomaisella polttoaineen siirtojärjestelmällä LCG:n säätämiseksi aluksen nopeuden ja uppouman mukaisesti. Tämä polttoaineen siirto saavutetaan vaivat-20 tomammin kaasuturbiinikoneiston kanssa käytetyistä kevyemmistä tislatuista polttoaineista johtuen, mikä vähentää polttoaineen lämmittämisen tarvetta en-... nen kuin se siirretään, ja on erityisen käyttökelpoinen aluksissa, jotka kohtaavat • *; * suuren määrän nopeusolosuhteita normaalin toiminnan aikana.

'·:·[ Polttoaineen siirtojärjestelmän edut sovellettuna tässä selitettyyn : : 25 SPMHiiin ymmärretään selvemmin 90 metrin ja 2 870 tonnin (2 916 t) tavan- •V·: omaisesti liikutetun pienemmän puoliplaanaavan rungon aluksen koemittakaa- : van malNallaskokeiden tuloksista kuten kuvioissa 17 ja 18 on esitetty.

Kuvio 17 esittää havainnollisesti yleisesti, kuinka viippauksen opti- ; ‘ : mointi siirtämällä pituussuuntaista massakeskipistettä (L.C.G.) keskilaivasta • · .···. 30 (kuviossa 4 asema 5) niin monta jalkaa eteen tai perään pienentää tietyillä no- ’’·[ peuksilla absorboitua hinaustehoa (E.H.P.). X-akseli on jaettu jalkoihin ja keski- '··’ laiva on x-akselilla "0":ssa. Keskilaivasta eteen on osoitettu numeroilla, joita edeltää miinusmerkki, esim. -10 jalkaa (3,1 m) nollakohdasta vasemmalle, ja keskilaivasta perään positiivisilla numeroilla, esim. 10 jalkaa (3,1 m) nollakoh-....: 35 dasta oikealle. Käyrä A esittää, että 24,15 solmun nopeudella saadaan optimi- viippaus siirtämällä L.C.G:n kohtaa 10 jalkaa (3,1 m) keskilaivasta eteen absor- 17 109984 boidun hinaustehon (E.H.P.) minimoimiseksi 17 250 hv:n tasolle, käyrä B esittää, että 20,88 solmun nopeudella optimiviippaus esiintyy, kun LCG on noin 13 jalkaa (4,0 m) edessä niin, että hinausteho (E.H.P.) on noin 8 750 hv, käyrä C esittää, että 16,59 solmun nopeudella optimiviippaus esiintyy, kun L.C.G. on 5 noin 17-18 jalkaa (5,2 - 5,5 m) edessä ja käyrät D ja E esittävät, että vastaavilla 11,69 solmun ja 8,18 solmun nopeuksilla optimiviippaus esiintyy, kun L.C.G. on noin 20 jalkaa (6,1 m) keskilaivasta eteen. Aluksen uppouman pienentyessä, esim. kun oleellinen määrä polttoainetta on kulutettu ja nopeus kasvaa sen mukaisesti, optimiviippaus esiintyy, kun L.C.G. siirretään keskilaivasta perään, jotta 10 perää estetään kohoamasta liiaksi ja pakottamasta täten keulaosaa alas veteen niin, että vastus lisääntyy.

Kuvio 18 kuvaa kuinka edellä olevan tyyppisen aluksen kanssa, jonka L/B-suhde on noin 5,2, optimiviippaus johtaa huomattaviin hinaustehon (E.H.P.) säästöihin erityisesti alhaisilla nopeuksilla. Kirjaimella E merkitty pistekatkoviiva 15 esittää tarvittavan hinaustehon (E.H.P.) alukselle, jolla on kiinteä L.C.G. 13,62 jalkaa (4,2 m) keskilaivasta perään, joka olisi optimi 40 solmun nopeudelle, noin 7,5 solmusta noin 27,50 solmuun olevalla nopeusalueella ja kirjaimella F merkitty kiinteä käyrä esittää tarvittavan hinaustehon (E.H.P.), kun viippaus on optimoitu siirtämällä L.C.G:tä eteen tai perään nopeuden ja uppouman mukaan kuvios-20 sa 17 esitetyllä tavalla. Nähdään, että esimerkiksi tämän tyyppisen aluksen 10 solmun nopeudella hinausteho (E.H.P.) pienenee noin 50 % käyttäen optimoitua viippausta ja 15 solmun nopeudella tarvittava teho pienenee noin 37 %:lla. Sa- •« ’·*** manlaisia tuloksia saadaan esillä olevan keksinnön mukaisella aluksella, missä i · 1 • · ’*:* L/B-suhde on jossain määrin suurempi, vaikka hinaustehon (E.H.P.) vähenemi-25 sen prosenttiluku ei voi olla aivan yhtä suuri kuin kuviossa 18 kuvatut tulokset. :.‘-i Tässä yhteydessä 12,5 solmun nopeus kuviossa 18, joka esittää vähenemisen :T: 1 600 hv:n hinaustehosta (E.H.P ), mikä käyttää kiinteää L.C.G:tä, 850 hv:n hi- naustehoon (E.H.P.), joka käyttää optimoitua viippausta, vastaa 20 solmun no-peutta esillä olevan keksinnön SPMH:lle, joka nopeus on toteutettavissa ja ta-.···, 30 loudellinen nopeus kaupallisia tarkoituksia varten. Samoin kuviossa 18 esitetyt tulokset eivät ole yhtä suuria kuin aluksella, jolla on sama vesiviivapituus ja L/B-v.: suhde mutta pienempi uppouma.

Viippauksen optimointi aluksen nopeuden ja uppouman muutosten mukaan on myös käyttökelpoinen varmistettaessa vesisuihkuputkien optimiupo-35 tus, mikä vaatii että niiden ulostuloputkien maksimihalkaisijan kohta on vesivii-van tasolla, kun ne käynnistetään aluksen ollessa pysähdyksissä pumpun oi- ie 109984 keaa käynnistämistä varten. Tällaisesta viippauksen optimointijärjestelmästä on myös useita toiminnallisia etuja erityisesti käytettäessä matalan veden satamia.

Esillä olevan keksinnön mukaisen rungon pituuden suhde leveyteen on noin 5:1 :n ja 7:1 :n välillä aluksen sellaisen konstruktion saavuttamiseksi, jolla 5 on erinomainen merikelpoisuus ja vakavuus samalla, kun se antaa käyttöön suuren hyötykuorman kuljetuskapasiteetin. Allaskokeet vihjaavat, että tämän uuden aluksen konstruktion korrelaatio- tai (1 + x) -kerroin on alle 1. Tavallisesti korrelaatiokerroin on yli yksi tavanomaisille rungoille (ks. käyrät A ja B kuviossa 14) normaalisti 1,06-1,11:n arvoa suositellaan. Tämä lisätään altaan vastustu-10 loksiin todellisen vastuksen arvioimiseksi täysimittakaavaisessa aluksessa. Alle yhden korrelaatiokertoimen kytkettynä hydrodynaamiseen nosteeseen ennakoidaan siis johtavan noin 25 %:n vastuksen laskuun keksintöni mukaisessa aluksessa 45 solmulla kuten käyrillä C ja D kuviossa 14 on esitetty. Esillä olevan keksinnön periaatteiden mukaisesti rakennetulla aluksella on seuraavan tyyppi-15 set ominaisuudet: Päämitat

Kokonaispituus 774' 0" (235,9 m)

Vesiviivapituus 679' 0" (207,0 m)

Mallattu leveys 116' 5" (35,5 m) 20 Vesiviivaleveys 101'8" (31,0 m)

Laidan korkeus keskilaivalla 71'6" (21,8 m) ··:. Syväys (täydellä lastilla) 32'3"(9,8m)

Uppouma

Ylikuormalla 29 526 pitkää tonnia (29 9981) ! . 25 Täydellä kuormalla 24 800 pitkää tonnia (25 1961) ; Puolipolttoaineolosuhteessa 22 000 pitkää tonnia (22 3521) ' · * : Saapumisoiosuhteessa 19 140 pitkää tonnia (19 4461)

Tyhjä alus 13 000 pitkää tonnia (13 2081)

Nopeus •' ’ 30 40 - 50 solmua puolipolttoaineolosuhteessa.

Toimintasäde M Toimintasäde on 3 500 merimailia 10 %:n varamarginaalilla.

’·” Hytit

Yhteensä kaksikymmentä (20) aluksen käsittelymiehistöä ja kolme-•: · ·: 35 kymmentä (30) lastinkäsittelymiehistöä.

Kaikki hytit ja käyttöalueet ilmastoidaan.

19 109984

Propulsiokoneisto

Kahdeksan (8) merikaasuturbiinia, joista kukin kehittää noin 50 000 hv:n ulostulotehon 80 °F:n (26,6 °C) ilman lämpötilassa.

Neljä (4) vesisuihkua, kaksi ohjaus- ja peruutusvaihteella.

5 Neljä (4) on sovitettu yhteen pyörimisnopeuden alennusvaihdelaati- koiden kanssa.

Sähköteho

Kolme (3) päädieselin käyttämää vaihtovirtageneraattoria ja yksi hä-tägeneraattori.

10 Tulisi ymmärtää selvästi, että keksintö ei rajoitu yllä selitettyihin yksi tyiskohtiin, erityisesti ominaisuuksiin, jotka on luetteloitu edellisessä kappaleessa vaan on altis muutoksille ja muunnelmille eroamatta keksintöni periaatteista. Esimerkiksi kuvio 16 kuvaa suoritusmuotoa, jossa yhtä tai useampaa generaattoria 61 käyttävät kaasuturbiinit 60 toimivat pääasiallisena sähkötehon lähteenä 15 ja niitä kannatellaan aluksessa korkeammalla kuin kuvion 6 suoritusmuodossa. Generaattorin tai generaattoreiden 61 kautta turbiineilla 60 kehitettyä sähkötehoa käytetään pyörittämään moottoreita 62, jotka käyttävät vaihdelaatikoiden 46, 47 kanssa tai ilman vesisuihkuja 26’, 27', 28', 29', jotka ovat muutoin täysin samanlaisia kuin kuvioiden 6, 7 suhteen selostetut vesisuihkut. Sen takia en aio 20 rajoittua tässä esitettyihin ja selostettuihin yksityiskohtiin vaan aion kattaa kaikki :··: tällaiset muutokset ja muunnelmat kuuluvaksi oheisten patenttivaatimusten pii- riin.

» • « · I t t * * * · vt»

Claims (18)

20 109984

1. Alus (10), joka käsittää i) puoliplaanavan rungon (11), jonka profiili on muotoiltu tuottamaan suuripaineisen alueen rungon pohjalle rungon peräpeiliosassa (17) ja aikaan- 5 saamaan peräpeiliosan hydrodynaamisen nostamisen kynnysnopeudella ja sen yläpuolella, ii) vesisuihkutyöntövälineet (26 - 29, 31; 26’ - 29’) aluksen kuljettamiseksi eteenpäin, jotka välineet käsittävät veden sisääntulovälineet (31), jotka sijaitsevat peräpeiliosassa (17), ja useita vesisuihkusuuttimia (26 - 29; 26’ - 29’), ja 10 iii) laitteet (32, 36 - 43; 36’ - 43’; 60, 62) vesisuihkutyöntövälineiden käyttämiseksi, tunnettu siitä, että aluksen uppouma on yli 2 000 tonnia (2 0321).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen alus, tunnettu siitä, että rungon (11) pituuden suhde leveyteen on noin 5,0 - 7,0.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen alus, tunnettu siitä, että se toimii Frouden luvulla yli 0,40 maksiminopeudella ilman vastuksen nousua.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen alus, tunnettu siitä, että se toimii välillä 0,42 - 0,90 olevalla Frouden luvulla ilman liiallista vastuksen nousua.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen alus, tunnettu ..,; siitä, että rungon (11) pituus on yli 61,0 m.

... 6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen alus, tunnettu ·”' siitä, että rungon (11) pituus on välillä 228,6 - 243,8 m.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen alus, tunnettu * : 25 siitä, että aluksen toimintanopeus on yli 40 solmua.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen alus, tunnettu siitä, että runko (11) on puoliplaanaavassa pyöreäpalteisessa muodossa, jonka etuosassa on köli ja peräosassa tasoitettu pohja.

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen alus, tunnettu .*··. 30 siitä, että käyttölaitteet käsittävät kaasuturbiinit (36 - 43), jotka ovat toiminnalli- ’ · ’ sesti yhteydessä vesisuihkusuuttimien (26 - 29) kanssa.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen alus, tunnettu siitä, että :: vesisuihkusuuttimissa on juoksupyörät (32), joista kukin on yhdistetty ainakin yh- :':'; teen kaasuturbiiniin akselin (48 - 51) ja vaihteiston (44 - 47) välityksellä. 21 109984

11. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen alus, tunnettu siitä, että käyttölaitteet käsittävät sähkömoottorit (62), jotka ovat toiminnallisesti yhteydessä vesisuihkusuuttimien (26’ - 29’) kanssa.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen alus, tunnettu siitä, että 5 siinä on kaasuturbiinit (60) sähköenergian tuottamiseksi sähkömoottoreille (62).

13. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen alus, tunnet-t u siitä, että vesisuihkusuuttimet käsittävät kaksi kylkisuihkusuutinta (26, 27), jotka on järjestetty aluksen ohjausta varten, ja kaksi keskellä olevaa suihkusuu-tinta (28, 29) suoraan eteenpäin työntämistä varten.

14. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen alus, tunnet- t u siitä, että siinä on välineet viippauksen optimoimiseksi aluksen nopeudessa ja uppoumassa tapahtuvien muutosten mukaisesti.

15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen alus, tunnettu siitä, että viippauksen optimointivälineet käsittävät käyttölaitteiden polttoainesäiliöt, jotka 15 on järjestetty niin, että polttoaine palaa ja aluksen nopeus kasvaa, aluksen pituussuuntainen massakeskipiste siirtyy taaksepäin.

16. Patenttivaatimuksen 14 mukainen alus, tunnettu siitä, että viippauksen optimointivälineet käsittävät polttoaineen siirtojärjestelmän polttoaineen pumppaamiseksi keskilaivasta eteen ja perään aluksen nopeudessa ja 20 uppoumassa tapahtuvien muutosten mukaisesti.

. 17. Menetelmä uppoumaltaan yli 2 000 tonnia (2 032 t) olevan ja • f I I puoliplaanaavan rungon (11) käsittävän aluksen kuljettamiseksi, tunnettu ' · · · * siitä, että se käsittää seuraavat vaiheet: rungon (11) peräpeiliosan (17) hydrodynaamisen nostamisen aluksen 25 kynnysnopeudella ja sen yläpuolella rungon pohjalla peräpeiliosassa (17) olevan : /. ί suuripaineisen alueen avulla; ja hydrodvnaamisesti nostetun rungon (11) eteenpäin työntämisen ve-sisuihkujärjestelmän avulla, jossa on veden sisääntulot suuripaineisella alueella.

: 18. Patenttivaatimuksen 17 mukainen menetelmä, tunnettu sii- • * t 30 tä, että se käsittää lisäksi aluksen viippauksen optimoinnin siirtämällä aluksen T massakeskipistettä eteen ja perään aluksen nopeudessa ja uppoumassa tapah- v.: tuvien muutosten mukaisesti. » · • * * * · 22 109984