FI84249B - Segelfoersett fartyg. - Google Patents

Description

84249

Purjeilla varustettu laiva Tämän keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen purjeilla varustettu laiva.

Keksintö liittyy laivanrakennukseen, tarkasti sanoen laivoihin, jotka on varustettu joko pää- tai apupurjeella.

Tunnetaan ulokepurjeella (Krjurchov Ju.S., Prestjuk I.E., Krylja okeana, L, 1983) varustettu laiva, jolla on muutamia aluksen halkaisijatasoon kiinnitettyjä purjeita sekä ohjausjärjestelmällä varustettuja erillisiä pehmeitä purjeita. Tällaisen rakenten haittoja ovat alhainen aerodynaaminen teho (nostovoiman kerroin on Cy max =1) ja ohjailun vaikeus.

Tunnetaan myös Ju.S. Krjuchkovin (Krjuchkov Ju.S., Perestjuk I.E., Krylja okeana, L, 1983) esittämät rakenteet, jotka käsittävät kannelle sijoitetuilla purjeilla varustetun laivan. Purjeina käytetään muutamaa lujaa pystysuuntaisten akseleiden ympäri kääntyvää siipeä. Krjuchkovin mukaisella rakenteella saavutetaan tarpeeksi suuri teho. Rakenteella on myös puutteita: alentunut työntö täydellä kurssilla purjehdittaessa, asentamisen ja purkamisen hankaluus sekä alhainen luotettavuus myrskyolosuhteissa.

Tunnetaan myös Aqua City-alukseen asennetut purjeet, jotka koostuvat kahdesta pystysuorasta mastosta, jotka on asennettu aluksen kummallekin laidalle kannelle siten, että ne voivat kääntyä pystyakseleidensa ympäri. Mastoon on kiinnitetty kovat, kaarevat purjeet. Mastoissa on käyttölaite, joka kääntää purjetta ja korjaa sen optimaaliseen kulmaan puhaltavaan tuuleen nähden. Nämä käyttölaiteet ovat sähköisesti yhteydessä automaattiseen purjeiden ohjailujärjestelmään, johon kuuluu laivalla oleva ohjailutietokone, automaattinen säähavaintoasema ja navigointilaitteisto ("Sudostronie za rubezhom", 1985 n:o 6, 1986 n:o 12).

2 84249

Purjein varustetun Aqua City-aluksen teho on kuitenkin melko alhainen. Tämä aiheutuu kunkin purjeen huonoista työntöomi-naisuuksista (nostovoiman kerroin on Cy max = 1,5) sekä tuulen alapuoleisen purjeen alueella olevasta aerodynaamisesta katvealueesta, joka laskee purjeiden yhteistehoa.

Lisäksi purjeilla ja erilaisilla hinausjärjestelmillä varustetun, hinaajana käytettävän laivan ohjaus ohjaustietokoneen, navigointilaitteiden ja automaattisen ohjausjärjestelmän avulla ei saavuteta purje- tai moottoripurjelaivalla optimaalisia kulkuominaisuuksia. Tämä aiheutuu järjestelmän yhteistoiminnan mutkikkuudesta (alus-hinaus järjestelmä <-> ulkoinen ympäristö), t.s. tuuli- ja aaltokuormitusten muutoksista, merivirroista ja hinauslaitteiden ja laivan hydrodynaamisten kuormitusten ominaisuuksista.

Tällöin laivan ohjailtavuus vaikeutuu huomattavasti, koska laidoille sijoitettu purje on hyvin herkkä tuulikulman muutoksille ja vastaavasti purjeiden työntöominaisuudet muuttuvat jyrkästi tuulen suunnan tai voimakkuuden muuttuessa satunnaisesti .

Tämän keksinnön tarkoituksena on purjeella varustetun laivan tehon lisääminen kulkuominaisuuksia parantamalla ja sen toimintamahdollisuuksia laajentamalla.

Niinpä keksinnön mukainen ratkaisu voi käsittää seuraavat Aqua City-aluksesta poikkeavat ratkaisut: - mastoissa on nivelkiinnitys, joka mahdollistaa niiden poikkeamisen pystytasosta, - mastot on varustettu lisälaitteella, - mastoissa on kiinnityslaite, - mastot on asennetu kulmaan pystysuoran suhteen, - kulma pystysuoran suhteen on enintään 30°, 3 84249 - vasemman ja oikean purjeen pystyakseleiden välinen kulma on välillä 0-30°, - purjeissa on päätylevyt, - päätylevyt on tarvittaessa tehty moniosaisiksi, - päätylevyn eri osat voivat liikkua suhteessa ainakin yhteen lohkoon, - päätylevy on varustettu lohkoa siirtävällä lisälaitteella, - laiva on varustettu lisäpurjeella, - lisäpurje on varustettu tulokulman asennusmekanismilla, joka on yhteydessä automaattiseen ohjausjärjestelmään, - automaattinen ohjausjärjestelmä on yhteydessä peräsinko-neeseen, - automaattiseen ohjausjärjestelmään kuuluu kuormitusantu-rit, jotka on asennettu hinattavien laitteiden kaapelivai-jerin kiinnityskohtaan, - automaattinen ohjausjärjestelmä on sähköisesti yhteydessä hinattavien laitteiden käyttövinttureihin.

Keksintö perustuu siihen, että mastot asennetaan laivan runkoon nivelillä, jotta ne voivat poiketa pystytasosta, ja ne varustetaan automaattiseen ohjausjärjestelmään sähköisesti yhteydessä olevalla lisäkiinnityslaitteella. Purjeet varustetaan päätytasoilla ja asennetaan enintään 30°:n kulmaan pystysuoran suhteen, jolloin vasemman ja oikean purjeen pystyakseleiden välinen kulma on 0-30°. Purjeiden päätylevyt on tehty moniosaisiksi, jotta osia voidaan siirtää suhteessa .ainakin yhteen lohkoon, ja ne on varustettu lisälaitteella, 4 84249 joka siirtää tai kääntää lohkoa. Laivan keulaan tai päätyyn asennetaan lisäpurje, esim. haruspurje, jossa on varusteena automaattiseen ohjausjärjestelmään liittyvä tulokulman asen-nusmekan ismi.

Purjeilla varustetun laivan käyttämiseksi vedenalaisten laitteiden hinaajana, esim. hinattavilla antenneilla ja su-kelluspalloi11a varustettuna tutkimusaluksena, automaattinen ohjausjärjestelmä sisältää lisäksi hinattavien laitteiden kaapelivaijerin kiinnityskohtaan asennetut kuormitusanturit, ja automaattinen ohjausjärjestelmä on sähköisesti yhteydessä kaapelivaijereiden käyttövinttureihin ja peräsinkoneeseen.

Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle purjeilla varustetulle laivalle on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja.

Tuulen tullessa laivan poikkiviivan keulapuolelta, esim. myrskyssä, tyynellä säällä tai oltaessa satamassa, purjeet voidaan keksinnön mukaisessa aluksessa koota tai (kun kyseessä on kova purje) laskea kannelle (kuvio 2).

Käytettäessä purjetta esim. moniosaisena siipipurjeena, purjeen teho kasvaa tunnettuun tekniikkaan verrattuna koetulosten mukaan 20-50 % aina tuulen suunnan mukaan.

Tällöin myös laivan käyttötehokkuus kasvaa. Aluksen taloudellisuus kohoaa ja kulkuominaisuudet paranevat. Etukäteis-laskelmien mukaan laiva, jonka uppouma on 7000 t ja purje-pinta-ala 160 m^, saavuttaa 5-6 solmun nopeuden, mikä vastaa moottoripurjelaivan ollessa kyseesä polttoainekulutuksen vähenemistä 20-30 %:lla.

Keksintöä ryhdytään seuraavassa lähemmin tarkastelemaan oheisten piirustusten mukaisten sovellutusesimerkkien avulla.

Kuviot la ja Ib esittävät sivu- ja yläkuvantoina yhtä keksinnön mukaista alusta.

s 84249

Kuviot 2a - 2e esittävät ylä- ja takakuvantoina toista keksinnön mukaista alusta ja erityisesti purjeiden asentoa eri tuulen suunnilla .

Kuvio 3 on esittää graafisesti purjeen työntökertoimen Ct riippuvuutta tuulen suunnasta ja purjeiden pitkittäisakseleiden välisestä kulmasta.

Kuvio 4 esittää graafisesti työntökertoimen Ct riippuvuutta pääty-levyn pinta-alasta.

Kuvio 5 on esittää automaattisen ohjausjärjestelmän lohkokaaviota.

Kuviossa 1 on esitetty purjeilla varustettu laiva: laivan runko 1, purje, esim. luja halkaistu siipi 2, päätylevy 3, vaakasuora kier-toakseli 4, pystysuora kiertoakseli 5, kallistuskäyttölaite 6, kiertokäyttölaite 7, päätylevyn lisäosa 8, lisäosan käyttölaite 9, hinattava laite 10, lisäpurje 11, peräsin 12 ja peräsinkone 13.

Kuviossa 2 on esitetty purjeilla varustettu laiva sekä purjeiden asento seuraavissa tilanteissa: a) myötätuuli, b) sivumyötäinen (oikea purje kallistettuna) c) sivuvastainen (oikea purje kannelle laskettuna) d) sivutuuli (oikea purje kallistettuna) e) laiva kannelle lasketuin purjein. Kuvioiden 2b - 2e mukaisesti purjeet ovat tyvestään nivelletyt aluksen runkoon. Kuvion mukaisesti vasen purje on vasenkätinen ja tämän viereinen oikea purje oikeakätinen. Purje voidaan muodostaa myös siten, että samassa purjeyksikössä on sekä oikea- että vasenkätinen purje-elementti päällekkäin.

Kuviossa 3 on esitetty kaavio keksinnön mukaisen purjeen työntökertoimen Ct riippuvuudesta tuulen kulmasta ja purjeiden pystyak-seleiden välisestä kulmasta. Vaakä-akselilla on tuulen suunta ilmoitettu kulmalla p. Katkoviivoitetut käyrät a - e kuvaavat työntökertoimen Ct arvoja vasemman ja oikean purjeen pystyakseleiden välisen kulman Θ eri arvoilla.

Kuviossa 4 on esitetty kaavio työntökertoimen Ct:n riippuvuu desta päätylevyn pinta-alasta. Kuviossa päätylevyn 3 s 84249 pinta-alaa on kasvatettu lisäosalla 8, jolloin päätylevy-lisäosan kokonaispinta-ala kasvaa vasemmalta oikealle.

Kuviossa 5 on esitetty automaattisen ohjausjärjestelmän lohkokaavio: tietokone 14, automaatinen säähavaintoasema 15, navigointilaitt^isto 16, kuormitusanturit 17, peräsinkone 13, kallistava käyttölaite 6, kiertokäyttölaite 7, vintturien käyttölaite 18. Kuormitusanturit 17 on asennettu hinattavan laitteiston kaapelivaijerin kiinnityskohtaan.

Purjeilla varustettua laivaa käytetään seuraavasti:

Automaattiselta säähavaintoasemalta 15, navigointilaitteis-tolta 16 ja kuormitusantureilta 17 hinattavan laitteiston 10 ollessa alhaalla laivan tietokoneeseen 14 tulevien tietojen perusteella automaattinen järjestelmä antaa ohjauskäskyjä peräsinkoneelle 13, joka kääntää peräsimen 12 tarvittavaan kulmaan, sekä kiertokäyttölaitteille 7, jotka asettavat purjeen optimaaliseen tulokulmaan tuuleen nähden, sekä kallistaville käyttölaitteille 6, jotka asettavat purjemastot sellaisiin optimaalisiin kulmiin pystysuoran suhteen, jotka takaavat työntöominaisuuksien maksimiarvot. Keulapurje 11, joka on asetettu automaattisen ohjausjärjestelmän ja tulokulman optimikulmaan asettavan mekanismin avulla, kompensoi aerodynaamisen momentin, joka syntyy aluksen kulkukulman muuttuessa tuuleen nähden. Laidoille asennettujen purjeiden kaltevan asennon vuoksi aerodynaaminen katvealue puuttuu. Tämä johtaa yhteistyöntöominaisuuksien huomattavaan lisääntymiseen ja aiheuttaa näiden yhtäaikaisen muuttumisen. Tällöin jopa tuulen suunnan hetkellinen muutos aiheuttaa alusta kääntävien pienempien lisämomenttien ilmaantumisen. Lisämo-mentit aiheutuvat purjeiden työntöominaisuuksien muuttumisesta .

Hinattava laitteisto vaikuttaa olennaisesti ulkoiseen kuormitukseen, ja sitä voidaan käyttää laivan lisäohjausjärjestelmänä .

Purjeiden työntöominaisuudet riipuvat paljolti päätylevyjen 3 muodosta ja alasta. Päätylevyjen 3 puuttuminen tai pieni 7 84249 koko alentaisi purjeen tehoa, mikä on erityisen tyypillistä kyseiselle tekniselle ratkaisulle, ja näin ollen myös laivan käyttöteho alenisi. Purjeiden sijoittaminen laidoille asettaa kuitenkin tiukkoja rajoituksia päätylevyjen muodolle ja koolle. Purjeen tehoa voidaan nostaa asentamalla päätyosiin 3 lisäosat 8, joita voidaan siirtää päätylevyjen 3 ja mahdollisesti muiden osien suhteen ja näin säätää päätylevyn 3 tehollista pinta-alaa (kuvio 4).

Purjeen poiketessa pystysuorasta yli 30° työntö vähenee huomattavasti; kuitenkaan purjeiden pituusakseleiden välisen kulman kasvu yli 30° ei kohota purjeiden yhteisvetoa. Purjeen maksimiveto esim. sivumyötäisellä tuulella saavutetaan purjeiden välisen kulman ollessa noin 20° (kuvio 3).

Ehdotettu tekninen ratkaisu takaa alukselle tarvittavat kul-kuominaisuudet ja ohjailtavuuden ja mahdollistaa purjeilla varustetun laivan käytön laadullisesti uudessa tieteelisessä tutkimusjärjestelmässä, jolla saadaan luotettavia tietoja meren hydrologiasta. Onnistumisen mahdollistaa erityisesti aluksen hiljaisuus moottorialuksiin nähden.

Claims (4)

8 84249

1. Purjeilla varustettu, ohjausjärjestelmän käsittävä laiva, joka käsittää rungon (1), ainakin kaksi runkoon (l) sovite-tua purjemastoa (2), jotka käsittävät jäykät purjeet ja ovat kallistettavissa pystysuunnassa sekä kierrettävissä pituus-akseleidensa (5) ympäri sellaisten käyttölaitteiden (6, 7) avulla, jotka ovat kytkettävissä laivan automaattiseen ohjausjärjestelmään, tunnettu siitä, että vierekkäiset purjemastot (2) on kallistusta varten asennettu tyvestään runkoon (1) nivelillä, ja purjemastot (2) on varustettu päätylevyillä (3) ja asennettu enintään 30°:n kulmaan pystysuoran suhteen, jolloin purjeiden pystyakseleiden välinen kulma on normaalitilassa säädeltävissä välillä 0 - 30°.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen purjeilla varustettu laiva, tunnettu siitä, että päätylevyt (3) on tehty moniosaisiksi, jotta ainakin yksi osa (8) voi liikkua suhteessa muihin osiin käyttölaitteiden (9) avulla.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen purjeilla varustettu laiva, tunnettu siitä, että laivan päädyssä on vakauttava lisäpurje (11), esim. haruspurje, joka käsittää automaattiseen ohjailujärjestelmään sähköisesti kytkettävissä olevan tulokulman asetusmekanismin.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen purjeilla varustettu laiva, tunnettu siitä, että purjeet (2) koostuvat vähintään kahdesta päällekkäin asetetusta purje-elementistä, joista toinen on vasen- ja toinen oikeakätinen. 9 84249