NL2023426B1

NL2023426B1 - Planerende boot

Info

Publication number: NL2023426B1
Application number: NL2023426A
Authority: NL
Inventors: Van Oossanen Pieter; Moerke Niels
Original assignee: Excellent Naval Arch B V
Priority date: 2019-07-03
Filing date: 2019-07-03
Publication date: 2021-02-02
Also published as: WO2021002744A1; EP3781470A1

Abstract

De uitvinding betreft een planerende boot met enkele romp met een op of voor het zwaartepunt daarvan aangebrachte ondersteunende draagvleugel. Nabij de achterzijde van het vaartuig is een stabilisator aangebracht. Deze bestaat uit een plaatvormig profiel dat zodanig uitgevoerd is dat een zijde daarvan de waterstroming beïnvloedt terwijl de andere zijde geen of nauwelijks effect heeft op de waterstroming. Bij voorkeur is dit profiel verstelbaar aangebracht. Gebleken is dat daardoor het niet langer noodzakelijk is bij elke golf die het vaartuig ontmoet in de planerende toestand een correctie aan te brengen. Deze correctie vindt automatisch plaats door de gekozen constructie en daardoor kan op verhoudingsgewijs eenvoudige wijze in een bijzonder stabiel en comfortabel gedrag van het vaartuig voorzien worden terwijl met verhoudingsgewijs lage vermogens hoge snelheden haalbaar zijn.

Description

Korte aanduiding: Planerende boot Beschrijving De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een (tijdens de beoogde vaart) planerende boot of planerend vaartuig met enkele romp omvattende een nabij het zwaartepunt daarvan onder het vaartuig aangebrachte ondersteunende draagvleugel en een nabij het achtereinde van het vaartuig aangebrachte stabilisator.

STAND VAN DE TECHNIEK Planerende boten zijn bekend uit de stand van de techniek. Planeren betreft een toestand waarin de boot uit het water omhoog komt en als het ware over het water heen glijdt. De boot wordt gedragen door een deel hydrostatische kracht en deel hydrodynamische lift, afhankelijk van de snelheid. Wanneer een boot planeert, bereikt deze zijn hoogste snelheid. Of en wanneer een boot gaat planeren is van verschillende factoren afhankelijk. Hierbij kan gedacht worden aan stuwkracht, snelheid, rompvorm en gewicht.

Een groot bezwaar van dergelijke planerende boten is dat bij het ontmoeten van golven oncomfortabel gedrag ontstaat en of ingrijpende stabilisatiemaatregelen noodzakelijk zijn of snelheid terug genomen dient te worden. Dergelijke maatregelen dienen zo snel genomen te worden dat het met de hand uitvoeren daarvan praktisch niet mogelijk is.

De weerstand van een planerende boot wordt gedicteerd door de wrijvingsweerstand en de mate waarin hydrodynamische lift opgewekt kan worden van de rompvorm.

Daarom zijn in de stand der techniek systemen voorgesteld voor gebruik met draagvleugelboten, waarbij sprake is van een voorste en een achterste draagvleugel, waarbij die systemen de aankomst van golven bij het onderwaterschip voorspellen en aan de hand daarvan de hoek van de draagvleugel aanpassen. Een alternatief is dat de kracht op de vleugels wordt gereguleerd door de mate waarin zij het wateroppervlak doorklieven.

Hoewel dergelijke systemen werkzaam zijn, zijn deze kostbaar en daarmee hangt een verhoudingsgewijs grote inspanning samen. Bovendien bestaan omstandigheden waaronder dergelijke systemen niet werkzaam zijn. In dergelijke gevallen zal een bijzonder oncomfortabel vaargedrag verkregen worden. Met name zien deze systemen daarnaast, zoals gezegd, op toepassing bij draagvleugelboten, in plaats van planerende boten. Een draagvleugelboot is bijvoorbeeld bekend uit US

5.448.963. Daaruit zijn twee draagvleugels bekend waarbij een draagvleugel zich nabij het zwaartepunt van het vaartuig bevindt en de andere draagvleugel nabij het achtereinde van het vaartuig is aangebracht. De achterste draagvleugel bevindt zich op enige afstand onder de romp en is onder normale vaaromstandigheden volledig in het water ondergedompeld. Met draagvleugelboten wordt het effect bereikt dat bij het verhogen van de vaarsnelheid het vaartuig volledig, met uitzondering van de vleugels, uit het water wordt getild waardoor het rompoppervlak dat in contact is met het water verdwijnt, waardoor de wrijving afneemt. Beide draagvleugels blijven steeds volledig onder water. Daardoor is het mogelijk met hetzelfde vermogen een hogere snelheid te bereiken.

Doordat een planerende boot als het ware over het water heen glijdt en niet bedoeld is om nagenoeg volledig uit het water getild te worden, zoals een draagvleugelboot, zijn dergelijke systemen zoals toegepast bij draagvleugelboten niet één-op-één toepasbaar bij planerende boten.

DOEL VAN DE UITVINDING Een doel van de onderhavige uitvinding is in een planerend vaartuig of planerende boot te voorzien van een draagvleugel, waarmee het enerzijds mogelijk is de wrijving, die door verplaatsing van de romp door het water ondervonden wordt, te verminderen en waarmee anderzijds in een bijzonder stabiel vaargedrag kan worden voorzien.

BESCHRIJVING VAN DE UITVINDING Dit doel wordt verwezenlijkt doordat een planerende boot wordt verschaft omvattende een nabij het zwaartepunt daarvan onder het vaartuig aangebrachte ondersteunende draagvleugel en een nabij het achtereinde van het vaartuig aangebrachte stabilisator, waarbij die stabilisator een plaatvormig profiel omvat met twee tegenoverliggende zijden welke stabilisator zodanig aangebracht is dat tijdens de beoogde vaart een zijde in contact is met water voor beïnvloeding van de waterstroom en waarbij de tegenoverliggende zijde de waterstroom in hoofdzaak niet beïnvloedt.

In de context van deze beschrijving dient met betrekking tot de draagvleugel de term “ondersteunende” opgevat te worden als verschaffend een liftkracht of draagkracht die voldoende is voor het doen planeren van de boot tijdens de beoogde vaart, doch een liftkracht of draagkracht die echter niet voldoende is om de boot volledig uit het water te tillen teneinde een draagvleugelboot te verschaffen. De liftkracht bedraagt bij voorkeur 35 — 65%, bijvoorbeeld 40 — 60%, zoals 45 — 55% van het totale gewicht van de boot, op maximale snelheid.

Volgens de onderhavige uitvinding wordt nabij de achterzijde van het vaartuig een plaatvormig profiel zodanig aangebracht dat een zijde de waterstroming beïnvloedt terwijl de andere zijde geen effect heeft op de waterstroming. Verrassenderwijze is gebleken dat daardoor een bijzonder stabiel vaargedrag ontstaat. Het hierboven beschreven evenwicht dat ontstaat bij het bij hogere snelheden planeren van de romp van het vaartuig is niet langer instabiel maar stabiel.

In tegenstelling tot de stand der techniek werken bij de stabilisator volgens de onderhavige uitvinding slechts aan een zijde krachten van het water. Immers de andere zijde van de stabilisator heeft geen effect op de waterstroming.

Gebleken is dat bij het passeren van een golf door deze eenzijdige beïnvloeding niet het instabiele gedrag ontstaat zoals waargenomen in de stand der techniek. Verondersteld wordt dat dit veroorzaakt wordt doordat indien bij een vaartuig volgens de stand van de techniek, zoals bijvoorbeeld in US 5.448.963 beschreven, tijdelijk minder contact van het vaartuig met water aanwezig is (in het geval van een golf) een labiel evenwicht ontstaat omdat in een dergelijk geval minder opwaartse druk de vleugel ontstaat.

Aangezien de achterste ondergedompelde trimvleugel volgens de stand der techniek later beïnvloed wordt door bewegingen van het water aan het oppervlak, d.w.z. dezelfde een vertraging in de verandering van kracht zal ontstaan, zal het vaartuig bij het verlagen van het waterniveau door bijvoorbeeld een golf eerst naar voren overhellen en met de boeg in het water duiken.

Vervolgens wordt de boeg vanwege de diepere onderdompeling in het water omhoog gedrukt en wordt het achterschip verder ondergedompeld en ondervindt een grotere opstuwende kracht van het water. Indien geen aanpassingen uitgevoerd worden kan deze beweging zich langdurig voortzetten.

Volgens de onderhavige uitvinding wordt de stabilisator slechts aan een kant door het water aangestroomd en is er een stabiel evenwicht tussen de kracht die het vaartuig van achteren naar beneden drukt en de meer naar voren aangebrachte ondersteunende draagvleugel. Daarbij is een gedeelte van de planerende romp ook nog in het water om de overige bij voorkeur 85 - 35%, bijvoorbeeld 60 — 40%, zoals 55 — 45% van de kracht op te vangen, waardoor de romp gemakkelijker dergelijke veranderingen door golven kan ondergaan.

Begrepen dient te worden dat hoewel thans verondersteld wordt dat bovenstaande theorie juist is, het de maatregelen volgens de onderhavige uitvinding zijn die het beoogde effect geven en waarvoor uitdrukkelijk rechten gevraagd worden.

Gebleken is dat afhankelijk van de snelheid en de gewichtsverdeling de positie van de stabilisator bepaald dient te worden. Daarom is de stabilisator bij voorkeur verstelbaar uitgevoerd. Een dergelijke verstelbaarheid dient onderscheiden te worden van de verstelbaarheid van stabilisatoren in de stand der techniek voor het opvangen van golfbewegingen. Zoals hierboven beschreven is een dergelijke verstelling bij een stabilisator volgens de onderhavige uitvinding niet noodzakelijk voor stabiel vaargedrag in golven. Daarom kan de bij de onderhavige uitvinding gebruikte verstelling verhoudingsgewijs langzaam werken.

De stabilisator volgens de onderhavige uitvinding kan in verschillende posities nabij de achterzijde van het vaartuig aangebracht zijn.

Een eerste mogelijkheid is dat deze achter de spiegel van het vaartuig aangebracht is. Een verdere mogelijkheid is dat deze nabij het achtereinde onder de romp van het vaartuig geplaatst is. In het laatste geval kan in het vlak een opname aangebracht zijn voor het opnemen van de stabilisator.

De stabilisator kan op verschillende wijzen uitgevoerd zijn. Volgens een eerste uitvoering bestaat deze uit een zich in de vaarrichting van het vaartuig uitstrekkende flap die zich onder een geringe hoek ten opzichte van de waterspiegel (stilliggend) uitstrekt. Bij voorkeur is de flap verstelbaar tussen een hoek van -5 en 45° zoals 0 en 30°, bijvoorbeeld G en 15° ten opzichte van de waterlijn.

Volgens een verdere van voordeel zijde uitvoering van de uitvinding bestaat de stabilisator uit een schot dat loodrecht op de waterspiegel naar beneden bewogen wordt en onder het ondervlak van de romp uitsteekt. In een dergelijk geval zal de stroomopwaartse zijde van de stabilisator in aanzienlijke mate aan de waterstroming onderworpen worden terwijl de stroomafwaartse zijde geen effect heeft op de waterstroming. In het laatste geval dient begrepen te worden dat de stabilisator slechts in geringe mate uit de romp bewogen dient te worden (enkele centimeters}, 5 zoals maximaal 3 procent, dan wel maximaal 2 procent dan wel maximaal 1 procent van de lengte van het vaartuig.

De hierboven genoemde uitvoeringen van de stabilisatoren kunnen zowel bij een uitvoering die achter het vaartuig aangebracht is als bij een uitvoering die onder het vaartuig aangebracht is toegepast worden.

KORTE FIGUURBESCHRIJVING De uitvinding zal hieronder nader aan de hand van in de tekening afgebeelde uitvoeringsvoorbeelden verduidelijkt worden. Daarbij toont: Fig. 1-3 een eerste uitvoeringsvorm van de uitvinding; Fig. 4 een tweede uitvoeringvorm van de uitvinding; en Fig. 5 een derde uitvoeringsvorm van de uitvinding.

UITGEBREIDE FIGUURBESCHRIJVING Een vaartuig volgens de onderhavige uitvinding is in de figuren met 1 aangegeven. In het afgebeelde voorbeeld is een vaartuig met een lengte van ongeveer 5 m getoond maar begrepen zal worden dat de lengte van het vaartuig kleiner resp. aanzienlijk groter kan zijn. Bij voorkeur ligt de lengte van het vaartuig tussen 3 - 35 m.

Het vaartuig 1 heeft een romp 2 en een opbouw 3. Deze kunnen op enigerlei in de stand der techniek bekende wijze uitgevoerd zijn. Met name de romp is in het bijzonder uitgevoerd zoals bij planerende boten, d.w.z. heeft een in dwarsdoorsnede V-vormige gedaante. Daarbij zijn nadere/verdere dwarsscheepse rompvormen denkbaar, afhankelijk van het gewenste snelheidsbereik van het vaartuig, zoals hol (concaaf), bol (convex) of recht. De langsscheepse rompvorm kan eveneens hol, bol of recht zijn, afhankelijk van de gewenste toepassing. Ook kunnen sprayrails (niet getoond} worden toegepast om spray te voorkomen, extra lift te creëren, het nat oppervlak te verkleinen, stamp- en gierbewegingen te voorkomen, dan wel waternevel te verminderen.

Het zwaartepunt van het vaartuig is met Z aangegeven. Direct daaronder of op geringe afstand daarvoor bevindt zich een ondersteunende draagvleugel 6. Deze draagvleugel 8 kan op enigerlei in de stand der techniek bekende wijze uitgevoerd zijn. Bij voorkeur is deze draagvleugel (verticaal) in het vaartuig verplaatsbaar aangebracht op enige in de stand der techniek bekende wijze zodat bij het varen door ondiep water beschadiging uitgesloten wordt, waarbij de ondersteunende draagvleugel 6 bij planerende vaart op een verticale afstand van de romp 2 van ongeveer 1 - 2 maal, zoals 1 - 1,5 maal, de koordlengte van de ondersteunende draagvleugel 6 wordt ingesteld. Eventueel is de aanstroomhoek a1, a2 van deze draagvleugel 6 (binnen beperkte en veilige grenzen) verstelbaar, zoals tussen -5 en 10°. De draagvleugel 6 kan echter ook niet-verstelbaar (i.e. vast) zijn uitgevoerd.

De ondersteunende draagvleugel 6 is bij voorkeur geconfigureerd voor het verschaffen van een liftkracht van bij voorkeur 35 — 65%, bijvoorbeeld 40 — 60%, zoals 45 — 55% van het totale gewicht van het vaartuig 1, op maximale snelheid.

Bij voorkeur bedraagt de langsscheepse afstand tussen de stabilisator 7 enerzijds en de ondersteunende draagvleugel 6 (en het zwaartepunt Z) anderzijds ongeveer 30 — 50%, zoals ongeveer 40% van de lengte van het vaartuig 1.

Met 4 is de schroef van het vaartuig 1 aangegeven terwijl 5 het roer aangeeft. De figuren tonen overigens een vaste schroefas met schroef 4. Echter zijn ook andere (schroef)configuraties denkbaar zoals, maar niet beperkt tot, een Z-drive, een oppervlakte schroef, een waterjet, een buitenboordmotor of een trekschroef, al dan niet uitgevoerd met een enkele of dubbele schroeven.

Volgens de onderhavige uitvinding is aan de achterzijde 11 van het vaartuig een stabilisator 7 aangebracht uitgevoerd als trimflap. De onderzijde van deze stabilisator is met 9 aangegeven terwijl de bovenzijde met 8 aangegeven is. Deze stabilisator 7 is scharnierbaar om een scharnieras 12 met behulp van een hydraulische of elektrische vijzel 10.

In fig. 1 is de positie getoond waarin het vaartuig stil ligt. In deze positie, niet zijnde de beoogde vaart, bevindt de stabilisator 7 zich onder water.

Zoals echter uit fig. 2 en 3 blijkt, zal bij het bereiken van de gewenste snelheid de stabilisator 7 zich precies op het scheidingsvlak met het water bevinden. D.w.z. oppervlak 9 beïnvloedt de waterstroming terwijl oppervlak 8 van de stabilisator niet met in water in contact is. Afhankelijk van de gewenste resp. momentane snelheid wordt de hoek van de stabilisator 7 ten opzichte van het vaartuig geregeld. Bij voorkeur is de stabilisator 7 verstelbaar tussen een hoek van -10 en 45° zoals O en 30°, bijvoorbeeld O en 15° ten opzichte van de waterlijn.

In geval het vaartuig 1 een golf ontmoet zal de opwaartse kracht op de stabilisator wijzigen. Hierdoor wordt een stabiliserend effect verkregen.

Gebleken is dat bij een vaartuig met een lengte van bijvoorbeeld 5 m een weerstandreductie van 10 — 15% op een snelheid van 30-35 knopen bereikt kan worden.

Bovendien is gebleken dat een bijzonder stabiel en comfortabel vaargedrag ontstaat.

In fig. 4 is een variant van de onderhavige uitvinding afgebeeld. De stabilisator is daar met 17 aangegeven en bevindt zich onder de romp 2 van het vaartuig. De door het water aangestroomde zijde is met 19 aangegeven terwijl zijde 18 niet met water in contact staat. De romp 2 is voorzien van een opname 16 voor het opnemen van de 10 stabilisator 17 zodat ook bij ondiep water geen problemen kunnen ontstaan.

Positionering van de stabilisator wordt verwezenlijkt met behulp van hydraulische zuigercilinder 20.

In fig. 5 is een verdere variant afgebeeld. Bij deze variant staat de met 27 aangegeven stabilisator loodrecht op het wateroppervlak en kan in geringe mate (enkele centimeters} uit het onderwaterschip naar beneden bewogen worden, zoals maximaal 3 procent, dan wel maximaal 2 procent dan wel maximaal 1 procent van de lengte van het vaartuig 1, zoals maximaal 5 centimeter, 4 centimeter, 3 centimeter, 2 centimeter of zelfs slechts 1 centimeter. De door het water aangestroomde zijde is met 29 aangegeven terwijl de zijde die de waterstroming niet beïnvloedt met 28 aangegeven wordt. Deze stabilisator wordt in opname 26 van romp 2 opgenomen en is verplaatsbaar met behulp van bijvoorbeeld een hydraulisch vijzel in de richting van pijl 31.

Hoewel de uitvinding hierboven aan de hand van een 30 voorkeursuitvoering beschreven is, zullen bij degene bekwaam in de stand der techniek dadelijk varianten opkomen die liggen binnen het bereik van de onderhavige uitvinding na het lezen van bovenstaande beschrijving. Dergelijke varianten liggen binnen het bereik van conclusie 1 en de volgconclusies. Bovendien dient begrepen te worden dat uitdrukkelijk rechten gevraagd worden voor varianten zoals beschreven in de volgconclusies onafhankelijk van de conclusie 1.

LIJST MET VERWIJZINGSCIJFERS

1. Planerende boot

2. Romp

3. Opbouw

4. Schroef

5. Roer

6. Draagvleugel

7. Stabilisator

8. Bovenzijde van stabilisator

9. Onderzijde van stabilisator

10. Vijzel

11. Achterzijde van het vaartuig

12. Scharnieras

13.-

14.-

15.-

18.-

17. Stabilisator

18. Niet-aangestroomde zijde van stabilisator

19. Aangestroomde zijde van stabilisator

20. Zuigercilinder

21.-

22.-

23.-

24. —

25.-

26. Opname

27. Stabilisator

28. Niet-aangestroomde zijde van stabilisator

29. Aangestroomde zijde van stabilisator

30. Vijzel

Claims

CONCLUSIES

1. Planerende boot met enkele romp (1) omvattende een nabij het zwaartepunt {Z) daarvan onder het vaartuig aangebrachte ondersteunende draagvleugel (6) en een nabij het achtereinde {11) van het vaartuig aangebrachte stabilisator, waarbij die stabilisator een plaatvormig profiel (7, 17, 27) omvat met twee tegenoverliggende zijden (8, 18, 28; 9, 19, 29), welke stabilisator zodanig aangebracht is dat tijdens de beoogde vaart een zijde (9, 19, 29) in contact is met water voor beïnvloeding van de waterstroom en waarbij de tegenoverliggende zijde (8, 18, 28) de waterstroom in hoofdzaak niet beïnvloedt, met het kenmerk dat die stabilisator (17, 27) een uit het onderwaterschip beweegbare plaat omvat.

2. Planerende boot volgens conclusie 1, waarbij die ondersteunende draagvleugel (6) in de bewegingsrichting van het vaartuig gezien op of voor het zwaartepunt daarvan is aangebracht.

3. Planerende boot volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij die stabilisator (7, 17, 27) zodanig ten opzichte van dat vaartuig verstelbaar is, dat het vrije einde daarvan meer of minder diep in het water gebracht wordt.

4. Planerende boot volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij dat onderwaterschip voorzien is van een opname (18, 26) voor die plaat.

5. Planerende boot volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij die plaat in hoofdzaak verticaal uit het onderwaterschip verplaatsbaar is.

6. Planerende boot volgens conclusie 5, waarbij die plaat maximaal 3 procent van de lengte van het vaartuig (1) uit het onderwaterschip naar beneden bewogen kan worden, zoals maximaal 2 procent, bijvoorbeeld maximaal 1 procent van de lengte van het vaartuig (1).

7. Planerende boot volgens conclusie 5 of 6, waarbij die plaat maximaal 5 centimeter, 4 centimeter, 3 centimeter, 2 centimeter of zelfs slechts 1 centimeter uit het onderwaterschip naar beneden bewogen kan worden.

8. Planerende boot volgens een van de voorgaande conclusies, omvattende hydraulische of elektrische verplaatsingsmiddelen (10, 20, 30) voor bediening van dat plaatvormige profiel.

9. Planerende boot volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij die ondersteunende draagvleugel (6) verticaal verstelbaar is aangebracht.

10. Planerende boot volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de aanstroomhoek (a1, a2) van de ondersteunende draagvleugel (8) verstelbaar is tussen 0 en 15°, bij voorkeur tussen 0 en 10°, zoals tussen O en 5°.

11. Planerende boot volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de langsscheepse afstand tussen de stabilisator (7, 17, 27) enerzijds en de ondersteunende draagvleugel (6) en het zwaartepunt (Z) anderzijds ongeveer 30 — 50%, zoals ongeveer 40% van de lengte van het vaartuig (1) bedraagt.

12. Planerende boot volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de ondersteunende draagvleugel (8) is geconfigureerd voor het verschaffen van een liftkracht van 35 — 65%, bijvoorbeeld 40 — 60%, zoals 45 — 55% van het totale gewicht van de boot, op maximale snelheid.