NL9301676A - Scheepsromp. - Google Patents

Description

Scheepsromp

De uitvinding heeft betrekking op een scheepsromp omvattende een althans in hoofdzaak als knikspantromp uitgevoerd eerste rompdeel en een onder het eerste rompdeel geplaatste en zich over althans nagenoeg de gehele lengte van het eerste rompdeel uitstrekkende, als superslanke drijver uitgevoerde tweede rompdeel.

Een scheepsromp van dit type is bekend uit het octrooi-schrift US-A-2,371,478. Bij de daar beschreven scheepsromp wordt het hele drijfvermogen, benodigd voor schip, lading en bemanning door het tweede rompdeel geleverd. Een nadeel hiervan is dat de rolstabiliteit van een zo geconstrueerde romp onvoldoende kan zijn. Volgens de inventieve gedachte van de onderhavige uitvinding wordt een deel van het drijfvermogen geleverd door het veel bredere eerste rompdeel en wordt op deze wijze een voldoende rolstabiliteit verkregen zonder dat de golfweerstand van de romp, vooral in het snelheidsgebied boven de in het vakgebied welbekende rompsnelheid, significant verslechtert.

Dit maakt het mogelijk om met een bescheiden motorvermogen snelheden te realiseren die twee tot drie keer hoger liggen dan de berekende rompsnelheid. De uitvinding heeft daartoe als kenmerk, dat het tweede rompdeel in de gebruikstoestand 70% tot 90% van het drijfvermogen levert.

Een gunstige uitvoeringsvorm van de scheepsromp volgens de uitvinding heeft als kenmerk, dat het eerste rompdeel zodanig is geplaatst op het tweede rompdeel dat in de gebruikstoestand de voorzijde van het eerste rompdeel zich boven de waterspiegel bevindt en de achterzijde van het eerste rompdeel zich althans gedeeltelijk onder de waterspiegel bevindt. Het voordeel is dat een boeggolf die onvermijdelijk door het eerste rompdeel wordt opgewekt, onder de scheepsromp ontstaat en een opwaartse druk nabij het zwaartepunt van de scheepsromp bewerkstelligt. Hierdoor wordt tevens voorkomen dat bij grote snelheden een te grote vertrimming optreedt, waarbij de boeg van de scheepsromp naar boven wordt gedrukt.

Een verdere gunstige uitvoeringsvorm van de uitvinding is er op gericht de golfweerstand van de scheepsromp bij een snelheid die althans nagenoeg overeenkomt met de romp-snelheid tot een minimum te beperken. Hierbij is de inventieve gedachte dat het onvermijdelijk is dat zowel het eerste rompdeel als ook het tweede rompdeel een boeggolf zullen veroorzaken, maar dat die boeggolven op verschillende plaatsen ontstaan. De scheepsromp volgens deze inventieve gedachte heeft dan als kenmerk, dat het eerste rompdeel zodanig is geplaatst op het tweede rompdeel dat een eerste boeggolf van het eerste rompdeel en een tweede boeggolf van het tweede rompdeel althans in hoofdzaak elkaar uitdoven.

Uit beproevingen aan een 1:10 schaalmodel blijkt dit uitdoven, of feitelijk het niet optreden van de golfweerstand veroorzakende resonantieverschijnselen, door te gaan ook voor snelheden die significant groter zijn dan de rompsnelheid. Weliswaar neemt de golfweerstand toe in een gemeten gebied van nul tot vier keer de rompsnelheid, maar de in het vakgebied welbekende knik in de grafische presentatie van de golfweerstand als functie van de snelheid ontbreekt. Daarom kan met snelheden die ver boven de rompsnelheid uitgaan worden gevaren, zonder dat het brandstof-gebruik exorbitant toeneemt.

Een gunstige uitvoeringsvorm met deze eigenschap heeft dan als kenmerk, dat in de gebruikstoestand althans nagenoeg de voorste helft van het eerste rompdeel zich boven de waterspiegel bevindt.

Om ook bij verschillende belading te kunnen bewerkstelligen dat de eerste en de tweede boeggolf elkaar althans nagenoeg uitdoven, kan het tweede rompdeel zijn voorzien van tenminste een ballasttank.

Voor grote rolhoeken wordt een belangrijk deel van het zelf-richtend moment van de scheepsromp verkregen uit het gewicht van het tweede rompdeel, waarin naast de ballasttank ook de scheepsmotor, de brandstof en een drinkwatervoorraad zijn opgeslagen. Voor kleine rolhoeken is het tweede rompdeel van geen belang of zelfs nadelig.

De voorste helft van het eerste rompdeel, die zich doorgaans boven water bevindt, kan ook niet bijdragen aan het zelf-oprichtend moment voor kleine rolhoeken. Omdat verder de waterverplaatsing per lengte-eenheid van het eerste rompdeel althans nagenoeg monotoon toeneemt vanaf de boeg tot het achterschip, spreekt het voor zich dat met name de achterste helft van het eerste rompdeel is ontworpen voor het verkrijgen van voldoende rolstabiliteit bij kleine rolhoeken.

In een geoptimaliseerd ontwerp kan men het zelfoprichtend moment van het tweede rompdeel kombineren met het zelfoprichtend moment van een te ontwerpen eerste rompdeel, zodanig dat het eerste rompdeel is ontworpen voor het in kombinatie met het tweede rompdeel verkrijgen van een monotoon toenemend zelfoprichtend moment bij toenemende rolhoek, waardoor een soepel, stabiel en niet-wreed gedrag wordt verkregen.

Van de scheepsromp volgens de uitvinding kan worden gesteld dat het een synthese is van de zogenaamd superslanke water-verplaatser met een breedte/lengteverhouding van bijvoorbeeld 6,5% en van de klassieke scheepsromp, bijvoorbeeld de knikspant, met een breedte/lengte-verhouding van bijvoorbeeld 30%. De scheepsromp volgens de uitvinding wordt geken merkt door een breedte/lengteverhouding van het eerste rompdeel van 27%-38% en van het tweede rompdeel van 6%-9%.

In een verdere gunstige uitvoeringsvorm van de scheepsromp volgens de uitvinding is ook het tweede rompdeel althans in hoofdzaak uitgevoerd als knikspantromp. Omdat er dus geen dure mallen nodig zijn, is de produktie van de inventieve scheepsromp op vrijwel elke scheepswerf mogelijk.

Van het tweede rompdeel kan verder worden opgemerkt dat het is uitgevoerd als een vooral uit de vliegtuigbouwkunde bekend low-drag profiel om de visceuze wrijvingsweerstand te minimaliseren en turbulenties te voorkomen.

De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de hand van de volgende figuren, waarbij

Fig. 1 in zijaanzicht de scheepsromp in de gebruikstoestand weergeeft;

Fig. 2 in bovenaanzicht de scheepsromp in de gebruikstoestand weergeeft;

Fig. 3 in een grafiek het benodigd motorvermogen voor een 10 m. lange scheepsromp volgens de uitvinding weergeeft;

Fig. 4 een vereenvoudigd spantenplan van de scheepsromp weergeeft;

Fig. 5 in een grafiek het zelfrichtend moment van de scheepsromp volgens de uitvinding toont;

Fig. 6 in een grafiek de stapresponsie voor een rotatie rond de lengteas van de scheepsromp volgens de uitvinding toont.

Voor elk schip is er een snelheid waarboven het brandstofverbruik drastisch toeneemt. Deze snelheid, de rompsnelheid, is evenredig met de wortel uit de lengte van het schip. Dit effect hangt samen met het ontstaan van een boeggolf en een hekgolf bij een varend schip die elkaar versterken zodra de rompsnelheid is bereikt. Om aan dit effect te ontsnappen zijn er twee bekende mogelijkheden. De eerste mogelijkheid wordt toegepast bij bijvoorbeeld een catamaran. Het betreft hier een zogenaamd superslanke waterverplaatser, met een breedte/lengteverhouding van bijvoorbeeld 6,5%. Van zo'n waterverplaatser is bekend dat er nagenoeg geen boeggolf en geen hekgolf optreedt en dat het resonantieverschijnsel dat de grote golfweerstand veroorzaakt niet plaatsvindt. De tweede mogelijkheid betreft een vaartuig dat planeert en daardoor geen boeggolf ontwikkelt.

Beide mogelijkheden kennen specifieke nadelen. Een superslanke waterverplaatser is minder geschikt voor toepassingen waarij het schip een leefruimte moet hebben, bijvoorbeeld een plezierjacht of een patrouillevaartuig. Een planerend vaartuig daarentegen vergt een zeer groot motorvermogen met een navenant groot brandstofverbruik en kleine actieradius en met een zeer beperkt comfort voor de opvarenden, met name als men i.v.m. zeegang moet terugvallen in de water-verplaatsingsmode.

Het schip volgens de uitvinding, waarvan in zijaanzicht de romp in de gebruikstoestand wordt getoond in Fig. 1, tracht dit probleem op inventieve wijze op te lossen door een eerste rompdeel 1, in feite een klassieke scheepsromp, op een tweede rompdeel 2, in feite een superslanke waterverplaatser, te plaatsen. Voor de rolstabiliteit is het dan nodig dat eerste rompddeel 1 zich althans gedeeltelijk onder water bevindt. Dit brengt dan noodzakelijkerwijs met zich mee dat er een boeggolf ontstaat daar waar eerste rompdeel 1 de waterlijn snijdt. Volgens de uitvinding wordt dit punt ongeveer halverwege de lengte van de scheepsromp gekozen, in Fig. 1 nabij het zwaartepunt 3 van het schip. De voorzijde van het eerste rompdeel 1 bevindt zich dus boven de waterspiegel en de achterzijde althans gedeeltelijk onder de waterspiegel. Ook de snijlijn 4 van het eerste rompdeel met de waterspiegel is aangegeven.

Fig. 2 toont in bovenaanzicht de scheepsromp volgens de uitvinding met opnieuw het eerste rompdeel 1, het tweede rompdeel 2, zwaartepunt 3 en de snijlijn 4 van het eerste rompdeel 1 met de waterspiegel.

Bij beproeving van een 1:10 schaalmodel blijkt, zoals verwacht, het eerste rompdeel 1 als ook het tweede rompdeel 2 een boeggolf te maken. Wordt nu de breedte/lengteverhouding van het eerste rompdeel 27%-38% en de breedte/lengteverhouding van het tweede rompdeel 6%-9% gekozen, en laat men de boeggolf van het eerste rompdeel halverwege de scheepsromp ontstaan, dan blijken beide boeggolven bij het varen met de rompsnelheid met elkaar in tegenfaze te zijn en wordt ook bij hogere snelheden een plotseling toenemen van de golfweerstand niet waargenomen. Een heuristische verklaring voor dit gunstige effect is dat enerzijds de eerder genoemde opslingering niet plaatsvindt en anderzijds het schip niet tegen zijn eigen boeggolf hoeft op te varen, maar dat de halverwege gevormde boeggolf feitelijk een nabij het zwaartepunt aangrijpende opwaartse druk levert.

Met behulp van het schaalmodel is de weerstand van de scheepsromp gemeten als funktie van de snelheid. De zo gemeten weerstand is de totale weerstand, de som van de golfweerstand en de visceuze wrijvingsweerstand. Vervolgens is de visceuze wrijvingsweerstand berekend met behulp van het natte oppervlak van het schaalmodel en de in het vakgebied welbekende ITTC formule onder toepassing van het voor het schaalmodel berekende Reynolds getal. De daarmee bekende golfweerstand kan dan worden opgeschaald op de in het vakgebied welbekende methode naar een scheepsromp met een lengte van 10 m. Daarna is de totale weerstand voor een 10 m scheepsromp berekend door hierbij de met het nu geldende Reynolds getal berekende visceuze wrijvings-weerstand van de 10 m scheepsromp op te tellen. De zo berekende totale weerstand is in Fig. 3 uitgezet in een grafiek, samen met een grafiek 5 van een moderne vergelijkbare waterverplaatser en met een grafiek 5' van een planerende in het vakgebied bekende deep-vee. Opgemerkt moet worden dat uiteindelijk, bij een snelheid van ongeveer 24 Kn de curve voor de deep-vee en voor de scheepsromp volgens de uitvinding elkaar snijden. Vooral voor het snelheidsgebied van een tot drie keer de rompsnelheid is de onderhavige uitvinding daarom van belang.

Een vereenvoudigd spantenplan van een uitvoeringsvorm van de scheepsromp is weergegeven in Fig. 4, waarbij zowel eerste rompdeel 1 als ook tweede rompdeel 2 zijn uitgevoerd in de klassieke knikspant-technologie. De spantafstand is 40 cm en getekend zijn spant 0, 6, 15, 18, 21 en 24. Opvallend is dat tweede rompdeel 2 naar beneden toe breder wordt. Dit maakt het eenvoudiger om in tweede rompdeel 2 de motor, brandstof, drinkwatertank en ballasttanks aan te brengen en maakt het mogelijk de romp stabiel op een zandbank te zetten. Voor de golfweerstand is de toenemende breedte niet nadelig, omdat daarbij alleen de breedte/lengte verhouding nabij de waterspiegel van belang is. Verder valt op dat elke spant bestaat uit twee samengevoegde knikspanten. Dit maakt een scheepsromp volgens de uitvinding eenvoudig te produceren op vrijwel elke scheepswerf. Ook zijn de investeringskosten laag omdat geen dure mallen nodig zijn zoals bijvoorbeeld bij de productie van in polyester uitgevoerde scheepsrompen.

In Fig. 4 is ook zichtbaar dat eerste rompdeel 1 naar achter toe steeds breder wordt, waarbij het achterschip de scheepsromp de benodigde rolstabiliteit moet geven. De rolstabiliteit is voor kleine rolhoeken feitelijk uitsluitend afkomstig van het achterschip, omdat het voorschip zich boven de waterspiegel bevindt en dus geen zelfoprichtend moment kan opwekken en omdat het zelfoprichtend moment van het tweede rompdeel in dat geval geen rol speelt.

Het zelfoprichtende moment M van de scheepsromp volgens de uitvinding is weergegeven als functie van de rolhoek φ in Fig. 5. Hierbij levert het eerste rompdeel 1 het zelfoprichtend moment voor kleine hoeken en levert het tweede rompdeel 2 een groot zelfoprichtend moment voor grote rolhoeken, als dit relatief zware deel horizontaal komt. Tevens is gestippeld weergegeven het zelfoprichtend moment voor een vergelijkbare knikspantromp. Uit Fig. 5 blijkt verder dat de gunstig gekozen vorm resulteert in een monotoon toenemend zelfoprichtend moment bij toenemende rolhoek, met een soepel, stabiel en niet-wreed gedrag in vergelijking met de knikspantromp. Verder blijkt de oppervlakte van de grafiek horend bij de scheepsromp volgens de uitvinding groter te zijn dan de oppervlakte van de grafiek horend bij de knikspant. Dit duidt er op dat de in het vakgebied welbekende stabiliteitsomvang uitstekend is.

Het comfort aan boord van een schip wordt in hoge mate bepaald door de stapresponsie voor een rotatie rond de lengteas van een schip. Fig. 6 toont de stapresponsie van een scheepsromp volgens de uitvinding voor een rolhoek van 6 graden. De stapresponsie is uitstekend, wat te danken is aan de grote weerstand van het tweede rompdeel 2 voor rol-bewegingen. Daarnaast geeft tweede rompdeel 2 een zeer goede richtingsstabiliteit, waarmee een eventuele broaching- neiging van het eerste rompdeel voldoende wordt gecompenseerd.

Een verder voordeel van de scheepsromp is dat het schroef-rendement groot is, omdat dank zij het relatief lage gewenste vermogen de in het vakgebied welbekende belasting-constante laag is en omdat het ontwerp een schroef met een grote diameter toestaat. Bovendien is met het inventieve ontwerp een gunstige aanstroming van de schroef verzekerd. Omdat bij het ontwerp de in het vakgebied welbekende vermogenscurve voor de scheepsromp nagenoeg hetzelfde verloop heeft als de in het vakgebied welbekende proplaw curve voor de schroef, is een schroef rendement van 70%-75% haalbaar. Naast een groot rendement zal een op deze wijze bedreven schroef ook het comfort aan boord verder vergroten, omdat het geluidsniveau laag is.

Claims (10)

1. Scheepsromp omvattende een althans in hoofdzaak als knikspantromp uigevoerd eerste rompdeel en een onder het eerste rompdeel geplaatste en zich over althans nagenoeg de gehele lengte van het eerste rompdeel uitstrekkende, als superslanke drijver uitgevoerde tweede rompdeel, met het kenmerk, dat het tweede rompdeel in de gebruikstoestand 70% tot 90% van het drijfvermogen levert.

2. Scheepsromp volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het eerste rompdeel zodanig is geplaatst op het tweede rompdeel dat in de gebruikstoestand de voorzijde van het eerste rompdeel zich boven de waterspiegel bevindt en de achterzijde van het eerste rompdeel zich althans gedeeltelijk onder de waterspiegel bevindt.

3. Scheepsromp volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het eerste rompdeel zodanig is geplaatst op het tweede rompdeel dat een eerste boeggolf van het eerste rompdeel en een tweede boeggolf van het tweede rompdeel bij althans nagenoeg de rompsnelheid in tegenfaze zijn.

4. Scheepsromp volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk, dat in de gebruikstoestand althans nagenoeg de voorste helft van het eerste rompdeel zich boven de waterspiegel bevindt.

5. Scheepsromp volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het tweede rompdeel is voorzien van tenminste een ballast-tank.

6. Scheepsromp volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de waterverplaatsing per lengte-eenheid van het eerste rompdeel althans nagenoeg monotoon toeneemt vanaf de boeg tot het achterschip.

7. Scheepsromp volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de achterste helft van het eerste rompdeel is ontworpen voor het verkrijgen van voldoende rolstabiliteit bij kleine rolhoeken.

8. Scheepsromp volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat het eerste rompdeel is ontworpen voor het in kombinatie met het tweede rompdeel verkrijgen van een monotoon toenemend zelfoprichtend moment bij toenemende rolhoek.

9. Scheepsromp volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de breedte/lengteverhouding van het eerste rompdeel 27%-38% en van het tweede rompdeel 6%-9% bedraagt.

10. Scheepsromp volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat het tweede rompdeel althans in hoofdzaak als knikspantromp is uitgevoerd.