NO127608B - - Google Patents

Description

Hydrofoilbåt med en anordning for automatisk slingrestabilisering.

Oppfinnelsen vedrorer en anordning for automatisk slingre-, stabilisering for hydrofoilbåter, hvor det i tandemanordning i baugen foreligger en tverrskrånende bæreyinge, som under fart delvis loftes opp av vannet, og akterut foreligger en i det minste nesten neddykket bæreyinge. Oppfinnelsen går ut på å redusere slike fartoyers slingrevinkler likesom de opptredende akselerasjoner. Ved å redusere slingrevinklene og baugvingens neddykkingssvingninger skal skrogets kontakt med bolgekammene samtidig i stor utstrekning hindres.

Som kjent er hydrofoilbåter med delvis neddykkede vinger mer sjodyktigé enn de konvensjonelle båttyper, spesielt når det gjelder storre hastighetsområder, og deres hastighet lar seg opprettholde ved sjogang hvor vanlige båter må sette ned farten. Hittil har man imidlertid hatt ulempen ved slagvis innledete slingrebevegelser, som utsetter passasjerene for ubehagelige vertikal- og tverrakselerasjoner. Også under fart mot bolgeretningen kan vertikalakselerasjonene undertiden anta slike dimensjoner at de i lengde ikke tåles av passasjerene.Farts-virkningen med bolgeretningen, hvor man får redusert bdlgemote-frekvens, er mykere, men her kan stampebevegelsene under påvirkning av orbitalbevegelsen i bolgene bli så store og få så stor faseforskyvning i forhold til bolgekonturen at skrogets neddykking i bolgene ledsages av betydelige hastighetstap.

Prover med det stabiliserte vingesystem ifblge oppfinnelsen har vist at de omtalte ulemper i stor utstrekning unngås ved en slik anordning. Slingrevinklene kan alt etter bolgeformasjonen reduseres til 1/5 og stampevinkléne til ca. 1/3 - 1/4.. Vertikal-og tverrakselerasjonene reduseres derved så meget at passasjerene ikke lenger oppfatter dem som ubehagelige. Ved sjogang i fartsretningen kan bolgekammer passeres uten at skroget er i vesentlig beroring med vannflaten, mens båter uten stabilisering slår ned i bolgekammene.

Stabiliseringen ifolge oppfinnelsen har dessuten den fordel at den er vesentlig enklere og påliteligere enn alle hittil kjente stabiliseringer og at anskaffelses- og vedlikeholdsomkostningene er lavere.

Oppfinnelsen vedrorer således en hydrofoilbåt med en anordning for automatisk slingrestabilisering, hvor det på stotter ved baugen er anordnet en bærevinge med V-formet mot hverandre skrånende ytterdeler som under fart er delvis loftet opp av vannet, og hvor det akterut er anordnet ytterligere en bærevinge, hvorved til enhver tid to tilordnede flatepartier på styrbord og babord side av hver bærevinge er forsynt med rekker av luftutlopsåpninger, som hver har en tilordnet, luftmengderegulerende luftventil som styres slik ved hjelp av måleverdigivere som reagerer på tverrhelninger eller tverrhelningshastigheter, at

slingrestabilisering oppnås, idet det på baugbaerevingen eller

med denne forbundne, med stromningsprofiler forsynte .deler er anordnet flatedeler med sine profilsugesider utadvendt og forsynt med luftutlopsåpninger som er styrt ved luftventiler, hvorved luftventilene kan styres slik med de nevnte måleverdigivere at det ved opptredende tverrkrengninger utad opptrer i krengningsretningen rettede, hydrodynamiske, stabiliserende krefter hhv. kraftkomponenter.

Med profilsugeside for en stromningsprofil er å forstå den konvekst krummede side av stromningsprofilen, ved hvilken strom-ningen fremkaller et undertrykk.

For fremkalling av slingremomenter kan de to nevnte flatepartier utgjores av de på begge sider av tyngdepunktet beliggende vingehalvdeler av den helt neddykkede aktervinge eller halvpartene

av baugvingens midtparti eller de to profilsider av en baug-vingestotte, fortrinnsvis en midtstotte. For fremkalling av stampemomenter benyttes de foran og bak tyngdepunktet beliggende flatepartier av aktervingen og baugvingen (vingens midtre del). Luftutlopsrekken kan utgjores av en rekke adskilte åpninger

eller en gjennomgående sliss.

Hittil er stabilisering bare utprovet på hydrofoilbåter med en baugvinge som delvis er loftet opp av vannet og en helt neddykket aktervinge, hvor bæreflatene alene tilveiebragte hele den nodvendige stabilitet. Stabiliseringen ble gjé.nnofort ved hjelp

av et elektronisk system, som ved hjelp av hydrauliske betjenings-anordninger regulerte vingenes reguleringsvinkel eller regu-leringsvinkelen for klaffer som er svingbart anordnet bak vingenes bakkant. På denne måte er det dog ikke mulig å oppnå de gode sjogangsegenskaper eller en slik enkelhet og pålitelighet av systemet som av nedestående grunner oppnås ved foreliggende oppfinnelse.

1. Da baugvingens egenstabilitet ved de tidligere utprovede fartoyer alene var tilstrekkelig stor, uten medvirkning av den kunstige stabilisering, ble vertikal- og tverrakselerasjonene på denne vinge bare lite redusert ved stabiliseringsvirkningen

under sjogang. 2. Da den egenstabile vinge reagerer på bblgekonturen, måtte den kunstige stabilisering ved de kjente forslag overvinne de totale av vingen produserte momenter for å kunne redusere slingre-og stampevinklene; I motsetning til dette må den kunstige stabilisering ved det nye vingesystem med redusert egenstabilitet bare motvirke de reduserte forstyrrelsesmomenter, noe som gjor den nye stabiliseringsanordning langt mer effektiv. 3. De hittil benyttede elektronisk-hydrauliske regulerings-anordninger med oppdriftspåvirkning av vingene ved innstilling av régulseringsvinkel eller klaffer,som krever to kraftkilder for å funksjonere, er kompliserte, kostbare og sårbare for for-styrrelser.

Oppfinnelsen er vist i figurene l-4a. Like deler i figurene

er betegnet med samme henvisningtall.

Fig. 1 viser fartoyet nedenfra med vingetandemanordningen..

Fig. 2 viser den helt neddykkede aktervinge bakfra med blikket rettet mot skrogets akterspeil.

Fig. 2a-viser aktervingen ifolge fig. 2, sett ovenfra, hvor

den ene vingehalvdel viser luftutlopsrekkene og den annen halvdel viser luftkanalene med strekete linjer.

Fig. 3 viser den delvis neddykkede baugvinge bakfra med et snitt gj ennom skroget. Fig. 3a viser baugvingen ifolge fig. 3, sett ovenfra, med luftutlopsrekkene vist på den ene side og luftkanalene vist med strekete linjer på den annen side. Fig. 3b viser midtstotten for baugvingen ifolge fig. 3, sett fra siden. Fig. 4 viser en annen utforelseform av den delvis neddykkede baugvinge, sett forfra med et snitt gjennom skroget. Fig. 4a viser en forlenget sidestotte for baugvingen ifolge fig. 4, sett fra siden.■

I fig. 1 er 1 skroget for hydrofoilbåten, hvor aktervingen 2 er anordnet på en stotte 4 på hekken (fig. 2) og hvor baugvingen 3 ar anordnet på baugen på stottene 5, 6 og 7 (fig. 3 og 4).

Den helt neddykkede aktervinge 2, som vist i fig.- 2, er fortrinnsvis plant utformet. Den kan også ha svak V-form, noe

som forbedrer fartsegenskapene, men gjor den nedenfor omtalte stabilisering mindre virksom, fordi vektarmen h^hhv. h^for oppdriftsresultanten A, hhv. A£ av vingehalydelen blir redusert. Ved en omvendt V-form, som er antydet med en streket linje, for-størres den effektive hevarm for stabiliseringen, men spesielt svingningsforholdet blir dårligere. I det viste eksempel er vingen forbundet med skroget via et enkelt midtstykke.eller ror 4. Det kan med fordel anordnes på to stotter hhv. ror, fordi spenningene i vingen derved reduseres, slik at vingens utstrekning kan okes og man kan anordne storre dybde på vingeendene.

På denne måte okes vektarmen h pg styringes effektivitet. Aktervingen bidrar ikke til fartoyets egen-tverrstabilisering.

Baugvingen, som er vist i fig. 3, har ytterpartier, som under fart er loftet opp av vannet og hvis tverrkrengning er minst 35°. Da denne tverrkrengningsvinkel eir storre enn ved de hittil anvendte vinger, har baugvingen en mindre neddykkings-karakteristikk dA/dT (oppdrifstforandring med dykking), slik at den reagrere mykere på bolger som kommer i vingens lengdeakse-retning, samtidig som vingens neddykkingsdybde forblir egen-stabil på grunn av de tverrkrengende vingedeler. Vingens ned-dykkingsbredde b gjbres bare så stor at fartbyet i hbyden har indifferent slingrestabilitet i fartsvannlinjen, dvs. at det ved tverrkrengning av fartbyet i hbyden produseres momenter som opprettholder likevekten, men ikke tilbakefbrende momenter. Dette forer til at slingrebevegelsene ved sjogang på tvers ikke lenger innledes stbtvis og at de akselerasjoner som ellers opp-

trer ved egenstabile vinger reduseres betydelig.

I det utfbrelseseksempel som er vist i fig. 3 er vingen forbundet med skroget via en midtstotte 5 og to flottorer 7. Med flottorer forstås asymetrisk profilerte stotter som ved sin neddykking gir oppdrift i opprettende forstand.

De to tilordnede flatepartier som på aktervingén aktiviseres

for slingrestabilisering av fartbyet, er de to vingehalvdeler hvis oppdriftsresultanter A^og danner hver sin vektarm h^og Tn^ mot fartbyets tyngdepunkt S med motsatt dreieretning (fig. 2).

Hver vingehalvdel'er ifolge fig. 2a utstyrt med to rekker av luftutlbp 8v og 8h, til hvilke luften fores gjennom de to kanaler 9v og 9h.Lufttilførselen reguleres adskilt for hver utlbps-rekke i vingehalvdelen ved hjelp av en luftventil 10. Disse - ventilene anordnes fortrinnsvis i vingene på det sted hvor stbtten er forbundet med vingen. Ventilene betjenes av de inn-retninger hhv. måleinstrumenter som reagerer på sjbgangsbe-vegelsene og som er anbragt i boksen 11, via et forbindelses-ledd, f.eks. en trykkstang eller et trykkrbr, som er anordnet i stbtten 4, I det eksempel som er vist i fig. 2a reguleres luftmengden til venstre vingehalvdel av den forreste og bakerste ventil, mens luftmengden til hbyre vingehalvdel reguleres for seg av de to midtre ventiler. Den luft som skal tilfores vingene fores gjennom den hule stbtte hhv. roret 4 til ventilene. •

Deres betjening ved hjelp av måleinstrumentene er ordnet slik

at oppdriften reguleres gjennom den bakre rekke 8h, og at den forreste rekke 8v bare kobles inn for oppnåelse av et oppdrifts-minimum, når luftmengden i den bakerste rekke tilnærmet har nådd vingens metningsgrad. Under fart uten krengning er ventilene for begge vingehalvdelers bakre rekker åpnet så meget at det slippes ut en luftmengde som gir mellomstor oppdrift. For oppnåelse av tilbakefbrende momenter ved innledningen av en slingre-bevegelse betjenes ventilene for de to vingehalvdeler av måleinstrumentene i motsatt retning slik at luftmengden okes og dermed oppdriften reduseres på den vingehalvdel som lbfter seg, mens luftmengden reduseres og oppdriften okes på den vingehalvdel

som senkes. Det kan anordnes bare en rekke av luftutlopsåpninger 8, men da vil oppdriftsreguleringen bli noe mindre effektiv.

De ytre deler av baugvingen 3 i fig. 3 kan ikke benyttes for produksjon av stabiliserende slingremomenter, idet deres oppdrift sresultant A^danner en utilstrekkelig vektarm mot tyngdepunktet S. Ifolge oppfinnelsen benyttes således de to profilsider av midtstotten 5, som befinner seg under vannlinjen CWL. Deres tverrkraftresultanter A^ogA^har de meget store vektarmer h^og h^ mot tyngdepunktet S, slik at man til tross for de forholdsvis små flater på stbtten får en meget effektiv regulering. Hver side av stotten 5 er som vist i fig. 3b, forsynt med luftutlopsåpninger 8v og 8h, til hvilke det leder adskilte luftkanaler 9v og 9h, slik at det i stbtten foreligger sammenlagt fire adskilte.kanaler. Ovenfor luftutlbpsåpningene er det anordnet en dekkplate 12, for å hindre lufttilfbrsel fra atmosfæren. Også ved baugvingen er det mulig bare å anordne en luftutlbpsåpning på hver stbtteside.

Fig. 3 viser at ventilene 10 (antydet som sirkler) i dette eksempel er anordnet i boksen 11 som opptar måleinstrumentene og er anbragt i skroget 1. Det er anordnet en ventil 10for hver av de fire kanalene. Ved fart uten krengning er alle ventiler lukket. Hvis det oppstår en slingrevinkel, f.eks. til styrbord, åpnes ventilene for babord stbtteside som folge av måle-instrumentenes utslag og tverrkraften, f.eks.A^, reduseres,

slik at oppdriftskraften A^ på den side som vender mot drei-ningen får overtaket og det oppstår et opprettende moment rundt tyngdepunktet S. Motkraften i tyngdepunktet er i dette tilfelle akselerasjonskraften Bg av båten som forskyver seg på grunn av sidekraften A^.

Ifolge fig. 4 kan man i stedet for midtstotten benytte de to underbærevingen fremragende forlengelser 13 på sidestbttene 6

(i fig. 4 bare vist på hbyre vingeside) for produksjon av stabiliserende slingremomenter.. Reguleringsanordningen og ut-formningen av de to forlengelser er som beskrevet i forbindelse

med midtstotten. Hver av de to forlengelser 13 kan forsåvidt også ha luftutlopsåpninger 8 mot en side, innbyrdes motstående sider, slik at hver stotte bare utlbser et slingremoment til en side.

De flatepartier som fremkaller slingre-momenter kan også utgjores av de to halvdeler av baugvingens midtparti 3m (fig. 3

og 3a). Anordningen av luftutlopsåpninger, ventiler og betjening av ventilene er den samme som omtalt i forbindelse med aktervingen og vist i fig. 2 og 2a. For å forstorre vekt-arméne h for oppdriftsresultanten A mot tyngdepunktet S for derved å oke stabiliseringens effekt, er vingens midtparti,

som vist i fig. 4, anordnet i omvendt V-form (gavlform).

Hvis det ikke foreligger noen midtstotte, kan luften til hver halvdel av midtpartiet 3m også tilfores gjennom hver sin sidestotte 6.

Som flateparti for produksjon av stabiliserende stampemomenter tjener aktervingen 2, hvis oppdriftskraft danner vektarmen h^

mot båtens tyngdepunkt S, og baugvingens midtparti 3m, hvis oppdriftskraft danner vektarmen h0 mot tyngdepunktet med motsatt dreieretning (fig. 1). For bekjempelse av stampesvingningene betjenes ventilene 10 for aktervingens 2 to halvdeler samt ventilene 10 for de to halvdeler av baugvingens midtparti 3m (fig. 3 og 4) av måleinstrumentene i samme retning og slik at luftmengden okes i den vinge som lofter seg og reduseres i den vinge som senker seg.

I de fleste tilfeller er det tilstrekkelig å frembringe de tilbakeførende slingremomenter ved hjelp av bare aktervingen 2. I dette tilfelle reguleres hele baugvingens midtparti 3m ved bare ett ventilsett, dvs. hele rekken 8v samt hele rekken 8h får bare en luftventil hver.

Folgende måleinstrumenter (instrumenter som reagerer på sjo-gangsbevegelsene) benyttes fortrinnsvis for stabiliseringsan-ordningén ifolge oppfinnelsen.

For slingrevinklene hhv. slingresvingningene benyttes kymografer og dempede pendler, hvis adderte måleyerdier overfores på ventilen. Pendelen gir tilbakeforingsordren ved statiske kreng-ninger, idet baugvingens tverr-egenstabilitet ikke er tilstrekkelig. Dessuten fremkaller pendelen et moment som fremkaller krengning av fartbyet mot dreiekretsens midtpunkt, når fartbyet ved svingning påvirkes av sentrifugalkraften, slik at man unngår utoverkrengning av fartbyet.

For dempning av stampesvingninger benyttes kymografer på aktervingen. Den statiske egenstabilitet i lengderetning er tilstrekkelig, og man kan således i de fleste tilfeller, unnvære et instrument som reagerer på krengning. Dessuten ville pendelen bli forstyrret av akselerasjoner i lengderetning. For reduksjon av stampevinkelen kan det med fordel på baugvingen anordnes en hastighetsmåler eller en orbitalvinkelmåler, som beskrevet i tysk patentansokning nr. S 100.568/65a. Derved reduseres også

de neddykkingssvingninger som baugvingen utsettes for på grunn av endringer i vingens effektivt fuktede vingeflate og i til-strbmningsvinkelen (orbitalbevegelsen) i bolgene. For baugvingens regulering kan det kobles til en ekstra kymograf.

Når vingehalvdelene reguleres adskilt, anordnes for hver halvdel en kymograf, hvis akse forlbper f.eks. ca. 45° mot fartsretningen, og en pendel, hvis akse peker i fartsretningen, slik at kymo-grafene slår ut i motsatt retning ved slingrebevegelse og i samme retning ved stampe-bevegelse, mens pendlene bare reagerer på slingrevinkler.

For påvirkning av oppdriften kan også vingens underside forsynes med en luftutlbpsrekke , hvis lufttilfbrsel reguleres av en luftventil. I dette tilfelle oker oppdriften med bkende luftmengde. Når vingetilstrbmningen er parallell med vannspeilet, hhv. ved normal oppdrift, er begge luftventiler for vingens over-og underside lukket, mens orbitalmåleren hhv. hastighets-måleren åpner ventilen for vingens overside ved positiv til-strbmningsvinkel hhv. oppdriftsokning, og åpner ventilen for vingens underside ved negativ tilstrbmningsvinkel hhv. oppdrifts-reduksjon.

Med det omtalte bærevingesystem kan fartbyet fortsette å kjbre

med en dypere neddykking av baugvingen enn CWL(fig. 3), hvis stabiliseringsanordningen skulle svikte. For i slike tilfelle å kunne oke tverrstabiliteten av baugvingen, anordnes denne med regulerbar innfallsvinkel eller forsynes med ytterklaffer.

Regulering av innfallsvinkelen kan f.éks. på i og for seg kjent

måte skje ved at flottbrene 7 og stbttene 6 er festet på et dreibart lagert bærerbr 15, som forlbper tvers gjennom skroget og som kan svinges ved hjelp av en hydraulisk sylinder. Samti-

dig anordnes en innretning som gjor det mulig å åpne ventilene 10 for baugvingens midtparti 3m fra styrehuset, for reduksjon av midtpartiets oppdrift. Ved helt eller delvis åpnede ven-

tiler forstbrres vingens innfallsvinkel så meget at vingen er i stand til å bære fartbyet. Derved oppstår en fullstendigere oppdriftsfordeling mot vingens ender, noe som medfarer bket stabilitet. I stedet for lufttilførsel til baugvingens midt-

parti kan den i fig. 1 viste hjelpeklaff 14 anordnes på vingens bakre parti for å redusere oppdriften.

Claims (4)

1. Hydrofoilbåt med en anordning for automatisk slingre-

stabilisering, hvor det på stbtter ved baugen er anordnet en bærevinge med V-formet mot hverandre skrånende ytterdeler som under fart er delvis loftet opp av vannet, og hvor det akterut er anordnet ytterligere en bærevinge, hvorved til enhver tid to tilordnete flatepartier på styrbord og babord side av hver bærevinge er forsynt med rekker av luftutlopsåpninger, som hver har en tilordnet, luftmengderegulerende luftventil som styres slik ved hjelp av måleverdigivere som reagerer på tverrhelninger eller tverrhelningshastigherer, at slingrestabilisering oppnås, karakterisert ved at det på baugbærevingen (3) eller med denne forbundne, med stromningsprofiler forsynte deler (5, 6, 13) er anordnet flatedeler med sine profilsugesider utadvendt og forsynt med luftutlopsåpninger (8v, 8h) som er styrt ved luftventiler, hvorved luftventilene kan styres slik med de nevnte måleverdigivere at det ved opptredende tverrkrengninger utad opptrer i krengningsretningen rettede, hydrodynamiske, stabiliserende krefter hhv. kraftkomponenter (A^, A^, *

2.H ydrofoilbåt som angitt i krav 1, hvor baugbærevingesystemet er forsynt med tilnærmet vertikale stotter (5, 6), fortrinnsvis en midtstotte (5), karakterisert ved at venstre og hoyre side av stottene er utfort som sugesider og på disse er forsynt med minst hver sin rekke av luftutlopsåpninger anordnet under fartvannlinjen.

3.H ydrofoilbåt som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at det under baugbærevingen er anordnet et par forlengelser (13) på sidene, som er neddykket og skrått utad- og nedadrettet, og som på en eller begge sideflater er forsynt med minst hver sin rekke av luftutlopsåpninger.

4.H ydrofoilbåt som angitt i krav 1, hvor baugvingen omfatter et omvendt V-formet midtparti (3m), karakterisert ved at det på begge sider av det omvendt V-formede partis (3m) utad til sidene skrådde sugesider er anordnet minst hver sin rekke av luftutlopsåpninger.