NO127803B - - Google Patents

Description

Bulbbaug.

Oppfinnelsen angår en baug for skip med en bulb som rager ut under konstruksjonsvannlinjen frem foran den-fremre perpendikulær, der overdelen av bulben stiger fra spissen og bakover og som går over i forskipet over konstruksjonsvannlinjen og som på vanlig måte er tilpasset forskipsformen.

Baugformer med en eller annen bulb skal nedsette skipsmotstanden for enten å oppnå en innsparing av fredriftsytelsen og brennstoffet eller oppnå en tilsvarende hastighetsforbedring. Denne virkning kan i første rekke oppnås ved en gunstig interferens mellom de bølger som frembringes av bulben og skipsbølgesystemet. Under en-kelte omstendigheter kan imidlertid virkningen ha sin årsak i en forbedring av motstanden som følge av sprutdannelse eller oppstukning ved forstevnen|, forbedring av motstanden på grunn av seighetsbetin-get motstandslinje og motstandsforhøyelse i sjøgang.

Med hensyn til virkningen eller hensiktsmessigheten av en bulb gjaldt tidligere følgende regel (se Wigley W.C.S."The Theory of the Bulbous Bow and its Practical Application", Trans. NECI vol. 52 1935/36, s.65): Bulben skulle anordnes relativt langt under konstruksjonsvannlinjen. Derved fikk man nødvendigvis et dråpeformet bulbtverrsnitt. Forbedringer ble i alminnelighet bare oppnådd i ballastfart. Forutsetningen for en forbedring er et relativt høyt hastighet/lengde-forhold (Froudetall). Denne regel var imidlertid ikke begrunnet på de fysikalske årsaker til skipsmotstanden resp. de ovenfor nevnte mulig-heter til forbiedring av skipsmotstanden. Det er derfor mulig å utvi-de området for en ulønnsom anvendelse av en bulb.

I forbindelse med Froudetallet er følgende skjedd i lø-pet av de siste årene: De moderne, meget lange tankskip og bulkskip bygges nå nesten uten unntak med bulb og det er kjent at det på denne måte oppnåsj en betydelig forbedring av motstanden, idet minste i ba lia st fart, tjil tross for den store lengde og lille hastighet.

Med hensyn til de ovenfor nevnte to regler, så betinger disse gjensidig: Jo lenger under vannoverflaten bulben er anordnet, desto mindre er innflytelsen på bølgedannelsen resp. på bølgemotstan-den. Av denne grunn må en vulst som er anordnet i det nedre dypgangsområdet være utført større enn en vulst som er nødvendig ved ballastfart, dersom d'en skal forbedre bølgemotstanden ved konstruksjonslaste-dybden. En slik utførelse gir imidlertid ingen løsning på problemet, da bulben med en uendret dråpeformet tverrsnittsform gir andre ulemper, som f.eks. en nedsettelse av bulbvirkningen ved ballastfart og en økning av stampningsfaren og en økning av motstanden i sjøgang.

Det er tidligere foreslått en bulb som ikke går ut fra ovenstående retningslinjer, men som for forbedring av forholdene ved lastet skip foreskriver en høyere anordning av bulben som da tar sikte på en nedsettelse av de nevnte ulemper i sjøgang og som oppviser en smalere tverrsnittsform uten flat bunn. Fra tysk patent nr.1.202.165 er det således kjent en bulb som først går over i forskipet i høyde med konstruksjonsvannlinjen,'idet imidlertid det fremre stevnpunkt og den største t^errsnittsbredde ligger i det nedre dypgangsområdet. Det tidligere dråpeformede tverrsnitt er smalere og har ved bunnen en stør-

re spanthelning.

Som eksempler på skip som har en slik V-formet vulstbunn er passasjerskipet "Bremen" og lasteskipet "Thuringia" (begge avbil-det i A.Bergemann "The Blohm & Voss Bulbous Bow", Shipbuilding and Shipping Record I967, side 359)- E* annet skip er "Wappen von Hamburg"

(Schiff und Hafen I965, side 477)• Ved de to siste skipene er vulsten ikke anordnet i det nedre dypgangsområde, men omtrent i høyde med den halve konstruksjonsdypgang.

Det er også kjent ét forslag der bulben er anordnet i den øvre halvdel av konstruksjonsdypgangen (tysk patent nr.737*299)•

I forbindelse med denne konstruksjon ble det også foreslått å trekke inn stevnkonturen og tverrsnittsformen på vulsten under det relativt tett under konstruksjonsvannlinjen beliggende fremre stevnpunkt resp. under den største vulstbredde i kjøllinjen, slik at man fikk et relativt smalt spanttverrsnitt med et nedre område som var forskjellig fra den utpregede V-form (fransk patent nr.88O.l65).

Som eksempel på skip bygget etter dette prinsipp er tan-keren "St.Nicolai" (Schiff und Hafen I965, side 392) og bulklasteski-pet "Odin" (Schiff und Hafen I965, side 874).

For begge disse skip gjelder i likhet med de ovennevnte, at bulben løper sammen med forskipet omtrent i høyde med konstruksjons-• vannlinjen, imidlertid strekker overgangsområdet seg et stykke over dette, slik at stevnkonturen danner en negativ snittvinkel med konstruks jonsvannli nj en.

Til teknikkens stand hører også en offentliggjørelse over skipsbygningskonferansen i Ziirich den 24.9*1966 (Schiff und Hafen I966, side 783)' I denne offentliggjørelse er det vist en prinsipp-skisse for en bulb som har tre typiske trekk fra "St.Nicolai" og "Odin", nemlig

at det fremre punkt ligger i den øvre lialvdel av konstruksjonsdypgangen,

at bulben i den nedre del er strukket omtrent V-formet inn i forskipet og at forstev-nen danner en. negativ skjærevinkel med konstruksjonsvannlinjen.

Disse offentliggjørelser viser teknikkens stand med hensyn til en bulb som rager over den fremre perpendikulær og som er tilpasset skipsformen på vanlig måte.

Ved den såkalte vannlinjebulb dreier det seg om et i lengderetningen delt, strømlinjeformet rotasjonslegeme, hvis halv-deler er innsatt i høyde med konstruksjonsvannlinjen på et forøvrig uforandret forskip (A.Nutku "Waterline Bulb on High Speed Boats", Naval Éngineer Journal I965, side 943)• Denne publikasjon viser også strømningsbilder og motstandsmålinger for et frittliggende bulblegeme, og følgende slukning kan trekkes: Det tilnærmet halvveis neddykkede bulblegeme frembringer allerede ved små hastigheter et utpreget, relativt langt foranliggende bølgetall. Sprutdannelsen ved den strømlinjeformede stav som holder den frittliggende bulb forårsaker ved høys hastigheter et betydelig tilskudd til den samlede motstand.

Herav kan man i forbindelse med oppgavestillingen for oppfinnelsen slutte følgende: Denne vannlinjeoiilben har en avgjørende ulempe, nemlig at en forbedring av motstariden bare kan oppnås ved en bestemt flytestilling og en motstahdsforbedring kan bare oppnås ved rolig vannoverflate.

Tysk patent nr.86.379 angår en baugform der det istedet for en vanlig undervannsstevn er anordnet en horisontal bulb som rek-ker over hele skipsbredden. Meningen er at vannet skal i det vesentlige ledes under skipsbunnen, i mindre grad over bulben og til begge éider. Det dreier seg altså om en besæmt utførelse av selve skips-skroget uten bruk av en bulb i moderne oppfatning. I'foreliggende sammenheng er dette forslag ikke av interesse selv om den øvre del av den horisontale bulb rager over konstruksjonsvannlinjen.

Det samme gjelder utførelsen ifølge østerriksk patent nr.36.774» Oet dreier seg ikke om en bulb i moderne forstand, men om en dengang grunnleggende nyutforming av hele forskipet. Også ifølge dette forslag skal baugen være utført med en avrunding til den under vannlinjen liggende horisontale forstevn. Den øvre del av denne baugform dannes av en over hele skipsbredden rekkende skråflate mot. hvilken baugsjøen skal løpe opp, i likhet med på en flat strand.Ulem-pen ved en slik;baugform er helt åpenbar: Den innløpende baugsjø stuker seg opp mot det butte forskip og får derved en sterk impuls-forandring som fører til en økning av motstanden og en tilsvarende stor lokal belastning av skipskonstruksjonen. Dessuten bortfaller herved fullstendig hovedvirkningen ved de moderne bulbformer, nemlig nedsettelse av bølgemotstanden på grunn av interferens av bølgesyste-mene. i

Bulber som er utført etter den ovenfor beskrevne teknikk har den grunnleggende feil at virkningen er fullstendig avhengig av fullt, nedlastet skip, noe som som regel .-tilsvarer konstruks jonstil-> stand. En iøynefallende følge av dette er det faktum at oppstuknings-bølgen ved forstevnen i gunstigste fall bare blir svekket, men ikke eliminert.

Det er to årsaker til dette, da bidraget av en slik baugbølge til den samlede skipsmotstand i det vesentlige består av to av hverandre uavhengige deler. Disse delene er sprutdannelse resp. oppstukning ved forstevnen samt økningen av de frie bølger som frembringes av skipet. Begge motstandsandeler kan bare i liten grad nedsettes med de kjente bulber som bare strekker seg uvesentlig eller overhodet ikke over konstruksjonsvannlinjen.

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er å fremskaffe en forbedring ved bulbvirkningen på de to motstandsdeler, særlig ved konstruksjonsdypgang, uten at det derved oppstår uunngåelige ulemper ved de andre belastningstilfeller.(Begrepene konstruksjonsdypgang resp. konstruksjonsvannlinje blir brukt som definisjon for flytestil-lingen til det lastede skip, for hvilken skipet er konstruert med hensyn til hastighet).

Til nedsettelse av motstandsandelen som følge av sprutdannelse resp. oppstukning av vann foran baugen må det i størst mulig grad forhindres at det forårsakes et impulstap på grunn av det tilnærmet perpendikulære innslag av vannmassen i baugsjøen mot forstev-nen og på grunn av en alt for plutselig impulsomkasting i nærheten av vannoverflaten.

Ifølge oppfinnelsen oppnås dette ved hjelp av en baug med bulb som ligger under skipets konstruksjonsvannlinje og som rager fremover forbi skipets fremre perpendikulær, idet bulbens otardel stiger fra spissen og bakover og i et endepunkt bak den fremre perpendikulær går over i skipets konstruksjonsvannlinje, og er karakterisert ved at nevnte endepunkt ligger i en avstand b over konstruksjonsvannlinjen, hvilken avstands b størrelse i meter er bestemt av formelen

der B er skipsbredden, Lg er lengden fra den fremre perpendikulær til der hvor baugen går over i det parallelle midtskip og v^ er kvadratet på skipshastigheten i meter pr.sek.

f/V'-i ^Bulbens overdel som stiger fra spissen og bakover blir altså ført over konstruksjonsvannlinjen på en slik måte at det oppstår en slags kileformet strand som deler den innløpende baugsjø og som mykt avleder, vannmassene til begge sider før de stuger seg opp mot det tilnærmet loddrette overgangsområdet på forstevnen. Derved oppnås en tilnærmet tapsløs impuls-avbøyning av vannmassen i baugsjøen, selv ved relativt butte forskipslinjer.

V:ed normale utførelser av dette overgangsområdet tilsvarer høyden b som bulben rager over vannlinjen ved konstruksjons-belastning tilnærmet høyden på overvannsstevnens bakerste punkt over konstruksjonsvannlinjen. Som optimal størrelse på dette mål kan høy-den hg på baug^jøen på et bulbløst skip gjøres gjeldende, for hvilken høyde følgtende tilnærmede formel er brukt i litteraturen:

(Henschke "Schiffbautechnisches Handbuch", Berlin I965, 2.utgave, bind 2, side 157)' Her er B skipsbredden, Lg er lengden på innløpet og v er den aktuelle skipshastighet i meter pr.sek.

Da det ikke har noen hensikt 3 trekke bulben høyere enn nødvendig for a dele baugsjøen før den når det loddrette stevnavsnitt og da det på den annen side er nødvendig for oppnåelse av den ovenfor beskrevne strandeffekt å ha et minstemål b som kan sammenlignes med høyden hg, for nedsettelse av sprute-og oppstukningsmotstanden, kan følgende formel settes opp for konstruksjon av baugbulben:

kan benyttes ved ugunstige betingelser med hensyn til formgivning av forskipets ovérvannsdel.

Motstandsandelen som følge av en forsterkning av de av

skipet frembrakte frie bølger i form av baugsjø kan nedsettes når in-terferensen i bølgesystemet fra skipet og bulben ennå ikke er optimal. Denne negative; forutsetning er som regel til stede ved normal til meget fyldige forskipsutformninger og med en bulb som ifølge teknikkens stand ikke går over i eller i bare uvesentlig grad går over konstruk-sjonsvannlinjén.

Grunnen er at den virksomme bulblengde blir mindre ved tiltagende nedlasting. Den virksomme bulblengde tilsvarer tilnærmet den midlere avstand på bulbfortrengningen av baugsjøen i området ved vannlinjen.

For nedsettelse av motstandsandelen som følge av baugsjøens innflytelse på det frie bølgesystem må stillingen og størrel-sen på det bølgetall som frembringes av bulben bringes i best mulig overensstemmelse med baugsjøen på et bulbløst skip. Dette er ikke mulig med de alt for små virksomme bulblengder som er kjent fra tidligere teknikk. Oppgaven kan imidlertid løses ved hjelp av den ovenfor beskrevne bulbutførelse da det på grunn av bulboverdelen som rager over vannet frembringes et utpreget bølgetall i tilstrekkelig liten avstand bak det virksomme bulbsentrum.

Tallrike forsøk har vist at -,de teoretiske beregninger med hensyn til bulben ifølge oppfinnelsen er riktige. Forsøksresulta-tene har dessuten vist at det oppnås en betraktelig motstandsforbe-dring i de midtre nedlastningstilfeller og i ballastfart og det er derfor mulig å optimalisere bulben for alle viktige nedlastningstilfeller.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til tegningen som viser tre typiske utførelseseksæmpler for bulben ifølge oppfinnelsen. Fig.l viser en bulbbaug for skip med liten nedlastnings-forskjell. Fig.2 og 3 viser bulbbauger for skip med forskjellig spantform og med større forskjell mellom konstruksjons-og ballast-nedlastning.

Bulben 1 rager opp over konstruksjonsvannlinjen (CWL). I en avstand b over konstruksjonsvannlinjen går over delen på bulben 1 over i den normale forskipsform 2. Dette overgangspunktet 3 ligger bak (fen fremre perpendikulær. Bulbspissen 4 ligger under konstruksjonsvannlinjen og foran den fremre perpendikulær.

Claims (1)

1. Baug med bulb som ligger under skipets konstruksjonsvannlinje og som rager fremover forbi skipets fremre perpendikulær, idet bulbens overdel stiger fra spissen og bakover og i et endepunkt bak den fremre perpendikulær går over i forskipet over konstruksjonsvannlinjen, karakterisert ved at nevnte endepunkt ligger i en avstand (b) over konstruksjonsvannlinjen, hvilken avstands

   (b) størrelse i meter er bestemt av formelen

   der (B) er skipsbredden, (Lg) er lengden fra den fremre perpendikulær til der hvor baugen går over i det parallelle midtskip og (v^) er kvadratet på skipshastigheten i meter pr.sek. i Anførte publikasjoner: Ålment tilgjengelig norsk søknad nr. 167330 U.S. patent nr. 3180299 i