NO136086B - - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremdriftsanordning for sjøgående fartøyer omfattende minst to parallelle roterende flottører med generelt sylindrisk form hvor det fra fremre ende til bakre ende og omkring en fiktiv eller reell midtkjerne er utformet minst to vinger eller gjenger som mellom seg former to skrueformede renner.

Man kjenner roterende sylindriske flottører som hittil bare har vært benyttet på amfibiefartøyer. Deres hastighet i vann er meget liten i forhold til deres vekt og motorkraft på grunn av meget kort gjenge- eller vingestigning. Årsaken til denne lave ytelse har hittil unngått spesialistene. I virkeligheten har disse flottører ikke en virkelig skrueformet karakter. De sylindriske legemer som danner disse flottører har mer eller mindre samme hydrodynamiske form som faste flottører og deres dypgående er alt for stort. Det som er skrueformet er omkring flottøren hvilket gir utseende av at flottøren selv er skrueformet.

I henhold til oppfinnelsen er alle de flater som

er nedsenket i vann og ikke er parallelle med flottørens akse skrueformet. Flottørene i henhold til oppfinnelsen er bedre enn de beste kjente skruetyper hvor vingestigningen ikke er den

samme omkring aksen og ved den maksimale diameter. Man har her

en motvirkende effekt, og en virkningsgrad for skruene som varierer mellom 50 og 60%. Den flytende skrue i henhold til oppfinnelsen bærer et sjøgående fartøy som nevnt, som befinner seg over vannet. Dypgående for de roterende skrueflottører overstiger ikke l/ k av diameteren ved full last og i drift. Man oppnår derved:

1. stor flytereserve

2. ingen motvirkende skrueeffekt.

Den gjennomført skrueformede oppbygging av de roterende flottører gir den fordel at man kan oppnå store hastigheter fordi den kinetiske energi automatisk løper fra for til akter med en hastighet som er helt lik bevegelseshastigheten. Således har man ikke lenger noen baubølge, dynamisk fortrenging av vann eller kjølevannsfenomener (sugeeffekt).

Denne fullstendige skrueformede oppbygging av flot-tørlegemene i henhold til oppfinnelsen oppnås takket være det faktum at såvel foran som akter starter og slutter vingenes eller gjengenes skruebevegelse ut fra flottørenes fulle diameter. Utgangsplanet for gjengene er et vertikalplan, forut som akter på flottørene, og dette planet står loddrett på flottørens generelle lengdeakse.

Ved kjente utførelser av roterende flottører løper gjengene og følgelig rennene som omtales i det følgende ikke ut fra et vertikalplan, men fra et skråplan som står mer eller mindre skrått alt etter- gjengestigingen. Man får derfor en .skrueformet bevegelse samtidig med en spiralformet bevegelse. Man får derved en stor volumøking fra for til akter i flottørens fremre del, hvilket den skrueformede oppbygging ikke- kan korrigere fullstendig, mens det på bakre del er omvendt.

Det skal beskrives forskjellige utførelser av oppfinnelsen som eksempler, i forbindelse med de vedlagte tegninger, hvor: fig. 1 perspektivisk viser en roterende flottør i henhold til oppfinnelsen sett fra siden,

fig. 2 viser flytelegemet på fig. 1 sett forfra og gjengir to forskjellige skrueforløp,

fig. 3 viser den roterende flottøren på fig. 1 sett bakfra,

fig. 4 viser i større målestokk et,snitt gjennom en del av den skrueformede rennen mellom vingene eller gjengene,

fig. 5 viser sett utenfra og fra siden en annen utførelse av en roterende flottør som er forsynt med utoverrag-ende vinger eller gjenger,

fig. 6 viser i større målestokk et snitt gjennom en skrueformet drivvinge på en roterende flottør, og

fig. 7 viser fartøyet forsynt med roterende flot-tører, i henhold til en utførelse av oppfinnelsen.

De karakteristiske trekk for nenvte roterende flot-tører med gjennomgående skrueform i henhold til oppfinnelsen er følgende: Skrueforløper for gjengene på flottøren starter og slutter ut fra en full flottørdiameter D. Sistnevnte diameter nås etter et gjengeforløp i vertikalplanet over en lengde på minst 165°.

Utgangsplanet for gjengene forfra og bakfra er et vertikalplan som står loddrett på flottørens generelle lengdeakse x-x.

Det er anordnet minst to gjenger, og antallet kan gå opp til ti eller til og med tolv på flottører som skal bære større fartøy.

Etter at gjengen har nådd maksimal diameter etter nevnte gjengeforløp, vil det dannes en renne 1 mellom den midtre virkelige eller tenkte midtkjerne 2 hvis. maksimaldiameter d er lik omtrent en tredjepart av diameteren D for flottøren, og man har maksimalradius R for flottøren.

Hvis f.eks. diameteren D for flottøren er 2 m, kan diameteren d for midtkjernen hvorfra gjengene går ut være 55-60 cm, uten at dette eksempel må oppfattes begrensende.

Derfor vil i sistnevnte tilfelle (60 cm) vannlinjen (l/U av diameteren, dvs. 50 cm) ligge 20 cm under midtkjernen og rennen vil ha en dybde på 70 cm.

I virkeligheten vil dybden være mindre på grunn av tykkelsen og den avrundede form når maksimalradius er nådd.

Fra dette punkt blir rennen skrueformet i henhold til definisjonen for en klassisk skrue: en rett linje rullet omkring en roterende sylinder. Vinkelen A som denne linjen danner med horisontalen (aksen x-x) bestemmer gjengestigingen.

Bredden på rennene er konstant helt til bakre ende av flottøren, og alltid konstant når rennen har maksimal radius. Man får derfor ingen motvirkende effekt av gjengeforløpet og dette så mye mindre som flottørene ved stillstand aldri stikker dypere enn 1/4 av diameteren D. Tvert i mot avtar dybden for rennene etter hvert noe, over en stor lengde.

Midtkjernen 2 kan ha litt større diameter bak enn foran, som vist på figurene. For eksempel, hvis kjernen har en diameter på 55-60 cm, kan bakre del ha en diameter på 70-75 cm for å unngå en nedsynking i bakre del ved visse utførelser.

Naturligvis er antallet renner eller gjenger det samme bak som foran.

Bunnen la i rennene (fig. 4) er sterkt avrundet

for å hindre hvirvelmotstand (turbulens) mens siden lb i rennen, som vender bakover og nedover i skruens retning, er kraftig buet, særlig ved den selvroterende utgave, mens den andre siden lc som vannet støter an mot og dreier flottøren, har en plan eller nesten plan flate og går over i omkretsen via en svak avrunding.

I bakre del bør rennens side være så avbøyet som mulig fra omkretsen inn til midtkjernen. Rennen går fortløpende fra for til akter. Yttersiden lc avsluttes på maksimal radius (den begynner også på full radius eller diameter). Siden lb i rennen avsluttes mot bakre midtkjerne (se fig. 33 som viser flot-tøren bakfra).

Rennen forløper langs en fullstendig skrueform (minimum 165° gjengeforløp) og toppen av de to sider som avgrenser den skrueformede renne, løper alltid langs maksimalradius.

Bredden på rennene og'på de sylindriske bånd som skiller rennene er omvendt proporsjonal med rennenes antall,

men stigingen er den samme. Man kan f.eks. med samme gjenge-stigning har to gjenger, to renner og to skrueformede bånd som nevnt eller fire slike bånd for fire gjenger, hvor båndene og gjengene er halvparten så store, rennene mindre dype. I alle til-f.elle er rennenes form konstant og forandrer ikke stiging.

Som frittroterende utgave er flottørene ikke driv-flottører, vannet som kastes inn i rennene mot skrueflatene løper unna mot de vikende flatene som foran vingene til en klassisk skrue. Flottørene vil rotere under trykket av vannet mot sidene lc i rennene.

Frittløpende hjul på et landkjøretøy.roterer med samme hastighet som drevne hjul, forutsatt at diameteren er den samme. Hjulenes tangentflate ligger an mot bakken eller eventuelt mot skinnene når det gjelder jernbaner, og adhesjonen er meget sterk. Det gjelder ikke de samme forhold for flottører av den aktuelle typen, av to grunner: a - vann er en væske og selvom trykket er stort, vil væsken gli mot fremre vegg i rennen og resultatet er at flottørens rotasjonshastighet ikke automatisk kan være i overensstemmelse med bevegelseshastighéten for fartøyet, ut fra den an-vendte gjengestiging,

b - under rotasjon vil flatene gi opphav til gnid-ningsbremsing eller friksjon som vesentlig avhenger av overflate-nes art. Hvis overflaten er meget god, dvs. godt polert, vil den bare gi opphav til liten friksjon. I friksjonen vil da være høyst 105? av den vanlige motstand som fartøyet utsettes for (trykkmot-stand mot baugen samt motstand mot den dynamiske fortrengning og bare sugeeffekt). Forut er det synlige tegn på denne motstand baugbølgen og akter kjølevannet. Den skrueformede flottør unngår disse motstandstyper. Med ru overflater er imidlertid friksjons-motstanden kraftigere. Av denne grunn bør flottørenes overflate være så glatt som mulig for å oppnå maksimal ytelse.

I alle tilfelle vil disse friksjonsmotstander, tan-gensialmotstand, bremse rotasjonen. Av denne grunn vil flottør-ene ikke rotere fullt så hurtig som etter teorien og gjengeflåtene vil ikke bevege seg bak vanntrykket riktig så hurtig som de skulle. Man har således en viss motstand som riktignok er mye mindre enn ved en baugbølge, men som ikke er ubetydelig.

For å eliminere denne motstand som også kommer til uttrykk akter, er det anordnet en kompenseringsdrift for denne motstand. Denne kompenseringskraft, som er mye mindre enn beveg-elsesmotstanden, er tilstrekkelig til å gi flottørene en rotasjon som er helt i overensstemmelse med fartøyets fart. Drivkraften besørges av en eller flere vanlige skipsskruer eller av luft-propeller, eventuelt turbopropeller, eller hydrauliske turboreak-torer som i likhet med skruene er anordnet akter mellom flottør-ene. På mindre fartøyer opptil ca. 3 tonn kan en enkelt motor drive propellen 3 og samtidig tjene som kompenseringskraft, idet en transmisjon 4 forgrenes til flottørene (fartøy som vist på

fig. 7,. hvor flottørene har fire gjenger). Det er ikke desto mindre en fordel å ha to motorer, f.eks. en på 70 HK for driv-propellen, og en annen på 30 HK for kompenseringskraften, hvor den totale effekt da blir 100 HK, men hvor hastigheten takket være kompenseringskraften multipliseres med 1,8, i henhold til flere laboratorieforsøk og forsøk på vannet.

Den frittroterende utgave har den fordel at'den

kan arbeide med en stor gjengestiging (inntil 3s75/4,8 ganger diameteren). Dette gjelder også seilfartøyer hvor driften be-sørges av vinden. Kompenseringsdriften kan oppnås enten ved hjelp av en liten hjelpemotor, som de fleste båter av denne typen er utstyrt med, eller ved en forgrening til flottøraksene.

Alt i alt er kompenseringsmotoren nødvendig for at oppfinnelsen skal yde maksimale fordeler. Kraftoverføringen til flottørene og propellen eller propellene avpasses i forhold til den respektive gjengestiging for flottørene og propellen, med til-legg av 10-15? for sistnevnte på grunn av den kjente rekylvirk-ning, selvom denne er mindre kraftig enn på de kjente fartøyer hvor kjølen bremser meget kraftig.

I den frittdrivende utgave har mange eksperimenter vist at elimineringen av motstanden gjør det mulig å øke hastigheten, med samme drivkraft, men også at det er vanskelig å forene kravene til stor hastighet med stor drivkraft. Dette faktum viser at problemet med fartøyenes langsomme fart ikke er et drivkraft-problem, men et problem med å eliminere de betydeligste motstander.

Når det imidlertid dreier seg om fartøyer hvor hastigheten ikke er avgjørende og til og med kan være uheldig,

og som derimot krever en stor drivkraft, som f.eks. taubåter, lektere, hydrobusser etc. på elver og innsjøer, ferger og amfi-biefartøyer som ofte må bringes til stans og ha stor trekk-kraft, er de flottører som danner grunnlag for oppfinnelsen meget forskjellige fra de som brukes i den frittroterende versjon (se fig.

5 og 6).

Den fullstendige skrueformede oppbygging av alle flater som fuktes av vannet, og som ikke er parallelle med lengde-aksen, er uforandret. Derimot skiller de innbyrdes dimensjoner seg fra nevnte utgave, og man benytter også organer som er særlig drivkraftige.

Gjengestigingen er mye kortere, i det minste lik diameteren og høyst lik diameteren ganger 1,9-

Omkring flottøren er det anordnet drivvinger 5

med høyde 1/10 av diameteren D, hvilke' går ut fra sylinderens maksimaldiameter og også avsluttes på denne diameter. Disse yttergjengene går altså ikke ut fra midtkjernen og går heller ikke inn til midtkjernen akter. Hvis det dreier seg om amfibie-fartøyer, forsterkes gjengene for at de kan bevege seg på bakken. Disse fartøyer har den korteste gjengestiging.

Por relativt.langsomme fartøyer, kan dypgående overstige 1/4 av diameteren, og dermed ligge på mellom 1/4 og 1/3, men ikke mer enn 1/3 av diameteren ved full last, under stans og klar for avgang.-

Det er like mange vinger som gjenger. De skrueformede vinger erstatter i foreliggende tilfelle de tidligere omhandlede renner som avsluttes etter ca. en halv omdreining av gjengeforløpet. De store renner forsvinner på samme sted hvor.

den avsluttende renne akterover begynner, med stor gjengestiging.

Relativt raske fartøyer, og alltid de selvdrivende fartøyer, har flottører som ikke er forsynt med ytre drivvinger av typen 5. Gjengestigingen er mindre, men rennene er kontinuer-lige som i den selvroterende utgave. Imidlertid er den mest skråttstilte sideflaten i rennene vendt forover og ikke bakover. Man kan i disse tilfelle med fordel innkoble en ekstradrift med lavere effekt enn til flottørene, f.eks. i form av en liten hjelpemotor som driver en vanlig propell.

Det skal endelig nevnes at man kan montere høyst

to naboflottører parallelt. Derimot kan man ha fire flottører, dvs. to på hver side hvor den ene står bak den andre og trans-misjonen fortrinnsvis foretas gjennom den forbindende akse.

Videre overstiger flottørenes lengde generelt ikke seks til syv ganger deres diameter, i begge utgaver.

De beskrevne flottører er hule og kan lages av

mange forskjellige materialer, på en hvilken som helst kjent måte.. For eksempel kan man for mindre fartøyer benytte plast-materialer (polyester, polystyren), som er varmformet. Til større fartøyer kan flottørene være av lettmetall eller av stål . ■ eller lignende for de største tonnasjer. Man kan også benytte lette skumplastmaterialer som polyuretan eller lignende for små fartøyer som lages i liten mengde.

Fordelene ved oppfinnelsen fremgår av beskrivelsen, og man vil særlig understreke: - øking av effekten uten å øke volumet forfra og bakover ved et gjengeforløp fra et vertikalplan for gjengene forfra,

- kompenseringsdriften gjør det mulig å oppnå

store hastigheter med svært lang gjengestiging, hvilket blant annet har interesse i forbindelse med seil-pedal-båter hvor pedaldriften tjener som kompenseringsdrift, -.akterutformingen hindrer vannsug bak og nedsetter rotasjonsbremsemotstanden.

Claims (6)

1. Premdriftsanordning for sjøgående fartøyer omfattende minst to parallelle roterende flottører med generell sylindrisk form hvori det fra fremre til bakre ende og omkring en virkelig eller tenkt midtkjerne (2) er utformet minst to vinger (5) eller gjenger som mellom seg danner to renner (1), karakterisert ved at skrueforløpet for gjengene starter i fremre ende og avsluttes i bakre ende ut fra flottørens fulle diameter (D) og fra et plan som går i det vesentlige loddrett på flot-tørens lengdeakse, i hvilket plan skrueforløpet for gjengene går ut fra midtkjernen (2).

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at bredden på nevnte renner (1) er konstant langs hele rennens lengde fra for til akter i flottøren.

3. Anordning som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at rennens (1) dybde avtar jevnt fra fremre og fra bakre ende inntil rennene går ut i flottørens fulle diameter (D).

4. Anordning som angitt i ett eller flere av kravene. 1-3, karakterisert ved at midtkjernen (2) er større i bakre del enn i fremre del ved at rennene (1) har ca. en tredje-del mindre dybde bak enn foran.

Anordning som angitt i ett eller flere av kravene 1-4, karakterisert ved at gjengestigningen er minst lik flottørdiameteren (D) og maksimalt lik 1,9 ganger flottørdiameteren.

6. Anordning som angitt i krav 1-4 og hvor fremdriften delvis besørges av kjente drivorganer som skipspropeller, karakterisert ved at gjengestigningen er maksimalt 3j75 - 4,8 ganger flottørdiameteren (D).