NO172222B - Overflatefartoey av katamarantypen med to sideliggende skrog - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en skrogkonstruksjon, og særlig en perfeksjonert form av denne for et over f latef artøy med en sentral bro, to sideliggende skrog og innrettet for både å kunne flyte ved fortrengningsoppdrift og ved luftputeoppdrift.

I et slikt fartøy oppnås oppdriften ifølge det sist-nevnte prinsipp ved en luftpute som avgrenses under fartøyets sentrale bro av to sideliggende skrog hhv. av to lukkeinnretninger ved fartøyets baug og akterende. Når luftputen tilføres trykkluft heves fartøyet til en stilling hvor kun det aller nederste parti av de to skrog kommer til å være neddykket, og luften kan ikke slippe ut fra puten annet enn under de to lukkeinnretninger. I en slik oppløftet stilling kan fartøyet oppnå store hastigheter ved hjelp av skyvkraftinnretninger som kan være propeller eller hydrojet, idet den karakteristiske Froudes faktor Fr er større eller lik 1.

Når luftputen ikke tilføres trykkluft kan lukkeinnretningene heves, og fartøyet flyter på de to skrog på ordinær måte, dvs. som følge av fortrengningsoppdrift.

Denne type overflatefartøyer er vel kjent, bl.a. er typen beskrevet i FR-PS 2 422 535, 1 569 807 og US-PS 4 2721779.

Generelt har slike overflatefartøyer blitt bygget for normal drift som et luftputefartøy (hydrofoil) mens fortrengningsoppdrift ikke har vært tenkt for annet enn hjelpeforflytting ved saktere fart.

Foreliggende oppfinnelse tar sikte på en presentasjon av et overf latef artøy av den omtalte type, men hvor skrogets/skrogenes form er perfeksjonert slik at det oppnås optimale ytelser og driftsforhold både når luftputeprinsippet og det ordinære oppdriftsprinsipp benyttes.

Det foreslås likeledes å sørge for fartøyets fremdrift ved hjelp av et hydrojetanlegg når luftputeprinsippet benyttes, og ved hjelp av propeller eller det samme hydrojetanlegg når ordinær seiling skal foregå. Det har vist seg ut fra analyser og forsøk at én og samme form på de to sideskrog samtidig kan gi optimal funksjonering under begge typer seiling.

Oppfinnelsen har således som formål å skaffe tilveie et overflatefartøy av katamarantypen med to sideliggende skrog og innrettet for både å kunne flyte ved fortrengningsoppdrift og ved luftputeoppdrift, omfattende en sentral bro som forbinder de to skrog som sammen med to lukkeinnretninger avgrenser en sentral luftflytepute og hvert omfatter et bunnstokksegment, en innvendig sidevegg som er vendt mot flyteputen, og en ytre sidevegg, og hvor hvert bunnstokksegment i tverretningen utover er skrådd oppover i forhold til horisontalen slik at det dannes en spiss bunnstokkvinkel, og hvor fartøyet særlig er kjennetegnet ved at en bunnstokkvinkel fra skrogets akterende og fremover gradvis inntil bunnstokksegmentets tverrsnittsprofil helt forut danner en dyp V, at den innvendige sidevegg i sitt øvre sentrale parti danner en utvidelse, og at den ytre sidevegg fra akterenden og fremover gradvis endres fra å være konkavt buet til å være plan.

Anvendt som luftputefartøy samvirker de to sideskrog på effektiv måte, og forbindelsen mellom bunnstokksegmentet og den indre sidevegg av hvert skrog avgrenser en kjøllinje som er hovedsakelig rettlinjet. Neddykkingsdybden av den indre sidevegg langs denne kjøllinje må ved seiling som luftputefartøy alltid være av en viss størrelse for å sikre sideveis tetning for luftputen. Fartøyet får en amning som tilsvarer den normale hastighet, og neddykkingsdybden søkes holdt hovedsakelig konstant.

Det er følgelig bare en begrenset del av sideskrogene som holdes neddykket under luftputedriften. Luften slipper kun ut fra luftputen under de nederste partier av lukkeinnretningene, og ikke under kjøllinjene. Det er for øvrig viktig å merke seg at formen av den del av skroget som avgrenses av bunnstokksegmentet tilnærmet har form av en hyperbolsk paraboloide. Av denne grunn påvirkes ikke fartøyets amning av variasjoner i det dynamiske trykk som virker på flaten. Det er ansett som velkjent at resultantkraften som forårsakes av et strømningstrykk mot en slik flate, virker mot ett og samme punkt tilnærmet uavhengig av hvor strømningspåtrykket skjer. Sagt på en annen måte er konstruksjonens amning ikke påvirket av endringer i det dynamiske trykk som virker mot bunnstokkens flate, når denne flate anses som det geometriske sted for bunnstokksegmentene.

Endelig kan påtrykksstedet for de siderettede resul-terende krefter (det effektive avdriftssentrum) holdes under kontroll og innstilles ved å bestemme løftingen av bunnstokksegmentet på en fastlagt måte.

Bunnstokksegmentet bør ved fartøyets akterparti ha en tilstrekkelig tverrbredde til at det kan anordnes utløpsåpninger for hydrojetsystemer.

Det skal bemerkes at den vertikale neddykkingsdybde for den ytre sidevegg ved fartøyets akterende og over forbindelsen mellom bunnstokksegmentet og den indre skillevegg, men under en flyteputevannlinje (Fs), er tilnærmet lik neddykkingsdybden a i vertikal retning for den indre sidevegg. Dette er hensiktsmessig for å unngå inntak av luft i hydrojetåpningene.

Ifølge et annet karakteristisk trekk ved oppfinnelsen, er det fremre parti av slingrekjølene både tilspisset og oppløftet for å lette pløyingen i vannet.

Når det gjelder den ordinære oppdriftsmodus ifølge Archimedes' prinsipp, er den form som er valgt for sideskrogene ikke mindre effektiv. Den ytre sidevegg strekker seg særlig forut og akter i høyden for å danne konstruksjonsvolumer som sikrer en hydrostatisk returbevegelse overfor rulling og duving,. Den indre sidevegg er tilnærmet vertikal og plan forut og akter i fartøyet. Mellom disse to ytterender er denne sideveggs øvre parti utbuet mot sentrum av sideskrogene, og dette gir følgelig en tilsvarende indre utvidelse av skroget. Disse ekstra volumer gir en langsgående trimming av fartøyet uten ballast, hovedsakelig den samme for de to oppdriftsprinsipper, og forbedrede egenskaper når det gjelder den hydrostatiske tilbakerulling og -duving som omtalt ovenfor.

Den konkave form av den ytre sidevegg ved akterenden av fartøyet tillater installasjon av en propell for fremdrift når fartøyet går med ordinær oppdrift.

Det er for øvrig vesentlig å merke seg at utvidelsen av skrogene gir mulighet for å sikre bæreevne for fartøyet ved fortrengningsoppdrift uten at fartøyet synker for mye ned i vannet. M.a.o. muliggjør disse omtalte volumer at den vertikale avstand mellom Archimedes-vannlinjen (FA) og luftputevannlinjen (FS) kan holdes minst mulig. Et slikt trekk har effekten av å redusere bølgestøtene mot den sentrale bro.

Endelig gir disse tilleggsvolumer bedre mulighet for forbindelse mellom skrogene.

De egenskaper som er nevnt ovenfor, virker sammen for å gi fartøyet ifølge oppfinnelsen en optimalisert oppførsel for begge oppdriftstyper, særlig ved fortrengningsoppdrift hvorved fartøyet får stor fleksibilitet.

Ytterligere karakteristiske trekk og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå av den etterfølgende beskrivelse som støtter seg til de ledsagende tegninger som viser en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen, og hvor fig. 1 er et perspektivriss sett bakfra av et overflatefartøy i henhold til oppfinnelsen, fig. 2 viser i et tilsvarende perspektivriss som fig. 1 fartøyets to sideskrog, mens samtlige øvrige deler av fartøyet er utelatt, fig. 3 viser et riss av fartøyets styrbord skrog sett akterifra, fig. 4 viser et skjematisk oppriss av fartøyet, fig. 4a viser et sideriss av styrbord skrog med flere tverrsnitt indikert for å vise tverrsnittets utvikling langs fartøyet fra akterenden til baugen, og fig. 4b viser et skjematisk riss av babords skrog sett ovenfra.

Fig. 1 viser således hovedkonstruksjonen av fartøyet ifølge oppfinnelsen. Det omfatter i alt vesentlig to sideskrog 100, forbundet med og via en sentral konstruksjon som fortrinns-vis har form av en sentral bro og i det følgende blir benevnt som dette. Konstruksjonen eller broen har fått henvisningstallet 200. Broen er fast forbundet med hver av de to sideskrog 100. Selve brokonstruksjonen hører egentlig ikke til den foreliggende oppfinnelse, det skal imidlertid vises til det parallelle patentskrift NO 861356, bevilget til norsk patent nr. 169 162.

På kjent måte samvirker de to skrog 100 med en fremre 310 og en bakre lukkeinnretning 320 (se fig. 4) for under broen 200 å avgrense et sentralt rom C som danner en flytepute når rommet tilføres trykkluft fra en generator. Luften kan bare unnslippe under lukkeinnretningene i soner 310a og 320 i disse.

Lukkeinnretningene 310 og 320 er av hevbar type, slik at fartøyet ifølge oppfinnelsen både kan seile med oppdrift fra flyteputen og med oppdrift ved fortrengning ved hjelp av de to skrog 100.

Når det gjelder løfteinnretningene, kan det vises til våre to tilsvarende patentpublikasjoner: "Navire å quilles latérales å effet de surface muni d'une fermeture avant, perfectionnée de coussin de sustentation", FR 84-17168, for den fremre lukkeinnretning, og "Navire å effet de surface å quilles latérales comportant des moyens de sustentation perfectionnée", FR 84-17169, for den bakre lukkeinnretning.

Som omtalt er problemet som oppfinnelsen tar sikte på å løse, å optimalisere formen av sideskrogene 100 for på den måte å oppnå optimale driftsegenskaper ved begge typer oppdrift.

De to skrog 100 har symmetrisk form i forhold til et sentralt, langsgående vertikalplan. De forskjellige elementer som således ligger symmetrisk i de to kjøler, har på figurene samme henvisningstall.

Generelt har hvert sideskrog hovedsakelig et bunn-eller bunnstokksegment 110, en innvendig 120 og en ytre sidevegg 130, samt et øvre horisontalt segment 140. I det viste eksempel forbinder en vertikal kant 150 det øvre segment 140 med den ytre sidevegg 130.

Spesielt karakteristisk for oppfinnelsen er bunnstokksegmentets 110 profil og formen på den indre og ytre sidevegg 120 hhv. 130, idet både profilen og sideveggenes former gradvis endres på karakteristisk måte langs skrogets utstrekning.

Som det særlig fremgår av fig. 2, 3 og 4a, er bunnstokksegmentet 110 rettlinjet og skrår en vinkel 6 i forhold til horisontalplanet, og denne vinkel 6 varierer fra et tyvetalls grader ved skipets akterende mot et sekstitalls grader ved baugen hvor sideskroget begynner sin tilspissing. Fig. 4a viser særlig godt denne gradvise profilendring, da det er vist seks tverrsnitt av skroget, hhv. Sl - S6 regnet fra akter og mot baugen, idet seksjonen Sl dessuten gjenfinnes på fig. 3 hvor kjølen er sett bakfra.

Med en slik variasjon bestemmer bunnstokksegmentet 110 akterifra og fremover en flate som forløper som en hyperbolsk paraboloide. Forbindelsen mellom bunnstokksegmentet 110 og den indre sidevegg 120 følger en kjøllinje 160 som er hovedsakelig rettlinjet og horisontal under fartøyets ordinære oppdrift, mens den skrår svakt under flyteputedriften. Forbindelsen mellom bunnstokksegmentet 110 og den ytre sidevegg 130 danner en hovedsakelig rett linje 161 som stiger svakt fra aktersiden og fremover i forhold til kjøllinjen 160.

Fig. 2 og 3 viser videre hvordan skrogene 100 er utformet på sine motstående sider, idet deres innvendige sidevegg 120 ved midten er buet konvekst og danner en utvidelse 170 med

sideflate 121.

Som særlig vist på fig. 3 ligger fartøyets såkalte Archimedesvannlinje FA omtrent halvveis oppe på sideskroget 100.

Under flyteputedrift er det den sentrale flytepute C som holder fartøyet oppe, og det dannes derved en flyteputevannlinje FS, såvel som en indre vannlinje NC på innersiden av den indre sidevegg 120, idet flyteputen C presser vannet vekk, som vist på fig. 3 og 4.

De former som således er benyttet for de to skrog 100, er slike som muliggjør en optimalisering av fartøyets flyte- og seileegenskaper i hver av de to oppdriftsmodi, som man vil forstå bedre av det etterfølgende.

Under luftputeflyting er sideskrogene 100 svært lite neddykket. Som det fremgår av fig. 3 er neddykkingsdybden akter hovedsakelig den samme, nemlig a for både den indre sidevegg i forhold til vannlinjen NC og for den ytre sidevegg i forhold til luftputevannlinjen FS. Den horisontale bredde L av bunnstokksegmentet 110 er relativt stor akterut, som vist på fig. 3, men denne bredde reduseres gradvis fremover. Som vist på fig. 4, ligger vannlinjen NC på luftputesiden hovedsakelig parallelt med kjøllinjen 160, og dette betyr at neddykkingsdybden 1 for den indre sidevegg 120 langs luftputen C holdes tilnærmet konstant langs hele fartøyets lengde.

Slike kjølformer og slike neddykkingsbetingelser for flyteputeanvendelsen gir visse fordeler.

Først og fremst kan hydrojetanlegg for kortløpsfrein-drift, antydet med hydro jet åpningen 180 på fig. 2 og 3, anordnes i det parti av sideskroget som ligger helt akterut og i det laveste parti under vannlinjen FS. Vanninntaket for tilførsel av vann til dette hydrojetanlegg befinner seg også under denne vannlinje.

Som allerede omtalt, avgrenser de fremre og bakre lukkeinnretninger 310 og 320 selve flyteputen C slik at denne blir liggende i de soner av sideskrogene 100 hvor den indre sidevegg er hovedsakelig vertikal. Anordnet på denne måte, lettes en vertikal bevegelse av lukkeinnretningene og samtidig gjøres overgangen mellom flyteputemodus hvor lukkeinnretningene er neddykket, og modusen ifølge Archimedes' prinsipp hvor de er hevet, lett å utføre.

Den ytre sidevegg 130 endres fra akterenden og fremover, ved å følge en konkav kurve som danner en uthuling som vist på fig. 2, og kurven går gradvis over til en plan flate som er synlig på de skraverte tverrsnitt S4 og S5 vist på fig. 4a.

I fartøyets akterende har den ytre sidevegg 130 på hvert skrog 100 en uthuling hvor drivpropellen 400 befinner seg under Archimedes-vannlinjen FA. Det er fordelaktig at drivpropellen 400 kan tas opp. I denne forbindelse skal det vises til vår franske patentsøknad 84-15755 "Systéme de relevage d'une hélice de propulsion marine pour navire å effet de surface å quilles latérales".

Den gradvise endring av slingrekjølenes form fra fartøyets akterende og fremover, muliggjør oppnåelsen av et optimalt kompromiss som samtidig gir ypperlige fremdriftsegen-skaper for fartøyet i modus luftputeoppdrift og i modus ordinær oppdrift. For å angi et eksempel for et slikt fartøy av den omtalte type, vil man kunne nå en hastighet i størrelsesorden 50 knop i f lyteputemodus og da med fremdrift av hydro jet for en båt med 80 m lengde, og en hastighet av 20 knop i den ordinære modus, ved propellfremdrift.

Claims (4)

1. Overflatefartøy av katamarantypen med to sideliggende skrog (100) og innrettet for både å kunne flyte ved fortrengningsoppdrift og ved luftputeoppdrift, omfattende en sentral bro

(200) som forbinder de to skrog (100) som sammen med to lukkeinnretninger (310, 320) avgrenser en sentral luftflytepute (C) og hvert omfatter et bunnstokksegment (110), en innvendig sidevegg (120) som er vendt mot flyteputen (C), og en ytre sidevegg (130), og hvor hvert bunnstokksegment (110) i tverretningen utover er skrådd oppover i forhold til horisontalen slik at det dannes en spiss bunnstokkvinkel (6), KARAKTERISERT VED at bunnstokkvinkelen (6) fra skrogets (100) akterende og fremover gradvis øker inntil bunnstokksegmentets (110) tverrsnittsprofil helt forut danner en dyp V, at den innvendige sidevegg (120) i sitt øvre sentrale parti danner en utvidelse (170), og at den ytre sidevegg (130) fra akterenden og fremover gradvis endres fra å være konkavt buet til å være plan.

2. Overflatefartøy ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at bunnstokksegmentene (110) fra akterenden og fremover avgrenser en flate som følger en hyperbolsk paraboloide.

3. Overflatefartøy ifølge ett av kravene 1-2, KARAKTERISERT VED hevbare lukkeinnretninger (310, 320) ved akterende og baug, der den innvendige sidevegg (120) på hvert skrog (100) danner en hovedsakelig vertikal flate.

4. Overflatefartøy ifølge ett av kravene 1 - 3, KARAKTERISERT VED at det fremre, nedre parti (190) av hvert skrog (100) er tilspisset med form som et knivblad.