NO20141389A1

NO20141389A1 - Skrog for et fartøy

Info

Publication number: NO20141389A1
Application number: NO20141389A
Authority: NO
Inventors: Ivan Nilsen
Original assignee: Ivan Nilsen
Priority date: 2014-11-19
Filing date: 2014-11-19
Publication date: 2016-04-11
Also published as: US20170327186A1; NO337409B1; WO2016080842A1

Description

SKROG FOR ET FARTØY

Denne oppfinnelsen vedrører et skrog for et fartøy. Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen et skrog omfattende et langstrakt, skrueformet legeme roterbart koblet til fartøyet.

Ved utforming av skrog for vanngående fartøy, for eksempel båtskrog, er det ønskelig at skroget framviser så liten bevegelsesmotstand som mulig mot omkringliggende vannmasser. Ved bevegelse av et båtskrog i vann, er det to hovedkilder til motstand; friksjonsmotstand og bølgemotstand. Friksjonsmotstanden oppstår ved kontakt mellom vann og skrogets overflate. Ved skroget vil det eksistere et sjikt av vann. Vann som befinner seg i umiddelbart nærhet av skroget vil bli dratt sammen med skroget i skrogets bevegelsesretning. Vann som befinner seg i en lengre avstand fra skroget, for eksempel flere meter fra skroget vil ikke følge skrogets bevegelse. Sjiktet av vann som i større eller mindre grad følger båtens bevegelse kalles grensesjiktet. Motstanden det medfører å «dra med» dette sjiktet av vann utgjør friksjonsmotstanden. En annen kilde til motstand er bølgemotstand. Bølgemotstanden er som regel hovedkil-den til bevegelsesmotstanden ved vanngående fartøy. Bølgemotstanden er knyttet til energien som behøves for å skyve bort vann ved bevegelse av skroget, og til interak-sjonen mellom bølger som blir dannet ved skroget. Interferensmønstre mellom bølger dannet av skrogets baugparti og akterparti er spesielt avgjørende for bølgemotstan-dens størrelse.

Jo større den totale bevegelsesmotstanden er, jo mer energi trengs for å drive et vanngående fartøy fremover. Ved reduksjon av bevegelsesmotstanden vil det kunne brukes mindre drivstoff for fremdrift ved en bestemt hastighet. Redusert bevegelsesmotstand vil også resultere i reduserte drivstoffutgifter og reduserte utslipp til miljøet.

Det er således behov for nye typer skrog som reduserer bevegelsesmotstanden i vann ved at skrogets utforming reduserer friksjonsmotstanden og/eller bølgemotstanden.

Følgende patentskrifter beskriver fartøyer med skrog som kan anses som relevant, kjent teknikk overfor den foreliggende oppfinnelse: - GB 11699030 A; - US 3426721 A; og - US 3233574 A.

Felles for disse patentskriftene er at de beskriver vanngående fartøyer med skrog omfattende langstrakte, skrueformede legemer som behjelper fremdriften av fartøyet. Ett eller flere av de fremlagte skrueformede, langstrakte legemene er utformet med flen-ser og/eller sirkulære partier som øker både rotasjons- og fremdriftsmotstand for skroget.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller å redusere i det minste én av ulempene ved kjent teknikk, eller i det minste å skaffe til veie et nyttig alternativ til kjent teknikk.

Formålet oppnås ved trekk som er angitt i nedenstående beskrivelse og i etterfølgende patentkrav.

Oppfinnelsen er definert av de selvstendige patentkravene. De uselvstendige kravene definerer fordelaktige utførelser av oppfinnelsen.

I et først aspekt vedrører oppfinnelsen et skrog for et fartøy, hvor skroget omfatter et langstrakt legeme roterbart koblet til fartøyet og omfattende et første endeparti og et andre endeparti, hvor det langstrakte legemets lengdeakse i det vesentlige sammenfaller med fartøyets lengdeakse, og hvor det langstrakte legemet, i det minste i et parti, er utformet med skrueform, kjennetegnet ved at det langstrakte legemets skrueformede parti er tilveiebragt med et stjerneformet tverrsnitt.

Det skal forstås at skroget kan omfatte én eller flere langstrakte skrueformede legemer. Videre kan stjerneformen være ikke-regulær, idet de to sidene som utgjør en tagg i stjernen kan ha ulik lengde. Én eller begge sidene som utgjør en tagg i stjernen kan også være buet. Dette vil kunne være fordelaktig for å redusere motstanden til det langstrakte legemet når det beveger seg i vannmassene.

Den forliggende søker har ved hjelp av modelleringer og eksperimentelle tester kom-met frem til at et stjerneformet tverrsnitt på det langstrakte legemet gir en spesielt lav rotasjons- og fremdriftsmotstand for fartøyet samtidig som det langstrakte legemet kan bidra til oppdrift av fartøyet.

I én utførelsesform kan det stjerneformede tverrsnittet være tilveiebragt med tre eller flere tagger, fortrinnsvis med fire eller flere tagger og spesielt fortrinnsvis med fem eller flere tagger. Flere tagger vil kunne gi bedre oppdrift ved samme diameter på det langstrakte legemet, og i fordelaktige utførelsesformer kan det langstrakte, skruefor mede legemet være utformet med tverrsnitt av en stjerne med fem eller flere tagger. Den forliggende søker har utført vellykkede tester med langstrakte, skrueformede legemer med tverrsnitt av stjerner med så mange som tolv tagger.

I én utførelsesform kan fartøyet utgjøres av et vanngående fartøy. Det skal allikevel forstås at den foreliggende oppfinnelse ikke begrenses til vanngående fartøy, men også kan tenkes benyttet på andre typer fartøyer, så som luftskift og fartøyer som beveger seg i snø eller på is.

I én utførelsesform kan det langstrakte legemet være et oppdriftslegeme. Det langstrakte legemet vil således kunne bidra til fartøyets oppdrift. Det langstrakte legemet kan, i enkelte utførelsesformer bidra med en vesentlig del av fartøyets oppdrift. Det kan således være en fordel om det langstrakte legemet er hult, i det minste i et parti.

I andre utførelsesformer kan andre deler av skroget bidra med mer oppdrift. Det skal også forstås at det langstrakte legemet kan være et oppdriftslegeme selv om det ikke er hult, idet det langstrakte legemet kan være tilveiebragt i et material med lavere massetetthet enn vann, slik som for eksempel ekstrudert polystyren, ekspandert polystyren eller andre porøse polymermaterialer. Polymermaterialet kan igjen dekkes av et komposittmateriale, som for eksempel en glassfiberkompositt slik at det tildannes en hard ytre kappe omkring den porøse kjernen.

I én utførelsesform kan det langstrakte legemet være forsynt med skott. Det langstrakte legemet vil således kunne opprettholde en viss oppdrift selv om ett eller flere av skottene tar inn vann. Videre kan ett eller flere av skottene være rotasjonsopplagret omkring det langstrakte legemets lengdeakse, idet rotasjonsopplagrede skott vil kunne være innrettet til ikke å følge det langstrakte legemets rotasjon, hvorved rotasjonsopplagrede skott kan benyttes til oppbevaringsrom for last og passasjerer så vel som for kraftforsyning og motorer.

I en fordelaktig utførelsesform kan det langstrakte legemets skrueformede parti omfatte i det vesentlige hele det langstrakte legemets lengde. Ovennevnte fordeler med det stjerneformede tverrsnittet vil således kunne utnyttes til det fulle.

I én utførelsesform kan det skrueformede partiets gjengestigning være i det minste en kvart omdreining over skruepartiets lengde. Tester har blant annet vist at en gjengestigning på omkring en halv omdreining over det skrueformede partiets lengde har gitt gode resultater.

I én utførelsesform kan skroget videre omfatte en bremseanordning innrettet til å kunne bremse det langstrakte legemets rotasjon. Dette vil kunne gi en mer kontrollert drift og enklere styring og navigering av fartøyet. Det vil typisk være én eller flere bremseanordninger kjent innen faget, som for eksempel friksjonsbremser eller mag-netiske eller elektromagnetiske bremser. Bremsemekanismen kan også utgjøres av en aktiv brems som sørger for reversering av rotasjonsretningen til det langstrakte legemet.

I én utførelsesform kan langstrakte legemet være utformet med en flerhet åpninger

fluidmessig tilkoblet et kompresjonselement. Kompresjonselementet kan for eksempel være anbragt på fartøyet eller i et rotasjonsopplagret skott i det langstrakte legemet. Kompresjonselementet og åpningene kan benyttes til å blåse ut luft, eller eventuelt et annet fluid med lavere tetthet enn vann, ved det langstrakte skrueformede legemet, for å redusere trykket og derved friksjonen på det langstrakte legemet. I en spesielt fordelaktig utførelsesform kan komprimert luft blåses ut av åpninger/dyser på lavtrykkssiden i skruesporene mens det langstrakte legemet roterer.

I én fordelaktig utførelsesform kan det langstrakte legemet være aktivt roterbart koblet til fartøyet. Det innebærer at det langstrakte legemet fungerer som et fremdriftsmiddel for fartøyet. Det langstrakte legemet vil såldes måtte være koblet til en motor som sørger for rotasjon. Det langstrakte legemet kan være fartøyets eneste fremdriftsmiddel eller det langstrakte legemet kan benyttes i kombinasjon med andre, kjente fremdriftsmidler som propeller, turbiner, vannjeter, luftpropeller eller jetmoto-rer. Modelleringer utført av den foreliggende søker tyder på at ovennevnte positive effekter ved et stjerneformet tverrsnitt er størst ved aktiv drift av det langstrakte legemet.

I en alternativ utførelsesform kan det langstrakte legemet være passivt roterbart koblet til fartøyet. Det vil at fartøyet er forsynt med et alternativt fremdriftsmiddel, og hvor det langstrakte legemet bare roterer passivt med mens fartøyet beveger seg i vannmassene.

Det beskrives også en fremgangsmåte for å underlette framdriften av et fartøy, der fremgangsmåten omfatter å forsyne fartøyet med et skrog i henhold til oppfinnelsens første aspekt, og å drive fartøyet ved hjelp av det langstrakte, skrueformede legemet.

I et andre aspekt vedrører oppfinnelsen anvendelse av et langstrakt, skrueformet legeme med stjerneformet tverrsnitt til å redusere fremdriftsmotstanden til et fartøy.

I det etterfølgende beskrives et eksempel på én foretrukket utførelsesform som er anskueliggjort på medfølgende figurer, hvor:

Fig. 1 viser, sett fra siden, et fartøy omfattende et skrog i henhold til den foreliggende oppfinnelse; Fig. 2 viser, sett i perspektiv, fartøyet fra Fig. 1; Fig. 3 viser, sett i perspektiv, et langstrakt legeme som benyttet i et skrog i henhold til den foreliggende oppfinnelse; Fig. 4 viser, sett ovenfra, det langstrakte legemet fra Fig. 4; Fig. 5A-C viser i ulike mulige snitt av et langstrakt legeme som benyttet i et skrog i

henhold til den forliggende oppfinnelse;

Fig. 6A-D viser ulike mulig snitt av et langstrakt legeme som benyttet i et skrog i

henhold til den foreliggende oppfinnelse;

Fig. 7 viser et tverrsnitt av det langstrakte legemet fra Fig. 4; og

Fig. 8 viser et alternativt tverrsnitt av et langstrakt legeme som benyttet i et

skrog i henhold til den foreliggende oppfinnelse.

Figurene er vist forenklet og skjematisk, og detaljer som ikke er vesentlige for å frem-heve det nye ved oppfinnelsen kan være utelatt fra figurene. Ulike elementer i figurene er ikke nødvendigvis vist i korrekt målestokk i forhold til hverandre. Like eller tilsvarende elementer vil bli angitt med samme henvisningstall i figurene.

Posisjonsangivelser som for eksempel «over», «under», «ovenfor», «nedenfor», «høy-re» og «venstre» gjenspeiler den plassering som er vist på figurene.

I det følgende angir henvisningstallet 1 et skrog for et fartøy 10 i henhold til oppfinnelsen.

Figur 1 og 2 viser et fartøy 10 omfattende et skrog 1 i henhold til oppfinnelsen. Skroget 1 omfatter fire langstrakte legemer 3 med et første endeparti 31 og et andre endeparti 33 og en lengde LI, som indikert på Figur 3. De langstrakte legemene 3 ut-gjør en del av fartøyets 10 skrog 1. En ikke vist kompressor er fluidmessig koblet til de langstrakte legemene 3 via en rørforbindelse 37, hvorved komprimert luft kan blåses ut fra åpninger 39 i det langstrakte legemet 3 slik det vil bli beskrevet med hen-visning til Figur 7 i det etterfølgende. De langstrakte legemene 3 er roterbart opplag-ret i føringer 11 langs skrogets 1 lengde. Selve opplagringsmekanismen, som typisk vil omfatte et lager, er ikke vist i detalj på figurene. På skrogets 1 dekk er fartøyet 10 videre forsynt med et overbygg 21, som er vist forenklet og skjematisk på figurene. De langstrakte legemene 3 drives av ikke viste motorer, som fortrinnsvis kan være anbragt i fartøyets 10 overbygg 21. Kraft fra motoren til rotasjon av de langstrakte legemene 3 kan for eksempel overføres ved hjelp av ikke viste kjeder som strekker seg rundt opplagringen i føringene 11. Alternativt kan kraft overføres via ulike tann-hjulsammenstillinger.

Figur 3 og 4 viser et eksempel på et langstrakt, skrueformet legeme 3 som er en del av et skrog 1 i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Det langstrakte legemet 3 er utformet med skrueform med smalnede endepartier 31, 33. Det langstrakte legemet 3 er videre utformet med fem gjengspor 35, noe som gir det langstrakte legemet 3 et tverrsnitt med form av en fem-tagget stjerne, slik som vist i Figur 7, der Figur 7 er et tverrsnitt sett gjennom linjen A-A som indikert på Figur 4. Det langstrakte legemets 1 gjengestigning er på Figur 4 vist som noe over en hel omdreining over anordningens lengde LI. I alternative utførelsesformer kan gjengestigningen være noe mindre, for eksempel en halv omdreining eller mindre, per lengde av det langstrakte legemet 3. Gjengestigningen kan tenkes tilpasset og optimalisert avhengig i forhold til et fartøys 10 ønskede framdriftshastighet. Det kan tenkes at en mindre gjengestigning, for eksempel ned til en kvart omdreining eller mindre, vil være å foretrekke ved høyere framdriftshastigheter av fartøyet 10.

Det langstrakte legemet 3 er i figurene vist som en sammenhengende enhet, men det skal forstås av oppfinnelsen at det langstrakte legemet 3 kan tildannes av flere sam-menføyde deler. Figurene 5A-5C viser snitt gjennom tenkte, ikke viste langstrakte legemer 3 med alternative tverrsnittsformer, her vist som henholdsvis seks-, fire- og tretaggede stjerner. Figurene 6A-D viser ulike tverrsnitt av tenkte, ikke viste langstrakte legemer 3 forsynt med skott 15. Derved oppnås at langstrakte legemets 3 oppdrift opprettholdes selv om ett eller flere skott 15 tar inn vann. De langstrakte legemene 3 vist i Figurene 6A-6B kan for eksempel utgjøres av en sammenstilling av sammenføyde metallplater. Det kan ytterligere tenkes at det sirkulære skottet 15 som vist i figur 6B kan rotasjonsopp-lagres omkring det langstrakte legemets lengdeakse Al. Derved oppnås at skottet 15 ikke vil følge det langstrakte legemets rotasjon, og skottet 15 kan derved tenkes innrettet som et lasterom, passasjerkabin eller som et rom som kan huse kraftforsyning-senheter og/eller motorer. Det kan videre tenkes at det langstrakte legemet 3 kan være delt langs sin lengdeakse Al slik at det langstrakte legemet 3 vil kunne åpnes

for å oppnå tilgang til i det minste ett av de rotasjonsopplagrede skottene 15.

Det indikeres i figurene 5A-C og figur 6A-D at det langstrakte legemet er hult, men det skal forstås fra oppfinnelsen at det langstrakte legemet 3 kan utgjøres av ethvert materiale som kan besørge den nødvendige oppdriften av fartøyet 10 som nevnt ovenfor. Figur 7 viser et tverrsnitt av det langstrakte legemet 3 som vist på Figurene 3 og 4, sett gjennom linjene A-A i Figur 4. Den sentrale kanalen 37 er en forlengelse av luft-kanalen 37 som vist på Figurene 1 og 2, og kobler en ikke vist luftkompressor til åpninger/dyser 39 i det langstrakte legemets 3 overflate. Gjennom åpningene 39 vil det kunne blåses ut komprimert luft som bidrar til å redusere friksjonsmotstanden til det langstrakte legemet 3 når det roterer og beveger seg i vannmassene. Det langstrakte legemets 3 rotasjonsretning er indikert med en pil på figuren. Ved rotasjon dannes det en høytrykksside Hp og en lavtrykksside Lp ved hver av taggene i det langstrakte legemets stjerneformede tverrsnitt. Modelleringer utført av den foreliggende søker har vist at utblåsing av komprimert luften under drift vil kunne redusere friksjonsmotstanden i vesentlig grad. I det følgende blir det beskrevet et utførelseseksempel der den motstandsreduserende effekten av anordningen framgår. Figur 8 viser et tverrsnitt av et langstrakt legeme 3 med en alternativ, ikke-regulær stjerneform. Som det kan ses av figuren, har hver av de fire taggene bli formet slik at høytrykkssiden Hp er kort og rett, mens lavtrykkssiden Lp har blitt forlenget og buet. Det langstrakte legemets rotasjonsretning er indikert med en pil på figuren. I en ikke vist, alternativ utførelsesform kan lavtrykkssiden Lp av hver tagg være rett i stedet for buet. Kanalen 37 og åpninger 39 for utblåsing av luft på lavstrykkssiden Lp er også indikert i figuren.

I en vannbane på 8,28 m i lengde ble det anbrakt to plastmodeller av henholdsvis et fartøy i henhold til oppfinnelsen (testmodellen) og en modell av et fartøy med et vanlig båtskrog (referansemodellen). Begge fartøyene var laget ved hjelp av tredimensjo-nal utskrift og ble framstilt av et plastmateriale. Testmodellen var utformet som vist i figur 3 og forsynt med to skrueskrog i henhold til oppfinnelsen. Testmodellen var ikke forsynt med framdriftsmidler 23, slik som det er vist i figur 3. Skrueskrogene på testmodellen var kulelagret opphengt i sine endepartier.

Testmodellen og referansemodellen veide henholdsvis 300 gram og 298 gram.

For å trekke modellene i vannbanen, ble modellene fastgjort til en snor i sine baugpar-tier. Snoren ble i sin andre ende fastgjort til et lodd og anbrakt i et trinsesystem. En trekkraft ble overført til modellene ved å slippe loddet fra en høyde på 8,28 m over bakken. Det ble benyttet lodd med to ulike vekter i de ulike testseriene. Vektene var på henholdsvis 214 gram og 499 gram.

I en første test ble skrueskrogene anbrakt slik at rotasjonsretningene på begge skrueskrogene vendte inn mot fartøyet. Loddet som ble benyttet veide 214 gram. Det ble utført to parallelle eksperimenter der tiden som modellene brukte på å tilbakelegge avstanden på 8,28 meter ble målt.

Test 1:

Eksperiment 1.1: Testmodell 4,63 sek., Referansemodell, 6,30 sek.

Eksperiment 1.2: Testmodell 4,87 sek., Referansemodell, 6,27 sek.

I en andre test ble tilsvarende testoppsett som i test 1 benyttet, men skrueskrogene var anbrakt med en rotasjonsretning vendt bort fra fartøyet. Det ble utført fire parallelle eksperimenter.

Test 2:

Eksperiment 2.1: Testmodell 4,40 sek., Referansemodell, 6,37 sek.

Eksperiment 2.2: Testmodell 4,43 sek., Referansemodell, 6,43 sek.

Eksperiment 2.3: Testmodell 4,23 sek., Referansemodell, 6,20 sek.

Eksperiment 2.4: Testmodell 4,32 sek., Referansemodell, 6,33 sek.

I en tredje test, ble tilsvarende testoppsett som i test 2 benyttet, men vekten på loddet var 499 gram. Det ble utført fire parallelle eksperimenter.

Test 3:

Eksperiment 3.1: Testmodell 2,27 sek., Referansemodell, 5,07 sek.

Eksperiment 3.2: Testmodell 2,16 sek., Referansemodell, 4,97 sek.

Eksperiment 3.3: Testmodell 2,09 sek., Referansemodell, 4,96 sek.

Det ble konkludert fra de eksperimentelle resultatene at testmodellen med skrueskrog utviste en betydelig mindre bevegelsesmotstand enn referansemodellen som var forsynt med et vanlig båtskrog. Det ble også observert at bølgedannelsen ved bevegelse av modellen med skrueskrog var betydelig mindre enn ved bevegelse av referansemodellen.

Det er ikke kjent hva som er den nøyaktige mekanismen bak den reduserte fram- drifts motstanden, men det kan tenkes at både friksjonsmotstanden og bølgemotstan-den ved bruk av skrueskrog er vesentlig lavere enn ved bruk av tradisjonelle båtskrog. Det har således blitt vist en overraskende effekt av anordningen i henhold til oppfinnelsen.

Claims

1. Skrog (1) for et fartøy (10), hvor skroget omfatter et langstrakt legeme (3) roterbart koblet til fartøyet (10) og omfattende et første endeparti (31) og et andre endeparti (33), hvor det langstrakte legemets (3) lengdeakse (Al) i det vesentlige sammenfaller med fartøyets (10) lengdeakse, og hvor det langstrakte legemet (3), i det minste i et parti, er utformet med skrueform,karakterisert vedat det langstrakte legemets (3) skrueformede parti er tilveiebragt med et stjerneformet tverrsnitt.

2. Skrog (1) i henhold til krav 1, hvor nevnte stjerneformede tverrsnitt er tilveiebragt med tre eller flere tagger, fortrinnsvis med fire eller flere tagger og spesielt fortrinnsvis med fem eller flere tagger.

3. Skrog (1) i henhold til krav 1 eller 2, hvor fartøyet (10) utgjøres av et vanngående fartøy.

4. Skrog (1) i henhold til hvilket som helst av de foregående krav, hvor det langstrakte legemet (3) er et oppdriftslegeme.

5. Skrog (1) i henhold til hvilket som helst av de foregående krav, hvor det langstrakte legemet (3) er hult.

6. Skrog (1) i henhold til hvilket som helst av de foregående krav, hvor det langstrakte legemet (3) er forsynt med skott (15).

7. Skrog (1) i henhold til krav 6, hvor i det minste ett av skottene (15) er rotasjonsopplagret omkring det langstrakte legemets (3) lengdeakse (Al).

8. Skrog (1) i henhold til hvilket som helst av de foregående krav, hvor det langstrakte legemets (3) skrueformede parti omfatter i det vesentlige hele det langstrakte legemets lengde (LI).

9. Skrog (1) i henhold til hvilket som helst av de foregående krav, hvor det skrueformede partiets gjengestigning er i det minste en kvart omdreining over skruepartiets lengde (LI).

10. Skrog (1) i henhold til hvilket som helst av de foregående krav, hvor det langstrakte legemet (3) er forsynt med en bremseanordning.

11. Skrog (1) i henhold til hvilket som helst av de foregående krav, hvor det langstrakte legemet (3) er utformet med en flerhet åpninger (39) fluidmessig tilkoblet et kompresjonselement.

12. Skrog (1) i henhold til hvilket som helst av de foregående krav, hvor det langstrakte legemet (3) er aktivt roterbart koblet til fartøyet (10), hvorved det langstrakte legemet (3) fungerer som et fremdriftsmiddel for fartøyet (10).

13. Skrog (1) i henhold til hvilket som helst av kravene 1-11, hvor det langstrakte legemet (3) er passivt roterbart koblet til fartøyet (10).

14. Fartøy (10) omfattende et skrog (1) i henhold til krav 1.

15. Anvendelse av et langstrakt, skrueformet legeme (3) med stjerneformet tverrsnitt for å redusere fremdriftsmotstanden til et fartøy (1).