NO309896B1 - Overflateskjærende havgÕende fartøy med markeffekt - Google Patents

Description

Gjenstanden i følge den foreliggende oppfinnelse er et havgående fartøy eller sjøfartøy med et tredelt skrog av trimarantypen.

For tiden er sjøfartøyer av den type som kalles trimaran kjente, og de består av et sett av tre skrog som er plassert med ett i midten og de andre to på hver side med deres lengdeakser pa-rallelt med hverandre, hvilket gjør det mulig å oppnå meget smekre skrogformer med mode-rate totale verdier for slepemotstand ved høy hastighet, ved hjelp av reduksjonen i restmotstand som et resultat av reduksjonen i Froude-tall, i forhold til et skrog med samme fortrengning. Den tverrgående stabilitet som blir uakseptabel for skip med meget smale former, sikres i dette tilfellet ved hjelp av to sideveis skrog som, idet de befinner seg lagt fra det langsgående symetriplan, frembringer vesentlige stabiliserende momenter. Siden trimaraner er fortreng-nings- eller halvfortrengnings-fartøyer, er imidlertid reduksjonen i total slepemotstand relativ fordi reduksjonen i restmotstand ledsages av en økning i laminere (viscous) slepemotstand på grunn av det faktum at ved å dele opp den samlede fortrengning i mer enn et skrog skjer det en økning i den fuktede overflate.

Det er også kjent land- og sjøtransportmidler av den type som kalles WIG (Wing in Ground Effect Vehicles dvs. vinge i markeffekt-transportmidler) som, ved hjelp av egnede fordelte og proposjonerte bæreprofiler, gjør det mulig for transportmiddelsvekt å bli fullstendig båret av aerodynamisk effekt, slik at det frigjør seg fullstendig fra bakken, hvilket gjør at slepemot-standen reduseres sammenlignet med et sjø- eller landtransportmiddel av samme vekt og hastighet fordi, i tilfellet med sjøfartøyet, erstatter aerodynamisk slepemotstand, på grunn av en lufttetthet på 1,29 kg/m<3>, den hydrodynamiske slepemotstand, på grunn av en vanntetthet på 1,026 kg/m<3> [sic] (sjøvann) og, i det hele av en mye høyere verdi. Fartøy hvis løft utelukkende avhenges av de i det foregående nevnte vingeprofiler og som derfor ikke har noen fysisk kontakt med vannoverflaten, fremviser imidlertid de velkjente, hittil uløste problemer som har forhindret utnyttelsen av dem i praksis. Blant disse ulemper er de dominerende den lang-somme respons på manøvreringsorganene i luften, hvilket gjør det ekstremt farlig å fly i kort avstand fra vannoverflaten, noe som er nødvendig for å utnytte markeffekten adekvat (nor-malt en avstand på 5 % mindre enn vingespennet), den dårlige sideveis stabilitet, den lave fremdrivende effekt på grunn av den relativt lave hastighet, selv dersom meget store, tunge og støyende propeller benyttes.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å skape et idémessig nytt fartøy som består av elementer som er karakteristiske for de to i det foregående beskrevne transportmidler men hvor elementene er organisert slik at deres begrensninger, ulemper og defekter elimineres men deres matnytte tas vare på.

WO-patentskrift 93/21060 bekjentgjør et vanngående fartøy med tvillingskrog som omfatter en lasteplattform med vingeprofil og to undervanns skrog som forblir neddykket i vann også ved driftshastigheten og som bidrar til fartøyets løft.

EP-patentskrift A-0.495.722 viser til et havgående fartøy og med stabiliserende finner hvilke frembringer et hydrodynamisk løft som er neglisjerbart i forhold til fortrengningen.

De vesentlige trekk ved det skipsfartøy det gjøres krav på er fremlagt i vedlagte krav 1.

Det havgående fartøy eller skipsfartøy i følge oppfinnelsen har tre skrog, et sentralt hovedskrog og to sideveis hjelpeskrog som bærer en lasteplattform hvilken er dannet som en bæreflate hvilken, i hastighet, genererer tilstrekkelig løft til nærmest fullstendig å bære far-tøyet. Under de tre før nevnte skrog rager det ut tre bukfinner som, når fartøyet når den hastighet ved hvilken det nesten bærer seg selv og dets skrog således ikke lenger er i kontakt med vannet, forblir delvis neddykket og skjærer gjennom den frie overflate, hvilket opprettholder kontakt mellom fartøyet og havet, for å utføre noen for fartøyet typiske funksjoner som i det følgende skal illustreres mer fullstendig.

Dersom man ønsker å beskrive oppfinnelsen mer kortfattet, kunne man si at fartøyet i følge oppfinnelsen er en hybrid som resulterer fra blandingen av en trimaran (treskrogs båt) og et WIG-transportmiddel (Wing in Ground effect vehicle).

Det nye fartøy i følge oppfinnelsen overvinner ulempene med det i det foregående nevnte fartøy som hører til kjent teknikk, har en lav hydrodynamisk slepemotstand på grunn av at skrogvolumene og de fuktede overflater er redusert til et minimum, har en mye mindre total slepemotstand enn et skipsfartøy av samme vekt fordi med dets bæring benytter det i det vesentlige aerodynamisk løft hvilket er knyttet sammen med relativt lav slepemotstand spesielt ved høye hastigheter. Tilstedeværelsen av de neddykkede vedheng muliggjør anvendelsen av et høyfrekvent styringssystem med hydrofoiler og derfor, med den meget korte responstid som er typisk for styringsoverflater i vann og anvendelsen av et typisk sjøveis fremdrifssy-stem med propeller, jetfremdrift eller andre høyeffektive systemer.

Et annet trekk ved det nye fartøy som gjør det fullstendig fornyende i forhold til det aktuelle fortrengende, planende eller halvplanende sjøfartøy, hviler på det faktum at mens i det sist-nevnte effektiviteten og, dvs. forholdet mellom den vekt som transporteres og slepemotstan-den nærmere seg null med økende hastighet, er effektiviteten i fartøy i følge den foreliggende oppfinnelse praktisk talt konstant fordi den avhenger av forholdet CL/CD (lift and drag coef-ficients) mellom løft- og slepemotstandskoeffisientene, hvilken er praktisk talt konstant med en bestemt angrepsvinkel for profilen.

Andre målsettinger, trekk og fordeler ved fartøyet vil komme frem av den beskrivelse som følger, og som vedrører utførelsesformer hvilke utelukkende velges for å få et ikke begren-sende eksempel, som er illustrert i de vedlagte tegninger hvori: Figur 1 er et frontriss av det havgående fartøy eller skipsfartøyet i følge oppfinnelsen, i

samsvar med en foretrukken utførelsesform;

Figur 2 viser et sideriss av den samme utførelsesform som vist i den foregående figur,

med noen partier utelatt for klarhets skyld;

Figur 3 viser et planriss av den samme utførelsesform som i figurene 1 og 2 i det foregående, med noen partier utelatt for klarhets skyld.

Under særskilt henvisning til disse figurer, indikerer LI og L2 henholdsvis vannlinjen i still-stand eller ved lav hastighet og vannlinjen ved driftshastighet. Ved den statiske vannlinje LI balanseres skipsfartøyets vekt ved hjelp av trimaranens skrog, to sideveis skrog som vist ved 3 og et sentralt hovedskrog som vist ved 4.

De tre ovennevnte skrog bæres av en lasteplattform 5 som, i likhet med selve skrogene, kan benyttes til transport av passasjerer eller annen last mot betaling. Det sett av strukturer 3,4 og 5 som nettopp er beskrevet, består av tre fortrengende skrog som bæres av en lasteplattform, idet dette i det vesentlige danner et typisk kjent skipsfartøy som kalles en trimaran, hvis begrensninger under drift har vært beskrevet tidligere.

Fra bunnen av skrogene 3, 4 rager det frem henholdsvis et par sideveis bukfinner 6 og en sentral bukfinne 7, med respektive dråpeformede (fusiform) legemer 8 og 9 under.

I følge den foreliggende oppfinnelse har lasteplattformen 5 et vertikalt langsgående snitt i form av en vingeprofil, som skjematisk vist i figurens 2 skraverte område. Plattformen over strekker seg, i den foretrukne utførelsesform, sideveis med to vedheng 10, også med et snitt i form av en vingeprofil. Når fartøyet beveger seg med en ikke definert hastighet, frembringer settet strukturer 5 og 10 et løft 11 og en slepemotstand 12 med en resultant 13. Verdien på løftet 11, med en passende andel av løfteoverflaten i kombinasjon med valget av profilens snitt, tillater, innen et forsatt hastighetsområde, at mesteparten av fartøyets vekt balanseres. Derfor kan de neddykkede delers 12 fortrengning, som ved vannlinjen L2 som svarer til driftshastigheten, er begrenset til tilsvarende for de sideveis 6 og sentrale 7 bukfinner og de dråpeformede legemer 8 og 9 under dem, reduseres til et minimum, i overensstemmelse med den ytelse og de funksjoner de er utrustet for å ha, samtidig som det skjer en reduksjon av den neddykkede overflate fra hvilken den hydrodynamiske slepemotstands laminere komponent stammer. Med denne utforming er den hydrodynamiske slepemotstands restkomponent også moderat på grunn av at det vannplan som representeres av bukfinnenes horisontale snitt ved den vannlinje L2 som svarer til driftshastigheten er så smekker.

I den foretrukne utførelsesform som er vist i figur 1, 2 og 3, huses fremdriftsmaskineriet i det sentrale skrog og driver, ved hjelp av egnet utveksling, en propell 14 som er montert akterut på det dråpeformede legemet 9.1 tilfellet med jetdrevet aggregat, er sjøinnløpene frembrakt på selve det dråpeformede legemet 9 mens matepumper og ejektorer kan installeres ned-strøms for fremdriftsmaskineriet, i det sentrale skrog 4.

Nok en gang i følge en foretrukken utførelsesform, installeres det hjelpefremdirftsmaskineri i de sideveis skrog 3, som driver propellene 15, og benyttes til manøvrering i forbindelse med fortøyning og at det kastes loss, og for nødfremdrift med fartøyet i lav hastighet, i trimaranstilling, dvs. med vannlinjen LI. I slik stilling, når fartøyet opereres med fortrengning, ved lav hastighet, kan ekstremitetene 10 foldes oppover i stillingen 16 fra figur 1, eller når som helst arrangeres slik for å redusere fartøyets tverrgående dimensjoner og lette eksempelvis opera-sjoner med sideveis bevegelse og fortøyning. Til samme formål og særskilt dersom det er nødvendig at fartøyet ankommer ankerplasser med grunt vann, kan det benyttes et system for å gjøre bukfinnene 6, 7 slik at de kan trekkes tilbake eller foldes, for å redusere dyptgående når fartøyet er i trimaranstilling.

I følge den foretrukne utførelsesform som beskrives, monteres par av horisontale ror 17 på de dråpeformede legemer 8 og 9 til styring av fartøyet i lengderetning, høyderetning og rulling ved den normale driftshastighet og, dvs. med fartøyet båret hovedsakelig av det aerodynamis-ke løft. Det er frembrakt ror 18 på de sideveis finners 6 bakre nedre del til styring av retnin-gen under alle driftsforhold.

I figurene er broen vist ved 19 og en-mast for å bære radarantennen og andre følere ved 20.

Claims (9)

1. Havgående fartøy eller sjøfartøy som omfatter tre skrog av trimaran typen, to sideveis (3) og et sentralt (4) som tilsammen bærer en lasteplattform (5), karakterisert ved at respektive bukfinner (6, 6, 7) som rager ut fra skrogenes (3, 3,4) bunn og lasteplattformen (5) har et vertikalt langsgående snitt i form av en vingeprofil som er utformet til frembringelse av et aerodynamisk løft, hvilket i fart til-svarer fartøyets deplasement.

2. Sjøfartøy i samsvar med krav 1 karakterisert ved at det på lasteplattformens 5 to sider er frembrakt respektive vedheng (10), idet disse også har vingeprofil.

3. Sjøfartøy i samsvar med krav 2 karakterisert ved at vedhengene (10) kan foldes inn mot fartøyets sentrale del, slik at de tverrgående dimensjoner reduseres.

4. Sjøfartøy i samsvar med et av de foregående krav karakterisert ved at ved det nederste parti av bukfinnene (6, 6, 7) er det plassert hydrodynamisk strømlinjeformede legemer (8, 8, 9), som bærer hovedfrem-drifts- (14) og styringsorganer (17,18).

5. Sjøfartøy i samsvar med krav 4 karakterisert ved at styringsorganene består av horisontale ror (i7) til styring av flygestilling, nærmere bestemt høyde, med fartøyet i hovedsakelig aerodynamisk løft, og av vertikale ror (18) til styring av kursen med fartøyet i alle flygestillinger.

6. Sjøfartøy i samsvar med et av de foregående krav karakterisert ved at bukfinnene (6, 6, 7) under skrogenes (3, 3, 4) kjøl kan trekkes opp eller plasseres slik at neddykningen kan reduseres når fartøyet er fortrengende.

7. Sjøfartøy i samsvar med et av de foregående krav karakterisert ved at fremdriften oppnås ved hjelp av turbiner eller andre typer primære drivere som opererer sjøpropeller, jetdrivere eller eventuelt annet frem-driftssystem.

8. Sjøfartøy i samsvar med et av de foregående krav karakterisert ved at et hjelpefremdirftsmaskineri er plassert i de sideveis skrog (3, 3) til manøvrering eller til nødfremdrift.

9. Sjøfartøy i samsvar med et av de foregående krav karakterisert ved at ved driftshastighet sikres løftet primært ved det aero-dynamiske løft og de neddykkede deler benyttes utelukkende til å bære vanjetinnløpet eller propellene samt styringsorganene (17, 18).