NO310608B1 - Anordning for strömningsföring - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en anordning for strømningsføring ved flytende gjenstander, forbundet med et skrog for den flytende gjenstanden, og som tilfører strømningsavhengige hydrodynamiske krefter til skroget og oppviser et hovedstrøm-ningselement som i området ved et hode mot strømningsretningen er stumpere enn i et område ved en ende i strømningsretningen.

Slike anordninger for strømningsføring er f.eks. for skip utformet som finner i finnestabilisatorer eller som blader i skipsror. Anordningene er kjent i mange utførelsesformer, og har vist seg godt brukbare i mange år. De kan imidlertid ikke oppfylle alle betingelser som stilles med hensyn til å tilføre store dynamiske strømningskrefter til den flytende gjenstanden.

Et formål med den foreliggende oppfinnelse er derfor å komme frem til en anordning av den innledningsvist angitte typen, med hvilken det kan oppnås en forbedring av hydrodynamiske egenskaper.

Denne oppgaven løses i henhold til oppfinnelsen ved at det i strømningsretningen bak enden i strømningsretningen er anordnet et sekundærelement, som er utformet med en gjennomstrømningsutsparing og som er regulerbart opplagret om en dreieaksel forløpende på tvers av strømningsretningen.

Et slikt sekundærelement kan anordnes både i området ved regulerbare eller i området ved faste hovedstrømningselementer som danner en strømningsprofil. Ved hjelp av kombinasjonen av hovedstrømningselementet og sekundærelementet dannes det en meget effektiv anordning som konstruktivt er enkelt utformet. Særlig kan sekundærelementet på en enkel måte lagres på hovedstrømningselementet slik at det dannes en kompakt utførelsesform. Ved hjelp av en tilsvarende innbyrdes anordning av elementene kan det oppnås en stor oppdriftsvirkning.

En symmetrisk kraftfordeling i forhold til dreieaksen oppnås ved at en tverrsnittskontur av sekundærelementet hovedsakelig er sirkelformet avgrenset. I prinsippet kan imidlertid også generelt avrundede tverrsnittskonturer eller tverrsnittskonturer dannet av to strømningsklaffer benyttes.

En hensiktsmessig fremstilling oppnås ved at gjennomstrømningsutsparingen dannes som en langsgående sliss inne i sekundærelementet.

Øket stivhet kan oppnås ved at den langsgående slissen er oppdelt i slissegmenter.

For oppnåelse av definerte og reproduserbare strømningsforhold foreslås at en posisjonering av sekundærelementet er koblet til en posisjonering av hoved-strømningselementet.

En foretrukket konstruksjon av koblingen innebærer at koblingen av sekundærelementet til hovedstrømningselementet er slik utformet at ved en svingning av hovedstrømningselementet om en hoveddreieakse skjer det en svingning av sekundærelementet om dreieaksen i et forhold på 1:1,5. Generelt kan det også benyttes større oversettingsforhold.

En ytterligere lik fordeling av krafttilførselen kan oppnås ved at gjennomstrømnings-utsparingen hovedsakelig er anordnet midt inne i tverrsnittskonturen.

For tilpasning til vanlige hydrodynamiske betingelser foreslås at hovedstrømnings-elementet og sekundærelementet hovedsakelig oppviser like dreieretninger.

En fordelaktig utførelsesform som medfører lang brukstid oppnås ved at skundær-elementet utformes som et slisset stålrør.

En robust utførelse av koblingen kan oppnås ved at koblingen mellom hoved-strømningselementet og sekundærelementet skjer via i det minste en drivanordning. F.eks. kan det benyttes et innstillbart eksenter.

En vanlig anvendelse består i at det anordnes en lineær kobling mellom dreievinkelen til sekundærelementet og hovedstrømningselementet.

For særskilte anvendelser er det også mulig å anordne en ikke-lineær kobling mellom dreievinkelen til sekundærelementet og hovedstrømningselementet.

På tegningene er det skjematisk vist utførelseseksempler.

Figur 1 viser prinsippet ved en anordning av et sekundærelement, anordnet i området ved hovedstrømningselementet og dreid i forhold til strøm-ningsretningen.

Figur 2 viser en anordning i henhold til fig. 1 i en utgangstilstand.

Figur 3 viser anordningen i henhold til fig. 1, med motsatt svingevinkel.

Figur 4 viser en planprojeksjon av anordningen.

Figur 5 viser anordningen i fig. 4 sett i retningen V.

Figur 6 viser et tverrsnitt etter snittlinjen VI-VI i fig. 4.

Figur 7 viser et tverrsnitt gjennom sekundærelementet etter snittlinjen VII-VII i

fig. 5.

Figur 8 viser et tverrsnitt gjennom en anordning som er utstyrt med et i forhold til

strømningsretningen usymmetrisk hovedstrømningselement.

Figur 9 viser en utførelsesform der sekundærelementet oppviser en gjennom- strømningsutsparing som utvider seg i strømningsretningen. Figur 10 viser en utførelsesform der hovedstrømningselementet og sekundær elementet delvis overlapper hverandre. Figur 11 viser en utførelsesform der sekundærelementet er utstyrt med to flate

strømningsklaffer.

Figur 1 2 viser en utførelsesform med en gjennomstrømningsåpning som utvider seg i sekundærelementet, idet støttesteg for avstivning er anordnet inne i gjennomstrømningsåpningen. 1 fig. 1 er i området ved et hovedstrømningselement 1 anordnet et sekundærelement 2. Hovedstrømningselementet 1 oppviser et hode 3 mot strømningsretningen, og som er utformet stumpere enn en ende 4 i strømningsretningen. Fra hodet 3 i retning mot enden 4 forløper en strømningsretning 5, som tilsvarer orienteringen av en hovedstrømning i området ved hovedstrømningselementet 1. Mot hovedstrømnings-elementet 1 virker en strøm 6, mot hvilken hovedstrømningselementet 1 i utførelses-formen i fig. 1 danner en vinkel 7. På grunn av vinkelen 7 avbøyes strømningen 6 i området ved hovedstrømningselementet 1 i strømningsretningen 5.

Sekundærelementet 2 oppviser i utførelsesformen i fig. 1 en avrundet tverrsnittskontur 8, og er utformet med en gjennomstrømningsutsparing 9. Sekundærelementet 2 er svingbart om en dreieakse 10, og danner en vinkel 11 i forhold til strømnings-retningen 5. Særlig kan sekundærelementet 2 kobles til hovedstrømningselementet 1 via en drivanordning som ved en bestemt vinkel 7 automatisk medfører en bestemt vinkel 11.

I utførelsesformen i fig. 1 er gjennomstrømningsutsparingen 9 dannet symmetrisk i sekundærelementet 2. Dermed muliggjøres en gunstig kraftpåvirkning i området ved en opplagring av sekundærelementet 2. Fig. 2 viser anordningen i henhold til fig. 1 når strømningsretningen 5 forløper i retning av strømningen 6. Likeledes er gjennomstrømningsutsparingen 9 innrettet med en gjennomstrømningsakse 12 i strømningsretningen 5. Fig. 3 viser anordningen i henhold til fig. 1 ved en motsatt vinkel 7 og ved en tilsvarende orientering av sekundærelementet 2. Både i fig. 1 og i fig. 3 er den hydrodynamiske kraftretningen 13 inntegnet.

Ved hjelp av kombinasjonen av hovedstrømningselementet 1 og sekundærelementet 2 kan det f.eks. dannes en stabiliseringsfinne eller en rulledempningsfinne for sjøgående skip. Sekundærelementet 2 kan f.eks. fremstilles av et stålrør som utformes med en langsgående sliss. Den langsgående slissen er symmetrisk anordnet, slik at det er dannet en begrensning ved hjelp av to symmetrisk utformede sirkelsegmenter. For kobling av sekundærelementet 2 til hovedstrømningselementet 1 kan det f.eks. benyttes en stillbar eksenteranordning.

Bevegelsesforholdene i koblingen mellom hovedstrømningselementet 1 og sekundærelementet 2 kan være forhåndsbestemt av drivanordningen. Som reguleringsforhold har det vist seg fordelaktig at kvotienten mellom vinkelen 7 og vinkelen 11 har en verdi på omtrent 1,5. Hensiktsmessig bør verdien velges i intervallet fra 1,2 til 1,8.

Ved en dreining av hovedstrømningselementet 1 om hoveddreieaksen 14 og sekundærelementet 2 om dreieaksen 10 skjer en dreining i samme retning, slik at en innstrømningsåpning 15 i sekundærelementet 2 vender mot området av den samme overflaten 16 på hovedstrømningselementet 1, hvilken på grunn av dreiningen av hovedstrømningselementet 1 er orientert bort fra strømningen 6. I det vist eksempel utgjør vinkelen 7 omtrent 20° og vinkelen 11 utgjør 30°.

Funksjonen til anordningen skyldes hovedsakelig at ved en regulering av hoved-strømningselementet 1 vil et segment 17 av sekundærelementet 2 vist i fig. 3 ved økende vinkel 11 gi virkningen til en klaff som stadig reguleres mere i forhold til strømningen. Dette medfører en oppdriftsøkning på grunn av klaffvirkning. Med økende vinkel 11 dreies likeledes gjennomstrømningsutsparingen 9 i oppdrifts-retningen mere mot overflaten 16 av hovedstrømningselementet 1. Dermed føres vann ut av virvelsonen i området ved enden 4, og undertrykksområdet på overflaten 16 som her virker som profiloverside øker. Et segment 18 av sekundærelementet, anordnet tilsvarende som segmentet 17, utfører ved økende vinkel 11 funksjonen til et dempet haleprofil med øket oppdriftsandel.

Den symmetriske anordningen av segmentene 17, 18 i forhold til gjennomstrømnings-utsparingen 19 medfører dessuten den fordelen at ved en dreining under reguleringsbevegelsen må det bare utøves et lite dreiemoment, ettersom ingen angripende strømningskrefter er virksomme utenfor dreieaksen 10. Fig. 4 viser i en planprojeksjon en mulighet for opplagring av sekundærelementet 2 i området ved hovedelementet 1. Det er anordnet to støttesteg 19 og en bærearm 20, og tilkoblingen av drivanordningen skjer også i området ved disse. Fig. 5 viser en utførelsesform der gjennomstrømningsutsparingen 9 er dannet av slissesegmenter 21. Mellom alle slissesegmentene 21 er det anordnet et støttesteg 22 som forbinder segmentene 17, 18 med hverandre for avstivning. Av fig. 5 fremgår også at støttestegene 19 i området ved holderinger 23 er forbundet med sekundærelementet 2. For å bevirke en liten strømningsmotstand går støttestegene 22 avrundet over i flanker på segmentene 17, 18.

I fig. 6 og 7 er det for illustrasjon vist tverrsnitt. Av fig. 8 fremgår at det er mulig å benytte et hovedstrømningselement 1 som er usymmetrisk utformet i forhold til strømningsretningen 5.

I henhold til utførelsesformen i fig. 9 har gjennomstrømningsutsparingen 9 en utformning som utvides fra enden 4 av hovedstrømningselementet 1. Det er særlig tatt hensyn til ikke å oppnå noen kontinuerlig tverrsnittsøkning, men med økende avstand fra enden 4 å danne en progressiv tverrsnittsøkning. Med utgangspunkt i enden 4 er det dannet krumme begrensningsflater på segmentene 17, 18 i området ved den begrensning av disse som vender mot gjennomstrømningsutsparingen 9.

Fig. 10 viser en annen variant der enden 4 på hovedstrømningselementet 1 rager inn i gjennomstrømningssparingen 9 i sekundærelementet 2. I avhengighet av dimensjon-eringen av den innbyrdes overlapping kan det oppstå en minskning av den oppnåelige

reguleringsvinkelen 11, men det oppnås allikevel en forbedret strømningsføring.

I utførelsesformen i henhold til fig. 11 er segmentene 17, 18 av sekundærelementet 2 utformet klafflignende. Det dannes dermed en dobbeltklaff, som ved tilsvarende, separat dreieopplagring medfører en minskning av det opptredende moment. Det er særlig også mulig å krumme segmentene 17, 18 og å tilspisse disse i området ved endene, for å oppnå en ytterligere forbedret strømningsføring. Den klafflignende utformningen av segmentene 17, 18 vist i fig. 11 medfører at det på grunn av den som segment 17 betegnede nedre klaff skjer en strømningsavbøyning med jevn bort-strømning. Dermed oppstår en økning av sirkulasjonen og en økning av den induserte reguleringsvinkelen til segmentet 17. Ved hjelp av det som en øvre klaff utformede segment 18 i fig. 11 akselereres sugesidestrømningen på hovedstrømningselementet 1, og dermed minskes faren for avløsning. Dette begunstiger en undertrykksfor-deling. Det oppnås således en forbedring av omstrømningen og en minskning av virvlene, henholdsvis dødområdene i omgivelsene av hovedstrømningselementet 1. Derved kan svingsningsinduksjoner unngås eller i det minste minskes.

I fig. 12 er for stabilisering av segmentene 17, 18 i forhold til hverandre anordnet støttesteg 19 i området ved gjennomstrømningsutsparingen 9. I tverretningen oppvises støttestegene 19, slik som i utførelsesformen i fig. 5, en tilstrekkelig avstand til ikke å hindre gjennomstrømning.

Claims (14)

1. Anordning for strømningsføring ved flytende gjenstander, forbundet med et skrog på den flytende gjenstanden, for å tilføre strømningsavhengige hydrodynamiske krefter til skroget, og som oppviser et hovedstrømningselement som i området ved et hode mot strømningsretningen er utformet stumpere enn området ved en ende i strømningsretningen, idet et sekundærelement (2) er anordnet i strømningsretningen (5) bak enden (4) og er lagret regulerbart om en dreieakse (10) forløpende på tvers av strømningsretningen (5), karakterisert ved at sekundærelementet (2) er utformet med en gjennomstrømningsutsparing (9) .

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at ytterkonturen (8) til sekundærelementet (2) hovedsakelig er sirkelsylindrisk.

3. Anordning som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at gjennomstrømningsutsparingen (9) er utformet som en langsgående sliss gjennom sekundærelementet (2).

4. Anordning som angitt i krav 3, karakterisert ved at den langsgående slissen er oppdelt i segmenter (21).

5. Anordning som angitt i ett av kravene 1-4, karakterisert ved at sekundærelementet (2) er koblet til hovedstrømningselementet (1) mht. posisjonering.

6. Anordning som angitt i krav 5, karakterisert ved at koblingen mellom sekundærelementet (2) og hoved-strømselementet (1) er slik utformet at ved en svingning av hovedstrømningselementet

(1) om en hoveddreieakse (14) skjer en svingning av sekundærelementet (2) om dets dreieakse (10) i et forhold på 1:1,5.

7. Anordning som angitt i ett av kravene 1-6, karakterisert ved at gjennomstrømningsutsparingen (9) befinner seg hovedsakelig midt inne i sekundærelementet (2).

8. Anordning som angitt i ett av kravene 1-7, karakterisert ved at hovedstrømningselementet (1) og sekundærelementet (2) hovedsakelig oppviser de samme dreieretninger.

9. Anordning som angitt i ett av kravene 1-8, karakterisert ved at sekundærelementet (2) er utformet som et slisset stålrør.

10. Anordning som angitt i ett av kravene 1-9, karakterisert ved at koblingen mellom hovedstrømningselementet (1) og sekundærelementet (2) skjer via i det minste en drivanordning.

11. Anordning som angitt i ett av kravene 1-10, karakterisert ved at koblingen mellom sekundærelementet (2) og hovedstrømningselementet (1) gir et lineært forhold mellom dreievinklene.

12. Anordning som angitt i ett av kravene 1-10, karakterisert ved at koblingen mellom sekundærelementet (2) og hovedstrømningselementet (1) gir et ikke-lineært forhold mellom dreievinklene.

13. Anordning som angitt i ett av kravene 1-12, karakterisert ved at gjennomstrømningsutsparingen (9) utvides i en retning bort fra hovedstrømningselementet (1);

14. Anordning som angitt i ett av kravene 1-13, karakterisert ved at segmenter (17, 18) som avgrenser gjennom-strømningsutsparingen (9) er utformet klafflignende.