NO315414B1 - Anordning ved båt e.l. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en anordning som angitt i innledningen til patentkrav 1, ved vannfartøy av enkeltskrog- eller multiskrog-typen, som er forsynt med én eller flere ventilerte propeller som er beregnet på å krysse vannflata, særlig fartøy som er beregnet for å drives med høye hastigheter over vann, f.eks. hastigheter på minst 20-30 knop, fortrinnsvis opptil SO knob eller mer.

Normale propeller av denne rypen er innrettet og montert slik at propellen, ved drift av båten i planende tilstand, vil minst 50% av drivflata være over vann-nivå eller på annen måte i en tilsvarende gass- eller luftstrøm. Propeller av denne typen har mange fordeler i forhold til konvensjonelle propellutforminger, hvor propellene som helhet virker under vann. Mellom disse forhold, er det faktum at propellen pga. at den delvis beveger seg i luft, skaper liten eller ingen kavitasjon, og at propellen, pga. at den utøver meget sterk framdriftskraft, er utsatt for meget små eller ingen kavitasjonsskader.

I visse sammenhenger kan imidlertid slike propeller forårsake problemer. Fordi propellbladene for en stor del av sin bevegelse virker i luft, vil det oppstå ei løftekraft når propellen, etter å ha rotert i lufta, slår i vannflata. Propellebladene vil herunder slå i vannflata med en hovedsakelig horisontal kraft. Denne løftekrafta kan utgjøre opptil 30% av framdriftskrafta av propellen, og dette vil redusere den effektive framdriftsevnen.

Siden bare halvparten av propellen virker under vann, vil slagkrafta fra propellen mot vannflata også utsette propellakselen for en visst ujevnt fordelt belastning, som kan forårsake problemer med slitasje av lager, vibrasjoner, og i verste tilfelle, svikt i propellakselen.

Det har vært forsøkt å gjøre det mulig å utnytte de gunstige egenskaper ved slike propeller ved å bruke dem også for framdrift av skip i det tilfellet at propellen drives fullstendig under vann, også ved full hastighet på skipet. Dette har imidlertid ikke blitt oppnådd med full suksess, pga. et problem som det har vært vanskelig å løse: Fordi propellen drives fullstendig under vannflata, vil det dannes et sterkt undertrykk mot propellflata som vender forover og dette fører til kavitasjon og kavitasjonsskader. Kavitasjonsskader kan generelt sammenlignes med korrosjonsskader. For å eliminere et slikt problem er det nødvendig at slike propeller er ventilert, slik at undertrykket mot frontflatene til propellbladene kan avlastes ved hver enkelt omdreining av propellen, og slik at luftbobler, som er tilbøyelig til å opptre ved frontsida av propellen når det dreier seg om kavitasjon, fjernes. Ventilasjonen kan også være slik at propellbladene, under storparten av sin omdreining, f.eks. opptil 90% av sin omdreining, tillates å virke i vann, mens de føres i luft bare en liten del av omdreiningen. I dette siste tilfellet vil undertrykket på sugesida av propellbladet bli avlastet og dette reduserer vesentlig risikoen for at det opptrer kavitasjon.

Fra US-patentskrifter 1.352.753, 1.958.302 og 2.564.560 er det kjent forskjellige fartøy med neddykket propeller, hvor det er arrangert nedragende skrogdeler og finner. Men ingen av disse har vist seg hensiktsmessige ved fartøy som har ventilert propell.

Ventilasjonen på en slik propell, som drives fullstendig under vann, har nemlig forårsaket spesielle problemer.

Disse problemene kan unngås ved å utforme fartøyet som angitt i patentkrav 1. Et ytterligere fordelaktig trekk ved oppfinnelsen er angitt i patentkrav 2.

Ved drift av fartøyet framover med middels til høy hastighet vil den finnelignende skrogdelen skape ei konusformet luftsøyle ned til propellnavet., og bak propellen et gradvis avtakende konisk luftkammer. Luftsøyla ned til propellsenteret bør være så tynn som mulig, og fortrinnsvis bør det ikke dekke mer enn 10% av propellens framdriftsflate, maksimum. Det er meget viktig at denne luftsøyla ved propellnavet er så tynn som mulig. Når propellen roterer vil hvert propellblad passere igjennom denne luftsøyla én gang hver omdreining, slik at undertrykket mot propellbladet blir praktisk fullstendig avlastet.

Tester i vann har vist et fartøy av det beskrevne slaget med en slik propell og med den beskrevne V-formete skrogfinnen, ikke forårsaker slik kavitasjonsdannelse. av luft, som vanligvis oppstår etter konvensjonelle fartøy med en undervannspropell som gir høy framdriftskraft.

Begge sider av det finnelignende undervannslegemet eller del av skroget er fortrinnsvis konkave og kan ha slik bueform at tangenten på siden av fmnelegemet opptil propellnavet er 0°, dvs. at disse sidene strekker seg i vertikal retning. En vinkel mellom propellsenteret og kontaktpunktet til skroglegemet med vannflata, når fartøyet går med maksimum til høy hastighet, kan f.eks. være maksimalt +- under 45°.

Ved en spesiell utførelsesform av oppfinnelsen er drevet eller navet utformet med torpedoform med sirkulært tverrsnitt, idet denne torpedoformen ved sin bakre ende har en propell og en lengde som er omtrent 10-20 ganger den største diameteren, fortrinnsvis omtrent 12-16 ganger diameteren. Frontenden til finnen med torpedodelen kan fortrinnsvis møte den ordinære skrogdelen i form av en baugformet del, i en slags C-form.

Ifølge et ytterligere fordelaktig trekk ved oppfinnelsen er det torpedoformete legemet som er festet under det vanlige skroget til fartøyet utformet som et hus for drivmotoren, f.eks. en gassturbin, og fortrinnsvis også for brennstofftanken, slik at fartøyets tyngdepunkt vil befinne seg lavere enn det som er mulig ved vanlige fartøy, hvor drivmotoren vanligvis er montert innvendig i det overliggende skroget, eller i det minste nær vann-nivået. En torpedodel med motor virker derfor som en type tung kjøl for fartøyet.

En ytterligere fordel ved en slik utforming er at propellen kan monteres med propellakselen horisontalt, dvs. parallelt med vann-nivå når fartøyet drives med marsjhastighet (cruisehastighet). Dette gir en optimal god framdriftevne, særlig fordi propellen kan monteres med trustflatene i en optimal vinkel i forhold til vannet og fartøyet i bevegelse.

Ifølge et ytterligere trekk ved oppfinnelsen er forenden til det torpedolignende neddykkete legeme, som er motsatt propellenden, formet med strømlinjeformet konus, som kan forlenges et stykke slik at det dannes et ringformet rom mellom torpedolegemet og frontkonusen, i hvilket ringformet rom luft og/eller eksosgasser fra drivmotoren kan presses ut, idet denne lufta danner ei luftkappe rundt torpedolegemet, hvilken luftkappe strekker seg så langt som bak til og forbi propellen og dermed ventilerer denne. Ved å utvide frontkonus mer eller mindre i forhold til torpedolegemet kan det oppnås en trangere eller videre luft/gass-kappe. På denne måten kan ventilasjonen av propellen innstilles til et optimum, tilpasset forskjellige hastigheter og/eller forskjellige belastninger av fartøyet.

Oppfinnelsen vedrører derfor en forbedring ved fartøy med enkeltskrog eller multiskrog og med en ventilert propell beregnet for å skjære igjennom overflata, særlig for fartøy som er beregnet på å gå med høy hastighet,

- som gjør det mulig å bruke en overflateskjærende propell til tross for at hele propellen er plassert under vannflata, - hvor propellen introduserer ei lavest mulig løftekraft under sin rotasjon og hvor propellen bare introduserer ei sidekraft som kan gjøres neglisjerbar eller ubetydelig, og kan motvirkes ved å bruke dobbelt-propeller, - hvilken er formet med en nedoverrettet avsmalnende finnelignende skrogdel, eller et kjølformet legeme som er innrettet til å skape ei luftsøyle ned til eller rundt propellnavet og som forårsaker en avlastning av undertrykket mot propellbladene for hver enkelt omdreining av dette,

- hvilken er formet slik at propellakselen kan monteres med horisontal plassering, samt

- som er slik formet at det kan skapes en ulikt aktiv strøm av luft eller gass forbi propellen.

Ytterligere trekk og fordeler ved oppfinnelsen vil gå fram av den etterfølgende detaljbeskrivelsen, hvor det er henvist til de medfølgende tegningene.

I tegning fig. 1 er det vist et skjematisk perspektivriss av et fartøy i samsvar med oppfinnelsen, med en spesiell bunnform. Fig. 2 viser et sideriss av et utsnitt av hekken til fartøyet i fig. 1, og fig. 3 viser det samme fartøyet sett rett bakfra. Fig. 4 viser en alternativ utførelsesform av en finnelignende skrogdel i samsvar med oppfinnelsen på et fartøy av katamaran-typen, sett skrått bankenfra, og fig. 5 viser skjematisk funksjonen av ventilasjonen av propellen i fire suksessive projeksjoner. Fig. 6 viser en enkelskrogs båt med en finnelignende tilleggsdel i samsvar med oppfinnelsen. Fig. 7 viser oppfinnelsen anvendt på en katamaran av typen "Surface Effect Ship"

(SES-fartøy) og fig. 8 viser oppfinnelsen anvendt på et fartøy av trimaran-ty pen. Fig. 9 viser et sideriss av en del av et skrog som omfatter en torpedolignende skrogdel for et fartøy i samsvar med oppfinnelsen. Fig. 10 viser en alternativ utførelsesform av en torpedolignende skrogforlengelse, mens fig. 11 og 12 viser funksjonen til den torpedolignende forlengelsen i samsvar med oppfinnelsen.

I figurene 1, 2 og 3 er det vist et fartøy med en spesielt utformet bunn, som er innrettet for å gjøre det mulig å ventilere propeller av den type som er beregnet på å skjære gjennom overflata. Fartøyet, som i dette tilfellet er vist som et katamaran-skrog, har en overdel 1, en babord-skrogdel 2 og en styrbord-skrogdel 3. Ved undersida av hver skrogdel 2, 3 er det anordnet et finneformet legeme 4 som i det illustrerte tilfellet har hovedsakelig plane, parallelle sider. Fartøyets rette hekk 5 står hovedsakelig vinkelrett på fartøyets lengderetning og er hovedsakelig vertikal. Ved bunnen av hvert skrog er det vist en propell 6 som er opplagret i et nav eller et drivhus 7. Propellen virker fullstendig under vannflata 8 ved alle hastigheter på fartøyet (skipet).

Avhengig av denne formen på skrogdelene 2, 3 og hekken 5 dannes det en slik vannstrøm fordi propellen 6 at luft suges ned mot senteret av propellen 6 i ei trang, søyleformet luftstrøm 9 som vist i fig. 2 og 3. Denne luftstrømmen kan danne en svakt konisk vinkel nedover, og har en slik lengde at i fartøyets lengderetning at hvert propellblad vil passere luftstrømmen i sin øverste stilling, fortrinnsvis i en sektor av rotasjonssirkelen på 5 -30°. I mange tilfeller blir det oppfattet som en ulempe at luft suges ned til propellen, men ved propeller som er utformet for å skjære overflata er dette derimot en stor fordel. For slike propeller er det nødvendig at propellen er ventilert. Bunnutformingen til skroget bør derfor være slik at propellen eller hver propell er ventilert i en sektor s, se fig. 3, på for eksepel 5 - 30° av rotasjonssirkelen til propellen, og dette oppnås ved at skroget er utformet med en nedre finne 4, ved at fartøyet har en plan, hovedsakelig vertikal eller opptil +/- 45° skråttstilt hekk 5, og ved at propellen ved "cruisefart" og høyere hastigheter på fartøyet, er plassert på et forutbestem nivå under vannivå, hvilket nivå blir nådd med den nedoverrettete og bakoverrettete nedsugde luftstrømmen som forblir i en forutbestemt avstand bak hekken.

I flg. 4 er det vist en skrogfinne 4 som kan være utformet i ett med skroget, eller som kan utformes som en separat enhet som kan festes til bunnen på et foreliggende fartøy. Finnen er formet med et finnelegeme som avsmalende nedover i baugform. Finnen er så dyp at propellen opererer fullstendig under vannnivå 8, selv ved middels til meget høy hastighet på fartøyet. Den gjennomsnittlige bredden på finnen er betydelig mindre enn diameteren på propellen 6. Tangenten til de bueformete finnesidene 10 blir mindre i retning nedover og blir tilnærmet eller lik 0° ved propellnavet 7, med andre ord slik at tangenten da blir vertikal. Vinkelen mellom propellsenteret og de punkter hvor finnsidene 10 møter vannivå 8 kan variere fra omtrent +/-10° til omtrent +/-45°, regnet fra ei vertikal linje gjennom propellsenteret. I utførelsesformen som er vist i figurene 4 og 5 vil også hekken til finnene strekke seg vinkelrett på fartøyets lengderetning. Hekken kan også strekke seg i vertikal retning.

Som antydet i fig. 9 kan finnens 4 hekk imidlertid strekke seg med en vinkel VI oppover-forover fra propellnavet 7 opp til 45°. Det er også mulig å la hekken 5 strekke seg oppover-bakover med en vinkel V2 opptil 45°, forutsatt at det er fritt rom for propellen å rotere i.

Finnen 4 bør ha sin minste bredde opptil navet 7. For å virke best strekker navet seg forover slik at det dannes et torpedoliknende legeme 11 som er forlenget i retning forover, en strekning som tilsvarer 10-20 ganger, eller fortrinnsvis 12-16 ganger diameteren på torpedolegemet. Torpedolegemet 11 er innrettet på fartøyets (skipets) lengderetning, slik at den er parallell med vannivå 8 ved vanlig driftshastighet og opptil full hastighet. Torpedolegemet 11 kan ha slik stømlinjeform at den gir optimalt lav strømningsmotstand for vannet. Ved frontenden møter finnen skipsskroget og er forbundet med dette over en baugformet eller C-formet del 12.

Når skipet beveger seg med middels til høy hastighet vil ei luftsøyle 9 bli sugd ned mot propellen og propellnavet 7. Luftsøyla bør være så tynn som mulig for ikke å redusere framdriftskapasiteten til propellen eller propellene unødvendig. Selv en meget tynn luftsøyle 9 gir den nødvendiget ventilasjon og avlastningen av undertrykket på propellbladene når disse roterer forbi luftsøyla. Luftsøyla 9 etterlater en luftskygge 13, se fig. 5, bak fartøyet som beveger seg forover, hvilken luftskygge avtar gradvis og forsvinner etter hvert bak fartøyet. Med den viste formen på finnen 4 og torpedolegemet 11, som vist i fig. 4 og 5, har luftskyggen form av et omvendt nøkkelhull, som vist skjematisk med fire skraverte felter i fig. 5.

Når propellen roterer vil hvert propellblad drives i vann over storparten av sin omdreining, fortrinnsvis over 90%. Under bevegelsen i vannet vil det suksessivt bygges opp trykk-kraft mot baksida av propellbladet og følgelig skapes det et suksessivt økende undertrykk mot forsida av propellbladet, dvs. mot sugesida. Et slikt undertrykk vil forårsake kavitasjon dersom det ikke skjedde noen ventilasjon av propellen, som vist med luftsøyla 9, men så snart propellbladet går inn i luftsøyla 9 vil dette undertrykket mot propellbladet bli avlastet. Når propellbladet deretter går inn i vannet ved sida av luftsøyla vil et undertrykk igjen starte oppbygging på forsida, dvs. sugesida, av propellbladet, å følgelig vil det bli gjentatt en syklus av dannelse av undertrykk og avlasting av dette undertrykket. Når propellbladet, etter å ha gått igjennom luftsøyla, gradvis går inn i vannet, oppstår det et visst trykk i sideretning. Dette sidetrykket er imidlertid av ubetydelig størrelse og vil ikke påvirke framdriftsevnen til propellen nevneverdig, særlig ikke i det tilfellet hvor fartøyet er bygd med dobbelte, kontraroterende propeller.

Drivanordningen med det ventilerte propellarrangementet og det finnelignende legemet 4 kan være utformet som en del av fartøyet skrog, men alternativt kan det også utformes som en separat enhet som blir montert på bunnen til et skrog eller en skrogdel.

I fig. 6 er det vist en enkeltskrogs båt utstyrt med et drivarrangement i samsvar med oppfinnelsen, med en finneformet kjøl 4 og en propell 6 utformet for å kunne skjære igjennom vannflata. I det illustrerte tilfellet er hele drivaggregatet utformet som en separet enhet som på hensiktsmessig måte er festet til båtskroget. Fig. 7 viser en katamaran (quadramaran) av SES-typen hvor hver av de to mellomskrogene 16 er forsynt med en propell 6 for å skjære igjennom vannflata og hvor det ved vanlig cruisefart på fartøyet dannes et luftfylt kjølkammer 18 mellom hvert par av mellomskrog 16 og det ytre skroget 17, hvilke kjølkammer 18 virker som ei slags luftpute som bærer og stabiliserer fartøyet når det beveger seg ved middels til høy hastighet. Fig. 8 viser en forholdsvis vanlig trimaran som er utformet med tre finnelegemer 4 og tilhørende torpedolegemer og er utformet med propeller 6 beregnet for å skjære vannflata.

I fig. 9 er det vist et fartøy i samsvar med oppfinnelsen, sett i sideriss. Det framgår at finnlegemet 4 strekker seg horisontalt. De bueformete (sinusformete) linjene 19 bak propellen indikerer propellbevegelsen i vannet. Det er også antydet at drivmotoren 14 kan være plassert på et hvert hensiksmessig sted i en vanlig skrog og kan overføre motorkraft til propellen over en skråttstilt aksel 15, elektrisk eller hydraulisk, idet endedelen som er forbundet med propellen 6 er hovedsakelig horisontal.

I fig. 10-12 er det vist en ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen, hvor det torpedoformete legemet er festet under et vanlig skrog til et fartøy, og er utformet som hus for en drivmotor 14, f.eks. en gassturbin, og fortrinnsvis også for brennstofftanken, slik at fartøyets tyngdepunkt blir liggende lavere enn det som er mulig ved et vanlig fartøy, hvor drivmotoren normalt er montert innvendig i skroget 1 over eller i det minste nær vann-nivå 8. Torpedoen med motoren virker derfor som en slags ballast-kjøl for fartøyet.

En ytterligere fordel ved en slik utforming er at propellen 6 kan monteres med propellakselen 20 horisontalt rettet, dvs. parallelt med vann-nivået 8 når fartøyet drives med cruisefart. Dette gir en optimal god framdriftsende, særlig fordi propellen kan monteres med trustflatene i en optimal vinkel i forhold til vannet og fartøyet.

Ved en ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen er forenden av det torpedolignende undervannslegemet 11, som er vendt forover i forhold til propellen, utformet med en strømlinje formet konus 21 som gir en optimal vannstrøm forbi undervannslegemet. Ved en utførelsesform av oppfinnelsen er denne frontkonus 21 utformet og slik koplet til torpedolegemet 11, at den kan ligge i en viss avstand fra dette og dermed danne et ringformet rom 22 mellom torpedolegemet 11 og frontkonusen. I dette ringformete rommet kan luft og/eller eksos-gasser 23 fra drivmotoren presses ut, hvilken luft danner ei luftkappe 24a henholdsvis 24b rundt torpedolegemet, idet denne luftkappa strekker seg bak til og forbi propellen 6 og vil dermed ventilere denne. Ved å fjerne frontkonusen 21 mer eller mindre i forhold til torpedolegemet, dannes det ei tynn luft/gasskappe 24 a eller ei noe kraftigere 24b. Dermed kan ventilasjonen av propellen innstille seg til et optimum, tilpasset forskjellige hastigheter og/eller forskjellig last på fartøyet.

Claims (7)

1. Anordning ved fartøy med enkeltskrog eller flerdelt skrog og med et drivaggregat eller et nav (7) som bærer en ventilert propell (6) beregnet for å skjære gjennom overflata, hvor skroget (2, 3) er utformet med et nedre finnelegeme eller finneliknende skrogdel (4; 11) og der drivaggregatet eller navet (7) med propellen (6) er montert nær opptil bunnen av det finnelignende skroglegemet (4; 11) og den finnelignende skrogdelen (4) er så dyp at propellen (6) ved alle hastigheter på fartøyet drives fullstendig under vann og hvor akterenden (2, 3) av den finnelignende skrogdelen (4) er rett avskåret vinkelrett på fartøyets langskipslinje og er hovedsakelig loddrett, eller strekker seg i en vinkel oppover-framover eller oppover-bakover fra sin bunn på maksimalt 45°, slik at den ved fartøyets drift i middels til høg fart skaper en nedsugning av ei konisk luftsøyle (9), hvilken luftstrøm følger akterspeilet (2, 3) på den finneformete skrogdelen (4) og fortsetter til en viss avstand bak akterspeilet,karakterisert vedat propellnavet (7) har en større diameter enn bredden på finnelegemet (4) ved den øvre kanten av propellnavet (7), og at drivlegemet er forlenget slik at det danner et langstrakt, strømlinjeformet, torpedolignende legemet( 11).

2. Anordning i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat torpedolignende legemet (11) er 10-20, fortrinnsvis omtrent 12-16, ganger lenger enn dets største diameter.

3. Apparat i samsvar med patentkrav 1 eller 2,karakterisert vedat det torpedolignende legemet (4) ved dets forende møter bunnen til fartøyets hovedskrog med stevnform eller i en C-form (12).

4. Anordning i samsvar med et av patentkravene 1-3,karakterisert vedat det finnelignende legemet er en separat enhet som er innrettet for å bli festet til bunnen på et fartøy med enkeltskrog eller mot hvert skrog på et fartøy med flere skrog.

5. Anordning i samsvar med et av patentkravene 1-4,karakterisert vedat den finnelignende skrogdelen (4) på tvers av fartøyets lengderetning har en gjennomsnittlig bredde som er vesentlig mindre enn diameteren på propellen (6).

6. Anordning i samsvar med et av patentkravene 1-5,karakterisert vedat den finnelignende skrogdelen (4) er konisk formet med konkave sider (10) og er avskåret i den bakre enden og strekker seg oppover, idet den traktformete baksugs-luftstrømmen (9) ved fartøyets drift danner en gradvis avtakende nøkkelhull-liknende luftkammer.

7. Anordning i samsvar med patentkravene 6,karakterisert vedat den finnelignende skrogdelens (4) konkave sider (10) danner tangenter ved propellnavnet (7) er så lav som 0° (vertikal tangent), og har slik konisk form, at vinkelen mellom propellsentrum og det punktet hvor finnesidene (10) møter vannflate er høyst 45° regnet i begge retninger fra ei vertikal linje gjennom propellsenteret.