NO337654B1 - Skip - Google Patents

Description

Skip

Oppfinnelsen angår et skip i henhold til innledningen av krav 1. Et slikt skip er kjent fra publikasjon Keuning, J.A.; Toxopeus, S.; Pinkster, J.; The effect of bowshape on the seakeeping performance of a fast monohull; Proceedings of FAST 2001 conference, September 2001; page 197-206; ISBN 0 903055 70 8, publisher The Royal Institute of Naval Architects. I denne publikasjon er skipet i henhold til oppfinnelsen beskrevet som øksbaugutforming (engelsk AXE BOW design). Den vanlige utformingen av den vertikale baugen av øksbaugutformingen som er spesifikk for høye hastigheter er med en skarp baug, hvilket betyr at sidene mer eller mindre krysser hverandre til en skarp nese som skjærer i vannet. Ulempen med denne vanlige utforming er at med små slingre (giring) vinkler fører til virvelavløsning nær baugen og dette har en ufordelaktig virkning på kursstabiliteten til skipet.

For å overvinne denne ulempe er skipet i henhold til krav 1. Ved å gi baugen til dette skipet som er konstruert for høye hastigheter en betydelig radius er strømningen langs baugen mer stabil hvilket forbedrer kursstabiliteten ved små girvinkler.

I henhold til en utførelse av oppfinnelsen er skipet i henhold til krav 2. På denne måte er overflødig stagnasjonspunktmotstand og spregenerering unngått.

I henhold til en utførelse av oppfinnelsen er skipet i henhold til krav 3. På denne måten er det enkelt å oppnå minimal utbuling i baugseksjonene slik at det fortrengte volum i bølger øker kun mer eller mindre lineært med dypgangen og fører således til bedre oppførsel av skipet i bølger.

I henhold til en utførelse av oppfinnelsen er skipet i henhold til krav 4. På denne måten gir finnene skipet forbedret kursstabilitet uavhengig av ethvert kontrollsystem. Lokaliseringen av finnene fremfor drivinnretningen og roret(ene) forhindrer lufting av finnene i situasjoner hvorved på grunn av at innkommende bølger ved det bakre (akterenden) av skipet mister rorene dets grep som et resultat av denne lufting, og dermed forbedrer kursstabilitet under ugunstige forhold.

I henhold til en utførelse av oppfinnelsen er skipet i henhold til krav 5. Ved at finnene er i en liten vinkel er de belastet på forhånd og er umiddelbart aktive ved små girvinkler, hvilket forbedret deres positive virkning.

I henhold til en utførelse av oppfinnelsen er skipet i henhold til krav 6. På denne måten kan skipet bringes i en hastighet avhengig av trimposisjonen uavhengig av last eller massefordeling i skipet og derved redusere motstand og forbedre fremdriftseffektivitet.

I henhold til en utførelse av oppfinnelsen er skipet i henhold til krav 7. Ved å benytte strømningsretningen ut av dysene både for styring og å skape den justerbare oppover og nedoverkraft er en kontaktutforming mulig.

I henhold til en utførelse av oppfinnelsen er skipet i henhold til krav 8. Kombinasjonen av stasjonære finner med den horisontale finne for å generere oppover eller nedover kraften gjør en kompakt utforming mulig hvorved på grunn av dybden av den horisontale finne er lufting av den horisontale finne forhindret.

Oppfinnelsen vil nå forklares mer detaljert nedenfor med referanse til flere eksemplifiserende utførelser ved hjelp av en tegning, i hvilken: Figur 1 viser et perspektivriss av et skip i henhold til den første utførelse av oppfinnelsen, hvorved fremdriftinnretningen innbefatter propeller, Figur 2 viser et skrogplan av utformingen av skipet i henhold til oppfinnelsen, hvorved fig. 2a viser de forskjellige tverrsnitt, fig. 2b viser siderisset og fig. 2c viser bunnrisset, Figur 3 viser skjematisk akterenden av skipet i henhold til fig. 1 i bakriss og i sideriss, Figur 4 viser skjematisk akterenden av skipet i henhold til en ytterligere utførelse av oppfinnelsen i bakriss og i sideriss, Figur 5 viser skjematisk bunnrisset av akterenden av skipet til de tidligere utførelser og spesifikt den spissede vinkelen til de vertikale finnene, og Figur 6 viser et perspektivriss av et akterskip i henhold til en ytterligere utførelse av oppfinnelsen, hvorved fremdriftinnretningen innbefatter vannjets. Figur 1 viser et skip 1 som er konstruert i henhold til skrogplanen ifølge fig. 2. Skipet 1 er konstruert for høye hastigheter og har et enkelt langt og slankt skrog med sider 19, hvorved lengden av skroget er minst fem ganger skipsbredden og for lengre skip så mye som syv til åtte ganger skipsbredden. Ved de kortere skip er skipsbredden relativt større ettersom skroget må innbefatte fremdriftinnretning og en bredere skipsbredde sikrer at disse forblir tilstrekkelig stabile. Skipet 1 har en eller flere fremdriftsmidler 8 og en eller flere ror 9. For manøvrering er det en baugtruster 4 nær en baug 3. Arrangementet på dekket er som vanlig for eksempel med et hjulhus 2.

Som det kan ses i fig. 2 har skroget til skipet 1 en spesiell utforming, mer detaljert er utformingen slik at en reduksjon av Froude Kriloff-kreftene spesielt i fremskipet er oppnådd ved å minimalisere forandringen i øyeblikkelig neddykket volum av skroget idet det lager relativt store bevegelser i forhold til vann-nivået på grunn av bølger eller skipsbevegelser. Dette resulterer i en konstruksjon som anvender vertikale sider 19 så mye som gjennomførbart. En ytterligere faktor i konstruksjonen er å redusere forandringen i vannlinje-skipsbredde til seksjonene spesielt i fremskipet idet det gjør det forannevnte større relative bevegelser. Dette medfører at det er en minimal utbuling i baugseksjonene og en baug 3 har en mer eller mindre vertikal linje eller strekker seg mindre enn 5 grader fremover eller bakover. Ved å gjøre således er forandringen i tilført masse i seksjonene minimalisert og med dette er også forandringene i det hydrodynamiske løft i fremskipet minimalisert. Ved å øke fribordet og å føre dekklinjen 15 høyere mot baugen 3 i fremskipet er tilstrekkelig reserveoppdrift garantert.

Mengden av økt skjær i fremskipet, vist i fig. 2 som dekklinje 15, er avhengig av skipsstørrelse, hastighet og bølgeklima som er involvert. En nedadrettet helningssenterlinje mot fremskipet forhindrer seksjonene der å forlate og re-endre vannet idet skipet utfører større relative bevegelser. Senterlinjen 5 er ved sitt laveste nær baugen 3 nær punktet 16 som indikerer den maksimale dypgang i forhold til vannlinjen 17. Størrelsen på negativ helning i bunnen 21 er avhengig av skipstørrelse, hastighet og bølgeklimaet som er involvert. Bunnreisningsvinkelen til seksjonene fra baugen til akterenden er nøyaktig bestemt for å minimalisere eksitasjonskrefter (bølgekrefter) og fremdeles opprettholdes tilstrekkelig dynamisk løft med minimal motstand.

Oppsummert er formen av skroget slik at skroget er langt og slankt, det er ingen utbuling i baugseksjonene og sidene 19 ved baugseksjonene er nærmest vertikale. Nær baugen 3 utgjør sidene 19 en vinkel a sett i et horisontalt plan som er mindre enn 40 grader. Det er et øket skjær foran og nedskrående senterlinje foran og inngangen av vannlinjene 20 er avrundet. For å redusere den våte over-flate er baugen 3 avrundet med en radius R på minst 0,1 m. Avhengig av skipsbredden kan radiusen være minst 1% av skipsbredden. En ytterligere fordel med denne radius R er at virvelavløsning langs sidene 19 til skipet unngås på denne måten. Denne virvelavløsning kan oppstå i denne utforming ved mindre slingre-vinkler når baugen er for skarp som den vanligvis er med hurtige skip. Virvelavløsningen må unngås da det kan føre til kursustabilitet. For å forhindre at den avrundede baugen 3 genererer for mye stagnasjonspunktmotstand og/eller genererer for mye sprut er radiusen R mindre enn 4% av skipsbredden.

Ved å anvende denne nye skrogform må ytterligere foranstaltninger gjøres for å opprettholde tilstrekkelig slingring eller kursholdende stabilitet og for å forhindre uønskede styringsproblemer spesielt i etterfølgende eller akterkvartbølger. Selve skroget genererer de-stabiliserende gir og hivkrefter og momenter som kan føre til disse ustabiliteten Ved innføringen av faste vertikale stabiliserende finner eller kjølens akterkanter ved akterenden av skroget er disse ustabiliteter forhindret. Finnene 6 har fortrinnsvis bærevingetype-seksjonsformer og har fornuftige aspektsforhold for å generere tilstrekkelige løft for å motvirke de-stabiliseringsvirkninger i giring og hiv av skroget. De er konstruert for å optimalis-ere girstabiliteten spesielt på bekostningen av minimal økning i motstanden. Finnene 6 er lokalisert i avstand fra senterlinjen 5 og fortrinnsvis nær sidene 19 slik at de er i avstand fra det forstyrrende området i vannet som er resultatet av den maksimale dypgang 16 av baugen 3 som er mye dypere i vannet enn akterskipet 10. Fortrinnsvis er de lokalisert i front av roret 9 og fremdriftsinnretningen, slik at de opprettholder grep på det strømmende vannet selv når rorene 9 er i luft på grunn av innkommende bølger fra akterkvartdelen av skipet.

Det gjenskapende moment av skroget i stamping er relativt liten sammenlig-net med lignende fartøy. Til en mindre grad er dette også riktig for den gjenoppret-tende kraften i hiv. Hivbevegelsen, men spesielt stampebevegelsen kan meget effektivt reduseres ved anvendelse av en eller flere aktiverte horisontale finner 7 ved akterskipet 10. Disse finner 7 genererer positivt eller negativt løft og kan justeres manuelt, hvis benyttet kun for trimmingskontroll, eller styrt ved (ombord) sensorer og styrealgoritmer. I utførelsen i fig. 1 er to horisontale finner 7 som kan arbeide sammen og således overføre krefter på akterskipet 10 som motvirker hiv og/eller stampingen av skipet 1 og kan føre det i dets optimale trim. I en annen utførelse kan de to horisontale finner 7 styres på en slik måte at de skaper mot-virkende oppadrettede og nedadrettede krefter og således skape et vridningsmoment i den langsgående retning på skipet 1 som motvirker rulling slik at under riktig styring kan stabiliteten forbedres.

De neddykkede horisontale finner 7, fuktet på begge sider, hjelper til med løftgenereringen på både høytrykks og sugesiden vanlig for vinger og de er fortrinnsvis plassert tilstrekkelig dypt under vann-nivået for å forhindre ventilasjon eller sugsidekaviteringer langs finnene 7. Spesielt kan de benyttes for aktiv styring av trimvinkelen i rolig vann uavhengig av hastigheten til skipet 1 for å gi optimal stilling av skipet, for aktiv styring av stampe og hivbevegelse ved autopilot og styrelogaritme og også ved å anvende differensial styring for babord og styrbord horisontale finner kan rullebevegelsen styres. Figur 3a viser skipet 1 i fig. 1 i bakriss med de vertikale finnene 6 hvorved på hver side av senterlinjen 5 er to finner 6 lokalisert og hvorved mellom disse to finner 6 er en horisontal finne 7 montert. Figur 3b viser det samme i sideriss. For klarhets grunner er propellene 8 og rorene 9 ikke vist. Som det kan ses i fig. 1 er propellene 8 og rorene 9 lokalisert aktenfor finnene 6 og 7. Det vil være klart at for fremdriften av skipet 1 er forskjellige utforminger mulige, slik som tre propeller 8 som vist i fig. 1, to propeller, to propeller med en vannjet, en propell med to vannjets og også to eller flere vannjets som vist i fig. 6 (omtalt heretter). Figur 4a og 4b viser et lignende riss av en ytterligere utførelse av de vertikale finnene 6 og de horisontale finnene 7. I denne utførelse strekker den horisontale finnen 7 seg fra begge sider av den vertikale finne 6. Denne vertikale finnen 6 er lokalisert noe i avstand fra siden 19 slik at den horisontale finnen 7 ikke strekker seg på utsiden av skipsbredden til skipet 1. De to horisontale finner 7 som strekker seg til begge sider av den vertikale finne 6 har en felles akse og er forbundet til en enkel drivanordning slik at de beveger seg sammen. I utførelsen vist i fig. 4 genererer de horisontale finner 7 ved styrbord i et skip 1 som beveger seg forover en oppadrettet kraft og de horisontale finner 7 ved babord genererer en nedadrettet kraft. Disse to krefter danner et mot-klokke retningen rettet vridningsmoment på skipet 1, hvilket vridningsmoment kan benyttes for å motvirke krefter som for eksempel er en konsekvens av bølger.

Den fremre kant av de vertikale finner 6 er vist som mer eller mindre vertikal da på denne måten vann strømmer rundt bladet er mest effektivt for å skape en stabiliserende kraft. Det vil være klart at de samme forhold vil gjelde hvis de vertikale finner 6 for eksempel er vertikale til planet til undersiden av skipet 1, så lenge som den fremre kanten av finnen er mer eller mindre perpendikulær til vann-strømmen i forhold til finnen 6. Den fremre kanten av de vertikale finnene 6 kan også være noe avbøyet bakover slik at materiale foldet rundt den fremre kanten er styrt mot finnens ende og blir fri fra finnen. I de viste utførelser er de vertikale finner 6 kombinert med horisontale finner 7. Det vil være klart at for hensikts-messig funksjon av de vertikale bladene 6 er dette ikke er et krav. Figur 5 viser at de vertikale finnene 6 gjør en liten vinkel (3 med senterlinjen 5 slik at når skipet 1 beveger seg i en rett linje fremover er det stabile strømningsforhold rundt finnen 6 i lengden av finnen 6 sett i strømningsretningen og en korrigerende kraft er umiddelbart tilgjengelig hvis bølger skyver mot akterskipet 10 og forandrer strømnings-retningen mot finnen 6 og strømningsforhold rundt finnen 6. Verdien av vinkelen p avhenger av de lokale strømningsforholdene og så på formen av undersiden til skipet 1. I praksis kan verdien av vinkelen (3 være mellom 1 og 3 grader eller omtrent 1,5 grader.

I de viste utførelser har bladene til de horisontale finnene 7 en horisontal rotasjonsakse, og således sikrer like luftforhold langs lengden av finnen 7. Avhengig av de spesifikke forhold er dette ikke alltid vesentlig. For eksempel for å redusere strømningsmotstanden under normale forhold kan det være fordelaktig å ha den horisontale finnen 7 sett perpendikulært til lengden parallell til undersiden av skipet 1. I situasjoner hvor det ikke er noe behov for å motvirke rulling av skipet 1 er det tilstrekkelig å ha en horisontal finne 7 med en enkel drivanordning, som kan være over hele bredden av skipet 1 og som kun benyttes for å sikre den riktige trimmen av skipet 1. For stabilitet kan denne horisontale finne 7 opplagres i senteret.

Figur 6 viser akterskipet 10 til en ytterligere utførelse hvor skroget er konstruert på en lignende måte som i fig. 1. Fremdriftsmiddelet til skipet 1 i denne utførelse er med vannjet. For kursstabilitet er det vertikalfinner 12, disse vertikale finner er mer eller mindre de samme som de tidligere omtalte vertikale finner 6 uten de der tilførte horisontale finner 7. I undersiden av skipet er det vanninnløp 11 for inntak av vann som strømmer mot vannjetene og vannet strømmer ut av dysene 14 i retningen av en senterlinje 13. For styring kan senterlinjene 13 flyttes på kjent måte i et horisontalt plan. For å generere oppad og nedadrettede krefter på akterskipet 10 kan senterlinje 13 flyttes på en lignende måte i et vertikalt plan rundt en horisontal akse. Styringen av retningen av senterlinjen 13 er anordnet på en lignende måte som styringen av de horisontale finnene 7 og er fortrinnsvis forbundet til en autopilot for aktiv styring med en kontrollalgoritme og anvendbare sensorer for å bestemme posisjoner og bevegelser av skipet.

Claims (8)

1. Skip konstruert for bruk ved høy hastighet og tung sjø med et enkelt langt og slankt skrog med en smal skipsbredde og en mer eller mindre vertikal baug (3), hvorved fronthalvdelen av skroget har mer eller mindre vertikale sider (19), minimal utbuling i baugseksjonene og mot baugen (3) en økning i dypgang ved sin senterlinje (5) kombinert med en mer eller mindre lignende økning av fribord og hvorved akterenden (10) til skroget har en flat eller noe V-formet bunn med en eller flere propeller (8) og/eller vannjet (14) som drivinnretning,karakterisert vedat baugen (3) har en avrundingsradius (R) på minst 1 % av skipsbredden.

2. Skip ifølge krav 1, karakterisert vedat avrundingsradiusen (R) er mindre enn 4% av skipsbredden.

3. Skip ifølge krav 1 eller 2, karakterisert vedat sidene (19) nær baugen (3) danner en skarp vinkel (a) på mindre enn 40 grader.

4. Skip ifølge krav 1, 2 eller 3, karakterisert vedat akterenden (10) av skroget foran roret og drivinnretningen nær hver side (19) er minst en eller mindre vertikal stasjonær finne (6; 12) montert.

5. Skip ifølge krav 4, karakterisert vedat de stasjonære finner (6; 12) gjør mot baugen en vinkel ([3) på 1-3 grader med senterlinjen (5).

6. Skip ifølge ett av de foregående krav, karakterisert vedat skroget har ved en bakre ende (10) av skroget justerbar kraftgenereringsinnretning (7; 14) for generering av en oppad og/eller nedad rettet kraft.

7. Skip ifølge krav 6, karakterisert vedat de justerbare kraftgenereringsinnretninger er dannet ved dysene (14) til vannjetene.

8. Skip ifølge krav 6, karakterisert vedat akterenden (10) av skroget foran roret og drivinnretningen nær hver side (19) er i det minste en eller færre vertikale stasjonære finner (6; 12) montert og den justerbare kraftgenereringsinnretning innbefatter minst en eller færre horisontale finner (7) festet til de stasjonære finner nær deres maksimale dybde perpendikulær til skipets senterlinje og hvilke horisontal finne(er) er roterbare rundt den langsgående akse av den horisontale finne(er).