NO773512L

NO773512L - DEVICE FOR CATAMARANS.

Info

Publication number: NO773512L
Application number: NO773512A
Authority: NO
Inventors: Leopoldo Rodriquez
Original assignee: Cantiere Navaltecnica Spa
Priority date: 1976-10-28
Filing date: 1977-10-13
Publication date: 1978-05-02
Also published as: JPS5355889A; HK37879A; GB1524938A; IT1125295B; BR7702654A

Description

Foreliggende oppfinnelse angår katamaraner.The present invention relates to catamarans.

I alminnelighet består en katamaran av to skrog somIn general, a catamaran consists of two hulls which

med et dekk er forbundet med hverandre over vannlinjen. Selv om denne type fartøyer har fordeler når det gjelder motstand mot rulling og et stort nytteareal på dekket har den også enkelte uheldige trekk. Særlig gjelder dette hastighetsbe-grensningen i tung sjø for å unngå for harde bølgeslag mot. dekket som forbinder de to skrog, og behovet for å sikre at fartøyet har stor lengdestabilitet for å redusere stamping som vil øke problemene med bølgeslag. with a deck are connected to each other above the waterline. Although this type of vessel has advantages in terms of resistance to rolling and a large usable area on the deck, it also has some unfortunate features. In particular, this applies to the speed limit in heavy seas to avoid too hard wave strikes. the deck that connects the two hulls, and the need to ensure that the vessel has great longitudinal stability to reduce pounding which will increase the problems with wave action.

Det er også behov for å konstruere forbindelsesdekketThere is also a need to construct the connection deck

på en meget sterk og dermed tung måte foråt det skal kunne tåle alle mekaniske påkjenninger som måtte oppstå i og med at skrogene befinner seg ved hver kant av dekket. in a very strong and therefore heavy way in front of it must be able to withstand all mechanical stresses that may arise due to the fact that the hulls are located at each edge of the deck.

I henhold til foreliggende oppfinnelse er man kommet frem til en katamaran med to skrog som er forbundet med et dekk og to eller mer helt neddykkede hydrofoiler som står på tvers mellom skrogenes halvbunner, hvilke hydrofoiler er innrettet til å være neddykket under fart og til å frembringe en oppadrettet hydrodynamisk skyvekraft som delvis løfter skrogene i vannet og dermed reduserer bevegelsesmotstanden og øker avstanden mellom vannflaten og den nedre del av dekket. Innbygningen av hydrofoiler byr på følgende fordeler:"Med uforandret maskinkraft øker de fartøyets hastighet, de vil under seiling øke avstanden mellom vannflaten According to the present invention, a catamaran with two hulls which are connected by a deck and two or more fully submerged hydrofoils that stand across between the half-bottoms of the hulls, which hydrofoils are arranged to be submerged during speed and to produce an upward hydrodynamic thrust that partially lifts the hulls in the water and thus reduces the resistance to movement and increases the distance between the water surface and the lower part of the deck. The installation of hydrofoils offers the following advantages: "With unchanged mechanical power, they increase the speed of the vessel, during sailing they will increase the distance between the surface of the water

og den nedre del av forbindelsesdekket slik at katamaranen kan fortsette med normal hastighet også ved store bølger, and the lower part of the connecting deck so that the catamaran can continue at normal speed even in large waves,

de forbedrer katamaranens strukturelle egenskaper ogthey improve the structural properties of the catamaran and

de reduserer virkningene av rulling, stamping og de forskjellige akselereasjoner. they reduce the effects of rolling, bumping and the various accelerations.

Da hydrofoilene danner en tverrforbindelse mellom fartøyets to skrog, er disse ikke lenger bare festet til kantene av dekket, men danner lukkede rammer slik at selve dekkonstruksjonen kan utføres lettere. As the hydrofoils form a transverse connection between the vessel's two hulls, these are no longer simply attached to the edges of the deck, but form closed frames so that the deck construction itself can be carried out more easily.

Da hydrofoilene'.under seiling skaper en løftekraft som løfter de to skrog i vannet, oppnår man en total reduksjon av seilingsmotstanden og dermed en økt hastighet med uforandret maskinkraft, og dessuten oppnås en økning i avstanden mellom vannivået og den nedre del av forbindelsesdekket slik at katamaranen vil være i stand til å tåle større bølger uten skadelige slag. As the hydrofoils create a lifting force during sailing that lifts the two hulls into the water, a total reduction of the sailing resistance is achieved and thus an increased speed with unchanged engine power, and also an increase in the distance between the water level and the lower part of the connecting deck is achieved so that the catamaran will be able to withstand larger waves without damaging blows.

Hydrofoilene har til oppgave å bære en optimal del av katamaranens 1 deplasement som ikke bør overstige 80%. The hydrofoils have the task of carrying an optimal part of the catamaran's 1 displacement, which should not exceed 80%.

Det er kjent at forholdet mellom bevegelsesmotstand og løft for en aerofoilprofil er omtrent 1/40 del mens forholdet i en vanlig katamaran mellom bevegelsesmotstand og deplasement er omtrent 1-6 ved en hastighet på 30 knop. Derfor er det klart at en vesentlig forbedring oppnås i den totale hydrodynamiske virkningsgrad for fartøyet ved anvendelse av hydrofoiler. It is known that the ratio between drag and lift for an aerofoil airfoil is about 1/40 while the ratio in a normal catamaran between drag and displacement is about 1-6 at a speed of 30 knots. Therefore, it is clear that a significant improvement is achieved in the overall hydrodynamic efficiency of the vessel by using hydrofoils.

Det skal videre pekes på at de indre sidevegger av skrogene fjerner kanthvirvlene på hydrofoilene og som en følge av dette kan foilens høyde/breddeforhold egentlig betraktes som uendelig, noe som fører til en høyere hydrodynamisk virkningsgrad for foilene. It should also be pointed out that the inner side walls of the hulls remove the edge vortices on the hydrofoils and as a result of this the foil's height/width ratio can actually be considered infinite, which leads to a higher hydrodynamic efficiency for the foils.

Hydrofoilene kan ha en eller flere vertikale stendere som forbinder foilene med dekket. The hydrofoils can have one or more vertical struts that connect the foils to the deck.

En katamaran er særlig følsom overfor bølgebevegelse og blir derfor utsatt for akselerasjoner som kan gjøre seiling i hardt vær problematisk. Det er derfor å foretrekke å utstyre hydrofoilene såvel som de vertikale stendere med hjelperor som godt kan styres av en gyroskopisk akselerometeranordning, idet disse ville være i stand til å redusere rulling og stamping av fartøyet og dermed redusere de forskjellige vertikale akselerasjoner og vinkelakselerasjoner slik at seilingen blir mer komfortabel. A catamaran is particularly sensitive to wave motion and is therefore exposed to accelerations that can make sailing in rough weather problematic. It is therefore preferable to equip the hydrofoils as well as the vertical struts with auxiliary rudders that can be well controlled by a gyroscopic accelerometer device, as these would be able to reduce rolling and pitching of the vessel and thus reduce the various vertical accelerations and angular accelerations so that the sailing becomes more comfortable.

Et kjent system til påvisning av trimvariasjoner og de akselerasjoner en katamaran blir utsatt for under seiling i tung sjø omfatter en gyroskopisk akselerometeranordning. En slik anordning føler eventuelle tversgående eller langsgående endringer i fartøyets trim såvel som de forskjellige akselerasjoner og er i stand til å avgi styresignaler gjennom passende servokontroller til hjelperorene som finnes på hydrofoilene og de vertikale stendere, slik at disse vil utføre en korrek-sjon som reduserer akselerasjoner og trimvariasjoner. A known system for detecting trim variations and the accelerations a catamaran is exposed to while sailing in heavy seas comprises a gyroscopic accelerometer device. Such a device senses any transverse or longitudinal changes in the vessel's trim as well as the various accelerations and is able to issue control signals through appropriate servo controls to the auxiliary rudders found on the hydrofoils and the vertical struts, so that these will perform a correction that reduces accelerations and trim variations.

Hjelperorene på de forreste og aktre hydrofoiler kan også stilles i forskjellige vinkler på en slik måte at de under seiling endrer den langsgående trim med det for øye å løfte fartøyets baug fra vannet og øke avstanden mellom vannflaten og dekket. The auxiliary rudders on the fore and aft hydrofoils can also be set at different angles in such a way that during sailing they change the longitudinal trim with the aim of lifting the vessel's bow from the water and increasing the distance between the water surface and the deck.

Oppfinnelsen er kjennetegnet ved de i kravene gjen-gitte trekk og vil i det følgende bli forklart nærmere under henvisning til tegningene der: Fig: 1 viser et vertikalt snitt gjennom en katamaran tatt etter linjen A-A på fig. 2, The invention is characterized by the features set out in the claims and will be explained in more detail below with reference to the drawings where: Fig: 1 shows a vertical section through a catamaran taken along the line A-A in fig. 2,

fig. 2 viser et horisontalt snitt tatt etter linjen fig. 2 shows a horizontal section taken along the line

LN-LN på fig. 1,LN-LN in fig. 1,

fig. 3 viser katamaranen på fig. 1 sett fra en ende, fig. 4 viser en katamaran med modifiserte hydrofoiler fig. 3 shows the catamaran in fig. 1 seen from one end, fig. 4 shows a catamaran with modified hydrofoils

sett fra en ende,seen from one end,

fig. 5 viser, i forstørret målestokk, en detalj av en fig. 5 shows, on an enlarged scale, a detail of a

hydrofoil og en vertikal stender i katamaranen.på fig. 1, hydrofoil and a vertical strut in the catamaran. on fig. 1,

fig. 6 viser, i forstørret målestokk, et snitt svar-ende til fig. 2 tatt etter linjen B-B på fig. 5- fig. 6 shows, on an enlarged scale, a section corresponding to fig. 2 taken along the line B-B in fig. 5-

Katamaranen som er vist på fig. 1 har et tyngdepunkt G og er utformet med to skrog 10 som. er forbundet med hverandre med et dekk 11, såvel som med horisontale hydrofoiler 12. Sentralt plaserte vertikale stendere 13 står mellom hydro-. foilene 12 og dekket 11, og hjelperor er anbrakt ved de bakre kanter av stenderne. LG er.lastelinjen for katamaranen når den ligger stille. LN er lastelinjen under seiling og F er avstanden mellom LG og LN som fartøyet løftes i vannet ved hjelp av en løftekraft som frembringes av hydrofoilene 12 under seiling. The catamaran shown in fig. 1 has a center of gravity G and is designed with two hulls 10 which. are connected to each other by a deck 11, as well as by horizontal hydrofoils 12. Centrally placed vertical struts 13 stand between hydro-. the foils 12 and the deck 11, and auxiliary rudders are placed at the rear edges of the uprights. LG is the load line for the catamaran when it is stationary. LN is the load line during sailing and F is the distance between LG and LN that the vessel is lifted in the water by means of a lifting force produced by the hydrofoils 12 during sailing.

Da katamaranen som her beskrives har planende eller halvplanende skrog som selv søker å løfte seg fra vannet, vil høyden H mellom dekket 11 og vannflaten under seiling bli større i praksis enn det som er vist på fig. 1. As the catamaran described here has a planing or semi-planing hull which itself seeks to lift itself from the water, the height H between the deck 11 and the surface of the water during sailing will be greater in practice than that shown in fig. 1.

Fig. 2 viser de to"skrog 10 forbundet med hverandre med hydrofoiler 12 som har sidehjélperor 14, mens hjelperor 15 på midten bare finnes på den forreste og aktre hydrofoil. Fig. 2 shows the two hulls 10 connected to each other by hydrofoils 12 which have side auxiliary oars 14, while auxiliary oars 15 in the middle are only found on the front and aft hydrofoils.

Som vist på fig. 5 er det vertikale hjelperor 12 på stenderen 13 styrt av en hydraulisk sylinder 25 ved hjelp av en arm 24 og en stang 23, mens de horisontale midtre hjelperor 15 på hydrofoilene 12 er styrt av en hydraulisk sylinder 22 ved hjelp av en stang 21, en vippearm 20 som er svingbar. ved Y samt en arm 18. As shown in fig. 5, the vertical auxiliary rudder 12 on the strut 13 is controlled by a hydraulic cylinder 25 by means of an arm 24 and a rod 23, while the horizontal central auxiliary rudders 15 on the hydrofoils 12 are controlled by a hydraulic cylinder 22 by means of a rod 21, a rocker arm 20 which is pivotable. at Y and an arm 18.

Fig. 6 viser i snitt det vertikale hjelperor 17 sammen med det midtre hjelperor 15 og et sidehjelperor 14 på hydrofoilen 12 der sidehjelperoret er styrt fra innsiden av det tilstøtende skrog 10 med en sylinder 27 som virker gjennom en arm 26 og en stang 28. Fig. 6 shows in section the vertical auxiliary rudder 17 together with the middle auxiliary rudder 15 and a side auxiliary rudder 14 on the hydrofoil 12 where the side auxiliary rudder is controlled from the inside of the adjacent hull 10 with a cylinder 27 which acts through an arm 26 and a rod 28.

Når katamaranen på grunn av en rullebevegelse på tvers har den vannlinje som er vist på fig. 35vil et ikke vist sentralt gyroskopsystem måle den endring som finner sted i tverrskips trim og sende signaler til et oppfølgningssystem som ikke er vist og som, ved hjelp av de hydrauliske sylindre 27, styrer hjelperorene 14 til frembringelse av krefter AT som er vist på fig. 3- Kreftene AT virker med en momentarm B rundt tyngdepunktet G og skaper det balansemoment MO som er nødvendig for å bringe fartøyet tilbake til en horisontal tverrtrim LN. I det eksempel som er vist på fig. 3 står hjelperorene 14 stilt i motsatte retninger, den venstre med en positiv vinkel og den høyre med en negativ vinkel. When the catamaran, due to a rolling motion across, has the waterline shown in fig. 35, a central gyroscope system, not shown, will measure the change that takes place in the transom trim and send signals to a follow-up system, not shown, which, by means of the hydraulic cylinders 27, controls the auxiliary rudders 14 to generate forces AT shown in fig. 3- The forces AT act with a moment arm B around the center of gravity G and create the balancing moment MO necessary to bring the vessel back to a horizontal transverse trim LN. In the example shown in fig. 3, the auxiliary rudders 14 are positioned in opposite directions, the left with a positive angle and the right with a negative angle.

En liknende situasjon oppstår når det finner sted en vinkelforandring i fartøyets langsgående trim og i dette til-felle vil kraften ved de forreste og aktre hjelperor 15 frembringe negative og positive krefter AL som vist på fig. 1, og kreftene vil idet de virker på vektarmer L i forhold til tyngdepunktet G,igjen bringe fartøyet tilbake til den opprinne-lige trim. A similar situation occurs when there is an angular change in the vessel's longitudinal trim and in this case the force at the front and aft auxiliary rudders 15 will produce negative and positive forces AL as shown in fig. 1, and the forces, as they act on weight arms L in relation to the center of gravity G, will again bring the vessel back to its original trim.

Sidehjelperorene 14 er således hovedsakelig beregnet for korrigering av endringer i tverrskips trim, det vil si for å styre rulling av. fartøyet, mens hjelperorene 15 tjener til å korrigere for trim i lengderetningen, det vil si for å styre fartøyets stamping. Hjelperorene 14 og 15 kan videre virke slik at de reduserer fartøyets vertikale akselerasjon. The side auxiliary rudders 14 are thus mainly intended for correcting changes in transom trim, that is to say to control rolling off. the vessel, while the auxiliary rudders 15 serve to correct for trim in the longitudinal direction, that is to say to control the vessel's pitching. The auxiliary rudders 14 and 15 can also act so that they reduce the vessel's vertical acceleration.

c c

De vertikale hjelperor 17 som sitter på de vertikale stendere 13 skaffer horisontale .krefter AO som virker med en stor vektarm i forhold til tyngdepunktet G og derfor kan benyttes for tverrstabilisering, det vil si for kontroll med fartøyets giring. Hjelperorene 17 som finnes på de forreste og aktre stendere kan også benyttes som ror for styring av katamaranens seileretning. The vertical auxiliary rudders 17 which sit on the vertical struts 13 provide horizontal forces AO which act with a large weight arm in relation to the center of gravity G and can therefore be used for transverse stabilization, that is to say for control of the vessel's yaw. The auxiliary rudders 17 found on the forward and aft uprights can also be used as rudders for steering the catamaran's sailing direction.

Når det er sspesielt behov for å' frembringe store tverr-momenter, kan den form som er vist på fig. 4 benyttes. Her har hydrofoilen form av en omvendt V. En slik utførelse gir lenger momentarmer M for de krefter hjelperorene 14 frembringer og dermed også større balanserende momenter med kreftene AT uforandret . When there is a special need to produce large transverse moments, the form shown in fig. 4 is used. Here the hydrofoil has the shape of an inverted V. Such a design provides longer moment arms M for the forces produced by the auxiliary rudders 14 and thus also greater balancing moments with the forces AT unchanged.

Oppfinnelsen er beskrevet på grunnlag av en foretrukken utførelsesform og det er klart at mange modifikasjoner er mulige innenfor rammen av kravene. The invention is described on the basis of a preferred embodiment and it is clear that many modifications are possible within the scope of the claims.

Claims

1. Catamaran, comprising two hulls which are connected to each other by a deck, characterized in that it comprises two or more completely submerged hydrofoils which are arranged transversely between the halves of the hulls, which hydrofoils are arranged to be submerged during sailing and to produce an upward hydrodynamic thrust that partially lifts the hulls from the water and thereby reduces the total movement resistance and increases the distance between the water level and the lower part of the deck.

2. Catamaran as stated in claim 1, characterized in that each hydrofoil is provided with at least one vertical strut which connects the hydrofoil to the deck.

3- Catamaran as stated in claim 1 or 2, characterized in that the hydrofoil is horizontal.

4. Catamaran as stated in claim 1 or 2, characterized in that the hydrofoils have an inverted V-shape when the catamaran is seen from one end.

5. Catamaran as stated in claim 4, characterized in that each hydrofoil is provided with a central vertical strut which extends between the deck and the apex of the V-shape.

6. Catamaran as specified in any of the preceding claims, characterized in that the hydrofoils are provided with auxiliary oars.

7- Catamaran as stated in claim 2 or any one of claims 3-6, depending on claim 2, characterized in that the vertical strut is made with an aerofoil-shaped cross-section and is provided with an auxiliary oar.

8. A catamaran as stated in claims 6 or 7> characterized in that it comprises gyroscopic accelerometer detectors of a known type for detecting transom and longboard trim and the catamaran's vertical and/or angular accelerationsj operating devices for controlling the auxiliary rudders, and control devices for regulating operating - the devices as a function of the information received from the detectors, thereby producing hydrodynamic balancing forces and/or forces that can reduce the accelerations.

9- Karamaran as specified in claim 6, 7 or 8, characterized in that the auxiliary rudders, especially those arranged on the front and aft hydrofoils, can be controlled in a manner known per se with the vessel's steering devices.