NO793572L - Delvis neddykket katamaran. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en forbedring av

de generelle egenskaper for en delvis neddykket katamaran.

Betydningen av de egenskaper som kreves for skip

varierer vanligvis i avhengighet av målsetninger og betingel-ser (f.eks. det marine klima i seilingsområdet og vanndybden i en havn). Imidlertid må det sies at lastekapasiteten, hastighetskarakteristika og navigasjonscgenskapene (inkl. bevegelseskarakteristikken og navigasjonsstabiliteten) er viktige egenskaper.

Ved konvensjonelle deplasementskip med enkelt-skrog,

står disse krav i motsetning til hverandre og derfor er konstruksjon av disse skip komplisert og vanskelig.

Følgelig er det blitt foreslått et såkalt delvis neddykket skip eller katamaran, som et skip med forbedrede hastighetskarakteristika og navigasjonsegenskaper, omfattende et skrog for å dekke mesteparten av oppdriften, og som er plasert under vannflaten, og et skrog for lagring av last,

som er plasert over vannflaten, dvs. et skip omfattende et

øvre skrog og et nedre skrog som er innbyrdes, adskilt med vannflaten som skillelinje, og som er forbundet med hverandre ved hjelp av tynne stolper.

En typisk konstruksjon for det delvis neddykkede skip eller katamaran basert på de ovennevnte prinsipper er vist på fig. 1. Ved denne konstruksjon befinner to nedre skrog 1, 1 seg alltid under vannflaten og er anordnet i det vesentlige parallelt med hverandre med hensyn til fremdriftsretningen,

og et øvre skrog 3 (et rom for kabiner, last eller fabrikk-anlegg) befinner seg alltid over vannflaten og er forbundet

med de nedre skrog 1 ved hjelp av minst én relativt tynn strømlinjeformet stiver 2 som er montert vertikalt på hvert av de nedre skrog 1. Ved dette delvis neddykkede skip eller katamaran ligger enten dypgangen ved full " last eller dypgangen uten last på stiverne.

Prinsipielt medfører den delvis neddykkede katamaran

en mulighet for å bli et skip med utmerkede egenskaper med hensyn til hastighetskarakteristika og navigasjonsegenskaper. Videre kan et stort dekkareal oppnås og effektivi-teten ved lasting og betjening kan forbedres. Det er derfor forventet at skip av denne type vil bli effektivt benyttet

ved sjøtransport og havaktivitet i fremtiden. Da imidlertid et skip av denne type har en spesiell form som

er helt forskjellig fra formen for et vanlig skip, er utformningen komplisert og vanskelig. For å kunne benytte eller fastlegge utmerkede tekniske karakteristika for en delvis neddykket katamaran tilfredsstillende,■bør utformningen og dimensjonene av de nedre skrog eller stivere fastlegges nøyaktig. Videre er det, da utformningen og dimensjonene av de nedre skrog .eller stivere har betydelig innflytelse på hastighetskrakteristikkene og navigasjons-egenskapene, nødvendig å etablere en høyt utviklet konstruk-sjonsteknikk som er utviklet under hensyntagen til de respektive egenskaper og karakteristika totalt.

Nylig har det vært foreslått en delvis neddykket katamaran hvor en stiver 2 er oppdelt i fremre og bakre deler for å redusere vannlinjearealet. som vist på fig. 2. Ved dette forslag er imidlertid skipets motstand, inkl. bølgedannende motstand,øket ved interferens mellom de fremre og bakre stivere under navigasjon, og den gjenopprettende kraft er liten. Videre er det, da hele lengaen av stiveren 2 er redusert, vanskelig å sikre tilstrekkelig rom for tank og adkomst.. Derfor er dette forslag ikke praktisk i mange konstruksjonstilfeller.

Et hovedformål med oppfinnelsen er å tilveiebringe

en delvis neddykket katamaran hvor den konvensjonelle delvis neddykkede katamarans karakteristika utnyttes fullt ut, bevegelseskarakteristik a er utmerkede, kraften for å dempe den vertikale gyngebevegelse og navigasjonsstabiliteten er meget gode med en stor tverrgående gjenopprettende kraft.

Et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe

en delvis neddykket katamaran hvor en nødvendig kraft kan reduseres, den bølgedannende motstand kan reduseres og navigasjonsstabiliteten kan forbedres betraktelig.

Andre formål med oppfinnelsen vil fremgå av den

følgende beskrivelse.

Ifølge et grunnleggende aspekt ved oppfinnelsen er

det tilveiebragt en delvis neddykket katamaran omfattende to

nedre skrog som alltid befinner seg under vannflaten og er anordnet i det vesentlige parallelt med hverandre med hensyn til fremdriftsretningen, platelignende stivere som er montert i det vesentlige vertikalt på de øvre partier av de respektive nedre skrog langs nesten hele disses lengde, og et øvre skrog som bæres av stiverne og alltid befinner seg over vannflaten, idet forholdet f/D mellom de nedre skrogs neddykningsdybde f og de nedre skrogs midlere diameter D ligger i området 0,7 til 1,2.

Ved .oppfinnelsen er det foretrukket at forholdet

H /B mellom de nedre skrogs høyde HTog bredde BT i tverrsnitt, midtveis i lengderetningen, ligger i området 0,6 til 0,8.

Ved den ovennevnte delvis neddykkede katamaran ifølge oppfinnelsen, oppnås gode effekter når stivernes største bredde/i det minste i deres midtparti ved vannlinjenivå, er 30 - 50% av hvert nedre skrogs største bredde ved samme tverrsnitt.

Ved oppfinnelsen kan stiverne ha en slik vannlinjeform at et parallelt parti er utformet i midtsonen og lengden av dette parallelle parti tilsvarer 40 - 70% av stiverens totale lengde. Hvert nedre skrog kan omfatte en propeller med en diameter DP svarende omtrent til 70 - 100% av det nedre skrogs høyde H .

Ved den delvis neddykkede katamaran ifølge oppfinnelsen kan de ovennevnte formål også oppnås ved å anbringe en fremre og en bakre finne på innsiden av hvert av de nedre skrog. Ved denne utførelse er det foretrukket at den.bakre finnes areal er større enn den fremre finnes areal, og det er også foretrukket at finnenes totale areal er 15 - 30% av vannlinjearealet av stiverne. Videre kan det tenkes en modifisert utførelse hvor de respektive finner er innrettet slik at de kan beveges sammen, eller en annen modifikasjon hvor hver finne er oppbygget av et bevegelig parti og et fast parti, og det bevegelige partis areal er tilpasset til

20 - 30% av finnens totale areal.

Som tidligere påpekt, ligger det.primære kjennetegnende trekk ved den delvis neddykkede katamaran ifølge oppfinnelsen i de nedre skrogs neddykningsdybde. Som det vil fremgå av eksperiment-data som er vist på fig. 6, og som vil bli beskrevet idetaljert i det følgende, kan, fordi forholdet f/D mellom neddykningsdybden f og den midlere diameter D

for de nedre skrog er fastlagt til 0,7 til 1,2, fortrinnsvis ca. 1, såvel den totale motstandskoeffisient T for navigasjon som den bølgedannende koeffisient W reduseres. Følgelig kan den kraft som er nødvendig for navigasjon reduseres til et minimalt nivå.

Følgelig kan, dersom de nedre skrogs oppdrift styres

■slik at neddykningsdybden ligger i det ovennevnte område, navigasjonseffektiviteten forbedres betydelig.

Det annet kjennetegnende trekk ved oppfinnelsen ligger

i de nedre skrogs tverrsnittsform. Ved oppfinnelsen kan kraften til dempning av den vertikale bevegelse økes^mens de nedre skrogs motstand holdes på et lavest mulig nivå ved utflatning av de nedre skrogs tverrsnittsform.

Når graden av utflatning H i_j /B J_j, dvs. forholdet mellom høyde og bredde,holdes innenfor området 0,6 til 0,8, kan skipets stampe- og rullebevegelser reduseres og navigasjonsstabiliteten forbedres betydelig.

Det tredje kjennetegn ifølge oppfinnelsen ligger i dimensjoneringen av stiverne som forbinder de nedre skrog med det øvre skrog.

Ifølge oppfinnelsen er én stiver utformet på ett nedre skrog, kontinuerlig i dette nedre skrogs lengderetning, og bredden av denne stiver er avpasset til 30 - 50% av det nedre skrogs maksimale bredde. Ved dette arrangement vil skipet vanskelig kunne gjøres synkront med bølgefrekvensen og navigasjonsstabiliteten kan forbedres.

Videre har stiverens fremre og bakre partier redusert størrelse, slik at stiveren har en skiplignende form, hvorved motstanden kan reduseres. Dersom det er utformet et parallelt parti i det midtre område av denne skiplignende stiver, kan den motstandsreduserende effekt økes ytterligere. Ved denne utførelse er det foretrukket at lengden av det parallelle parti er 40 - 70% av stiverens totale lengde.

Dersom stiveren utføres slik at dens øvre parti, som skal forbindes med det øvre skrog, utvides, kan forbindelsen mellom stiveren og det øvre skrog styrkes, og hvis det utvidede parti neddykkes i vann ved krengning av den delvis neddykkede katamaran eller av andre grunner, økes den tverrgående gjenopprettingskraft.

I tilfelle en propeller er anordnet i det nedre skrogs bakre parti, influeres vannstrømningen i propelleren av tilstøtende strømninger i det nedre skrog, men når det nedre skrog er utflatet ifølge oppfinnelsen ved å regulere propellerens diameter DP til ca. 70 - 100% av det nedre skrogs høyde H J_i, kan fremdriftseffektiviteten forbedres betydelig.

Det fjerde kjennetegn ifølge oppfinnelsen ligger i den delvis neddykkede katamarans mulighet til styring av sin stilling. Ifølge oppfinnelsen er det utformet finner på hvert nedre skrogs fremre og bakre partier, og arealet av den bakre finne er utført større enn arealet av den fremre finne. Hvis det totale areal av disse fire finner som er utformet på de to nedre skrog reguleres til 15 - 30% av stivernes vannlinjearealer, vil skipets stabilitet forbedres. Videre kan alle finner være stasjonære, eller alle finner eller bare de bakre finner kan være bevegelig anordnet. I det sistnevnte tilfelle kan, dersom de bevegelige partiers areal tilsvarer 20 - 30% av finnenes totale areal, skipets stabilitet forbedres og dets krengning kan styres nøyaktig i overensstemmelse med hastighets-, bølge- eller laste-betingelsene.

Videre kan skipets stabilitet forbedres ytterligere ved automatisk styring av finnene for å eliminere faktorer som influerer på skipets stabilitet, f.eks. bølger.

Selv om et hvilket som helst av de ovennevnte kjennetegnende trekk ifølge oppfinnelsen benyttes individuelt, kan de tilstrebede effekter oppnås. Hvis imidlertid disse kjennetegnende trekk ifølge oppfinnelsen benyttes i kombinasjon, kan egenskapene og kapasitetene forbedres generelt og det kan tilveiebringes en delvis neddykket katamaran hvor den kraft som behøves er redusert, skipets rulle- og<1>stampebevegelser er moderert og navigasjonsstabiliteten er merkbart forbedret.

Følgelig kan den delvis neddykkede katamaran ifølge oppfinnelsen benyttes effektivt som'fabrikkskip i hård sjø e.l. eller som militær-skip med høy hastighet.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til tegningene, hvor fig. 1 og 2 viser front-og sideriss av en konvensjonell delvis neddykket katamaran, fig. 3 viser et sideriss som viser én utførelse av den delvis neddykkede katamaran ifølge oppfinnelsen, fig. 4 viser et snitt etter linjen IV - IV på fig. 3, fig. 5

viser et snitt etter linjen V - V på fig, 3, fig. 6 viser et diagram som illustrerer forholdet mellom det nedre skrogs neddykningsdybde og den delvis neddykkede katamarans mot-standskarakteristikk, fig. 7 viser et diagram som illustrerer forholdet mellom det nedre skrogs grad av utflatning og motstandskarakteristikken, fig. 8 viser et diagram som illustrerer forholdet mellom det nedre skrogs utflatnings-grad og den vertikale bevegelsesamplitude, fig. 9 viser et diagram som illustrerer forholdet mellom den delvis neddykkede katamarans bevegelsesrespons og bølgelengden, fig. 10(A) viser et diagram som illustrerer fordelingen av medfølgende strømninger i propellerplanet (uten stiver),

fig. 10(E) viser et diagram som illustrerer fordelingen av medfølgende strømninger i propellerplanet (med stiver),

fig. 11(A) viser et diagram som illustrerer kraften som virker på et nedre skrog, fig. 11(B) viser et diagram som illustrerer kraften som viser på et nedre skrog med påsatt finne, fig. 12 viser et sideriss av et eksempel på finnen med et bevegelige parti, fig. 13 viser et sideriss av en annen utførelse av den delvis neddykkede katamaran ifølge oppfinnelsen, og fig. 14(A) - 14(H) viser sideriss av baugpartier i andre utførelser av den delvis neddykkende katamaran ifølge oppfinnelsen.

Én utførelse av den delvis neddykkede katamaran,

ifølge oppfinnelsen vil nå bli beskrevet under henvisning til fig. 3, 4 og 5.

Den delvis neddykkede katamaran som er vist på fig.

3, 4 og 5 er av den type som har én stiver pr. skrog, hvor en platelignende stiver 12 er montert vertikalt på hvert av to 'nedre skrog 11 som er anordnet parallelt med hverandre med hensyn til skipets lengderetning, og stiveren er anordnet for å kunne strekke seg langs nesten hele lengden

av det nedre skrog 11.

Som det vil fremgå ved en sammenligning av fig. 2

°9 fig. 3, er den konvensjonelle/delvis neddykkede katamaran på fig. 2 av typen med såkalt dobbeltstiver for hvert skrog, hvor fremre og bakre stivere 2 er anordnet på hvert nedre skrog 1, som vist på fig. 2, mens det ved den foreliggende oppfinnelse er anordnet én stiver, dvs. en eneste stiver 12, som vist på fig. 3.

Ved typen med én stiver vil vannlinjearealet være større enn i tilfellet med dobbeltstivertypen, og derfor,

vil opprettingskraften være større og stabiliteten øket.

De kjennetegnende trekk ifølge oppfinnelsen vil nå

bli beskrevet hver for seg.

Som én faktor som bestemmer den delvis neddykkede katamarans fremdriftskapasitet kan nevnes det nedre skrogs 11 neddykningsdybde f. Med betegnelsen "neddykningsdybde" menes avstanden mellom det nedre skrogs 11 senter o og vannlinjen ved navigering.

Som.påpekt ovenfor er det nedre skrogs bølgedannende motstand mindre jo større neddykningsdybden er. Følgelig er en økning av neddykningsdybden en fordel for forbedring av fremdriftskapasiteten.

Da det øvre skrog imidlertid er forbundet med det

nedre skrog 11 ved hjelp av stiveren 12, oppstår det et annet problem ved at motstanden er øket med volumet av det neddykkede parti av stiveren 12.

I det tilfelle at neddykningsdybden er lik hår en

stiver 12 med en meget liten bredde Bg benyttes, vil økningen av motstanden ved økning av neddykningsdybden være forholdsvis liten sammenlignet med hele den motstand.som virker på skipet, og derfor vil innflytelsen av økningen av neddykningsdybden på motstanden;være forholdsvis ubetydelig.

Som et resultat av forskjellige eksperimenter søkerne har utført, ble det funnet at det er nær sammenheng mellom motstanden mot skipet, det nedre skrogs midlere diameter og dets neddykningsdybde f.

Fig. 6 viser sammenhengen mellom forholdet f/D mellom neddykningsdybden f av det nedre skrog 11 og den midlere diameter D for det nedre skrog 11 og den totale motstandskoeffisient r T og den bølgedannende motstandskoeffisient<r>W. Når det nedre skrog ikke har sirkulært tverrsnitt, men har

et avflatet tverrsnitt, som beskrevet nedenfor, benyttes verdien som tilsvarer?av summen av høyden I-l og bredden B L av det nedre skrog som midlere diameter D. Av fig. 6

vil det ses at dersom verdien f/D er liten, især mindre enn 0,5, vil bade verdien r T og<r>W øke. M.a.o., ved reduksjon av neddykningsdybden f vil motstanden av det nedre skrog 11 øke drastisk.

På den annen side, hvis verdien f/D. overstiger ca. 1,5, vil verdien av reduksjonen av det nedre skrogs motstand bli lavere enn verdien av stigningen av stiverens■motstand,

og den totale motstand tenderer til å øke.

Fra de eksperimentelle data er det funnet at det er

å foretrekke at verdien f/D ligger i området 0,7 til 1,2, spesielt omkring 1,0.

For å kunne-konstruere en hensiktsmessig delvis neddykket katamaran er det.nødvendig å velge en hensiktsmessig neddykningsdybde for det nedre skrog. Neddykningsdybden blir til en viss grad påvirket av forholdet L/D mellom det nedre skrogs 11 lengde og dets midlere diameter D.

De på fig. 1 viste data er de som er oppnådd ved eksperimenter utført med nedre skrog hvor verdien L/D er satt til 10 til 15. Med økning av verdien L/D tenderer neddykningsdybden f til å avta.

Ved virkelig navigasjon av den delvis neddykkede katamaran^ endres neddykningsdybden i overensstemmelse med vekten av lasten. Følgelig er det foretrukket at neddykningsdybden justeres ved styring av det nedre skrogs oppdrift.

Det nedre skrogs tverrsnittsform blir typisk delt i

en sirkulær og en ikke-sirkulær/buet form, som f.eks. en elliptisk form. Det nedre skrogs overflateareal er ved sirkelformet tverrsnitt lite, og dette nedre skrog er utmerket med hensyn til motstanden på grunn av overflate-arealet, dvs. den såkalte friksjonsmotstand.

Av den grunn som er nevnt ovenfor, bør imidlertid neddykningsdybden holdes på et bestemt nivå. I tilfelle av sirkulært tverrsnitt, er vannlinjen dypere enn i tilfelle av ikke-sirkulært tverrsnitt, og dempningskraften for den vertikale bevegelse er mindre. Følgelig har et nedre skrog med et sirkulært tverrsnitt dårligere bevegelseskarakteristika.

På grunnlag av det som er forklart ovenfor, er det

,i praksis å foretrekke at det nedre skrog har et ikke-sirkulært tverrsnitt.

Et foretrukket eksempel på et ikke-sirkulært tverrsnitt er vist på fig. 4. Mer spesielt, et relativt flatt ikke-sirkulært tverrsnitt hvor høyden av sirkelen eller ellipsen er hensiktsmessig redusert slik at bredden B J_i av det nedre skrog,i det minste i dettes midtre parti, er større enn høyden H av det nedre skrog.

Når det nedre skrogs tverrsnitt er utflatet på denne måte, reduseres neddykningsdybden som beskrevet ovenfor, og bevegelseskarakteristikkene forbedres.

Når forholdet H J_j /B J_j mellom det nedre skrogs høyde H.Li

og bredde B reduseres og tverrsnittet utflates ekstremt,

øker formmotstanden til en viss grad.

Fig. 7 er et diagram som viser sammenhengen mellom forholdet R/RQ mellom det flate nedre skrogs motstand R og det nedre skrogs motstand Rq når det har sirkulært tverrsnitt (H /BT = 1,0), og avflatningsgraden II /B »

Av fig. 7 fremgår det at når verdien H /B avtar, vil verdien R/RQ øke. M.a.o., når utflatningen av det nedre skrogs tverrsnittsform økes, vil motstanden øke gradvis. Følgelig er det å foretrekke at verdien H /B er mindre enn 0,6. Det

Li L

anbefales å velge en slik passende verdi for verdien H L /BL

at økningen av motstanden ligger innenfor et tillatelig område under utnyttelse av den fordel som er oppnådd ved den ovennevnte utflatning.

Fig. 8 er et diagram som viser sammenhengen mellom forholdet Z/Zq mellom den vertikale bevegelsesamplitude Z i

et utflatet nedre skrog og den vertikale bevegelse Zq i et nedre skrog med sirkulært tverrsnitt. Av fig. 8 vil det ses at ved økning av utflatningsgraden økes kraften for ' dempning av den vertikale bevegelse og verdien Z/Zq avtar.

Som det fremgår av fig. 7 og 8.har R/RQog Z/Zq karakteristika som står i motsetning til hverandre. Følgelig er det, for å redusere den vertikale bevegelse mens skipets motstand bibeholdes på et nivå som er så lavt som mulig, å foretrekke at utflatningsgraden legges mellom 0,6 og 0,8.

Ved konstruksjonen av det nedre skrogs utflatede tverrsnitt er det å foretrekke å utforme en tverrsnittsform ved å kutte av de øvre og nedre deler av en sirkel eller ellipse med rette linjer og å forbinde begge ender av de rette linjer med krumme linjer. Således kan det nedre skrog fremstilles hensiktsmessig og det ferdige nedre skrog har utmerket styrke.

Formen og størrelsen av stiveren har meget stor innflytelse på den delvis neddykkede katamarans egenskaper og kapasiteter. Ifølge den foreliggende oppfinnelse er stiveren 12 slik innrettet at den strekker seg over nesten hele lengden av det nedre skrog 11. Ved utførelsen på fig.

3, 4 og 5 er stiverens avrundede fremre kant 12b anordnet noe bakenfor det nedre skrogs fremre kant og en rorstamme for drift av et ror 14, som strekker seg bakover utenfor det nedre skrogs bakre ende, kan anordnes.

Som vist på fig. 4 er bredden B av stiveren 12 hovedsakelig konstant i vannlinjeretningen under vannlinjen,

i det minste i stiverens midtre parti, men stiverens 12 tverrsnitt har et oppad utvidet parti 12a ved dens øvre parti, over vannlinjen. Når denne form benyttes, økes stivheten av det parti som mottar det største bøyemoment fra bølgene og forbindelsen med det øvre skrog 13 forsterkes. Dersom skipet krenger meget i tverretningen, og vannlinjen ved denne krengning omfatter dette utvidede parti 12a, vil gjenopp-rettingskraften i tverretningen øke. Det utvidede parti 12a har nemlig en. stabilitetsøkende funksjon.

Stiverens 12 bredde Bg har meget stor innflytelse på' bevegelses- og stabilitetskarakteristika. Skipets bevegelse bestemmes av de ytre krefter som skipet utsettes for fra bølgene (bølgenes ekssiteringskraft). Ved bevegelse representeres bølgenes ekssiteringskraft Fzwved følgende ligning:

hvor A W er stiverens vannflateareal, M<1>er tilleggsmassen,

p vannets tetthet, g er tyngdeakseleras jonen', N Li er dempningskoeffisienten, Z er bølgeoverflatens stigningshøyde, Zwer bølgenes stigningshastighet, 00 er bølgenes vinkel-frekvens og <L| , og cL-j er koeffisienter.

I ligning (1) er det første ledd et såkalt oppdrifts-ledd, det annet ledd uttrykker inertikraften- og det tredje ledd uttrykker dempningskraften. Når dempningskraften i ligning (1), som er meget mindre enn de andre to ledd, ute-lates, da tilleggsmassen M<1>vurderes å være proporsjonal med det nedre skrogs flateprojeksjonsareal ALTInI, kan ligning (1) omskrives som følger:

hvor og C«er koeffisienter.

Videre, da stiverens lengde er i det vesentlige lik lengden av det nedre skrog, ifølge oppfinnelsen, kan ligning (2) hovedsakelig uttrykkes som følger:

hvor B O er stiverens bredde, B Li er det nedre skrogs bredde og C-. er en koeffisient.

Av ligning (3) kan den delvis neddykkede katamarans bevegelseskarakteristikk i det vesentlige defineres ved relasjonen mellom stiverens bredde og det nedre skrogs bredde.

Basert på en slik viten og eksperimentelle data, er relasjonen mellom de ovennevnte to faktorer klargjort ifølge oppfinnelsen. På fig. 9 er hevebevegelsen vist ved innteg-ning av forholdet mellom bølgelengden A og skipslengden L'

på abscissen og forholdet mellom amplituden Z for hevebevegelsen og bølgehøyden S apå ordinaten. På fig. 9 viser kurve A resultater oppnådd når B o /B L er tilnærmet lik 0,8. I dette tilfelle er bevegelseskarakteristikken, til tross for en delvis neddykket form, i det vesentlige like dårlig som ved et vanlig skip. Kurve B viser resultater oppnådd når stiverens bredde B er meget mindre enn det nedre skrogs bredde B , og forholdet Bg/BLer tilnærmet lik 0,2. I dette tilfelle av-viker den iboende frekvens mot siden méd lengre bølgelengde, men på siden med kortere bølgelengde stiger verdien av

F /Z (absolutt verdi), da verdien avcu 2i ligning (3) stiger, og bevegelsen blir sterk i området med korte bølger. Kurve C viser data oppnådd når Bg er tilnærmet lik 0,4. Av disse data vil det ses at det er å foretrekke at verdien av BO c/B L ■ligger i området 0,3 til 0,5.

Stiverens bredde har innflytelse på fremdriftskraften

og stabilitetskarakteristikken. Som påpekt foran, foretrekkes ikke enøkning av stiverens bredde, fordi stiverens motstand økes dersom neddykningsdybden ligger i det område som er spesifisert i oppfinnelsen. Videre, dersom stiverens bredde senkes under det ovennevnte område, vil de tverrgående gjenopprettingskrefter reduseres drastisk og stabiliteten vil ofte settes ned.

Som vist på fig. 5, foretrekkes det i den foreliggende utførelse at stiverens 12 og det nedre skrogs 11 plane former er parallelle i.nærheten av sentrum og at tverrsnittsforme: er de samme. De fremre og bakre partier av det midtre parti smalner gradvis av mot endene. Lengden av det

parallelle parti av det nedre skrog og stiveren er fortrinns-

I vis ca. 40 - 70% av hele lengden.. Hvis lengden av det parallelle parti overstiger ca. 80% av hele lengden, bør formen ubetinget forandres brått i den fremre eller den bakre del. Hvis lengden av det parallelle parti er for kort, vil det

parti som har en komplisert .kurveform økes og fremstillings-omkostningene økes. I tillegg vil i dette tilfelle deplase-mentet reduseres, noe som resulterer i reduksjon av lasten.

Derfor er en for kort lengde av det parallelle parti ikke å foretrekke..

Som vist på fig. 3, har den delvis neddykkede katamaran

) ifølge oppfinnelsen en propeller 15 i det bakre parti av det nedre skrog 11. Propellerens diameter har betydelig innflytelse på fremdriftskraften for den delvis neddykkede katamaran.

Fremdriftskoeffisienten H er representert ved følgende ligning:

hvor fj Qer propellerens f rivirkningsgrad, t) H er skrogvirkningsgraden og f] R er propellerens relative rotative virkningsgrad.

Verdien avT|Qbestemmes av propellerbelastningen, og generelt gjelder at jo lavere propellerens rotasjonshastighet er (og dermed jo mindre turtall), og jo større propellerens diameter er, jo høyere er virkningsgraden f\ . På den annen side bestemmes skrogvirkningsgraden rs H i henhold til hastigheten av vannet som strømmer mot propelleroverflaten, dvs. den medfølgende strøm rundt propelleren, ved følgende ligning:

hvor t er trykkfradragsfaktoren og W er kjølvannsfraksjonen.

Som vist på fig. 10(A) er, ved fordeling av kjølvannet W fra det nedre skrog 11 alene, verdien av W stor i et område som ligger langt innenfor den maksimale diameters periferi. Følgelig vil verdieir ffH, ved en undervannsbåt e.l., dersom propellerens diameter bestemmes slik at propelleren plaseres i dette område hvor kjølvannet er stort, økes og fremdriftseffektiviteten kan økes. Det er nevnt at det i dette tilfelle foretrekkes at propellerens diameter er ca. 60 - 70% av det nedre skrogs diameter.

Imidlertid vil kjølvannsfordelingen, i tilfelle av en delvis neddykket katamaran omfattende et nedre skrog og en stiver i kombinasjon, være som vist på fig. 10(B) og er forskjellig fra den ovennevnte kjølvannsfordeling som. ses i tilfellet med bare det nedre skrog. Som vist på fig. 10(B) vil, da verdien av W er spesielt stor i det nedre skrogs øvre parti, selv om propellerens diameter er større enn i tilfellet med bare det nedre skrog, propelleren arbeide i det området hvor kjølvannet er stort og verdien H er øket. Videre, da propellerens diameter er stor, er også verdien av

i ^o øket, med det resultat at fremdriftseffektiviteten er forbedret. Ved den delvis neddykkede katamaran ifølge oppfinnelsen foretrekkes det, for å oppnå denne forbedring, at diameteren DP av propelleren er ca. 70 - 100%, særlig ca. 90% av det nedre skrogs høyde H .

Som vist på fig. 4 og 5 er finner 16 og 16' med blad-formet tverrsnitt montert på det nedre skrogs 11 fremre og bakre partier ved den delvis neddykkede katamaran.

Finnens flateform er avsmalnende slik at flens-

lengden på den ende som ligger nær det nedre skrog (faste ende) er lengre enn flenslengdén på den annen ende (frie ende)', hvorved bøyespenningen som resultat av bøyemomentet som virker på den faste ende, er dempet.

Ved den foreliggende utførelse er totalt fire finner montert på de fremre og bakre partier av de to nedre skrog. Formene og størrelsene av disse finner er valgt etter nøye overveielse av den delvis neddykkede katamarans karakteristika ,og egenskaper.

Ved anordning av finner i en delvis neddykket katamaran, kan det oppnås effekter forøkning av dempningskraften for bevegelsen og forbedring av stabiliteten sideveis under navigasjon, men finnene medfører en ulempe ved økning av motstanden. Følgelig er finnene utformet etter nøye overveielse av disse fordeler og ulemper.

Ved en delvis neddykket katamaran er den bevegelsesdempende kraft for skroget alene mindre enn ved et vanlig skip. Med uttrykket "bevegelsesdempende kraft" menes en kraft som demper den gyngende bevegelse når skipet gynger i bølgene. Dvs. at reduksjon av den kinetiske energi skipet er i besiddelse av ved generering av bølger .på- den gyngende skipsbevegelse, resulterer i generering av den bevegelsesdempende kraft. Ved en delvis neddykket katamaran modereres det bølgedannende fenomen på grunn av en spesiell utformning, og derfor er den bevegelsesdempende kraft liten. Følgelig er den delvis neddykkede katamarans bevegelseskarakteristikk slik at en stor gyngebevegelse forårsakes i bølger nær synkroniseringspunktet. Følgelig er det tydelig at dersom finner ikke anordnes, vil det ikke kunne oppnås utmerkede navigasjonsegenskaper som ér iboende i den delvis neddykkede katamaran. På den annen side vil, dersom finner er anordnet, på grunn avfrinnenes motstand^som skyldes deres vertikale bevegelse,virker som den bevegelsesdempende kraft, bevegelsen reduseres og i den delvis neddykkede katamaran, hvor dempningskraften er liten nær synkroniseringspunktet, vil finnenes effekt økes. Av resultater av eksperimenter er det funnet at de beste resultater oppnås når finnenes totale areal er omtrent 15 - 30% av vannliniearealet atW7.Hvis finnenes areal er for stort, vil friksjonsmotstand og indusert motstand på grunn av finnene økes under navigasjon, og økning av disse motstander er særlig iøynefallende når Froude-tallet Fn overstiger ca. 0,35.

Noe som bør tas i betraktning ved anordning av finner er sammenhengen mellom den fremre finnes areal og den bakre finnes areal, som har betydning for don delvis neddykkede katamarans stabilitet i lengderetningen. Mer spesielt representeres den delvis neddykkede katamarans stabilitets-moment M i lengderetningen av følgende ligning: M = (gjenopprettingsmoment i lengderetningen) - (usta bilitetsmoment basert på det nedre skrogs dynamiske oppdrift)

På grunn av at vannlinjearealet sr stort for et vanlig skip og opprettingsmomentet i lengderetningen er meget stort, og da stabilitetsmomentet i lengderetningen er positivt og tilstrekkelig, stort, er det ikke behov f or å ta spesielt hensyn til stabiliteten i lengderetningen. Imidlertid, på grunn av at vannlinjearealet er lite i tilfellet av en delvis neddykket katamaran, blir gjenopprettingsmomentet i lengderetningen redusert. Videre utvikler, som vist på fig. 11(A), 'det nedre skrog en dynamisk oppdrift under navigasjon, og da angrepspunktet for den dynamiske oppdrift befinner seg foran tyngdepunktet G når det nedre skrog befinner seg i stillingen med oppadgående baug, som vist på fig. 11 (A) ,

vil momentet virke i en retning som ytterligere-øker trimmen'. M.a.o. virker ustabilitetsmomentet på det nedre skrog. Følgelig vil, når ustabilitetsmomentet basert på

den dynamiske oppdrift i det nedre skrog, i den ovenfor nevnte ligning, blir større enn gjenopprettingsmomentet, stabilitetsmomentet i lengderetningen få en negativ verdi

og den delvis neddykkede katamaran vil ha en ustabil tilstand. Denne ustabilitet i lengderetningen forhindres effektivt ved anordning av finner.

Skjønt en finne 16, som er montert på det nedre skrog 11, utvikler en dynamisk oppdrift under navigasjon, som

vist på fig. 11(B), vil den fremre finne 16 som er anordnet foran tyngdepunktet G utvikle et ustabilitetsmoment M^ som

som. ved det ovennevnte nedre skrog, slik det fremgår av fig. 11(B), mens den bakre finne 16 utvikler et stabilitets-

moment M^(momentet for gjenoppretting av skipets stilling). Følgelig foretrekkes det, for å forbedre den delvis neddykkede katamarans stabilitet ved hjelp av finner,' at kun den bakre finne er anordnet, eller den bakre finnes areal utformes større enn den fremre finnes areal. Imidlertid, dersom den bakre finnes areal utformes for meget større enn den fremre finnes areal, oppnås ingen god balanse av dempnings-kraf ten mellom de bakre og fremre finner, noe som resulterer i en økning av stampebevegelsen. Følgelig oppnås en god stabilitet når den bakre finnes areal utføres hensiktsmessig større enn den fremre finnes areal. Som et resultat av eksperimenter utført av søkerne, vedrørende finnenes dimensjoner, er det funnet at det er å foretrekke at den bakre finnes areal er omtrent 1,5 til 3 ganger, særlig omtrent 2 ganger, den fremre finnes areal.

Finnene kan være faste eller én eller begge av de bakre og finner kan være bevegelige. Bevegelige finner virker som en stabilisator og kan gjennomføre stillingsstyring av den delvis neddykkede katamaran under navigasjon eller bevegel-sesstyring i bølger.

Finnenes hele areal blir ofte bestemt slik at det oppnås tilstrekkelig dempningskraft. Imidlertid er det hensiktsmessig med et mindre areal dersom finnene beveges, ut fra et dri kraftsynspunkt. Da den bakre finne er meget viktig for å oppnå en god stabilitet i lengderetningen, er det vanskelig å redusere den bakre finnes areal og en van-skelighet forårsaker det ofte også når alle finnene utføres bevegelige.

Det ovennevnte problem løses ved f.eks. å benytte

en finneform som vist på fig. 12. Finnen 16 omfatter et fast parti 16a og et bevegelig parti 16b (klaff). Vanligvis foretrekkes det at det bevegelige partis 16b areal er omtrent 20 - 30% av finnens 16 areal.

Ved utførelsen på fig. 3 er stiverens 12 fremre kant

12b anordnet bakenfor det nedre skrogs 11 fremre ende 11a.

Fig. 13 viser en annen utførelse av den delvis neddykkede katamaran hvor stiverens 12 fremre kant 12b er anordnet foran det nedre skrogs 11 fremre ende 11a.

Vanligvis er et delvis neddykket skip utmerket med hensyn til høyhastighetsnavigasjon, men når Froude-tallet Fn representert ved den følgende formel:

hvor Fn er Froude-tallet, v er skipets hastighet, g er tyngdekraftakselerasjonen og L er det nedre skrogs ■ lengde,

er ca. 0,3 eller i området fra 0,4 til 0,6,øker den bølgedannende motstand drastisk. Følgelig bør, når den delvis neddykkede katamarans normale hastighet tilsvarer det ovennevnte Froude-tall på grunn av andre nødvendige konstruk-sjonsbetingelser, hovedmaskinens kraft økes og dette forårsaker en økonomisk ulempe.

Dette problem kan løses ved å anordne stiverens 12 fremre kant 12b foran det nedre skrogs 11 fremre ende 11a.

Med spesielt kan ved dette arrangement den bølgedannende motstand som utgjør omtrent 50% av den delvis neddykkede katamarans totale motstand, når Froude-tallet er omtrent 0,3 eller i området mellom 0,4 og 0,6, reduseres betydelig med det resultat at den nødvendige kraft fra hovedmaskinen kan reduseres.

Av resultater fra eksperimenter søkerne har gjort er

det funnet at jo lengre avstanden X mellom stiverens 12

fremre kant 12b og det nedre skrogs 11 fremre ende er, jo mindre er den bølgedannende motstand. Dersom imidlertid stiverpartiet forlenges for å øke avstanden Z ,økes frik-sjonsmotstanden•ved økning av neddykningsarealet og effekten ved reduksjon av den bølgedannende motstand oppheves av denne økning av friksjonsmotstanden. Hvis stiveren er anordnet ekstremt langt foran, oppstår videre et problem med hensyn til det øvre skrogs 13 konstruksjon eller anordning. Fra et praktisk synspunkt blir det følgelig foretrukket

at verdien Sl er 5 - 30% av det nedre skrogs 1 1 totale lengde

L.

Fig. 14(A) - 14(H) er tegninger som viser ytterligere utførelser av oppfinnelsen, hvor stiverens 12 fremre kant 12b er utformet med, en vertikal, skråttstilt, krummet eller annen form. Ved konstruksjon av en delvis neddykket katamaran velges en hensiktsmessig form slik at den bølgedannende motstand kan minimaliseres.

Den delvis neddykkede katamaran ifølge oppfinnelsen kan benyttes som passasjerskip, lasteskip, fabrikkskip e.l. ved hensiktsmessig utformning av det øvre skrog. Videre kan kapasiteten, formen, størrelsen,vektenog andre faktorer for den delvis neddykkede katamaran ifølge oppfinnelsen bestemmes i henhold til den påtenkte benyttelse. Derfor bør dimensjoner og utformninger av stiveren og det nedre skrog defineres ved forholdstall som nevnt ovenfor, heller enn ved spesielle beregnede verdier.

Følgelig er relative verdier (forholdstall) benyttet for å definere de respektive elementer i oppfinnelsen. For bedre illustrasjon vises eksempler på spesielle verdier i den følgende tabell.

Claims (21)

1. Delvis neddykket katamaran, karakterisert ved at den omfatter to nedre skrog (11) som alltid befinner seg under vannflaten og er anordnet i det vesentlige paralle.lt med hverandre med hensyn til fremdriftsretningen, platelignende stivere (12) som er montert i det vesentlige vertikalt på dé øvre partier av de respektive nedre skrog (11) langs nesten hele disses lengde, og et,øvre skrog (13) som bæres av stiverne (12) og alltid befinner seg over vannflaten, idet forholdet (f/D) mellom de nedre skrogs (11) neddykningsdybde (f) og de nedre skrogs (11) midlere diameter (D) ligger i området 0,7 til 1,2.

2. Katamaran ifølge krav 1, karakterisert ved at forholdet (L/D mellom de nedre skrogs (11) lengde (L) og deres midlere diameter (D) ligger i området 10 til 15.

3. Katamaran ifølge krav 1, karakterisert ved at forholdet (H L /B L) mellom de nedre skrogs (11) høyde (H L ) og bredde (B L) i tverrsnitt, midtveis i lengderetningen,ligger i området 0,6 til 0,8.

4. Katamaran ifølge krav 1, karakterisert ved at hver stivers (12) største bredde i det minste i dens midtparti ved vannlinjen, er 30 - 50% av hvert- nedre skrogs (11) største bredde ved samme tverrsnitt.

5. Katamaran ifølge krav 1, karakterisert ved at stiverne (12) har en slik vannlinjeform at et parallelt parti er utformet i midtsonen og at lengden av det parallelle parti tilsvarer 40 - 70% av stiverens (12) hele lengde.

6. Katamaran ifølge krav 1, karakterisert ved at hvert nedre skrog (11) omfatter en propeller og at propellerens diameter (DP) er ca. 70 - 1 00% av det nedre skrogs (T1) høyde (H ).

7. Katamaran ifølge krav 1, karakterisert ved at fremre og bakre finner (16, 16') er anordnet på innsiden av hvert nedre skrog (11), og at den bakre finnes (16.') areal er. større enn den fremre finnes (16) areal.

8. Katamaran ifølge krav 7, karakterisert ved at de fremre og bakre finners totale areal er 15 - 30% av hver stivers vannlinjeareal.

9. Katamaran ifølge krav 7, karakterisert ved at den bakre finnes (16') areal er 1,5 til 3 ganger større enn den fremre finnes (16) areal.

10. Katamaran ifølge krav 7, karakterisert ved at hver finne (16, 16') omfatter et fast parti og et bevegelig parti, og at det bevegelige partis areal er 20 - 30% av finnens totale areal.

11. Katamaran ifølge krav 1, karakterisert ved at hver stivers (12) fremre kant (12b) er anordnet foran det nedre skrogs (11) fremre ende (11a).

12. Delvis neddykket katamaran, karakterisert ved at den-omfatter to nedre skrog (11) som alltid, befinner seg under vannflaten og er anordnet i det vesentlige parallelt med hverandre med hensyn til fremdriftsretningen, platelignende stivere (12) som er montert i det vesentlige vertikalt på de øvre partier av de respektive nedre skrog (11) langs nesten hele disses lengde, og et øvre skrog (13) som bæres av stiverne (12) og alltid befinner seg over vannflaten, idet forholdet (H /B ) mellom hvert nedre skrogs (11) høyde (H Li ) og bredde (B L) ligger i området 0,6 til 0,8.

13. Katamaran ifølge krav 12, karakterisert ved at hver stivers (12) største bredde i det minste i dens midtparti ved vannlinjen, er 30 - 50% av hvert nedre skrogs (11) største bredde ved samme tverrsnitt.

14. Katamaran ifølge krav 12 eller 13, karakterisert ved at stiverne (12) har en slik vannlinjeform at et parallelt parti er utformet i midtsonen og at lengden av det parallelle parti tilsvarer 40 - 70% av stiverens (12) hele lengde.

15. Delvis neddykket katamaran, karakterisert ved at den omfatter to nedre skrog (11) som alltid befinner seg under vannflaten og er anordnet i det vesentlige parallelt med hverandre med hensyn til fremdriftsretningen, platelignende stivere (12) som er montert i det vesentlige vertikalt på de øvre partier av de respektive nedre .skrog (11) langs nesten hele disses lengde, og et øvre skrog (13) som bæres av stiverne (12) og alltid befinner seg over vannflaten, idet fremre og bakre finner (16, 16') er anordnet på hvert nedre skrogs (11) innside, og den bakre finnes (16') areal er større enn den fremre finnes (16) areal.

16. Katamaran ifølge krav 15, karakterisert ved at den bakre finnes (16') areal er 1,5 til 3 ganger større enn den fremre finnes (16) areal.

17. Delvis neddykket katamaran, karakterisert ved at den omfatter to nedre skrog (11) som alltid befinner seg under vannflaten og er anordnet i det vesentlige parallelt med hverandre med hensyn til fremdriftsretningen, platelignende stivere (12) som er montert i det vesentlige vertikalt på de øvre partier av de respektive nedre skrog (11) langs nesten hele disses lengde, og et øvre skrog (13) som bæres av stiverne (12) og alltid befinner seg over vannflaten, idet fremre og bakre finner (16, 16') er anordnet på hvert nedre skrogs innside og de fremre og bakre finners (16, 16') totale areal er 15 - 30% av hver stivers (12) vannlinjeareal.

18. Katamaran ifølge krav 17, karakterisert ved at hver finne (16, 16') omfatter et bevegelige parti og et fast parti, o<j at det bevegelige partis areal er 20 - 30% av finnens totale areal.

19. Delvis neddykket katamaran, karakterisert ved at den omfatter to nedre skrog (11) som alltid befinner seg under vannflaten og er anordnet■i det vesentlige parallelt med hverandre med hensyn til fremdriftsretningen, platelignende stivere (12) som er montert i det vesentlige vertikalt på de øvre partier av de respektive nedre skrog (11) langs nesten hele disses lengde, og et øvre skrog (13) som bæres, av stiverne (12) og alltid befinner seg over vannflaten, idet forholdet (f/D) mellom de nedre skrogs (11) neddykningsdybde (f) og deres midlere diameter (D) ligger i området 0,7 til 1,2, forholdet (H /B ) mellom hvert nedre skrogs (11) høyde (H ) og bredde (B ) ligger i området 0,6 til 0,8, fremre og bakre finner (16, 16') er anordnet på hvert nedre skrogs (11) innside, idet den bakre finnes (16') areal er større enn den fremre finnes (16) areal, og arealet av fremre og bakre finner (16, 16') er 15 - 30% av hver stivers (12) vannlinjeareal.

20. Katamaran ifølge krav 19, karakterisert ved at den bakre finnes (16') areal er 1,5 til 3 ganger større enn den fremre finnes (16) areal.

21. Katamaran ifølge krav 19, karakterisert ved at hver finne (16, 16') omfatter et bevegelig parti og et fast parti, og at det bevegelige partis, areal er 20 - 30% av finnens totale areal.