NO851246L - Fartoey med tre halvt nedsenkbare flottoerer. - Google Patents

Description

Dagens skipskonstruktører har til sin disposisjon et an-tall fundamentale regler for konstruering av overflateskip hvis flyteevne oppnås ved anvendelse av mer enn ett skrog. Det er således kjent fartøyer som understøttes av tre skrog.

De mest kjente av disse fartøyer er utstyrt med skrog som, forståelig nok, befinner seg delvis i undervannsstilling men også delvis i overvannsstilling, slik det eksempelvis fremgår av fransk patentskrift 1.414.492. Andre typer av fartøyer, mindre kjent av offentligheten, men av en allerede eldre konstruksjon, omfatter fullt nedsenkbare bæreskrog, slik det eksempelvis er beskrevet i US-patentskrift 1.825.286.

Andre konstruksjoner er også kjent og enda flere prosjekter for overflatefartøyer av sistnevnte type, hvor oppdriften oppnås ved hjelp av flere - to, tre eller fire - skrog som er forbundet med den øvrige del av fartøyet gjennom delvis nedsenkbare søyle-elementer som bidrar til oppdriften. Den effektive del av et slikt fartøy befinner seg over vannflaten, og montasjen bestående av selve skroget og den nedsenkete del av hvert søyleele-ment, blir vanligvis omtalt som en "halvnedsenkbar flottør".

I forbindelse med "halvnedsenkbare fartøyer" av ulike typer er besparelse og funksjonsdyktighet i de senere år blitt tillagt betydning, og ikke lenger det ene formål å finne nye linjer. Antallet av byggete fartøyer er imidlertid lite og den oppnådde erfaring fortsatt begrenset.

Denne nye type er imidlertid lovende hva angår konstruksjon av fartøyer med stor sjødyktighet og stabilitet. Det gjen-står imidlertid å bestemme de spesielle forholdsregler som vil gi minst mulig vannmotstand og gjøre det mulig å bygge fartøyer som kan drives på økonomisk rimelig måte.

Ingen av de kjente fartøyer som er utstyrt med "halvnedsenkbare flottører", har de nautiske egenskaper, eksempelvis liten vannmotstand, som vil gjøre drift av fartøyene attraktiv, og dette er sannsynligvis grunnen til at samtlige igangværende prosjekter generelt virker inaktive og uproduktive.

Det er derfor et formål med den foreliggende oppfinnelse å optimalisere formene og de innbyrdes posisjoner av halvnedsenkbare flottører, ved utarbeiding av disse spesielle, nye disposi-sjoner.

Med dette for øye har oppfinnelsen befatning med et fartøy med tre halvnedsenkbare flottører som er forbundet med et dekk gjennom søyler, en midtflottør som er anordnet ved det fremre parti, og to sideflottører som er symmetrisk plassert i forhold til midtflottørens lengdeakse, i overensstemmelse med det prin-sipp som eksempelvis er beskrevet i US-patentskrift 1.815.286.

Enhver skipskonstruktør som befatter seg med fartøyer av denne type, bør i særlig grad konsentrere seg om å løse problemet med å minske vannmotstanden og, nærmere bestemt redusere innvirkningen av bølgebevegelse, da dette er et problem som tidligere prosjekter har beskjeftiget seg med uten i realiteten å løse det.

Det har faktisk vært foreslått en rekke løsninger for far-tøyer med ikke-halvnedsenkbare overvannsskrog, og det er, f.eks. i fransk patentskrift 1.414.492, angitt disposisjonsprinsipper som, for fartøyer av denne type, gjør det mulig å redusere bølge-virkningene.

Det kunne antas at det ville være lettvint og åpenbart

for enhver fagkyndig å ta utgangspunkt i prinsippet ifølge fransk patentskrift 1.414.492 og, ved å overføre dette på et skip med "halvnedsenkbare flottører" som kjent fra US-patent-skrif t 1.815.286, konstruere et skip med "halvnedsenkbare flot-tører" og med liten vannmotstand, og som av den grunn ville være attraktivt for en bruker.

Men dersom et slikt steg som uten forutgående erfaring bare er et tankeeksperiment uten noen som helst tilknytning til faktiske utprøvninger, hadde vært så innlysende, og i betraktning av den økonomiske fordel ved en slik nykonstruksjon, oppstår spørsmålet hvorfor tidligere tiders skipskonstruktører aldri har foreslått et fartøy av denne nye type.

Det eneste svar på dette spørsmål er at selve tanken på

et skip med "halvnedsenkbare flottører" i realiteten har vært og fremdeles er så uvanlig i forbindelse med konstruksjon av skip,

at konstruktørene har følt seg tvunget til å begynne på ny og revurdere hele saken under tilsidesettelse av all tidligere kunnskap som anses å være av liten interesse. Det er således ikke selvklart at prinsippene ifølge fransk patentskrift 1.414.492 kan overføres på US-patentskrift 1.815.286, og på

den annen side må dén fagkyndige som beskjeftiger seg med dette, måtte overvinne en teknisk fordom som normalt ville ha hindret ham i å muliggjøre en slik overføring, og foreta en reell opp-finnelseshandling, på ingen måte selvfølgelig, som krever faktisk oppfinnsomhet.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse er dette gjennomført ved at det for det angjeldende fartøy er fastlagt

a) at forholdet mellom ordinaten for fartøyets flatekurve ved skjæringspunktet mellom henholdsvis sideflottørenes

samt midtflottørens flate-kurver og maksimumsordinaten for far-tøyets flatekurve utgjør minst 0,45, og

b) at forholdet mellom summen av volumene av de forente sideflottører og volumet av midtflottøren ligger mellom 0,3 og

1,7.

Det foretrekkes videre at

- forholdet mellom nedsenkningsdybden i maksimumssonen av flatekurven for de horisontale seksjoner (nemlig TcL) og den tilsvarende flottørdiameter utgjør mellom 0,6 og 1,4 for hver flot-tør,

- at fartøyets symmetrikoeffisient er mindre enn 0,3,

- at sideforholdet for hver flottør ligger mellom 5 og 10, - at minst ett stort sett horisontalt balanseror forbinder hver sideflottør med midtflottøren, og - at de to sideflottører er identiske og atskilt fra midt-flottøren.

Oppfinnelsen er nærmere beskrevet i det etterfølgende under henvisning til de medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser et enderiss, sett i retning av pilen F i fig.

2, av et fartøy ifølge oppfinnelsen.

Fig. 2 viser et sideriss, sett i retning av pilen G i fig.

1, av samme fartøy.

Fig. 3 viser et snitt langs linjen III-III i fig. 1.

Fig. 4,5, 6, 7 og 8 viser flatekurver for fartøyet ifølge oppfinnelsen, illustrert i flere, separate utførelsesformer.

Det er i det etterfølgende referert til flere begreper av særlig uvanlig art, som behøver en definisjon, og denne er gitt i den medfølgende oversikt som utgjør en del av den foreliggende patentsøknad.

Fartøyet som er vist som eksempel, er en såkalt "trimaran", dvs. et overflatefartøy med tre flottører.

Fartøyet består av

- en overvannsdel 1 med et dekk 2 og inneholdende det effektive volum av fartøyet (lasterom, lugarer, osv.), - et langstrakt, fremre midtskrog 3 som har et vertikalt, langsgående symmetriplan S og som nedsenkes fullstendig under vannflaten 4, - to identiske sideskrog 5 som er anordnet symmetrisk i forhold til symmetriplanet S, ved den bakre del av midtskroget 3, og som nedsenkes fullstendig, - en søyle 6 som strekker seg vertikalt og stort sett parallelt med symmetriplanet S og som forbinder midtskroget 3 med undersiden 7 av overvannsdelen 1, - to søyler 8 som strekker seg vertikalt og stort sett parallelt med symmetriplanet S og som hver for seg forbinder et sideskrog 5 med undersiden 7 av delen 1, - to stort sett horisontale balanseror 9 som forbinder hver sitt sideskrog 5 med midtskroget 3.

Følgende særtrekk fremgår

- montasjen bestående av et skrog med motsvarende søyle (midtskroget 3 og en søyle 6, hvert av sideskrogene 5 med til-hørende søyle 8), danner en halvnedsenkbar flottør, - hver halvnedsenkbar flottør har positiv oppdrift, og montasjen bestående av tre halvnedsenkbare flottører overfører sin oppdrift til fartøyet, - skrogene 3, 5 med tilhørende søyler 6, 8 kan bestå av tanker eller vannballastseksjoner, men kan også være dannet av avdelinger som inneholder fartøyets installasjoner, idet det eksempelvis kan være innmontert tre dieselmotorer, hvorav en hovedmotor og to hjelpemotorer, i midtskroget 3 og i sideskrogene 5, for drift av propellene, mens de hule søyler 6, 8 kan være innrettet for gjennomføring av tallrike, opprettede forbindelser (elektriske kabler, rørledninger og passasjer) mellom skrogene

3, 5 og dekket 2,

- de vertikale transversalplan gjennom endene av flate-

kurvene for de vertikale tverrseksjoner av de halvnedsenkbare flottører 3-6 og 5-8 er merket: V 3 AR: plan gjennom den bakre ende av flatekurven for den halvnedsenkbare flottør 3-6, V 3 AV: plan gjennom den fremre ende av flatekurven for den halvnedsenkbare flottør 3-6, V 5 AR: plan gjennom de bakre ender av flatekurven for de halvnedsenkbare flottører 5-8, V 5 AV: plan gjennom de fremre ender av flatekurven for de halvnedsenkbare flottører 5-8, og det vil bemerkes at det er en overlapping i langsgående retning, parallelt med planet S, i de innbyrdes posisjoner for den halvnedsenkbare midtflottør 3-6 og de halvnedsenkbare sideflot-tører 5-8, idet planet V 5 AV befinner seg foran planet V 3 AR. Fig. 4-8 viser flatekurvene ved flere forskjellige utførel-sesformer, hvor i hvert tilfelle: - kurven A 5 representerer hele montasjen bestående av de to halvnedsenkbare flottører 5-8, og - kurven A 1 representerer samtlige tre halvnedsenkbare flottører, dvs. selve fartøyet.

Grunnet den ovennevnte overlapping har kurvene A 3 og

A 5 et skjæringspunkt I som er beliggende i et vertikalt transversalplan VI som forløper mellom planene V 3 AR og V 5 AV. Det er videre angitt: - verdien AI av fartøyets tverrsnittsflate (kurven AI) i planet VI, og

- maksimumsverdien AMI for kurven Al.

Ved utførelsesformen ifølge fig. 4 er AI stort sett lik AM3 og AM5. AMI er derfor praktisk talt lik hver av disse tre verdier. Kurven Al forløper plant mellom planene V 3 AR og V 5 AV. Dette vil i stor grad bidra til å redusere virkningen

av bølgebevegelsen ved hastigheter motsvarende et Froude-tall av 0,4-0,6 (kurven Al forløper "balansert" mellom fartøyets forende og akterende, uten bølgedaler eller markerte bølgekammer, særlig i sonen ved plan VI). Videre er volumet av de to halvnedsenkbare sideflottører 5-8 stort sett lik volumet av den halvnedsenkbare midtflottør 3-6 (partienes A3 og A5 kurveflater er stort sett like) hvorved virkningen av bølgebevegelse vil reduseres ytterligere ved trimaranen av denne type.

Selv om løsningen ifølge fig. 4 kan synes ideell ut fra det ovennevnte synspunkt, vil det ikke desto mindre være innlysende at andre løsninger, selv om de ikke er like gode, like-vel kan være tilfredsstillende.

Ved utførelsesformen ifølge fig. 5 er eksempelvis AMI = AM5, AM3 er noe mindre enn AM5 og AI/AMI = 0,45. Volumene av de halvnedsenkbare sideflottører 5-8 og midtflottøren 3-6 er stort sett like. Dette er et grensetilfelle, beregnet for høye hastigheter (Fn 0)6), AI/AMI bør i prinsippet velges høyere enn 0,45 for å muliggjøre maksimal reduksjon av bølgebevegelses-virkningen.

Utførelsesformen ifølge fig. 6 kjennetegnes ved en markert ubalanse mellom volumene dels av de halvnedsenkbare sideflottører 5-8 og dels den halvnedsenkbare midtflottør 3-6, idet forholdet mellom disse volumer er lik 0,3. Denne grense er igjen en mini-mumsgrense som ikke bør overskrides. Videre er AI/AMI stort sett lik 1, og dette er tilfredsstillende. Fig. 7 viser en utførelsesform hvor volumet av de halvnedsenkbare side- (og akter-) flottører 5-8 er 1,7 ganger større enn volumet av den halvnedsenkbare midt- (og for-)flottør 3-6. Denne utførelsesform representerer en øvre grense som ikke bør overskrides. Videre er AI stort sett lik AMI. Kurven Al forløper relativt plant mellom toppunktene for kurvene A3 og A5, hvilket resulterer i en relativt liten bølgebevegelses-virkning ved hastigheter motsvarende Fn = 0,4-0,6. Fig. 8 viser en utførelsesform hvor fartøyets flatekurve Al forløper markert usymmetrisk. Fartøyets asymmetrikoeffisient DIS er lik 0,3 hvilket representerer en maksimumsgrense som ikke bør overskrides. De halvnedsenkbare side- (og akter-)flottører 5-8 er voluminøse i forhold til den halvnedsenkbare midt- (og for-)flottør 3-6.

For fartøyet ifølge fig. 1-3 (halvnedsenkbare flottører 3-6 og 5-8, vist med heltrukne linjer i fig. 1) har flottørene en spenningskoeffisient av ca. 7. For å oppnå et kompromiss mellom bølgevirkningen og friksjonsmotstanden, og redusere den totale motstand, bør det velges utforminger som gir en spennings-koef f isient mellom 5 og 10.

For å oppnå de størst mulige fordeler ved anvendelse av halvnedsenkbare flottører er det viktig, for det første å ned-senke flottørene 3-6 og 5-8 til dybder som er tilstrekkelig til å redusere fartøyets bevegelser og redusere bølgebevegelses-virkningen, og for det andre å begrense flottørenes nedsenkning til dybder som ikke vil forårsake større, tekniske problemer ved konstruering av fartøyet og som vil gi en våtflate av rimelig størrelse. Dette er grunnen til at forholdet TcL/Deq mellom flatekurvens maksimum i horisontalsnitt og den tilsvarende diameter ligger mellom 0,6 og 1,4 for hver halvnedsenkbar flottør, og dette er angitt med brutte linjer i fig. 1 hvor de flottører som er vist nærmest vannflaten, motsvarer TcL/Deq = 0,6 og flot-tørene lengst fra vannflaten motsvarer Tcl/deq = 1,4.

Det er åpenbart at fartøyet som er beskrevet i det ovenstående, har alle de egenskaper som er kjennetegnende for samtlige halvnedsenkbare fartøyer, men det er i tillegg oppnådd en ny optimalisering av fartøyets vannmotstand. For første gang vil et halvnedsenkbart fartøy ha en virkningsgrad som stort sett er den samme som ved et konvensjonelt overflatefartøy av identisk kapasitet, og dette gjør teknikken levedyktig.

Jevnført med halvnedsenkbare fartøyer av katamaran-typen, er innvirkningen av bølgebevegelse vesentlig mindre, fordi de tre halvnedsenkbare flottører kan ha et gunstigere sideforhold enn de to halvnedsenkbare flottører på en katamaran, og dessuten fordi det er en bevisst overlapping i langsgående retning for flatekurvene A3 og A5, som gjør det mulig å forhindre ugunstige interferensvirkninger mellom vannstrømmen langs den halvnedsenkbare midtflottør 3-6 og langs de halvnedsenkbare sideflottører 5-8, og derved igjen redusere innvirkningen av bølgebevegelse. Selve valget av flatekurven Al, fortrinnsvis den flateste mellom toppunktene på kurvene for partiene A3 og A5 og umiddelbart ved punktet I, er i dette tilfelle et tegn på en vesentlig redusert vannmotstand.

Det bør også bemerkes at den foretrukne konstruksjon er spesielt sterk. Det er et kjent faktum at eksempelvis katamaraner er av særlig ømfintlig konstruksjon i betraktning av de meget store påkjenninger som de normalt utsettes for. Den nye konstruksjon av "trimaran"-type som er foreslått, har ingen av de kjente konstruksjoners svakheter, dels fordi fartøyet understøttes totalt på"tre punkter istedenfor på fire som ved katamaraner,

og dels fordi balanserorene 9 lukker konstruksjonen som dannes av søylene 6 og 8 samt skrogene 3 og 5. Spenninger som oppstår i sonen hvor søylene 6 er forbundet med hovedskroget 1, er mindre

enn de som forekommer i midtpartiet av de motsvarende forbin-delsessoner ved en halvnedsenkbar katamaran.

Oppfinnelsen er på ingen måte begrenset til den ovenstående beskrivelse, idet endringer kan gjennomføres uten at det avvikes fra oppfinnelsens ramme.

TiIleggsfortegneIse

Hensikten med denne fortegnelse er å forklare noen av de uttrykk som er brukt for å definere oppfinnelsen.

Et fartøys kurveflater

Den nedsenkete del av et fartøyskrog blir vanligvis definert ved verdiene for dets innbyrdes påfølgende vertikaltverrsnitt mellom vertikalplan som forløper gjennom de nedsenkete ytter-punkter av skroget, og som benevnes PPAV og PPAR i fartøyets lengderetning. Ved å avsette tverrsnittsflåtene langs x-aksen og avstanden mellom tverrsnittene og et origo langs y-aksen kan flatekurvene opptrekkes.

Volum av en nedsenket flottør

Dette volum er lik størrelsen av den flate som på kurve-diagrammet over de vertikale tverrsnittsflater avgrenses av flatekurven og y-aksen.

Halvnedsenkbar flottør

Et nedsenket legeme kan avgrenses, i hvert fall delvis av horisontale snitt.

Med halvnedsenkbar flottør menes en flottør som har positiv oppdrift og hvor flatekurven for dens horisontalsnitt (eller vannlinjer) har et maksimumsparti under vannflaten i en dybde

TCL.

Ved en slik flottør er verdien av dette maksimum fortrinnsvis større enn to ganger verdien av horisontalsnittets flate-størrelse ved vannlinjen.

Nevnte maksimum kan oppnås for ulike vannlinjedyp. I så fall vil TCL betegne dybdenes aritmetiske middelverdi.

En halvnedsenkbar flottør omfatter konvensjonelt en mon-tasje bestående av et fullstendig nedsenket skrog som er forbundet med en støtte i hvert fall i vannlinjenivå.

Ekvivalent diameter

Det kan ofte være vanskelig å skjelne mellom støtten og det totalt nedsenkete skrog hvortil støtten er fastgjort. Det kan i så fall med fordel refereres til diameteren Deq av en sirkel med en flatestørrelse som er lik flatestørrelsen av den halvnedsenkbare flottørs maksimumstverrsnitt (montasjen bestående av støtten + det totalt nedsenkete skrog).

Sideforholdet for en halvnedsenkbar flottør

Sideforholdet er forholdet mellom lengden av flatekurven for de vertikale tverrsnitt og den ekvivalente diameter av den halvnedsenkbare flottør.

Asymmetrikoeffisient

Flatekurven for de vertikale tverrsnitt av en flottør, som strekker seg langs flottørens totallengde, og hvor: M, abscissen, angir posisjonen av et vertikalt tverrsnitt, målt fra et origo 0 som befinner seg ved flatekurvens medianabscisse. Flatekurvens medianabscisse er abscissen for det vertikaltverrsnitt som deler fartøyet i to like volumer

A(x) angir flatestørrelsen av det vertikaltverrsnitt som motsvarer abscissen x

V angir totalvolumet av flottørens nedsenkete parti

Xav angir abscissen ved den fremre ende av flatekurven

Xar angir abscissen ved den bakre ende av flatekurven, og Xmax angir den største av de to verdier Xav og Xar.

Flottørens asymmetri i langsgående retning motsvarer ver-diforskjellen mellom de vertikale tverrsnittsflater i motsvarig-het til abscissene x og (-x), symmetrisk i forhold til abscis-senes origo.

angir nevnte asymmetri. Den har dimensjoner av et volum, og det er mulig og åpenbart fordelaktig at uttrykket omdannes for opp-nåelse av en koeffisient uten dimensjon. Det er derved tilstrekkelig at uttrykket divideres med flottørens volum V. blir asymmetrikoeffisienten DIS for en flottør definert ved

Claims (6)

1. Fartøyets fremre del og to sideflottører er plassert symmetrisk i forhold til midtflottørens lengdeakse, karakterisert ved at a) forholdet mellom ordinaten for fartøyets flatekurve i skjæringspunktet for sideflottørenes flatekurver samt for midt-flottørens .flatekurve og maksimumsordinaten for fartøyets flatekurve utgjør minst 0,4 5, og at b) forholdet mellom summen av de forente sideflottørers volum og volumet av midtflottøren ligger mellom 0,3 og 1,7.

2. Fartøy i samsvar med krav 1, karakterisert ved at forholdet mellom nedsenkningsdybden for maksimums-partiet av kurveflaten for horisontalsnittene (dvs. TcL) og flottørens ekvivalente diameter ligger mellom 0,6 og 1,4.

3. Fartøy i samsvar med krav 1, karakterisert ved at dets asymmetrikoeffisient er mindre enn 0,3.

4. Fartøy i samsvar med krav 1, karakterisert ved at sideforholdet for hver flottør ligger mellom 5 og 10.

5. Fartøy i samsvar med krav 1, karakterisert ved at minst ett stort sett horisontalt balanseror forbinder hver sideflottør med midtflottøren.

6. Fartøy i samsvar med krav 1, karakterisert ved at de to sideflottører er dels identiske og dels atskilt fra midtflottøren.