PL204028B1

PL204028B1 - Statek morski o dużej prędkości

Info

Publication number: PL204028B1
Application number: PL370075A
Authority: PL
Inventors: Arne Osmundsvaag
Original assignee: Effect Ships Internat As
Priority date: 2002-02-22
Filing date: 2003-02-21
Publication date: 2009-12-31
Also published as: ZA200407602B; CN100455482C; HRP20040869A2; NZ535251A; NO315231B1; RS73104A; NO20020867A; AU2003206455A1; ES2325575T3; IL163483A; DE60327057D1; US6672234B2; NO20020867D0; TNSN04161A1; MXPA04008057A; BR0307986A; PL370075A1; AU2003206455B2; CA2474675A1; JP2005517588A

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest statek morski o dużej prędkości. Wynalazek dotyczy kadłuba statku, który jest utrzymywany w wyniku połączonego działania ciśnienia statycznego powietrza (poduszka powietrzna), dynamicznej siły nośnej (ślizgowa sekcja kadłuba), zjawiska spiętrzenia aerodynamicznego (w zastosowaniach wielokadłubowych) w połączeniu z dodatkowymi sekcjami kadłuba (niektóre ślizgowe a niektóre wypornościowe), skonstruowanego tak, żeby poprawić stabilność, charakterystyki ruchu do przodu i morskie statku, sprawnych jednostek napędowych oraz zmniejszyć opór statku, nie tylko na spokojnych wodach, ale również pofalowanych. Koncepcję wynalazku można wykorzystać zarówno do opisanych dalej statków jednokadłubowych, jak i wielokadłubowych, przeznaczonych do dużych prędkości względnych.

W porównaniu z poduszkowcami, jak i duż ymi statkami morskimi na poduszce powietrznej (surface effect ships - SES), wynalazek daje większą swobodę wyważania nośności poduszki powietrznej, ślizgania się statku i sekcji wypornościowych kadłuba i jego pola powierzchni zwilżanej (opór tarcia) przy poprawie innych właściwości, takich jak wygoda i zmniejszenie prędkości na falach, oraz przystosowanie statku do wypróbowanych i niezawodnych układów napędowych, takich jak napęd strugowodny.

Dobierając postać poduszki powietrznej w powiązaniu z częściowo nastawnymi powierzchniami wytwarzającymi siły dynamiczne, możliwe jest uzyskanie lepszej równowagi pomiędzy rozkładem masy statku i kształtem, w celu uzyskania lepszych charakterystyk morskich; oraz wytworzenia biernego tłumienia ruchu hydrodynamicznego, co na ogół nie występuje w innych statkach na poduszce powietrznej.

Koncepcja wytwarzania cienkiej warstwy powietrza pomiędzy wodą a powierzchnią kadłuba statku nie jest nowa. Jej zadaniem jest zmniejszenie składowej tarcia jego oporu. Stwierdzono, że trudność polega na rozkładzie i sterowaniu przepływem powietrza. Alternatywnym rozwiązaniem konstrukcyjnym jest utrzymywanie statku na ciśnieniowej poduszce powietrznej, z równoczesnym zmniejszeniem tarcia.

Wielu z przedstawionych i opatentowanych wynalazków opartych na powyższych koncepcjach brakuje opisu całej koncepcji wynalazku. Niektóre wynalazki dotyczące statków na poduszce powietrznej prezentują zalety w ramach ograniczonych zastosowań, ale równocześnie mają wady, które wykluczają ich zastosowania komercyjne. Na przykład, nie ma w nich opisu, w jaki sposób zastrzegane zalety mogą być zachowane w warunkach morskich, jakich należy się spodziewać. Za mało analizuje się kombinację pożądanej wygody, utrzymania prędkości na falach, niezawodności i ograniczonej konserwacji, z wysoką prędkością i małym oporem - wymaganiami, z których wszystkie muszą być spełnione w celu uzyskania rozwiązania zadowalającego z komercyjnego punktu widzenia.

Zwykłe charakterystyki wcześniej prezentowanych rozwiązań dla statków na poduszce powietrznej są następujące:

- koncentrowanie się na metodach - często teoretycznych - polepszania sprawności poprzez zmniejszanie oporu tarcia kadłuba podczas jego ruchu w spokojnej wodzie;

- zakł adanie duż ej wypornoś ci aerostatycznej;

- rzut pola powierzchni komory powietrznej jest często większy niż niezbędny do wyporności (ponieważ wymiary są wyznaczane z konstrukcji);

- kształ t komory powietrza w rzucie gł ównym jest zazwyczaj prostoką tny,

- wymagają dużych wentylatorów do utrzymania ciśnienia w poduszce powietrznej i przepływu powietrza;

- ich działanie jest wraż liwe na warunki morskie i sposób uż ywania, na ich ruch oddziałują z łatwością przepływające fale;

- mają one płytkie zanurzenie i duże przecieki powietrza, zwłaszcza na falach;

- mają one sł abe tł umienie hydrodynamiczne przy pr ę dkoś ciach;

- mają one stosunkowo małą rezerwę wypornoś ci, ż eby by ł y w stanie przeciwdziała ć zmianom przegłębienia;

- kadł uby są bardzo zł oż one pod względem mechanicznym i skomplikowane w produkcji, skutkiem czego taka konstrukcja jest droga;

- wymagają one skomplikowanych układów sterowania, oraz zawierają elementy konstrukcyjne, które wiążą się ze znacznymi kosztami konserwacji i zapewniają mniejszą niezawodność działania.

Zarówno na poduszkowcach, jak i statkach SES, poduszki powietrzne są otoczone giętkimi zamknięciami, nazywanymi „fartuchami”. Okazało się, że są one wrażliwe na zużycie i uszkodzenia

PL 204 028 B1 i wymagaj ą regularnych wymian, w statkach typu SES zwł aszcza fartuch przedni. Mał a liczba zbudowanych statków skutkuje drogimi częściami zapasowymi. Skutkiem stosowania giętkich fartuchów są stałe przecieki powietrza pod fartuchem, chociaż można to regulować ilościowo. Przepływ powietrza powoduje dodatkowe zużycie energii i wzrost całkowitej mocy potrzebnej do napędu. Duże wahania przecieków powodują wahania ciśnienia/ spadek ciśnienia w nośnej poduszce powietrznej, co może doprowadzić do znacznych zmian oporu kadłuba i drgań statku (pogorszenie komfortu). Płytkie zanurzenie statku na poduszce powietrznej zwiększa prawdopodobieństwo przecieków powietrza w trakcie podróży morskiej. W poduszkowcach oraz statkach SES, przednia sekcja fartucha wystaje znacząco i stę pia powierzchnię w kierunku ruchu, co, na pełnym morzu i przy wysokich falach, moż e spowodować stosunkowo duży wzrost oporu, tj. znaczne zmniejszenie prędkości. Fale uderzające w fartuch powodują wahania ciśnienia w poduszce powietrznej, co przenosi się na statek i zmniejsza wygodę podróży.

Opracowano szereg wynalazków, w których giętkie osłony poduszki powietrznej zastąpiono całkowicie lub częściowo osłonami sztywnymi, np. US 176 095 (Burg), US 5 273 127 (Burg), US 5 415 120 (Burg), US 5 454 440 (Peters), US 5 570 650 (Harley), US 5 611 294 (Harely), US 5 746 146 (Bixel), US 5 860 380 (Bixel) i US 6 293 216 (Barsumian), w których rozwiązania według Burga, Barsumiana, Harley'a, Bixela, Peters'a i Stopera są przeznaczone do stosowania zarówno do statków jednokadłubowych, jak i wielokadłubowych. Barsumian, Biel i Harley łączą pewną ograniczoną wielkość dynamicznej siły nośnej (w zależności od prędkości, podoblenia statku, wyważenia i powierzchni) w jakiejś (korzystnie przedniej) sekcji kadłuba w styczności z wodą, z wypornością aerostatyczną (poduszka powietrzna), głównie umieszczoną w rufowej części statku. Podczas ślizgu, w wynalazkach tych próbuje się osiągnąć minimalną powierzchnię kadłuba w styczności z wodą, w celu zmniejszenia oporu tarcia. Burg i Bixel wydłużają komorę powietrzną wzdłuż prawie całej długości kadłuba na linii wodnej. (Koncepcja Peters'a odnosi się do konwencjonalnego statku typu SES, w którym wynalazek polega na zastosowaniu ruchomej, biegnącej w poprzek statku przegrody komory poduszkowej, którą można uaktywniać w celu sterowania ruchem.) Według koncepcji Stopera, wynalazek polega na tym, że do naturalnego wentylowania/ smarowania powietrznego ślizgowych powierzchni nośnych jest używany strumień powietrza wytwarzany przez ruch statku, a nie poduszka powietrzna. Pozostałe wspomniane wynalazki wymagają wentylowania wymuszonego (wentylatory).

Wspólnym czynnikiem powyższych konstrukcji statków jest minimalna wyporność hydrodynamiczna i hydrostatyczna (wyporność rezerwowa) oraz tłumienie ruchu w stosunku do tego, który jest potrzebny do wytworzenia statku odpowiedniego do transportu morzem, oraz że opracowano je głównie w celu zmniejszenia pola powierzchni zwilżonej, tj. oporu tarcia. Kilka wynalazków (zwłaszcza wynalazków Burga) jest bardzo złożonych, co wymaga intensywniejszej konserwacji dla zapewnienia niezawodności.

Statki podparte na poduszkach powietrznych są pod względem napędowym bardziej sprawne przy wysokich prędkościach niż statki wypornościowe i ślizgowe.

W wypadku urządzeń przeznaczonych do napędu w wyniku styczności z wodą, wysokie prędkości pociągają za sobą komplikacje hydrodynamiczne (kawitacja, zmniejszenie sprawności, uszkodzenia erozyjne), które mogą być dalej zwiększone w związku z przeciekami powietrza z poduszki, co z kolei zależy od położenia statku w wodzie/wyważenia przy prędkości. Sporadyczne wentylowanie urządzenia napędowego powoduje wzrost momentu obrotowego i wahań ciśnienia, co z kolei może spowodować pogorszenie działania przekładni i silników.

W rezultacie, prawie wszystkie opisane powyż ej koncepcje wymagają napę du za pomocą pę dników przebijających powierzchnię (których łopaty mają całkowicie wentylowaną stronę ssania), jak pokazano na figurach w odpowiednich patentach. O ile nie stwierdzono inaczej, stosuje się pędniki przebijające powierzchnię lub pędniki powietrzne. Do prędkości umiarkowanych można również użyć pędnika konwencjonalnego.

Doświadczenia wykazały, że pędniki przebijające powierzchnię mają krótszą żywotność eksploatacyjną niż pędniki konwencjonalne. Wahania zanurzenia łopaty w wodzie mogą łatwo doprowadzić do wahań obciążenia w trakcie drogi morskiej, zarówno pędnika jak i silnika, co wymaga dynamicznego systemu sterowania. Dokładne regulowanie zanurzenia łopaty jest również niezbędne podczas przyspieszania oraz podczas przechodzenia przez „prędkość krytyczną”, w celu nie przeciążenia silnika przy niskich prędkościach obrotowych. Za duży moment obrotowy może z łatwością doprowadzić do sytuacji, w której statek nie jest w stanie osiągnąć pełnej prędkości („utknięcie na prędkości krytycznej”).

PL 204 028 B1

Tylko Burg odwołuje się w jednym ze swoich patentów do możliwości użycia napędu strugowodnego, ale umieszcza wlot wody w nieodpowiednim miejscu dla jego funkcji, i nie rozwija dalej alternatywnych koncepcji napędu. Mieszanie powietrza z wodą skutkuje zazwyczaj większym prawdopodobieństwem kawitacji, zmniejszeniem ciągu, wentylacją pędnika i zmniejszoną sprawnością napędu. Najlepszym wyborem jest pędnik przebijający powierzchnię, ponieważ jest on zaprojektowany do takich warunków, a tym samym pracuje przy wysokich prędkościach. Jednakże ma on słabe właściwości podczas manewrowania na małych prędkościach i podczas odwracania kierunku napędu, co zwiększa czas manewrowania w porcie. To, plus duże wahania obciążenia w jednostce napędowej, ogranicza jej zastosowania komercyjne. Zwykłe pędniki, z sekcjami łopatek o profilach lotniczych, można stosować do około 40 węzłów (skośny przepływ podczas montażu na skośnym wale skutkuje zazwyczaj uszkodzeniami erozyjnymi z powodu kawitacji). Wyższe prędkości wymagają stosowania wału napędowego zestrojonego kierunkowo z kierunkiem przepływu, zmodyfikowanych sekcji łopat albo łopat całkowicie kawitacyjnych o niższej sprawności. Pędniki przeciwbieżne mogą być około 10% sprawniejsze niż pędnik pojedynczy. Mogą one pracować przy prędkościach powyżej 70 węzłów, ale przy tych prędkościach potrzebny jest wysmukły zastrzał i obudowa napędu w celu zmniejszenia oporu i uszkodzeń kawitacyjnych.

Możliwą alternatywą w wysokich prędkościach mogłyby być pędniki powietrzne, w których nie można używać żadnego innego sposobu napędu. W jednym z patentów Burg wspomniał o napędzie za pomocą pędników powietrznych.

Zarówno pędniki przebijające powierzchnię, jak i pędniki przeciwbieżne, wytwarza się tylko dla stosunkowo niskich mocy, tak więc układy napędowe pracujące przy wysokich mocach wyjściowych i wysokiej sprawności przy tych prędkościach są najbardziej interesujące. W praktyce skomplikowane układy napędowe wykazują zmniejszoną sprawność i zawodność działania. W rezultacie istnieje zapotrzebowanie na opracowanie nowych rozwiązań kadłubów, które umożliwiają stosowanie sprawdzonych i niezawodnych układów napędowych i które, przede wszystkim, są skonstruowane tak, żeby były częścią skutecznego rozwiązania całościowego.

Akceptowanym komercyjnie i najlepiej sprawdzonym układem napędowym do statków o wysokiej prędkości jest obecnie napęd strugowodny (water jet propulsion - WJ). Istnieją obecnie sprawne instalacje WJ do mocy powyżej 20 MW i prędkościach dochodzących do 80 węzłów, oraz trwają prace nad jednostkami o mocy ponad 50 MW. Dotychczas napęd WJ instalowano w konwencjonalnych statkach SES, ale z pewnymi trudnościami w zakresie eliminacji przecieków powietrza z poduszki do jednostki WJ, co powoduje zmniejszoną sprawność i uszkodzenia kawitacyjne pompy oraz uszkodzenia głównych silników w wyniku wahań obciążenia.

W porównaniu z poduszkowcem i statkiem typu SES niniejszy wynalazek daje wię kszą swobodę w zrównoważeniu nośności poduszki powietrznej, ślizgowych i wypornościowych elementów kadłuba i powierzchni zwilżanej statku (opór tarcia) w stosunku do poprawy innych właściwości, takich jak wygoda i zmniejszenie prędkości na falach, a także w dostosowaniu statku do sprawdzonych i niezawodnych układów napędowych, np. napędu strugowodnego.

Wybierając postać rzutu głównego poziomego poduszki powietrznej, w połączeniu z częściowo nastawnymi powierzchniami do wytwarzania sił dynamicznych, możliwe jest uzyskanie lepszej równowagi pomiędzy rozkładem mas i konstrukcją statku, w celu poprawy właściwości morskich i wytworzenia biernego hydrodynamicznego tłumienia ruchu, co zazwyczaj nie występuje w innych statkach na poduszce powietrznej.

W zastosowaniach wielokadłubowych - w zależnoś ci od geometrii - występuje często zmniejszona prędkość przepływu, a tym samym większe ciśnienie statyczne powietrza w zwężeniu pomiędzy kadłubami, mokrym pokładem a powierzchnią wody (efekt spiętrzenia). W wypadku małych statków i wysokich prędkości, powstała wyporność aerostatyczna moż e być znacząca. W proponowanym wynalazku, zamiarem jest możliwość regulowania ciśnienia za pomocą urządzenia ograniczającego przepływ powietrza. W skład tego urządzenia wchodzi nadmuchiwany elastyczny worek albo worki, połączone z każdą stroną kadłuba i mokrym pokładem. Worki regulują przekrój poprzeczny kanału powietrznego, prędkość przepływu i wzrost ciśnienia, co umożliwia optymalizację każdego zmniejszenia całkowitego oporu statku. Wyporność aerostatyczna działająca na statek i wynikające z tego zmniejszenie oporu w wodzie muszą być zrównoważone w stosunku do całkowitego wzrostu oporu powietrza działającego na statek - co również jest znaczące przy wysokich prędkościach, kiedy prędkość powietrza jest zmniejszona.

PL 204 028 B1

W wypadku wysokich obciążeń i/lub działaniu przy małym zanurzeniu można zastosować drugi układ elastycznych worków do zamknięcia objętości gazu pomiędzy dwoma kadłubami na dziobie. Powstała centralna poduszka powietrzna może być nadmuchana za pomocą oddzielnego układu wentylatorów dając dodatkową nośność/ ładowność i/lub zmniejszając zanurzenie.

W podstawowej konfiguracji konstrukcji znajduje się mniej części, co skutkuje mniej intensywnymi zabiegami konserwacyjnymi. Układy zaproponowane w rozwiązaniach konstrukcyjnych według koncepcji są takiego typu, który umożliwia działanie koncepcji podstawowej nawet kiedy nie pracują, co zwiększa niezawodność.

Zalecany układ ułatwia znalezienie miejsca na zainstalowanie układu tłumienia ruchów (np. układ hydropłatów), o ile okaże się on niezbędny.

Celem wynalazku jest określenie konstrukcji kadłuba statku, w którym połączono technologię poduszki powietrznej i poprawioną sprawność napędu z większym komfortem, dobrą manewrowością, dobrą stabilnością i bezpieczeństwem, zarówno w wodzie spokojnej, jak i w normalnych warunkach morskich i działania, w celu zapewnienia skutecznego rozwiązania całościowego, które spełnia również wymagania zastosowań komercyjnych.

Statek morski o dużej prędkości mający co najmniej jeden kadłub, którego masa jest podtrzymywana przez określone kombinacje elementów kadłubowych, tj. powierzchnie ślizgowe, objętości wyporowe, ciśnieniowe poduszki powietrzne i powierzchnie, na które działają przy dużych prędkościach ciśnienie aerostatyczne i aerodynamiczne, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera komory poduszek powietrznych, z których każda jest otwarta tylko w dół, uskok, który biegnie do wewnątrz od każdego dna kadłuba, a płaszczyzna wyznaczona przez uskok rozdziela kadłub na część ślizgową i wypornościową biegnącą ku przodowi od tej płaszczyzny i część z ciśnieniową poduszką powietrzną biegnącą ku tyłowi, przy czym każdy punkt krawędzi uskoku w tej płaszczyźnie znajduje się zasadniczo na tej samej wysokości w pionie względem nie zaburzonej powierzchni wody w trakcie żeglugi statku, tylne urządzenie zamykające wyznaczające płaszczyznę pomiędzy podłużnymi ścianami bocznymi, sufitem komory poduszki powietrznej i powierzchnią wody, gdzie dolna część tej płaszczyzny ma położenie pionowe wynoszące do 30% odległości od dna kadłuba do sufitu komory poduszki, przy czym wspomniana dolna część wspomnianej płaszczyzny, która jest nastawna, wyznacza ponadto kąt z płaszczyzną wody do 20°, kiedy statek żegluje, który to kąt jest mierzony na minimalnej długości poziomej stanowiącej co najmniej 10% całkowitej długości kadłuba dla statków o długości poniż ej 30 metrów i co najmniej 4% dla statków o długości powyżej 30 metrów, zaś długość każdej komory poduszki powietrznej od pawęży do środkowego punktu pomiędzy skrajnym punktem przednim a skrajnym punktem tylnym uskoku stanowi od 45% do 85% całkowitej długości kadłuba pomiędzy pawężą a dziobem, w rzucie z boku, przy czym profil spodu ślizgowej i wypornościowej powierzchni jest mierzony na odległości poziomej od punktu środkowego pomiędzy skrajnym punktem przednim a skrajnym punktem tylnym uskoku oraz co najmniej 30% odległości od wspomnianego punktu środkowego do dziobu, przy czym wspomniany profil linii granicznej tworzy kąt ostry z powierzchnią wody przy prędkości, zaś komora poduszki powietrznej ma rosnącą szerokość poprzeczną w kierunku pawęży, przy czym średnie zwiększenie szerokości, wyznaczone przez kąt mierzony od punktu środkowego pomiędzy skrajnym punktem przednim a skrajnym punktem tylnym uskoku do pawęży powinno być mniejsze niż 20°, który to kąt jest mierzony pomiędzy kierunkiem osi statku a odpowiednimi bokami kadłuba bocznego na poziomie wody w trakcie żeglugi, zaś dowolny przekrój poprzeczny przez najniższą z dziobowych powierzchni kadłuba tworzy średni kąt z płaszczyzną poziomą wynoszący co najmniej 25°, przy czym statek zawiera ponadto co najmniej jeden wypornościowy i ślizgowy wielofunkcyjny kadłub napędowy, a długość każdego kadłuba napędowego względem całkowitej długości statku wynosi od 10% do 100%.

Korzystnie kąt ostry pomiędzy ślizgową i wypornościową powierzchnią a linią graniczną, mierzony na odległości poziomej od punktu środkowego pomiędzy skrajnym punktem przednim a skrajnym punktem tylnym uskoku i co najmniej 30% odległości od wspomnianego punktu środkowego ku dziobowi wynosi, korzystnie, do 12°, mierząc z obu stron linii wodnej.

Korzystnie każdy kadłub napędowy jest połączony z pojedynczym kadłubem zwróconym, odpowiednio, w kierunku osi statku.

Korzystnie co najmniej jeden kadłub napędowy znajduje się pomiędzy pojedynczymi kadłubami.

Korzystnie co najmniej jedna sekcja kadłuba napędowego jest połączona z dnem pojedynczego kadłuba, odpowiednio, wewnątrz komory poduszki powietrznej.

Korzystnie każdy kadłub napędowy zawiera napędzającą statek jednostkę strugowodną.

PL 204 028 B1

Korzystnie uskok komory poduszki powietrznej zawiera śluzę wodną.

Korzystnie co najmniej jedna klapa rufowa tworzy nastawiany kąt z płaszczyzną poziomą.

Korzystnie każda komora poduszki powietrznej jest podzielona za pomocą głównie pionowych przegród, które biegną od sufitu komory poduszki powietrznej w dół nad powierzchnię wody, dzieląc w ten sposób komorę poduszki powietrznej na sekcje.

Korzystnie statek zawiera co najmniej dwa pojedyncze kadłuby, które wyznaczają pomiędzy sobą i sufitem co najmniej jeden podłużny tunel powietrzny o polu powierzchni przekroju poprzecznego, które zmniejsza się w kierunku rufy statku.

Korzystnie statek zawiera co najmniej jedno urządzenie ograniczające przekrój poprzeczny w dziobowej części wspomnianego tunelu powietrznego, tworz ą ce dodatkową komorę poduszki powietrznej mającą oddzielne doprowadzanie gazu pod ciśnieniem.

Korzystnie pomiędzy wewnętrznym bokiem każdego pojedynczego kadłuba a pionowym bokiem odpowiedniego kadłuba napędowego znajduje się rowek.

Koncepcja wynalazku nadaje się do zastosowania zarówno w statkach jednokadłubowych, jak i wielokadł ubowych, zarówno w zastosowaniach wojskowych jak i cywilnych, w stopniu zależ nym od sposobu zastosowania każdego statku. Koncepcja, jako taka, nie jest ograniczona do żadnego statku o konkretnych wymiarach, a zastosowanie ograniczają względy praktyczne takie jak wytrzymałość materiałów konstrukcyjnych, masa kadłuba, dostępna wydajność wentylatorów, istniejący układ napędowy, itp. Oczekuje się również, że prędkość względna będzie zazwyczaj ograniczona do grupy statków o prędkościach roboczych w proporcji do długości statku, które są większe niż wyrażone liczbą podobieństwa Froude'a dla długości wynoszącą około 0,6. Jest to porównywalne z zakresem prędkości dla takich statków, które są zazwyczaj określane jako „półślizgacze” i „ślizgacze”.

Z doś wiadczeń zebranych dla znanych statków na poduszce powietrznej wynika, ż e przy mniejszym polu powierzchni poduszki i umiarkowanym ciśnieniu powietrza, możliwe jest utrzymanie tej samej proporcji pomiędzy wypornością statku jak w poduszkowcu lub statku typu SES. To, w połączeniu z faktem, że możliwy jest podział poduszki powietrznej pomiędzy dwa lub więcej kadłuby, można wykorzystać do wykonania bardziej smukłego każdego kadłuba na poduszce powietrznej i komory poduszki powietrznej (większy stosunek długości do szerokości) niż w konwencjonalnych statkach na poduszce powietrznej tak, że kadłuby mają mniejszy opór, są bardziej dzielne na morzu i zdolne do żeglugi oraz tworzą bezpieczniejszy statek, bardziej wygodny i w mniejszym stopniu zwalniający na falach. Te same warunki można użyć do połączenia kadłuba statku na poduszce powietrznej z bardziej konwencjonalną, ślizgową częścią dziobową, która ma łączne zadanie ograniczania poduszki powietrznej za pomocą sztywnej konstrukcji, wytwarzając ograniczoną wyporność dynamiczną oprócz wyporności poduszki powietrznej, zawierając rezerwową wyporność dla ruchu dużych statków i wytwarzając tłumienie tego ruchu.

Od zaproponowanego wynalazku oczekuje się również mniejszego zredukowania prędkości podczas zakręcania niż w konwencjonalnych statkach typu SES, ponieważ występuje lepsze ograniczenie poduszki powietrznej za pomocą sztywnych ścian bocznych, które znajdują się pod powierzchnią wody, wokół komory poduszki, oraz przeciwdziałania przez powierzchnie ślizgowe dziobu i rufy zmianom w przegłębieniu statku, co zmniejsza prawdopodobień stwo przecieków powietrza z poduszki powietrznej, co mogłoby doprowadzić do większego zanurzenia statku w wodzie, zwiększającego opór.

Cechą odróżniającą wynalazek od innych rozwiązań jest to, że kadłuby nośne na poduszce powietrznej łączy się z sekcjami kadłuba nazywanymi kadłubami napędowymi, które są zintegrowane ze statkiem. Są one specjalnie przeznaczone na zespoły napędowe statku. Kadłuby napędowe będą specyficznie - chociaż nie wyłącznie - skonstruowane w celu użycia najbardziej sprawdzonego i zaakceptowanego układu napędowego do wysokiej prędkości i wysokiej mocy, tj. napędu strugowodnego. W powyższej konfiguracji kadłuba można również stosować inne układy napędowe. Kadłuby napędowe można również skonstruować i usytuować z uwzględnieniem zachowania się kadłubów na poduszce powietrznej na falach, chociaż one same wpływają na właściwości morskie statku. Ponadto należy uwzględnić naturalny opór kadłubów napędowych, jak również sposób zmieniania przez nie zakłóceń ciśnienia pomiędzy kadłubami. Może to doprowadzić do konstruowania kadłubów napędowych zarówno o typowym ślizgowym kształcie i wymiarach kadłuba, jak i o prawie całkowicie wypornościowym kształcie (zaokrąglone dno) i wymiarach kadłuba, w zależności od warunków, do jakich ma być dostosowana koncepcja.

Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania uwidoczniono na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia rzut perspektywiczny przykładu wykonania ukształtowania katamarana według wynalazku

PL 204 028 B1 z asymetrycznymi kadłubami na poduszce powietrznej, w połączeniu z kadłubami napędowymi usytuowanymi na wewnętrznych bokach, fig. 1A - rzut z boku szczegółów nastawnej klapy, która ogranicza rufowy koniec poduszki powietrznej, fig. 2 - rzut perspektywiczny przykładu wykonania z fig. 1 w obszarze wokół uskoku, fig. 3 - rzut główny poziomy komory poduszki powietrznej, jej powierzchnie ograniczające i kadłuby napędowe, według przykładu wykonania z fig. 1, fig. 4 - rzut perspektywiczny komory poduszki powietrznej i konfigurację kadłuba napędowego dla kadłuba z fig. 1, fig. 4A - rzut z boku szczegółów układu trzymania poduszki powietrznej w rufowej części statku, fig. 5 - zalecaną konstrukcję stopniowanego kadłuba przedniego i środkowego kadłuba wypornościowego dla konfiguracji kadłuba według wynalazku z fig. 1, fig. 6 - zalecany sposób możliwego łączenia wentylatorów kanałami dla konfiguracji kadłuba z fig. 1, fig. 7 - rzut perspektywiczny śluzy wodnej lub powietrznej wpasowanej w uskok z konfiguracji kadłuba z fig. 1, fig. 8 - rzut perspektywiczny drugiego przykładu wykonania wynalazku z oddzielnym, symetrycznym kadłubem napędowym usytuowanym pomiędzy pojedynczymi kadłubami, i w którym pojedyncze kadłuby są asymetryczne, fig. 9 - rzut perspektywiczny trzeciego przykładu wykonania wynalazku z kadłubami napędowymi usytuowanymi wewnątrz komór poduszek powietrznych w katamaranie o konfiguracji symetrycznej, fig. 10 - rzut perspektywiczny z tyłu konfiguracji kadłuba z fig. 1, ze szczególnym skupieniem się na zalecanym rozwiązaniu do zbierania powietrza przeciekającego z komory poduszki powietrznej, w celu zapobiegnięcia dostawaniu się powietrza do jednostki napędowej, oraz fig. 11 - możliwe kombinacje symetrycznych i asymetrycznych kadłubów na poduszce powietrznej z kadłubami napędowymi, dla statków jednokadłubowych i katamaranów.

Na fig. 1 przedstawiono i zaprezentowano krótki opis wynalazku. Widać na niej rzut perspektywiczny katamaranu 1 z asymetrycznymi kadłubami 2 na poduszce powietrznej, w połączeniu z kadłubami napędowymi 3 usytuowanymi na bokach wewnętrznych, jak opisano dalej.

Zgodnie z powyższą argumentacją i fig. 1, w skład wynalazku w jego początkowej postaci wchodzi statek z dwoma kadłubami - katamaran 1 - z asymetrycznymi pojedynczymi kadłubami 200, z zasadniczo płaskimi bokami wewnętrznymi 31. W skład każdego pojedynczego kadłuba wchodzi sekcja przednia, wykonana z jednej lub więcej ślizgowych i wypornościowych powierzchni 8, które pojedynczo lub razem wytwarzają wyporność dynamiczną przy wysokich prędkościach i wyporność hydrostatyczną przy niskich prędkościach oraz w warunkach stacjonarnych. Najniższe powierzchnie spotykają się na dnie na linii granicznej 4, która tworzy kształt stewy dziobowej i leży w płaszczyźnie pionowej równoległej do płaszczyzny 201 osi statku.

Dowolny przekrój w poprzek statku przechodzący przez najniższe powierzchnie kadłuba dziobowego powinien tworzyć pewien kąt z płaszczyzną poziomą wynoszący co najmniej 25°, w celu ograniczenia wytwarzanej dynamicznie wyporności, zmniejszenia ryzyka uderzania dziobem o fale (efekt denny) i uzyskania płynnej żeglugi na falach. Korzystnie, kąt ten powinien być takiej samej wielkości z obu stron symetrycznego lub asymetrycznego pojedynczego kadłuba, ale może również być różny z obu stron pojedynczego kadłuba, w ramach powyższych ograniczeń.

Kadłub jest ograniczony od góry powierzchniami 7, 37, 38, połączonymi z dolnymi powierzchniami ślizgowymi 8, które tworzą kąt ostry (0-75°) z dowolną płaszczyzną pionową. Ślizgowa powierzchnia dolna jest spojona ku rufie uskokiem 19, który może mieć w rzucie poziomym kształt strzałki lub dziobu (postać rzutu poziomego). W rzucie z boku, wszystkie punkty na linii granicznej uskoku, bez względu na postać jego rzutu, powinny znajdować się w tej samej płaszczyźnie poziomej, która, w wypadku żeglugi z pewną prędkością, powinna być, korzystnie, równoległa do otaczającej nie zaburzonej powierzchni wody, albo powinna z nią tworzyć mały kąt.

Na fig. 2 pokazano rzut perspektywiczny kadłuba w obszarze wokół uskoku 19 katamarana z asymetrycznymi kadłubami 2 na poduszce powietrznej, w połączeniu z usytuowanymi wewnętrznie kadłubami napędowymi 3, jak opisano dalej.

W rzucie z boku, profil spodniej strony ślizgowej i wypornościowej powierzchni 8 tworzy, przy prędkości, kąt z profilem linii granicznej powyższego uskoku i z powierzchnią wody. Kąt ten powinien być zazwyczaj większy niż 3° i mniejszy niż 12°, ale, korzystnie, wynosi około 8-10°. Ma to na celu dobre unoszenie sekcji dziobowej 108 kadłuba ślizgowego i wypornościowego nad powierzchnię wody przy prędkości, w celu odpowiedniego dostosowania zjawisk hydrostatycznych i hydrodynamicznych podczas żeglugi na falach. Przy umiarkowanym stanie morza i falach przed dziobem środki te zmniejszają pionowe przyspieszenie, natomiast podczas ruchu dużego statku uzyskuje się rezerwową pływalność. To drugie odnosi się również do fal z baksztagu i z rufy. W przypadku tych kierunków, pole

PL 204 028 B1 powierzchni poprzecznej dziobu będzie małe w celu zmniejszenia skłonności statku do nagłego wynurzania się z wody.

Linia graniczna tylnej krawędzi dziobowej powierzchni ślizgowej na uskoku 19 również tworzy dziobową powierzchnię graniczną komory 9 poduszki powietrznej, która biegnie ku rufie od uskoku 19.

Długość komory poduszki powietrznej od pawęży 23 (fig. 1) do skrajnie przedniego punktu 27 uskoku stanowi większość długości pojedynczego kadłuba i, w zalecanej konfiguracji, stanowi około 70% (65-75%) całkowitej długości kadłuba pomiędzy pawężą 23 a dziobem 22, ale może wynosić od 45 do 85% długości kadłuba, zachowując swoją funkcję.

Komora 9 poduszki powietrznej jest ograniczona na bokach 12 i 112 (fig. 3) a także na swojej przedniej krawędzi na uskoku 19, przez, korzystnie pionowe, ale alternatywnie, całkowicie lub częściowo pochylone na zewnątrz boki 25 i 120, które tworzą wnętrza stępek obłowych 20, które biegną od albo tuż sprzed uskoku 27 i 127 ku skrajnie tylnej części 137 rufowej nastawnej ślizgowej powierzchni ograniczającej. Profil spodnich stępek obłowych, widziany w rzucie z boku, będzie dopasowany do kształtu, jaki przyjmuje wodna powierzchnia ograniczająca poduszkę powietrzną, kiedy statek żegluje w warunkach stacjonarnych w swojej konfiguracji konstrukcyjnej. Szerokość stępek obłowych będzie możliwie mała, mając na uwadze praktyczną stronę ich budowy i obciążenia, na jakie są narażone, np. podczas dokowania.

W swojej części rufowej, komora 9 poduszki powietrznej jest ograniczona przez powierzchnię ślizgową 15, nazywaną klapą, utworzoną przez jedną lub więcej, płaską lub krzywoliniową, wklęsłą lub wypukłą, powierzchnię, której koniec rufowy 30 (punkt łączenia) znajduje się na lub w pobliżu płyty pawężowej 32 (23) statku. Ta druga powierzchnia ślizgowa (powierzchnie ślizgowe) 15 jest(są) nastawna^) kątowo wokół zasadniczo poziomej, poprzecznej osi 238 usytuowanej na przedniej krawędzi 237 powierzchni, i jest połączona z rufową częścią 14 komory 9 poduszki powietrznej. Średnia cięciwa geometryczna pionowej sekcji dziobowej i rufowej na powierzchni, pomiędzy punktem obrotu 238 a skrajnie tylną krawędzią 137, tworzy kąt z płaszczyzną poziomą, którego wielkość można wybrać i zmieniać pomiędzy 0° a 25°. Położenie powierzchni ślizgowej może być ustalone, nastawne na zadane położenia albo może być częścią układu sterowania ruchem, za pomocą którego jest nastawiany jej kąt i prędkość kątowa, w zależności od zachowania dynamicznego statku, które to nastawianie może być wykonane za pomocą urządzenia 236.

Na zewnętrznych bokach pojedynczego kadłuba 200, kadłuby boczne biegną nadal ku górze od dolnej krawędzi stępek obłowych 20 w formie wielkiej burty kadłuba, w stosunku do pionowej płaszczyzny podłużnej przez dolną krawędź boków wewnętrznych 12 i 120 komory 9 poduszki powietrznej.

Dolna powierzchnia ślizgowa 8 znajdująca się z przodu względem komory 9 poduszki powietrznej oraz klapa rufowa 15 w komorze poduszki na pawęży 23 nie są używane wyłącznie do ograniczania poduszki powietrznej. Istnieje możliwość regulowania w pewnym stopniu dynamicznej wyporności działającej na te powierzchnie w celu zmieniania położenia kadłuba w wodzie, co ma dwa cele:

- zapobieganie niepożądanym przeciekom powietrza, zarówno z dziobu jak i z rufy;

- w połączeniu z aktywną regulacją ciśnienia w poduszce powietrznej, regulowanie wielkości wynikowej wyporności (oraz w pewnym stopniu jej położenia);

- albo łączne stosowanie tych dwóch zabiegów.

Kiedy kąt natarcia klapy rufowej 15 w wodzie rośnie, rośnie również siła nośna działająca na klapę, co wytwarza moment równoważący działający na dziób, co z kolei zwiększa przednią powierzchnię ślizgową 8 i zmniejsza jej kąt natarcia, który zwiększa lub zmniejsza jej siłę nośną. Współdziałanie pomiędzy tymi siłami oddziałuje nie tylko na przegłębienie statku, ale również na jego ruch w pionie i, przy skośnym układzie fal, również na jego moment przechylający. Równowagę pomiędzy tymi zjawiskami uzyskuje się odpowiednio łącząc:

- postać przekrojową, pole powierzchni i kąt natarcia każdej klapy rufowej 15;

- początkowy kąt przegłębienia i podoblenie dziobowej powierzchni ślizgowej 8 każdego pojedynczego kadłuba 200.

W trakcie żeglugi, wytwarzana hydrodynamicznie wyporność działająca na klapę rufową 15, przednią powierzchnię ślizgową 8 i dolną powierzchnię sekcji 13 kadłuba napędowego, zarówno w jej sekcji dziobowej jak i rufowej, przyczyniają się do tłumienia, głównie ruchu pochylającego i ruchu pionowego kadłuba statku, ale również, w pewnym stopniu, do jego ruchu przechylającego i ruchu stanowiącego ich złożenie. Ten rozkład sił prostujących i tłumiących działających na szereg powierzchni sterujących nadaje wynalazkowi pewną elastyczność w wytwarzaniu zamierzonych dynamicznych właściwości statku.

PL 204 028 B1

W porównaniu z wynalazkiem, w konwencjonalnym poduszkowcu i statku typu SES występuje bardzo mały efekt tłumienia ruchu pochylającego. W statku typu SES występuje w pewnym stopniu tłumienie przechylania wynikające z kształtu kadłubów bocznych. Ogólnie, w statkach na poduszce powietrznej występuje słaba siła tłumiąca ruch i prostująca (moment przegłębiający), która wytwarza łagodny, ale również istotny ruch, który na wzburzonym morzu może być niszczący.

Istotną i wyróżniającą właściwością wynalazku jest to, że następuje stopniowy rozwój, od dziobu do rufy, głównie wewnętrznego boku pojedynczego kadłuba 200, który jest zwrócony ku osi symetrii statku, w obiekt przestrzenny, którego objętość jest większa niż odpowiedni bok zewnętrzny pojedynczego kadłuba. Ta sekcja kadłuba, która jest zintegrowana ze statkiem, nazywana kadłubem napędowym 3, jest przeznaczona do umieszczenia w niej jednostki napędowej, korzystnie jednostki strugowodnej, z jej wlotem 16 wody, obudową pompy i wylotem 18, patrz fig. 1 i 3. Kadłub napędowy 3 jest utworzony przez powierzchnię ślizgową 13, składającą się z jednej lub więcej płaskich lub krzywoliniowych powierzchni, oraz przez w przybliżeniu pionową lub nieco pochyloną powierzchnię 70, która, wzdłuż swojej dolnej krawędzi, jest połączona z powierzchnią ślizgową 13, oraz przez powierzchnię pawężową 33, która, w stosunku do kierunku ku rufie i dziobowi statku, jest w przybliżeniu płaszczyzną poprzeczną. Kadłub napędowy jest zazwyczaj krótszy niż każdy z pojedynczych kadłubów 200, ale, alternatywnie, jego sekcja skrajnie przednia może znajdować się w tym samym położeniu dziobowym i rufowym, jak skrajnie przednia część 22 pojedynczego kadłuba, albo w pewnych zastosowaniach nawet przed tym położeniem, i/lub jego skrajnie rufowa część może znajdować się w tym samym położeniu dziobowym i rufowym co skrajnie rufowa część 23 pojedynczego kadłuba, albo, w pewnych zastosowaniach nawet z tyłu za tym położeniem.

Wymiary oraz dziobowe i rufowe położenie kadłuba napędowego 3 względem kadłubów bocznych 2 dopasowuje się tak, żeby:

- w przypadku używania napędu strugowodnego, wlot 16 wody dla zespołu strugowodnego był możliwie bliski miejsca minimalnego ruchu pionowego statku w warunkach żeglugi (w celu unikania wpływania powietrza do jednostki strugowodnej), bez względu na to, gdzie jest to miejsce, ale zazwyczaj 10-40% największej długości statku w wodzie, od jego skrajnie rufowego punktu w wodzie;

- i/lub żeby wpływ kadłubów bocznych 2 na zakłócenie układu fal wywoływanego przez bliski pojedynczy kadłub lub kadłub napędowy 3, był zminimalizowany;

- i/lub żeby jego wpływ na ruch i przyspieszenie statku podczas żeglugi na morzu był zminimalizowany;

- i/lub żeby całkowity opór konfiguracji statku był zminimalizowany;

- i/lub żeby zdolność manewrowa statku była zadowalająca.

Zaleca się, żeby wlot 16 jednostki strugowodnej był odizolowany od dopływu powietrza, za pomocą pionowych pasów 17, które znajdują się na zewnątrz każdego wlotu 16 i leżą wzdłuż niego. Pasy 17 powinny mieć taką samą długość, albo były dłuższe niż wlot 16. Głębokość pasa 17 względem powierzchni kadłuba dopasowuje się indywidualnie w zależności od potrzeby w celu odizolowania od dopływu powietrza.

Na fig. 3 i 4 pokazano przykład zalecanej konstrukcji komory 9 poduszki powietrznej i jej powierzchni ograniczających, dla katamarana z asymetrycznymi kadłubami 2 na poduszkach powietrznych, w powiązaniu z usytuowanymi wewnętrznie kadłubami napędowymi 3 umieszczonymi na wewnętrznych bokach kadłubów 2 na poduszce powietrznej, przy czym rufowa część 703 kadłuba napędowego 3 jest umieszczona nieco ku przodowi od pawęży 23. Na fig. 4a ujawniono w przekroju urządzenie ograniczające 35, sufit tunelowy albo mokry pokład pomiędzy dwoma lub więcej kadłubami bocznymi 5 a poziomem powierzchni wody wewnątrz tunelu 28.

Postać rzutu głównego komory 9 poduszki powietrznej wybiera się tak, żeby zamierzona część masy statku była podtrzymywana przez poduszkę powietrzną, oraz żeby środek ciśnienia (CP), w połączeniu z wypornością pochodzącą od powierzchni ślizgowych 8 równoważył położenie podłużne środka ciężkości (LCG) w celu uzyskania stałego położenia w wodzie. Ze względu na konstrukcję statku, LCG dla szybkich statków znajduje się na ogół w rufowej połówce kadłuba, i ku rufie od podłużnego położenia środka skierowanej ku górze siły/ pływalności (LCB). Koncepcją wynalazku jest wytworzenie lepszej równowagi pomiędzy LCG a LCB/CP. Uzyskano to konstruując postać rzutu głównego komory 9 poduszki powietrznej tak, że jest zasadniczo szersza na rufowym końcu niż na dziobowym końcu. Postępując w ten sposób, środek ciśnienia jest przesunięty ku rufie, zmniejsza się statyczny moment przegłębiający i łatwiej jest utrzymać zamierzone położenie w wodzie. Ponadto, sekcja komory 9 poduszki powietrznej pojedynczego kadłuba jest dopasowana w sposób naturalny do

PL 204 028 B1 dziobowej sekcji ślizgowej pojedynczego kadłuba, dla której pożądane jest ograniczenie szerokości w celu zrównoważenia sił hydrostatycznych i hydrodynamicznych.

Boczne linie graniczne 111 i 112 postaci rzutu głównego komory poduszki powietrznej na dolnej krawędzi stępek obłowych 20, będą zasadniczo wypukłe na zewnątrz od osi pojedynczego kadłuba, ale mogą składać się z linii prostych, które, dla symetrycznego pojedynczego kadłuba, obie, oraz dla asymetrycznego pojedynczego kadłuba, jedna lub obie, tworzą pewien kąt z osią 300, tak, że odległość pomiędzy nimi jest większa na końcu rufowym komory 9 poduszki powietrznej niż na jej końcu dziobowym. Taka trapezowa konstrukcja postaci rzutu głównego komory 9 poduszki powietrznej odróżnia zaproponowane rozwiązanie od stosowanych dotychczas rozwiązań poduszek powietrznych, które mają równoległe boczne powierzchnie ograniczające.

W alternatywnym zastosowaniu, albo kiedy optymalizuje się do specjalnych warunków eksploatacyjnych, w których duży przepływ powietrza minimalizuje całkowitą moc napędową, zaleca się zmianę przekroju poprzecznego komory poduszki powietrznej w kierunku przepływu poprzez zmianę wysokości dachu komory 9, np. odległości pionowej (pomiędzy 150 a 151) na fig. 10. Postępując w ten sposób można zmieniać prędkość przepływu i ciśnienie statyczne powietrza tak, żeby dziobowe i rufowe położenie środka ciśnienia powietrza było dostosowane do pożądanego położenia. Intencją wynalazku jest możliwość sterowania przeciekami powietrza tak, żeby pojawiało się na pawęży 23 w taki sposób, żeby pewną część traconej w innym wypadku energii kinetycznej wykorzystać jako uzupełnienie do napędu statku do przodu.

Na zewnątrz każdego boku pojedynczego kadłuba 200, który nie jest połączony z kadłubem napędowym 3, są zamocowane pasy 140 (fig. 1) z zadaniem odchylania wody płynącej wzdłuż boku kadłuba. Spodnia strona pasów 140 jest w mniejszym lub większym stopniu równoległa do powierzchni wody i tworzy kąt z powierzchnią kadłuba zbliżony do 90°, biegnie wzdłuż statku od położenia w pobliżu uskoku na zewnątrz 127 do pawęży 23 i ma położenie pionowe odpowiadające, albo niższe od wysokości ciśnienia pasującego do ciśnienia w poduszce powietrznej, nad położeniem dynamicznej powierzchni wody w komorze 9 poduszki powietrznej w konfiguracji konstrukcyjnej.

Pojedyncze kadłuby 200 i kadłuby napędowe 3 są połączone ze sobą za pomocą struktury pokładowej, której skierowana w dół powierzchnia jest nazywana mokrym pokładem 5. Na spodniej stronie mokrego pokładu, w jego sekcji dziobowej pomiędzy pojedynczymi kadłubami, można przymocować element objętościowy 6 z zadaniem zmniejszania uderzania dziobem o fale na pełnym morzu i, co jest najważniejsze, który zapewnia rezerwową pływalność w razie zanurzenia się w falach biegnących z rufy.

Na fig. 5 pokazano zalecaną konstrukcję elementu uskokowego do katamarana z kadłubami z asymetrycznymi poduszkami powietrznymi. Podobnie ukształtowany element można, w alternatywnym zastosowaniu, również użyć na wewnętrznych bokach każdej sekcji kadłuba na poduszce powietrznej, zarówno w zastosowaniu podwójnym jak i wielokadłubowym, zarówno z symetrycznymi jak i asymetrycznymi kadłubami.

Dziobowe powierzchnie boczne pojedynczego kadłuba 200, pomiędzy załamaniem 39 burty na przedniej dolnej powierzchni ślizgowej 8, 108 a poziomem mokrego pokładu 5, są zaopatrzone w duże, stopniowane elementy, podobne do dużej szyny bryzgowej wybudowanej w burtę kadłuba.

Zadaniem tego elementu jest:

- zapewniać dodatkową rezerwową pływalność na wypadek zanurzania się dziobu statku podczas żeglugi;

- odchylanie wody od powierzchni bocznych dziobu;

- zmniejszanie uderzania dziobu o fale poziomymi powierzchniami mokrego pokładu.

W kierunku dziobu i rufy, ten stopniowany element biegnie od położenia ku rufie skrajnie rufowego punktu 160 powyższego usytuowanego centralnie elementu objętościowego 6, do położenia w skrajnie przednim punkcie stewy dziobowej 22 pojedynczego kadłuba, oraz zwęża się w obu swoich sekcjach skrajnie przednich i tylnych sekcjach. Głównie poziomy spód 161 tego stopniowanego elementu znajdzie się na wysokości nad dynamiczną powierzchnią wody, w konfiguracji konstrukcyjnej, która, w położeniu dziobowym i rufowym, w których wspomniany, centralnie usytuowany element objętościowy 162 znajduje się na swoim najniższym poziomie, powinna być, korzystnie, równa połowie odległości pomiędzy dynamiczną powierzchnią wody a mokrym pokładem 5. W zastosowaniach indywidualnych, poziom dolnej krawędzi może odchylać się nieco od ustalonych wytycznych.

Jak ujawniono na fig. 6, każda komora 9 poduszki powietrznej jest zasilana powietrzem wytwarzanym przez jeden lub więcej wentylator 240 utrzymujący ciśnienie powietrza, którego poziom jest

PL 204 028 B1 dostosowany do warunków eksploatacyjnych tak, że poduszki powietrzne statku mogą razem podtrzymać od 4 do 100% całkowitej masy statku w różnych warunkach obciążenia. Ze względu na powtarzalność zaleca się konieczność połączenia wentylatorów 240 ze sobą za pomocą kanałów powietrznych 40, 41 wewnątrz każdego kadłuba i/lub pomiędzy kadłubami tak, żeby w razie awarii jednego wentylatora, drugi wentylator był w stanie skompensować jego dopływ powietrza, chociaż w mniejszym stopniu, tak, że koncepcja poduszki powietrznej nadal działa w stacjonarnych warunkach statku. W warunkach normalnych, ze wszystkimi wentylatorami 240 działającymi, wszystkie kanały łączące 40, 41 będą odcięte na obu końcach zaworami 43, usytuowanymi na wylocie każdego wentylatora 240. Takie rozwiązanie wymaga stosowania układu sterowania 44 umożliwiającego indywidualne regulowanie ciśnienia i natężenia przepływu w celu zapobiegnięcia wpływowi działania jednego wentylatora ma drugi wentylator.

Możliwość usytuowania wentylatorów i silników napędowych wewnątrz każdego z kadłubów 2 na poduszce powietrznej, zapewnia:

- korzystne rozwiązanie konstrukcyjne z wyraźnym pokładem głównym 42 i prostszą strukturą i pokładu;

- zdolność do uzyskania lepszej izolacji hałasu wentylatora od pomieszczeń na pokładzie głównym 42.

Na fig. 6 pokazano zalecany sposób łączenia ze sobą (w razie potrzeby) kanałów wentylatorów w) katamaranie z kadłubami na poduszkach powietrznych.

Objętość komory powietrznej, a tym samym wysokość dachu 340 komory powietrznej dopasowuje się:

- do ciśnienia w poduszce powietrznej wytwarzanego przez wentylatory i objętość strumienia powietrza tak, żeby średnia prędkość przepływu w komorze 9 poduszki powietrznej była regulowana;

- tak, żeby objętość komory 9 poduszki powietrznej była na tyle duża, żeby wahania ciśnienia dynamicznego powodowane przez sprężenie poduszki powietrznej podczas żeglugi na falach było ograniczone w celu zwiększenia wygody na pokładzie. Skutkiem tego ostatniego wymagania jest znacznie większa objętość komory powietrznej niż poprzednio.

W celu ograniczenia przechyłu bocznego przy wiatrach bocznych powinno być możliwe oddzielne regulowanie ciśnienia w poduszce w każdym usytuowanym z boku pojedynczym kadłubie, tak, żeby uzyskać moment prostujący, który przeciwdziałałby momentowi przechylającemu wiatru.

Ciśnienie w poduszce powietrznej jest równoważone ciśnieniem hydrostatycznym na zewnątrz kadłuba, co skutkuje tym, że otaczająca powierzchnia wody jest wyższa niż dolna powierzchnia ograniczająca poduszki powietrznej. Wywołuje to opór powstający wskutek tarcia pomiędzy wodą a zewnętrzną powierzchnią kadłuba. W celu jego zmniejszenia można doprowadzić do smarowania powietrznego na zewnątrz pojedynczego kadłuba, na burcie, która nie ma kadłuba napędowego, jak opisano dalej. Koncepcja wynalazku polega na tym, żeby użyć istniejącego ciśnienia powietrza w komorze 9 poduszki powietrznej zamiast oddzielnego źródła powietrza. Ta część burty kadłuba, która styka się z wodą przy prędkości jest perforowana kanałami tak, że zewnętrzna powierzchnia kadłuba jest połączona z poduszką powietrzną. Liczba i wymiary kanałów powietrznych są dobrane tak, żeby strumień powietrza był kompensowany względem zdolności do utrzymywania ciśnienia w poduszce powietrznej. Położenie otworów i ich kształt dobiera się w taki sposób, żeby uzyskać największe możliwe zmniejszenie oporu względem kombinacji powierzchni smarowanej powietrzem z uwzględnieniem wyporności hydrostatycznej powietrza wypływającego w zależności od prędkości statku, działania podczas żeglugi oraz straty mocy podczas transportu powietrza.

W zastosowaniach alternatywnych, część kadłuba, która znajduje się w wodzie podczas żeglugi statku z pewną prędkością jest zastępowana materiałem przepuszczalnym dla powietrza tak, żeby przepływ powietrza wynikający z różnicy ciśnień mógł się odbywać z komory powietrznej poprzez materiał i był równomiernie rozprowadzany na zewnątrz pojedynczego kadłuba.

W zastosowaniu alternatywnym, możliwe jest całkowite lub częściowe odcięcie zasilania powietrznego tak, żeby można było regulować pole powierzchni kadłuba smarowanego powietrzem.

Możliwe jest, ale nie konieczne, podzielenie komory 9 poduszki powietrznej za pomocą jednej lub więcej przegród podłużnych i/lub jednej lub więcej przegród poprzecznych (nie pokazanych), które biegną od sufitu 340 komory poduszki powietrznej w dół, ale nie tak daleko, żeby stykały się z powierzchnią wody, która stanowi dolną powierzchnię ograniczającą poduszki powietrznej. Taka płaszczyzna dzieląca może być lita lub perforowana. Intencją wynalazku jest, że każda sekcja będzie miała oddzielne zasilanie powietrzne.

PL 204 028 B1

Celem takiego nie pokazanego rozwiązania jest:

- utworzenie oporu przepływu zapobiegającego przepływowi powietrza pomiędzy sekcjami;

- opóź nienie wyrównania ciś nień pomię dzy sekcjami kiedy jedna z sekcji przepuszcza powietrze na zewnątrz;

- opóźnienie spadku ciś nienia w innych sekcjach do czasu ponownego ustalenia się ciś nienia w przeciekają cej sekcji;

- zmniejszenie potrzebnej mocy napędowej wentylatora, ponieważ transportuje się mniej powietrza.

Na fig. 7 poniżej pokazano śluzę wodną lub powietrzną wbudowaną w uskok 19 katamarana z asymetrycznymi kadłubami 2 na poduszce powietrznej, w połączeniu z kadłubami napędowymi 3 usytuowanymi na ich bokach wewnętrznych.

W celu dalszego ograniczenia przecieków powietrza w dziobowym uskoku 19, tj. na dziobowej powierzchni ograniczającej komorę 9 poduszki powietrznej, zastosowani śluzę wodną 190. Polega to na wytłaczaniu wody z dużą prędkością (moment), pionowo lub skośnie ku rufie, w warstwie wzdłuż linii granicznej uskoku 27-127 wzdłuż dolnej powierzchni statku. Wytworzona w ten sposób kurtyna wodna pomaga w zapobieganiu przeciekom z poduszki powietrznej kiedy ruch statku na falach jest tak duży, że uskok wychodzi z wody. W rozszerzonym zastosowaniu, śluzy powietrzne tego typu są również zainstalowane wzdłuż innych części powierzchni ograniczających komory poduszki (np. wzdłuż powierzchni pomiędzy 27 a 191 oraz pomiędzy 127 a 192) gdzie są prawdopodobne niepożądane przecieki powietrza.

Strumień wody może tworzyć kąt pomiędzy 0 a 90° z pionową płaszczyzną wzdłuż kierunku od dziobu do rufy w pojedynczym kadłubie, ale, korzystnie, powinien on wynosić 60-70°. Duża wartość momentu wytłaczanej wody ma oddziaływanie lokalne na kierunek przepływu w nośnej poduszce powietrznej i zapobiega jej uginaniu się do przodu kiedy uskok wychodzi z wody i występuje ryzyko przecieków powietrza. W taki sam sposób, rozmieszczenie śluz wodnych lub powietrznych wzdłuż stępek obłowych 20 hamuje przeciekanie powietrza wzdłuż boków kadłuba. Korzystnie, wynalazek będzie stosowany podczas żeglugi, a w innych warunkach będzie możliwe ich zamykanie.

Takie rozwiązanie jest łatwiejsze do instalowania z zalecaną konstrukcją komory 9 na poduszce powietrznej niż na konwencjonalnym poduszkowcu, ze względu na proporcjonalnie mniejsze wymiary 30 komory 9 poduszki powietrznej oraz na fakt, że osłona komory 9 poduszki powietrznej składa się z konstrukcji sztywnej, a nie z całkowicie lub częściowo elastycznych fartuchów.

W alternatywnym przykładzie wykonania powietrze jest używane zamiast wody, w wyniku czego powstaje śluza powietrzna, która pod innymi względami ma taką samą konstrukcję i zadanie jak opisano powyżej.

Na fig. 8 pokazano zalecaną konstrukcję oddzielnego, symetrycznego kadłuba napędowego 300, umieszczonego pomiędzy pojedynczymi kadłubami i w którym pojedyncze kadłuby są asymetryczne.

Kadłub napędowy, przeznaczony głównie do napędu strugowodnego, jest umieszczony jako oddzielny kadłub napędowy 300 pomiędzy (korzystnie) asymetrycznymi pojedynczymi kadłubami 250 w osi symetrii statku. Ten kadłub napędowy 300 ma dwie dolne powierzchnie ślizgowe 46 i 47, połączone ze sobą dziobową i rufową płaszczyzną symetrii 48, dwiema powierzchniami bocznymi 45, które są połączone z powierzchniami dolnymi 46 i 47 i które tworzą kąt ostry z dowolną płaszczyzną pionową, oraz powierzchnią pawężową 49, która jest płaszczyzną poprzeczną w stosunku do kierunku od dziobu do rufy. Kadłub napędowy jest połączony z pokładem mokrym 5.

W alternatywnym przykładzie wykonania, w którym prędkość względna jest niska w kategoriach wytwarzania wyporności dynamicznej i/lub, w którym długość kadłuba napędowego jest dominująca w porównaniu z kadłubami na poduszce powietrznej i/lub w którym szacuje się, że kształt kadłuba napędowego może zmniejszyć ruch statku i przyspieszanie na falach, alternatywą napędową dla kadłuba może być dno typu zaokrąglonego.

Położenie dziobowe i rufowe oddzielnego kadłuba napędowego względem kadłubów bocznych powinno być zgodne z wytycznymi wspomnianymi powyżej dla kadłubów napędowych umieszczonych na bokach.

W alternatywnym zastosowaniu, centralnie usytuowany kadłub napędowy może mieć szerokość równą odległości pomiędzy wewnętrznymi bokami pojedynczych kadłubów na poduszce powietrznej oraz może być dłuższy niż pojedyncze kadłuby na poduszce powietrznej a także może rozciągać się poza jeden lub oba końce pojedynczego kadłuba. W ten sposób boki centralnego kadłuba napędowego będą w praktyce równe wewnętrznym bokom pojedynczych kadłubów na poduszce powietrznej;

PL 204 028 B1 oraz dolne powierzchnie części dziobowej centralnego kadłuba napędowego można połączyć z dziobowymi dolnymi powierzchniami każdego pojedynczego kadłuba na poduszce powietrznej.

Pasy 140 do odchylania wody płynącej wzdłuż boków kadłuba można przymocować zarówno do wewnętrznego jak i zewnętrznego boku sekcji kadłuba na poduszce powietrznej. Biegną one wzdłuż statku od, w przybliżeniu, położenia uskoku na zewnętrznym i/lub wewnętrznym boku sekcji pojedynczego kadłuba do pawęży.

Na fig. 9 pokazano układ kadłubów napędowych 260 wewnątrz komory 9 poduszki powietrznej dla katamarana z symetrycznymi kadłubami 280 na poduszce powietrznej. Kadłub napędowy 260, skonstruowany do napędu strugowodnego, jest wprowadzany do wnętrza komory 9 poduszki powietrznej, korzystnie, symetrycznego pojedynczego kadłuba 280 i, korzystnie, na osi symetrii tego pojedynczego kadłuba albo w jej pobliżu. W skład tego kadłuba napędowego 260 wchodzą dwie dolne powierzchnie ślizgowe 46 i 47, połączone ze sobą w dziobowej i rufowej płaszczyźnie symetrii 48, dwie powierzchnie boczne 45, połączone z powierzchniami dolnymi 46 i 47 i które tworzą kąt ostry z dowolną płaszczyzną pionową, oraz powierzchnia 49 pawęży, która jest płaszczyzną poprzeczną względem dziobowego i rufowego kierunku statku.

Kadłub napędowy jest połączony z sufitem komory 9 poduszki powietrznej. Dziobowe i rufowe usytuowanie kadłuba napędowego względem kadłuba bocznego powinno być wykonane według powyższych wytycznych dla kadłubów napędowych pomiędzy pojedynczymi kadłubami albo połączonych z wewnętrznymi bokami pojedynczych kadłubów, z tym wyjątkiem, że pawęż powinna być w położeniu dziobowym i rufowym, które znajduje się na lub w pobliżu pawęży 23 pojedynczego kadłuba.

Kiedy długość dziobowa i rufowa kadłuba napędowego jest taka, że dzieli on otaczającą komorę poduszki powietrznej na dwie komory boczne, bez połączenia ich ze sobą, przy czym każda komora poduszki powietrznej musi być zasilana za pomocą jednego lub więcej oddzielnych wentylatorów 10, z układem sterowania umożliwiającym indywidualne regulowanie ciśnienia i natężenia przepływu w celu zapobieżenia wpływaniu działania jednego wentylatora na działanie drugiego.

W powyższym wypadku, jeżeli istnieje przeciek powietrza z jednej strony, ciśnienie powietrza na drugiej stronie jest utrzymywane. Sytuacja ta jest szczególnie stosowana kiedy kąt przechyłu statku jest duży, co może wystąpić w statku jednokadłubowym na falach bocznych.

Na fig. 10 pokazano zalecane rozwiązanie konstrukcyjne do zbierania powietrza, które wycieka z komory 9 poduszki powietrznej w celu zapobieżenia dostawania się powietrza do jednostki napędowej. Pokazano rozwiązanie konstrukcyjne dla katamarana z asymetrycznymi kadłubami na poduszce powietrznej w połączeniu z wewnętrznymi kadłubami napędowymi 3.

Pomiędzy każdym kadłubem napędowym 3 a bokiem 701 odpowiedniego pojedynczego kadłuba, który jest zwrócony ku kadłubowi napędowemu, jest utworzony rowek 62 biegnący od miejsca w pobliżu krawędzi dziobowej 702 kadłuba napędowego i ku rufie wzdłuż jego całej długości. Zadaniem tego rowka jest chwytanie powietrza, które wycieka z poduszki powietrznej 9 od spodu w pobliżu stępki 20 na pojedynczym kadłubie i, jeżeli napęd jest zapewniony przez jednostkę strugowodną, prowadzenie powietrza ku rufie obok wlotu 16 wody do jednostki, w celu zapobieżenia możliwości wpływania powietrza do jednostki. Pole przekroju poprzecznego tego rowka może być trójkątne, prostokątne lub łukowe. Dolna część boków 61 i 63 rowka powinna być głównie pionowa. Pionowy bok rowka 63, który jest zwrócony ku pojedynczemu kadłubowi jest utworzony głównie przez zewnętrzny bok pojedynczego kadłuba, w górę od dolnej krawędzi stępki bocznej. Pionowy bok rowka, który jest zwrócony ku kadłubowi napędowemu 61, tworzy kąt, który wynosi 90° w przekroju poprzecznym z dnem kadłuba napędowego. Dolna krawędź pionowego boku rowka, który jest zwrócony ku kadłubowi napędowemu 620, może być niższa lub o takiej samej wysokości jak stępka obłowa 20 w pojedynczym kadłubie. Wysokość rowka ku górze od spodu stępki bocznej pojedynczego kadłuba (pionowa odległość 620 do 621) w dziobowym i rufowym położeniu na wlocie 16 wody strugowodnej jednostki napędowej, biegnie od tego miejsca ku rufie o w przybliżeniu o takich samych wymiarach jak odległość od spodu stępki bocznej 20 do powierzchni wody podczas żeglugi z pewną prędkością, kiedy statek jest podtrzymywany przez poduszkę powietrzną i od tego punktu ku dziobowi stopniowo zmniejszając głębokość.

Zmiany zanurzenia statku na poduszce powietrznej zmieniają się mniej w zależności od obciążenia niż w wypadku kadłuba wyporowego, ponieważ ciśnienie w poduszce powietrznej może się zmieniać w pewnym stopniu w celu zrównoważenia masy statku. Połączenie jednostki strugowodnej ze statkiem na poduszce powietrznej jest naturalne dopóki opór kadłuba napędowego jest na minimalnym poziomie w ograniczonym zakresie zanurzenia.

PL 204 028 B1

Na fig. 11 pokazano podstawowe połączenia symetrycznych lub asymetrycznych kadłubów na poduszce powietrznej z kadłubami napędowymi dla statków jednokadłubowych i katamaranów.

Usytuowanie wlotu wody do jednostki strugowodnej, a zatem do kadłuba(ów) napędowego(ych) powinno być, korzystnie, możliwie bliskie osi centralnej statku, ponieważ w tym miejscu składnik przechylający ruchu pionowego jest minimalny. Daje to możliwość zastosowania wariantów oryginalnej koncepcji opisanej powyżej, złożonych z katamarana z asymetrycznymi sekcjami kadłubów na poduszce powietrznej z kadłubami napędowymi usytuowanymi na ich bokach wewnętrznych.

Możliwe są następujące warianty, ale nie wyklucza to innych wariantów, w których zastosowano koncepcję według wynalazku:

- katamaran z symetrycznymi pojedynczymi kadłubami i z kadłubami napędowymi usytuowanymi na ich bokach wewnętrznych i/lub kadłubami napędowymi usytuowanymi wewnątrz każdej komory poduszki;

- statek jednokadłubowy z kadłubami napędowymi połączonymi z każdym bokiem pojedynczego kadłuba i/lub z kadłubem napędowym usytuowanym wewnątrz komory poduszki;

- trimaran z asymetrycznymi lub symetrycznymi lub z kombinacją asymetrycznych i symetrycznych pojedynczych kadłubów, o takiej samej lub różnej długości, oraz z kadłubami napędowymi o takiej samej lub różnej długości i/lub pojedynczymi kadłubami, połączonymi z oboma bokami pojedynczego kadłuba w środku (dwa kadłuby napędowe) i/lub z kadłubami napędowymi usytuowanymi wewnątrz komory poduszki;

- kadłub trimarana jak w przykładzie poprzednim i z kadłubami napędowymi połączonymi z każdym bokiem pojedynczego kadłuba w środku oraz z wewnętrznym bokiem każdego z zewnętrznych pojedynczych kadłubów (cztery kadłuby napędowe) i/lub z kadłubami napędowymi usytuowanymi wewnątrz każdej komory poduszki;

- kadłub trimarana jak w przykładzie poprzednim i z kadłubami napędowymi połączonymi z każdym bokiem pojedynczego kadłuba w środku oraz z oboma bokami każdego z zewnętrznych pojedynczych kadłubów (sześć kadłubów napędowych) i/lub z kadłubami napędowymi usytuowanymi wewnątrz każdej komory poduszki (0-3 kadłubów napędowych);

- kadł ub trimarana jak w przykł adzie poprzednim i z kadł ubami napę dowymi połączonymi z oboma bokami każdego z zewnętrznych pojedynczych kadłubów (cztery kadłuby napędowe) i/lub z kadłubami napędowymi usytuowanymi wewnątrz każdej komory poduszki (0-3 kadłubów napędowych);

- kadł ub trimarana jak w przykł adzie poprzednim i z kadł ubami nap ę dowymi połączonymi z wewnętrznym bokiem każdego z zewnętrznych pojedynczych kadłubów (dwa kadłuby napędowe) i/lub z kadłubami napędowymi usytuowanymi wewnątrz każdej komory poduszki (0-3 kadłubów napędowych);

- kadłub trimarana jak w przykładzie poprzednim i z kadłubami napędowymi połączonymi z zewnętrznym bokiem każdego z zewnętrznych pojedynczych kadłubów (dwa kadłuby napędowe) i/lub z kadłubami napędowymi usytuowanymi wewnątrz każdej komory poduszki (0-3 kadłubów napędowych).

Korzystnie, kadłuby napędowe powinny być usytuowane pomiędzy pojedynczymi kadłubami w celu skorzystania z wyż szego ciś nienia statycznego i wynikają cego z tego wyż szego spię trzenia fal, jakie zazwyczaj powoduje zakłócenie przez kadłub. Wyższe spiętrzenie fal wytwarza większy margines blokujący wpływanie powietrza z atmosfery do wlotu wody w jednostce strugowodnej. Wyższe ciśnienie na wlocie wody zwiększa sprawność napędu strugowodnej jednostki napędowej.

Umieszczenie kadłubów napędowych na zewnętrznych bokach zewnętrznych pojedynczych kadłubów powinno się widzieć jako uzupełnienie do innych kadłubów napędowych, korzystnie, do stosowania podczas żeglugi w warunkach umiarkowanych.

W skład innego wariantu trimarana wchodzą dwa zewnętrzne pojedyncze kadłuby, symetryczne lub asymetryczne, z kadłubem usytuowanym w środku statku, o długości takiej samej jak lub różnej od długości zewnętrznego pojedynczego kadłuba i składającego się z dokładnie jednego kadłuba napędowego.

Realizuje się to łącząc dwa kadłuby napędowe o konstrukcji opisanej powyżej, w celu połączenia z jednym bokiem pojedynczego kadłuba, i tworzy się symetryczny kadłub ślizgowy usytuowany na osi statku i zawierający jedną lub więcej strugowodnych jednostek napędowych do napędzania trimarana. Takie rozwiązanie jest w zasadzie takie samo jak opisane powyżej, np. katamaran z oddzielnym kadłubem napędowym usytuowanym pomiędzy pojedynczymi kadłubami.

Powyższy podstawowy opis kombinacji jednego, dwóch i trzech pojedynczych kadłubów, i z alternatywnymi położeniami i konstrukcjami kadłubów napędowych, i elementów objętościowych pod pokładem mokrym pomiędzy pojedynczymi kadłubami, można rozszerzyć obejmując nim cztery lub więcej symetrycznych lub asymetrycznych, albo kombinacji symetrycznych i asymetrycznych, pojedynczych

PL 204 028 B1 kadłubów, z pojedynczymi kadłubami o takiej samej lub różnej długości, w połączeniu z kadłubami napędowymi o takiej samej lub różnej długości niż pojedyncze kadłuby, skonstruowanych do połączenia z jednym lub oboma bokami każdego pojedynczego kadłuba lub skonstruowanych jako pewna liczba oddzielnych kadłubów napędowych usytuowanych pomiędzy albo skonstruowanych do łączenia ze wszystkimi lub pewną liczbą pojedynczych kadłubów i/lub kadłubów napędowych usytuowanych wewnątrz komory poduszki powietrznej wszystkich lub pewnej liczby pojedynczych kadłubów, we wszystkich możliwych permutacjach jak opisano powyżej dla pojedynczego kadłuba na poduszce powietrznej (jednokadłubowy), dwóch kadłubów na poduszce powietrznej (katamaran) oraz trzech kadłubów na poduszce powietrznej (trimaran).

Podsumowując, wynalazek zawiera kadłub statku z jedną lub więcej pojedynczymi sekcjami kadłubowymi, na przykład kadłuba katamarana składającego się z dwóch pojedynczych sekcji kadłubowych, które są asymetryczne względem osi dziobowej i rufowej, połączonych ze strukturą pokładową; oraz którego masa jest podtrzymywana głównie przez poduszkę powietrzną pod każdym pojedynczym kadłubem, która jest ograniczona wewnątrz komory poduszki powietrznej i na pawęży jest regulowana za pomocą jednej lub więcej klapy poprzecznej; i w której ciśnienie i dopływ powietrza do poduszki powietrznej są wytwarzane przez jeden lub więcej wentylatorów, w połączeniu z dynamiczną wypornością podczas żeglugi z pewną prędkością na powierzchni ślizgowej usytuowanej przed komorą poduszki powietrznej i na klapie rufowej; oraz wyposażonego w dwie napędowe sekcje kadłubowe, z których każda zawiera strugowodne jednostki napędowe albo jakiś inny odpowiedni układ napędowy do napędu i manewrowania statkiem, i w którym każda z napędowych sekcji kadłubowych, o których mowa, jest połączona z wewnętrznymi bokami odpowiednich pojedynczych sekcji kadłubowych.

Sekcja kadłubowa na poduszce powietrznej w zalecanym przykładzie wykonania wynalazku cechuje się tym, że:

W rzucie z boku, profil spodniej krawędzi (stewy dziobowej) przedniej powierzchni ślizgowej będzie tworzył, przy prędkości, kąt z profilem linii granicznej uskoku i z powierzchnią wody. Kąt ten jest zazwyczaj większy niż 3° i mniejszy niż 12°, ale, korzystnie, wynosi około 8-10°.

Dowolny przekrój w poprzek statku przechodzący przez najniższe powierzchnie dziobowej części kadłuba tworzy kąt z płaszczyzną poziomą wynoszący co najmniej 25°. Korzystnie, kąt ten powinien być takiej samej wielkości z obu stron symetrycznego lub asymetrycznego pojedynczego kadłuba, ale może również być różny z obu stron pojedynczego kadłuba, w ramach powyższych ograniczeń.

Komora poduszki powietrznej będzie ograniczona na dziobowej dolnej powierzchni ślizgowej uskoku, która może mieć w rzucie poziomym kształt strzałki lub dziobu. W rzucie z boku, punkty na linii granicznej uskoku, bez względu na postać jego rzutu, powinny znajdować się w tej samej płaszczyźnie, która, w wypadku żeglugi z pewną prędkością, powinna być równoległa do otaczającej nie zaburzonej powierzchni wody, albo tworzyć z nią mały kąt.

Wokół komory poduszki powietrznej, poduszka powietrzna jest ograniczona sztywnymi płaszczyznami bocznymi, które, kiedy statek żegluje w warunkach stacjonarnych, powinny wnikać w powierzchnię wody i zapobiegać lub ograniczać przecieki z poduszki powietrznej.

W zalecanym przykładzie wykonania, długość komory poduszki powietrznej od pawęży do uskoku stanowi około 70% (65-75%) całkowitej długości kadłuba pomiędzy pawężą a dziobem, ale może wynosić od 45 do 85% długości kadłuba, zachowując swoją funkcję.

Postać rzutu głównego komory powietrznej wybiera się tak, żeby zamierzona część masy statku była podtrzymywana przez poduszkę powietrzną, oraz żeby środek ciśnienia, w połączeniu z wypornością pochodzącą od powierzchni ślizgowych równoważył położenie dziobowe i rufowe środka ciężkości w celu uzyskania stałego położenia w wodzie podczas żeglugi.

Postać rzutu głównego komory poduszki, korzystnie, konstruuje się tak, żeby była szersza na pawęży niż na uskoku, w celu przemieszczenia położenia środka wynikowego ruchu do góry rufy i lepszego dopasowania go do dziobowej sekcji ślizgowej pojedynczego kadłuba, którego szerokość powinna być ograniczona w celu zmniejszenia sił hydrostatycznych i hydrodynamicznych podczas żeglugi na falach.

W swojej sekcji rufowej komora poduszki powietrznej jest ograniczona przez powierzchnię ślizgową utworzoną przez jedną płaską lub krzywoliniową, wklęsłą lub wypukłą, powierzchnię, której koniec(końce) rufowy(e) jest(są) na pawęży statku albo w jej pobliżu. Korzystnie, ostatnia powierzchnia(powierzchnie) ślizgowa jest nastawna kątowo wokół poziomej osi poprzecznej, na przedniej krawędzi powierzchni i która jest połączona ze skrajnie rufową sekcją komory poduszki powietrznej. Średnia cięciwa geometryczna pionowej sekcji dziobowej i rufowej na powierzchni, pomiędzy punktem

PL 204 028 B1 obrotu a skrajnie tylną krawędzią, tworzy kąt z płaszczyzną poziomą, którego wielkość można wybrać i zmieniać pomiędzy 0° a 25°. Usytuowanie powierzchni ślizgowej może być ustalone, nastawne na zadane położenia albo może być częścią układu sterowania ruchem, za pomocą którego jest nastawiany jej kąt i prędkość kątowa, w zależności od zachowania dynamicznego statku. Dziobowa powierzchnia ślizgowa, poduszka powietrzna i klapa rufowa tworzą układ do równoważenia położenia siły skierowanej do góry oraz do biernego i/lub czynnego hydrodynamicznego tłumienia ruchów statku na falach.

Boczne linie graniczne postaci rzutu poziomego komory poduszki (stępki boczne) powinny być, korzystnie, wypukłe na zewnątrz od osi pojedynczego kadłuba, ale mogą być również utworzone przez linie proste, które, dla symetrycznego pojedynczego kadłuba, obie, i dla asymetrycznego pojedynczego kadłuba, jedna lub obie, tworzą kąt z osią tak, że odległość pomiędzy nimi jest większa na rufowej krawędzi komory poduszki niż na jej krawędzi dziobowej.

Szerokość komory powietrza w pojedynczym kadłubie, mierzona pomiędzy wewnętrznymi bokami dolnej krawędzi stępek obłowych, w odniesieniu do maksymalnej szerokości całkowitej pojedynczego kadłuba w tej samej sekcji poprzecznej może być zmieniana pomiędzy 0% w skrajnie dziobowej sekcji komory poduszki powietrznej, gdzie jej poziome wzniesienie ma kształt strzałki lub dziobu, do prawie 100% w sekcji na pawęży.

Kształt spodu dziobowej i rufowej bocznej powierzchni ograniczającej komory powietrznej, stępek, widziany z boku, pasuje do kształtu jaki przyjmuje powierzchnia ograniczająca poduszkę powietrzną podczas działania w warunkach stacjonarnych w konfiguracji konstrukcyjnej statku.

Wielkość i wymiary komory poduszki powietrznej dopasowuje się do parametrów wentylatorów tak, żeby można było regulować przecieki powietrza z komory powietrznej i żeby zajęła miejsce głównie na pawęży.

Napędowa sekcja kadłubowa tego statku cechuje się tym, że kadłub napędowy ma długość pomiędzy 10 a 100% długości kadłuba poduszki powietrznej.

Każdy zewnętrzny bok każdego pojedynczego kadłuba, który nie jest połączony ze znajdującym się obok kadłubem napędowym, może być skonstruowany, ze smarowaniem powietrznym za pomocą powietrza zebranego z komory poduszki powietrznej i gdzie ciśnienie z poduszki powietrznej jest używane do wytłaczania powietrza.

Struktura pokładowa wspomnianego statku cechuje się tym, że zazwyczaj spodnią stronę struktury pokładowej - pokład mokry - zaopatruje się w element objętościowy, usytuowany symetrycznie wokół dziobowej i rufowej płaszczyzny symetrii statku, z zadaniem zmniejszania oddziaływania wody na pokład mokry i zapewnienia rezerwowej pływalności w wypadku zanurzania.

Innym zalecanym przykładem wykonania wynalazku jest kadłub statku w jednej z postaci opisanych powyżej, ale w którym kadłub napędowy jest oddzielnym, symetrycznym kadłubem, umieszczonym pomiędzy pojedynczymi kadłubami i w którym pojedynczy kadłub może być symetryczny lub asymetryczny.

Innym zalecanym przykładem wykonania jest kadłub statku, w którym kadłub napędowy jest oddzielnym, symetrycznym kadłubem usytuowanym pomiędzy pojedynczymi kadłubami i w którym pojedyncze kadłuby są asymetryczne i gdzie szerokość kadłuba napędowego jest równa odległości pomiędzy wewnętrznymi bokami pojedynczych kadłubów. Dno przedniej części kadłuba napędowego jest połączone z przednimi dolnymi powierzchniami ślizgowym w odpowiednich pojedynczych kadłubach. Kadłub napędowy jest o takiej samej długości albo jest dłuższy niż pojedyncze kadłuby i rozciąga się od skrajnie przedniego końca pojedynczych kadłubów.

Innym zalecanym przykładem wykonania jest katamaran, w którym kadłuby napędowe znajdują się wewnątrz komory poduszki powietrznej każdego pojedynczego kadłuba i w którym pojedyncze kadłuby są symetryczne. Takie kadłuby napędowe składają się z dwóch dolnych powierzchni ślizgowych połączonych ze sobą w dziobowej i rufowej płaszczyźnie symetrii, dwóch powierzchni bocznych, które są połączone z powierzchniami dolnymi i które tworzą kąt ostry z dowolną płaszczyzną pionową oraz powierzchnia pawężowa, będąca płaszczyzną poprzeczną do dziobowego i rufowego kierunku statku. Pawęż znajduje się w położeniu dziobowym i rufowym, które jest na pawęży kadłuba na poduszce powietrznej albo w jej pobliżu. Kadłub napędowy jest połączony z dachem komory poduszki powietrznej.

Innym zalecanym przykładem wykonania jest katamaran, w którym kadłuby napędowe znajdują się wewnątrz komory poduszki powietrznej każdego pojedynczego kadłuba i w którym pojedyncze kadłuby są asymetryczne.

PL 204 028 B1

W skład wynalazku wchodzi również śluza wodna zainstalowana w uskoku na dziobowej powierzchni ograniczającej komory powietrznej w celu ograniczenia przecieków z poduszki powietrznej. Jej działanie polega na wytłaczaniu wody z dużą prędkością (impuls) pionowo lub skośnie ku rufie w warstwie wzdłuż linii granicznej uskoku wzdłuż dolnej powierzchni statku.

Strumień wody tworzy kąt pomiędzy 0° a 90° z płaszczyzną pionową, w poprzek kierunku dziobowego i rufowego pojedynczego kadłuba, ale wynoszący korzystnie 60-70°. Korzystnie, jest to wykorzystywane podczas żeglugi i istnieje możliwość jego odcięcia.

W skład innego zalecanego przykładu wykonania wynalazku wchodzi śluza powietrzna o takiej samej konstrukcji i działaniu jak opisana powyżej, ale w której zamiast wody zastosowano powietrze.

Innym zalecanym przykładem wykonania jest katamaran z rowkiem pomiędzy wewnętrznym bokiem każdego pojedynczego kadłuba i pionowym bokiem odpowiedniego kadłuba napędowego i w którym rowek ten jest przeznaczony do zbierania powietrza przeciekającego przez wewnętrzny bok stępki obłowej każdego pojedynczego kadłuba.

Inną właściwością wynalazku jest statek wyposażony w stopniowane elementy objętościowe w części dziobowej, usytuowane na jednym lub obu bokach pojedynczych kadłubów nad dolną powierzchnią ślizgową w celu zapewnienia rezerwowej pływalności i odchylania wody od burt kadłuba, a w wyniku tego zmniejszania ciśnienia wody na pokład mokry.

Innym zalecanym przykładem wykonania wynalazku jest statek, w którym komora poduszki w każdym pojedynczym kadłubie jest podzielona, głównie w pionie, litymi lub perforowanymi przegrodami, które biegną ku dziobowi i rufie i, poprzecznie, które biegną od sufitu komory poduszki w dół nad powierzchnię wody, która stanowi dolną powierzchnię ograniczającą poduszkę powietrzną, w celu ograniczenia prędkości wyrównywania ciśnienia, jakie występuje kiedy powietrze wycieka z poduszki lub z jednej lub kilku sekcji grodziowych. Każda sekcja może być oddzielnie zasilana powietrzem.

Innymi zalecanymi przykładami wykonania są statki wielokadłubowe, w których są więcej niż dwa pojedyncze kadłuby, tj. trzy, cztery, pięć lub więcej, i w których kadłuby napędowe są umieszczone na boku lub bokach każdego pojedynczego kadłuba, albo jako oddzielne kadłuby napędowe pomiędzy pojedynczymi kadłubami, i/lub z kadłubami napędowymi usytuowanymi wewnątrz każdej komory poduszki, albo z połączeniem kadłubów połączonych bokami i oddzielonych kadłubów napędowych pomiędzy pojedynczymi kadłubami albo wewnątrz komór poduszki, na takich samych zasadach jak opisano powyżej.

Innym zalecanym przykładem wykonania jest statek wielokadłubowy opisany powyżej, w którym ciśnienie w poduszce w każdej symetrycznie umieszczonej parze pojedynczych kadłubów może być regulowane oddzielnie w celu przeciwdziałania zewnętrznemu momentowi przechylającemu działającemu na statek.

Innym aspektem wynalazku jest statek z dwoma lub więcej kadłubami na poduszce powietrznej, w którym wentylatory są połączone ze sobą kanałami powietrznymi w każdym kadłubie i/lub pomiędzy kadłubami tak, że jeżeli jeden wentylator ulegnie awarii, inny wentylator będzie w stanie skompensować dostarczane przez niego powietrze tak, że układ poduszek powietrznych może dalej działać, chociaż z mniejszą wydajnością. W warunkach normalnych, przy wszystkich wentylatorach pracujących, wszystkie kanały łączące są zamknięte na obu końcach za pomocą zaworów usytuowanych na wylocie każdego wentylatora.

Innym zalecanym przykładem wykonania wynalazku jest kadłub statku składający się tylko z jednego pojedynczego kadłuba (jednokadłubowy), w którym kadłub napędowy znajduje się wewnątrz komory poduszki pojedynczego kadłuba, i w którym pojedynczy kadłub i kadłub napędowy są symetryczne.

Innym zalecanym przykładem wykonania jest statek składający się tylko z jednego pojedynczego kadłuba (jednokadłubowy) z dwoma kadłubami napędowymi połączonymi z każdym bokiem pojedynczego kadłuba i mający rowki, jak opisano powyżej. Innym zalecanym przykładem wykonania jest ponadto symetrycznie usytuowany kadłub napędowy wewnątrz komory poduszki powietrznej pojedynczego kadłuba.

Innymi zalecanymi przykładami wykonania są statki, w których długość komory powietrznej w każdym pojedynczym kadłubie, od pawęży do uskoku, wynosi od 45 do 85% długości kadłuba.

Innym aspektem wynalazku jest statek wielokadłubowy z bardzo wysokim stosunkiem napęduprędkości do masy, w którym stosuje się wyporność aerostatyczną działającą na pokład mokry (efekt spiętrzenia); i w którym zastosowano rozwiązanie, w skład którego wchodzi co najmniej jedno urządzenie ograniczające powietrze, nadmuchiwany worek elastyczny lub worki, które jest/ są połączony(e)

PL 204 028 B1 z każdym kadłubem bocznym i pokładem mokrym, w celu sterowania przepływem powietrza i narastaniem ciśnienia, w celu uzyskania równowagi pomiędzy siłą nośną a oporem powietrza, która to równowaga minimalizuje całkowity opór statku. To co najmniej jedno urządzenie ograniczające powietrze może, np. składać się z nadmuchiwanego worka lub worków. Nadmuchiwany worek lub worki mogą być wykonane, na przykład, z gumy i/lub tworzywa sztucznego.

Innym zalecanym przykładem wykonania jest wielokadłubowy statek, jak opisano powyżej, skonstruowany tak, że ma wysoki stosunek ładowności do wymiarów i/lub niskie zanurzenie, gdzie objętości pomiędzy kadłubami bocznymi są zamknięte za pomocą urządzeń zamykających, jak wspomniano powyżej na rufowym końcu tunelu, i podobnym półgiętkim urządzeniem zamykającym na dziobie statku. Wynikowa objętość jest pod ciśnieniem wytwarzanym przez oddzielny układ wentylatorowy, podobnego typu jak wspomniano powyżej, w celu nadania poduszce powietrznej dodatkowej siły nośnej przez to urządzenie oprócz siły nośnej poduszki powietrznej pochodzącej z wewnątrz umieszczonych w kadłubie poduszek powietrznych. Ciśnienie w poduszce centralnej wynosi zazwyczaj około 50% ciśnienia w poduszkach w podwójnych kadłubach. W razie potrzeby urządzenie to można odłączyć.

Wynalazek szczegółowo pokazano i opisano, odwołując się do jego zalecanych przykładów wykonania, ale rozumie się samo przez się, że możliwe są w nim różne zmiany w formie i szczegółach bez wychodzenia poza zakres wynalazku objęty załączonymi zastrzeżeniami patentowymi.

Claims

1. Statek morski o dużej prędkości mający co najmniej jeden kadłub, którego masa jest podtrzymywana przez określone kombinacje elementów kadłubowych, tj. powierzchnie ślizgowe, objętości wyporowe, ciśnieniowe poduszki powietrzne i powierzchnie, na które działają przy dużych prędkościach ciśnienie aerostatyczne i aerodynamiczne, znamienny tym, że zawiera komory (9) poduszek powietrznych, z których każda jest otwarta tylko w dół, uskok (19), który biegnie do wewnątrz od każdego dna kadłuba (200), a płaszczyzna wyznaczona przez uskok (19) rozdziela kadłub (200) na część ślizgową i wypornościową biegnącą ku przodowi od tej płaszczyzny i część z ciśnieniową poduszką powietrzną biegnącą ku tyłowi, przy czym każdy punkt krawędzi uskoku (19) w tej płaszczyźnie znajduje się zasadniczo na tej samej wysokości w pionie względem nie zaburzonej powierzchni wody w trakcie żeglugi statku, tylne urządzenie zamykające (14, 15) wyznaczające płaszczyznę pomiędzy podłużnymi ścianami bocznymi, sufitem komory poduszki powietrznej i powierzchnią wody, gdzie dolna część tej płaszczyzny ma położenie pionowe wynoszące do 30% odległości od dna kadłuba do sufitu komory poduszki, przy czym wspomniana dolna część wspomnianej płaszczyzny, która jest nastawna, wyznacza ponadto kąt z płaszczyzną wody do 20°, kiedy statek żegluje, który to kąt jest mierzony na minimalnej długości poziomej stanowiącej co najmniej 10% całkowitej długości kadłuba dla statków o długości poniżej 30 metrów i co najmniej 4% dla statków o długości powyżej 30 metrów, zaś długość każdej komory (9) poduszki powietrznej od pawęży (23) do środkowego punktu pomiędzy skrajnym punktem przednim (27) a skrajnym punktem tylnym (127) uskoku (19) stanowi od 45% do 85% całkowitej długości kadłuba (200) pomiędzy pawężą (23) a dziobem (22), w rzucie z boku, przy czym profil spodu ślizgowej i wypornościowej powierzchni (8) jest mierzony na odległości poziomej od punktu środkowego pomiędzy skrajnym punktem przednim (27) a skrajnym punktem tylnym (127) uskoku (19) oraz co najmniej 30% odległości od wspomnianego punktu środkowego do dziobu (22), przy czym wspomniany profil linii granicznej tworzy kąt ostry z powierzchnią wody przy prędkości, zaś komora (9) poduszki powietrznej ma rosnącą szerokość poprzeczną w kierunku pawęży (23), przy czym średnie zwiększenie szerokości, wyznaczone przez kąt mierzony od punktu środkowego pomiędzy skrajnym punktem przednim (27) a skrajnym punktem tylnym (127) uskoku (19) do pawęży (23) powinno być mniejsze niż 20°, który to kąt jest mierzony pomiędzy kierunkiem osi statku a odpowiednimi bokami kadłuba bocznego na poziomie wody w trakcie żeglugi, zaś dowolny przekrój poprzeczny przez najniższą z dziobowych powierzchni kadłuba tworzy średni kąt z płaszczyzną poziomą wynoszący co najmniej 25°, przy czym statek zawiera ponadto co najmniej jeden wypornościowy i ślizgowy wielofunkcyjny kadłub napędowy (3), a długość każdego kadłuba napędowego (3) względem całkowitej długości statku wynosi od 10% do 100%.

2. Statek według zastrz. 1, znamienny tym, że kąt ostry pomiędzy ślizgową i wypornościową powierzchnią (8) a linią graniczną, mierzony na odległości poziomej od punktu środkowego pomiędzy

PL 204 028 B1 skrajnym punktem przednim (27) a skrajnym punktem tylnym (127) uskoku (19) i co najmniej 30% odległości od wspomnianego punktu środkowego ku dziobowi (22) wynosi, korzystnie, do 12°, mierząc z obu stron linii wodnej .

3. Statek według zastrz. 1, znamienny tym, że każdy kadłub napędowy (3) jest połączony z pojedynczym kadłubem zwróconym, odpowiednio, w kierunku osi statku.

4. Statek według zastrz. 1, znamienny tym, że co najmniej jeden kadłub napędowy (3) znajduje się pomiędzy pojedynczymi kadłubami (200).

5. Statek według zastrz. 1, znamienny tym, że co najmniej jedna sekcja kadłuba napędowego (3) jest połączona z dnem pojedynczego kadłuba, odpowiednio, wewnątrz komory (9) poduszki powietrznej .

6. Statek według zastrz. 1 albo 3, albo 4, albo 5, znamienny tym, że każdy kadłub napędowy (3) zawiera napędzającą statek jednostkę strugowodną.

7. Statek według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że uskok (19) komory (9) poduszki powietrznej zawiera śluzę wodną.

8. Statek według zastrz. 1, znamienny tym, że co najmniej jedna klapa rufowa (15) tworzy nastawiany kąt z płaszczyzną poziomą.

9. Statek według zastrz. 1, znamienny tym, że każda komora (9) poduszki powietrznej jest podzielona za pomocą głównie pionowych przegród, które biegną od sufitu komory (9) poduszki powietrznej w dół nad powierzchnię wody, dzieląc w ten sposób komorę (9) poduszki powietrznej na sekcje.

10. Statek według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera co najmniej dwa pojedyncze kadłuby (200), które wyznaczają pomiędzy sobą i sufitem co najmniej jeden podłużny tunel powietrzny o polu powierzchni przekroju poprzecznego, które zmniejsza się w kierunku rufy statku.

11. Statek według zastrz. 10, znamienny tym, że zawiera co najmniej jedno urządzenie ograniczające przekrój poprzeczny w dziobowej części wspomnianego tunelu powietrznego, tworzące dodatkową komorę poduszki powietrznej mającą oddzielne doprowadzanie gazu pod ciśnieniem.

12. Statek według zastrz. 1, znamienny tym, że pomiędzy wewnętrznym bokiem każdego pojedynczego kadłuba a pionowym bokiem odpowiedniego kadłuba napędowego (3) znajduje się rowek (62).