Pierwszenstwo: Opublikowano: 08.X.1965 dla zastrz. 1 06.VII.1965 dla zastrz. 2 Niemiecka Republika Demokratyczna 31.111.1970 59328 KI. 65 a1, 10 MKP B 63 b 3}*l& UKD Wspóltwórcy wynalazku: mgr inz. Klaus Puchstein, mgr inz. Alfred Schi- mke Wlasciciel patentu: Institut fiir Schiffbau, Rostock (Niemiecka Republika.Demokratyczna) Statek wielokadlubowy z wregami w ksztalcie litery „S" w czesci dziobowej i/lub rufowej Przedmiotem wynalazku jest statek wielokadlu¬ bowy z wregami w ksztalcie litery „S" w czesci dziobowej i/lub rufowej, majacy sciany sródokre¬ cia zasadniczo równolegle i proste.Wsród statków wielokadlubowych najwieksze znaczenie maja statki dwukadlubowe czyli katama- rany, totez w ponizszym opisie mówi sie o katama- ranach, aczkolwiek wynalazek dotyczy równiez in¬ nych statków wielokadlubowych, na przyklad tri- maranów.Problemy oporów, które wystepuja w przypadku katamaranów sa tak skomplikowane i dotychczas niezupelnie rozwiazane, ze nie ma jednoznacznych wskazówek, dotyczacych projektowania tego typu statków. Aczkolwiek brak takich ogólnych rozwia¬ zan, to jednak nie ulega watpliwosci, ze konieczne jest przestrzeganie zasady, aby opór calkowity, stawiany przez statek, byl mozliwie maly.Wobec tego, ze wspomniane problemy sa tak skomplikowane, nie mozna ich rozwiazac za pomo¬ ca kilku holowan próbnych, majacych na celu usta¬ lenie wielkosci oporów, czy tez na drodze teore¬ tycznych rozwazan. Zagadnienie to moze byc roz¬ wiazane tylko na drodze licznych, systematycznie prowadzonych prób i stopniowego gromadzenia do¬ swiadczen, umozliwajacych znalezienie rozwiazania optymalnego dla danych warunków. Nalezy tez nadmienic, ze wsród fachowców nie ma dotychczas jednolitego pogladu na znaczenie poszczególnych skladowych, dajacych w sumie opór calkowity. 10 15 20 25 30 Przy rozwazaniu oporu katamaranu nalezy brac pod uwage okolicznosci odmienne od tych, jakie rozpatruje sie w odniesieniu do statków jedno- kadlubowych. Mianowicie, w odniesieniu do posz¬ czególnych kadlubów katamaranu stosuje sie wprawdzie te same zasady, co do statków jednoka- dlubowych, ale równoczesnie na skutek wzajem¬ nego oddzialywania kadlubów opory ulegaja zmia¬ nom. W przypadku katamaranu o ograniczonym od¬ stepie kadlubów wystepuje opór dodatkowy, bedacy róznica pomiedzy calkowitym oporem stawianym przez katamaran o ograniczonym odstepie kadlubów i calkowitym oporem katamaranu o nieograniczo¬ nym odstepie kadlubów. Ten dodatkowy opór ma ogólnie biorac wartosc dodatnia, ale w pewnych wa¬ runkach moze miec wartosc ujemna, to znaczy mo¬ ze wystepowac — ciag dodatkowy.W przypadku katamaranu wystepuja nastepujace opory skladowe: opór tarcia poszczególnych kadlu¬ bów, opór ksztaltu poszczególnych kadlubów, opór falowy poszczególnych kadlubów, opór dodatkowy o skladowych róznego pochodzenia, jak równiez opór powietrza, opór stawiany przez obrosniete dna statku, opór sterowania, opór czesci wiazacej ka¬ dluby, i na skutek falowania morza. Powstaje za¬ gadnienie, czy i w jaki sposób poszczególne sklad¬ niki oporu w przypadku katamaranu róznia sie od tych jakie wystepuja w przypadku statku jedno- kadlubowego i w jaki sposób na siebie oddzialuja i czy na skutek tego nie powstaje opór dodatkowy. 593283 59328 4 Opór tarcia ciala plywajacego jest wprost propor¬ cjonalny do wielkosci zwilzanej powierzchni.W przypadku katamaranu, na skutek podzielenia calkowitej wypornosci na dwa kadluby, nastepuje zwiekszenie czesci zanurzonej. Wielkosc przyrostu tej powierzchni zalezy od ksztaltu wregów, stosun¬ ku szerokosci B pojedynczego kadluba do zanurze¬ nia T statku i od wspólczynnika pelnotliwosci wy¬ pornosci. W przypadku katamaranów o budowie symetrycznej zwiekszenie powierzchni zanurzonej w porównaniu z jednym kadlubem o tej samej objetosci wynosi co najmniej 50%.Opór ksztaltu zalezy glównie od pelnotliwosci wregu glównego i od zjawiska odrywania sie strugi warstwy granicznej na rufie. Przez zwezenie czesci rufowej statku ten skladnik oporu mozna zmniej¬ szac.Opór falowy zalezy glównie od smuklosci wodni¬ cy plywania i jest w przyblizeniu proporcjonalny do kwadratu szerokosci statku. Przy podzieleniu statku jednokadlubowego na dwa kadluby kata¬ maranu o szerokosci o polowe mniejszej jest prze¬ to tylko w przyblizeniu dwukrotnie wiekszy niz w przypadku statku jednokadlubowego. Poniewaz zas smuklosc kadlubów katamaranu nie jest ogra¬ niczona wzgledami statecznosci, przeto opór falowy mozna w przypadku katamaranów zmniejszac bar¬ dzo istotnie.Poruszajace sie w wodzie kadluby katamaranów wytwarzaja pole cisnienia i pola wiru wodnego, które maleja ze wzrostem odstepu kadlubów. Je¬ zeli kadluby katamaranu znajduja sie w takiej odleglosci, ze te pola oddzialuja na siebie, wów¬ czas wystepuje opór dodatkowy, skladajacy sie pra¬ wdopodobnie z róznych elementów, a mianowicie: 1. wzajemny wplyw ukladów fal poszczególnych kadlubów, 2. zwiekszony opór tarcia i 3. opory dodatkowe.Przez nakladanie sie fal wywolanych przez po¬ szczególne kadluby moze powstawac opór dodatko¬ wy dodatni lub ujemny. Poniewaz zasieg tych fal jest duzy i zjawisko oddzialywania na siebie obu ukladów fal zachodzi nawet przy stosunkowo znacznym odstepie kadlubów, przeto ten czynnik w zaleznosci od oporu falowego stanowi najwieksza skladowa oporu dodatkowego. Oczywiscie skladowa ta rosnie w miare zmniejszania odstepu kadlubów i zalezy od wielkosci oporu falowego poszczegól¬ nych kadlubów, od stosunku odstepu miedzy kadlu¬ bami do dlugosci kadlubów, a wiec przy stalej dlugosci kadlubów zalezy bezposrednio od ich od¬ stepu, a takze ogólnie biorac od ostrosci i wyra¬ zistosci ukladów fal, wychodzacych spod poszcze¬ gólnych kadlubów.Zwezenie przekroju pomiedzy kadlubami katama¬ ranu powoduje silne zwiekszenie predkosci prze¬ plywu wody, a tym samym zwiekszenie oporu tar¬ cia po zewnetrznych stronach kadlubów. Ta skla¬ dowa dodatkowego oporu jest proporcjonalna do predkosci wody pomiedzy kadlubami i maleje ze wzrostem odstepu miedzy nimi.Dodatkowy opór zalezny od ksztaltu kadlubów jest w przypadku smuklych kadlubów niewielki i nie ma znaczenia pomimo faktów podanych w opisie, poniewaz przy smuklych kadlubach odrywa¬ nie sie strugi nie powoduje istotnych oporów.Poniewaz w przypadku katamaranów wystepuje z zasady zjawisko powiekszania oporu tarcia, prze- 5 to proponowano zmniejszac ten opór przez zastoso¬ wanie innych srodków. Ze wzgledu na duza sta¬ tecznosc katamaranu mozna jego kadluby wykony¬ wac smukle i w ten sposób zmniejszac opór falo¬ wy i opór ksztaltu, a posrednio i inne skladowe io oporu calkowitego, które od tych oporów zaleza.Jak wiadomo, w przypadku statków jednokadlubo- wych w zakresie wyzszych liczb Froud'a opór ksztaltu moze wynosic 60% oporu calkowitego lub nawet wiecej. Podzielenie statku jednokadlubowego 15 na dwa kadluby katamaranu spowodowaloby wiec zmniejszenie calkowitego oporu o 30%.Równoczesnie zas zwiekszenie powierzchni zanu¬ rzonej o polowe spowodowaloby wzrost oporu o okolo 0,5X40% = 20%. Z obliczen tych wynika, ze 20 aby zachowac opór katamaranu równy oporowi statku jednokadlubowego, opór dodatkowy moze wynosic okolo 10%. Dowodzi to, ze z punktu widze¬ nia oporu katamarany moga znalezc zastosowanie przy mozliwie wysokich liczbach Froud'a, to jest 25 gdy opór tarcia jest stosunkowo maly.Korzystnie jest wiec dobierac ksztalt kadluba z punktu widzenia minimalnego oporu ksztaltu przy mozliwie niewiele powiekszonym oporze tar¬ cia. Nie jest wskazane zmniejszanie oporu tarcia kosztem oporu ksztaltu, poniewaz wlasnie opór ksztaltu w korzystnym zakresie liczb Froud'a sta¬ nowi wieksza skladowa oporu calkowitego, a poza tym opór dodatkowy zalezy glównie od oporu falo¬ wego. Ogólnie biorac nalezy dazyc do tego, aby dodatkowy opór dodatni byl mozliwie maly, na¬ tomiast nie jest wskazane dazyc do ujemnego oporu dodatkowego, gdyz mozna go osiagnac tylko w bardzo waskich granicach predkosci, co ogra¬ niczaloby zakres stosowania statku i jego uzytecz¬ no , . nosa.Wynalazek ma na celu opracowanie takiego ksztaltu statku wielokadlubowego, który by przy stosunkowo duzej pelnotliwosci podwodnej czesci statku wykazywal znaczne zmniejszenie oporu w zakresie wyzszych liczb Froud'a, bez równoczesne¬ go pogorszenia statecznosci statku.Wedlug wynalazku zadanie to zostalo rozwiazane w ten sposób, ze w przypadku statków wielokadlu- 50 bowych o wregach w ksztalcie litery „S" w czesci dziobowej i/lub rufowej dla kazdego wregu 15% i/lub 85% dlugosci, mierzonej od pionu rufowego, w obrebie 0,3—0,6 zanurzenia konstrukcyjnego sto¬ suje sie naddatek, który jest wiekszy od najmniej¬ szego naddatku w obrebie 0,7—1,2 zanurzenia kon¬ strukcyjnego. Dalsza cecha statku wedlug wyna¬ lazku jest to, ze powierzchnia wodnicy konstrukcyj¬ nej w dziobowej i/lub rufowej czesci statku jest mniejsza niz powierzchnia dolnych wodnic w ob¬ rebie polowy zanurzenia. 60 Przy próbnych holowaniach modeli statków z wregami w ksztalcie litery „S" i litery „U" stwier¬ dzono, ze na obszarze pomiedzy kadlubami po¬ wstaje fala pietrzenia, wywolywana przez nakla- S5 danie sie fal w rufowej czesci statku oraz fal rufo-? 59328 wych obu kadlubów. Badania te wykazaly z cala pewnoscia, ze zjawisko to nie jest powodowane przez odrywanie sie strugi w czesci rufowej, lecz przez interferencje obu ukladów fal rufowych. Fala pietrzenia sie, zaobserwowana podczas prób holo¬ wania, powoduje znaczny wzrost oporu., W przy¬ padku katamaranów o wregach w ksztalcie litery „U" fala pietrzenia utrzymuje sie stale i wzmaga sie ze wzrostem predkosci statku. W odróznieniu od tego stwierdzono nieoczekiwanie, ze w przypad¬ ku katamaranów o wregach w ksztalcie litery „S" przy okreslonej predkosci statku fala ta slabnie lub zanika, przy czym odpowiednio maleje opór.Próbne holowania wykazaly równiez, ze w przy¬ padku wregów o ksztalcie litery „S" najkorzystniej¬ sze sa wartosci 8 w granicach 0,60—0,65, natomiast w przypadku wregów o ksztalcie litery „U" war¬ tosci 8 powyzej 0,55 nie sa odpowiednie. 10 15 6 Na rysunku uwidoczniono przykladowo ksztalt wregów katamaranu wedlug wynalazku. PL