PT2190729E - Casco para embarcaçao à vela e a motor - Google Patents

Description

1 ΡΕ2190729

DESCRIÇÃO "CASCO PARA EMBARCAÇAO À VELA E A MOTOR"

CAMPO DA INVENÇÃO

Esta invenção refere-se a veleiros lastrados. Mais especificamente, a invenção refere-se a veleiros que têm um casco cuja forma (a parte imersa do casco abaixo da linha de água também chamada "obras vivas" ou "área molhada") é configurada para reduzir drasticamente a geração de ondas. 0 documento DE 195 38 520 constitui a arte anterior mais próxima.

ANTECEDENTES A resistência do casco de um navio já foi estudada e decomposta, a fim de melhor se entender a mecânica de fluido. Taniguchi (em: Taniguchi Tamura, "On a new method of correction for wind resistance relative to the analysis of speed trial results", Proceedings da 11a ITTC, 1966) propõe várias maneiras de decompor a resistência de um casco. A bem conhecida hipótese de Froude (William Froude: "The papers of William Froude 1810-1879") é uma aproximação que pode ser complementada por outros conceitos que são, por vezes, difíceis de ter em conta numa abordagem experimental. A resistência ao movimento de uma embarcação, ou navio, qualquer que seja a sua velocidade, 2 ΡΕ2190729 dimensão e tipo, depende principalmente de dois fenómenos: a) o atrito da água contra a superfície do fundo (chamada resistência de atrito, ou também resistência viscosa); b) a geração de ondas de superfície, devido à passagem das embarcações sobre a água (resistência de onda).

Uma embarcação que se desloca através da superfície da água gera um sistema de ondas transversal com uma velocidade (C*) igual à velocidade da embarcação (Vk) . Estas ondas "auto-geradas" representam uma dissipação irrecuperável de energia propulsora que é uma consequência da resistência "geradora de ondas" do casco. Em relação à resistência total do casco do navio, para além dos dois factores principais acima mencionados, também têm de ser tidos em conta outros factores menores, sendo estes: a resistência ao ar, a resistência de forma, a resistência produzida pelos apêndices, a resistência causada por um fundo sujo, e resistência em mar agitado. A resistência de onda e a resistência de forma são também comumente designadas como resistência residual.

As ondas são o sinal visível de desperdício de energia resultante dos movimentos da água perto da superfície do mar. A velocidade de ondas idealizadas em profundidades da água depende do comprimento de onda. Quanto maior for o comprimento de onda, mais rápida é a onda. Curiosamente, a relação velocidade/comprimento (SLR) 3 ΡΕ2190729 de cada onda é constante e igual a 1,34, independentemente do seu comprimento (Lw) . Ao mesmo tempo, à medida que aumenta a velocidade do navio, o comprimento do sistema de ondas transversais por si gerado aumenta e é admirável que:

Quando o comprimento de onda L„ se torna igual ao comprimento da linha de água carregada Lwl T — ?

— *-WL o navio entra numa situação critica, pois o casco desloca-se, literalmente, no tubo do seu sistema auto-gerado de ondas. Isso acontece àquilo a que é chamado "a velocidade critica". A velocidade crítica não é de todo significativa para navios de grande porte, uma vez que eles navegam a uma velocidade que é uma fracção do seu próprio comprimento de onda (ver Fig. la) (Lwl » L„) . A velocidade critica é mais significativa para embarcações menores como barcos, iates, rebocadores ou outros pequenos barcos de pesca ou militares, porque esta limitação física é alcançada rapidamente e impede que um casco de deslocamento navegue mais depressa do que a onda que gera (como mostrado na Fig. lb) . Segue-se que a velocidade crítica de qualquer casco pode ser prevista pela fórmula da velocidade da onda aqui resumida:

Vi? \ onde Ck é a velocidade em m/s e L„ o comprimento de onda em 4 ΡΕ2190729 metros. Alternativamente esta expressão pode ser representada por: P* = onde Vk é expressa em nós e Lwl em pés.

Barcos planantes podem navegar com SLR> 1,34, momento em que o comprimento de onda Lw é maior do que o comprimento da linha de água Lwl do navio e onde beneficiam dos efeitos de deslizamento puro (como mostrado na Fig. lc). Um resumo é dado na Tabela 1:

Tabela 1: comparação das características de criação de onda para várias relações de comprimento de onda e comprimento da linha de água.

Lw/LWL=RVC2/1, 8 ou RVC=vl, 8Lw/LWL LW/LWL RVC 0,5 Fig. la 0,95 Velocidade de cruzeiro de cascos de deslocamento 1 Fig. lb 1,34 Velocidade critica 2 1,90 3 2,32 5 Fig. lc 3,00 Efeito de puro deslizamento A partir da velocidade zero até cerca de SLR = 1, a resistência de atrito é praticamente a única força que actua contra o movimento do navio. A resistência de onda começa a agir, fracamente, a partir de SLR = 1 (ou seja, L„/ Lwl = 0,6) e cresce significativamente à medida que a 5 ΡΕ2190729 velocidade se aproxima e ultrapassa a velocidade critica. Ambas as resistências actuam contra o impulso da força motriz e a natureza exponencial da resistência de onda torna-se na parte mais importante do impedimento ao movimento para vante agindo, literalmente, como um travão.

As formas que um casco pode tomar são essencialmente duas: redondo ou quinado. 0 fundo redondo tem uma forma arredondada e é tradicionalmente usado em cascos de deslocamento e semi-deslocamento. 0 fundo quinado é usado para barcos planantes pelo seu efeito deslizante a alta velocidade (3,0 <SLR). Não havendo quaisquer limites entre estas formas extremas, algumas embarcações têm cascos que, adaptados ao seu peso, comprimento e velocidade, ficam a meio caminho entre um casco de deslocamento e um casco planante. Este compromisso é definido como um casco semi-planante ou de semi-deslocamento, e também pode ser chamado em "V-pronunciado". Cascos planantes e semi-planantes são sobredimensionado em potência para lhes permitir superar o problema da sua onda de proa (a proa do navio tem de passar por cima da parte de trás da onda de proa) . Comumente, tendo estes cascos atingido sua fase planante, a energia pode ser reduzida. É notável que todos os tipos de cascos estão constantemente a criar ondas em velocidades baixas e médias, o que é prejudicial a uma operação económica.

Normalmente, as altas velocidades são inatingíveis para cascos de deslocamento, como veleiros lastrados. Para veleiros navegando perto de SLR = 1,34, a 6 ΡΕ2190729 duplicação da potência traria apenas cerca de 15% mais de velocidade. Alguns veleiros de competição podem, às vezes, chegar a superar esse limite de velocidade em condições climáticas adequadas e, graças a uma forte limitação de peso e também um aparelho fascinante. Como explicado abaixo, as formas de popa também podem modificar o nivel da velocidade crítica. No entanto, quando um veleiro navega à sua velocidade critica, podemos observar que todo o navio é empurrado para baixo no tubo da sua própria onda, sendo a linha de água anormalmente imersa, o que resulta numa real prisão do próprio navio num grande muro de água.

Antes de prosseguir vamos resumir o efeito Coanda. Este descreve a tendência de um fluxo de fluido a ficar ligado a uma superfície convexa, em vez de seguir uma linha recta na sua orientação original. A fim de entender melhor o que acontece quando um casco, possuindo uma forma como um veleiro, está em movimento, faremos uma pequena demonstração. Se alguém segurar a parte de trás de uma colher perto (mas sem tocar) de um fluxo de água correndo livremente de uma torneira, o fluxo de água vai se desviar da vertical, de modo a circular sobre as costas da colher. Suspendendo a colher livremente, senti-la-emos fortemente atraída para o fluxo de água, como se a água fosse um íman. Surpreende muitas pessoas ver como a colher é instantaneamente atraída para o fluxo em vez de ser por ele repelida.

Agora, imaginando toda a cena na posição 7 ΡΕ2190729 horizontal, a colher representando o casco que tende a mover-se rapidamente na superfície do mar, podemos entender melhor o que algumas linhas curvas num fundo do casco podem implicar. Da primeira lei de Newton é sabido que, para o fluido circular sobre a superfície do casco (ou de uma colher), deve ter uma força que actua sobre ele. Da terceira lei de Newton, segue-se que o fluido tem de exercer uma força igual e oposta sobre o objecto causando o desvio do fluido. Assim, pressões negativas são geradas nessas superfícies convexas e explicam por que é que o casco de um veleiro convencional é fortemente travado e empurrado para baixo quando sua velocidade aumenta, sendo esta deterioração causada pelo problema inicial da onda. Mesmo que isto não possa ser visto a olho nu em embarcações maiores, como navios, o fenómeno permanece o mesmo e a demonstração permanece válida para todos os cascos com caimento de traçado indo até à proa e/ou à parte de fecho da popa. Dependendo dos ângulos da parte de ré, a água que corre ao longo das paredes do fundo do casco, gera não só uma força que empurra o casco para baixo, mas também componentes de força lateral e, especialmente, uma força resultante para trás, indesejada, que funciona como um enorme travão.

Os documentos US20020979595, US2005022713 (ambos em nome de REYNOLDS ZACHARY), e outros documentos relacionados descrevem em detalhes a necessidade de diminuir a criação de onda e as vantagens que essa pesquisa poderá trazer para o campo da navegação. 8 ΡΕ2190729

Resumindo estas considerações, a fim de permitir a um veleiro navegar mais rápido do que a velocidade critica, a potência de propulsão deve superar a resistência hidrodinâmica que pode ser resumida por: A) a resistência de atrito que é aproximadamente proporcional à área molhada (a área das obras vivas) B) a resistência de um sistema de ondas transversais auto-gerado.

Este último pode ainda ser dividido em dois tópicos gerais:

Bl) ondas transversais que têm a sua origem no grande deslocamento de água provocado pela proa e pelas paredes de vante, B2) sistema de ondas divergente que encontra a sua origem num fenómeno harmónico composto por B2.1), como oscilação principal o efeito Coanda, B2.2) como segunda oscilação a segunda cristã da onda transversal, correspondente a SLR = 1,34 em concordância em frequência com o comprimento da linha de flutuação (LWL), e B2.3) por efeitos de sucções provocadas pelos apêndices como oscilações secundárias agindo como harmónicos.

Aviso sobre formas de saia e anti-cristas: devido às formas de popa inclinada (Fig. ld) , com velocidade crescente LWL é aumentado artificialmente. A velocidade critica é então aumentada. Assim, neste momento, o segundo 9 ΡΕ2190729 nodo da frente de onda 11 já não é apenas no fim de LWL 10 calculado à velocidade zero, mas mais para ré, quando o primeiro nodo da onda produzida pelo efeito de Coanda 12 está imediatamente a ré da popa a curta distância, assim, ligeiramente mais para trás. Este facto explica como a quase maioria dos veleiros modernos conseguem navegar ligeiramente mais rápido do que a velocidade critica de cálculo: o antinodo de onda 14 real pode formar, temporariamente, um novo SLR calculado que pode chegar a * 1,67. Isto significa que a velocidade de pico pode ser aumentada até 25%, dependendo das formas de popa.

Para avançar, um barco deve, obviamente, mover, mudar, espalhar, ou deslocar água. É de notar que, para um corpo móvel na água, existem duas maneiras de deslocar água: a primeira maneira em que a deslocalização das moléculas de água é feita apenas pela fluidez, isto é, a deslocalização do liquido é feita a um baixo custo de energia. Em tal deslocalização, a inércia induzida da água é mantida a um baixo nível e não há produção de onda, e apenas algumas contracorrentes e redemoinhos podem ser observados. Por exemplo, deslocar lentamente a mão perpendicularmente à superfície da banheira faz deslocar água por fluidez como num sistema de vasos de comunicação. Num segundo modo, a quantidade de água deslocada abruptamente ao mesmo tempo é tão elevada que o deslocamento por fluidez já não é suficiente. Aqui, a energia transmitida às moléculas de água excede o limite de fluidez, é induzida grande inércia à massa de água em 10 ΡΕ2190729 movimento forçado e, portanto, conduz à produção de ondas. Tal deslocamento da água pode ser comparado com uma deflagração ou uma explosão no ar. A direcção tomada por cada molécula de água colocada em tal movimento simplesmente não importa, sabendo que a resultante das forças 23 é dirigida, numa abordagem crua, perpendicularmente à superfície que gera esta deslocação 20, isto é, o casco. De um ponto de vista muito concreto, podemos dizer que, diminuindo o ângulo de penetração do casco na água, poderíamos influenciar o resultado positivamente, isto é, poder-se-ia diminuir a velocidade de deslocalização da água a ser posta em movimento, enquanto se aumentava a velocidade de casco em si. Como mostrado na Fig. 2a, o ângulo de penetração 21, a velocidade da embarcação 22 e a velocidade da água evacuada 23 estão intimamente relacionadas e, no extremo, um ângulo tangente iria liberar uma velocidade de ejecção lateral, nula. Mas conceber um casco com um ângulo de paredes estreito impediria a obtenção de volume suficiente ou iria aumentar o seu comprimento intoleravelmente ou comprometeria a estabilidade lateral, por ser um casco muito estreito.

Por conseguinte, é um objecto da invenção criar cascos que serão mais rápidos, em especial para veleiros para os quais o peso não pode ser facilmente diminuído (a isso obrigam o peso intrínseco, lastro, a carga útil e o conforto), ou mais económicos para usar em barcos a motor e iates. 11 ΡΕ2190729

Em conformidade com a presente invenção, tal como definido pela reivindicação independente 1, é proporcionado um casco de um veleiro lastrado. 0 casco compreende secções de vante com forma fina permitindo o deslocamento de água, em navegação através desta, substancialmente por fluidez, reduzindo assim a criação de ondas baseada em considerações de águas calmas. A forma fina pode ser caracterizada por uma curva de áreas (ΣΑ), que corresponde a metade da secção transversal do casco abaixo da linha de água. O valor absoluto da variação do gradiente AA/d da área das curva ao longo de um comprimento pré-determinado da distância horizontal entre perpendiculares tomada nos pontos mais a vante (FP), e mais a ré (AP) da linha de água pode corresponder substancialmente a: |A4j — < ϋ,±26τη I d s

Numa segunda configuração do aspecto acima, o valor absoluto do gradiente AA/d da curva de áreas pode corresponder substancialmente a:

Numa outra configuração, o comprimento pré-determinado pode ser, pelo menos, dois terços da distância horizontal entre perpendiculares, tomada nos pontos mais a 12 ΡΕ2190729 vante (FP) e mais a ré (AP) da linha de água.

Numa outra configuração, o comprimento pré-determinado pode ser substancialmente a distância horizontal entre perpendiculares, tomada nos pontos mais a vante (FP) e mais a ré (AP) da linha de água.

Numa outra configuração do aspecto acima o volume de apêndices, como a quilha ou o leme, podem não ser tidos em conta no cálculo da curva de áreas (ΣΑ).

Numa configuração do aspecto acima, a curva de áreas (ΣΑ) pode ser a de um casco convexo tridimensional que circunscreve o casco.

Numa outra configuração do aspecto acima, a curva de áreas (ΣΑ) pode ser obtida através do pressuposto de que as formas das secções de popa são cheias.

Numa outra configuração do aspecto acima o casco pode compreender linhas que actuam como saias nas formas reais.

De acordo com um segundo aspecto da presente invenção, um veleiro com lastro compreende um casco de acordo com qualquer uma das configurações do primeiro aspecto.

De acordo com um terceiro aspecto da presente 13 ΡΕ2190729 invenção, um veleiro habitável compreende, pelo menos, um casco de acordo com qualquer um dos aspectos anteriores.

Numa primeira configuração do terceiro aspecto, o veleiro pode não ser tipicamente um veleiro com lastro.

Numa segunda configuração do terceiro aspecto, o veleiro pode ser um trimaran.

Numa terceira configuração do terceiro aspecto, o veleiro pode ser um catamarã. A presente invenção traz vários benefícios, como permitir chegar a uma gama de velocidades anteriormente inatingíveis para veleiros com lastro, aumentar o desempenho de embarcações multi-casco habitáveis, ou, em navegação a motor, economizar combustível a uma velocidade perto da velocidade de onda quando comparado com qualquer outro casco. Uma vantagem particular dos cascos, tal como propostos na presente invenção pode ser a redução ou a ausência virtual da onda frontal, da onda lateral e da onda divergente, em especial quando navegam em águas calmas. Através da aplicação do conceito aqui descrito, embarcações podem alcançar naturalmente efeito planar com o aumento da velocidade.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A Fig. la mostra o comprimento de onda em relação ao comprimento da linha de flutuação de um casco a baixa 14 ΡΕ2190729 velocidade . A Fig. lb ilustra o comprimento de onda em relação ao comprimento da linha de flutuação de um casco a unidade de relação velocidade comprimento (SLR=1,34). A Fig. lc mostra comprimento de onda e forma de onda de embarcações planantes a SLR>1,34, para a qual o comprimento de onda L„ é maior do que o comprimento da linha de água Lwl do navio e onde eles beneficiam dos efeitos de deslizamento puro. A Fig. ld mostra o comprimento de onda em relação ao comprimento da linha de flutuação de um casco de veleiro convencional a unidade de relação velocidade comprimento SLR = 1,34. A Fig. 2a mostra uma forma de casco de veleiro convencional e a inter-relação entre o ângulo de penetração, a velocidade do barco e a velocidade da água evacuada. A Fig. 2b mostra a área de duas secções de casco imersas. A Fig. 2c ilustra o método de curva de áreas. A Fig. 3a mostra a curva de áreas de um casco de um veleiro convencional. A Fig. 3b mostra a curva de áreas de um casco de acordo com a presente invenção. A Fig. 3c mostra a curva de áreas de mais um casco de acordo com a presente invenção. A Fig. 3d mostra a curva de áreas de um casco típico semi-planante com entrada em "V-pronunciado". A Fig. 4 mostra as linhas de água de um casco 15 ΡΕ2190729 preferido de acordo com a presente invenção. A Fig.5 sumariza as curvas de resistência para diferentes formas de casco.

DESCRIÇÃO DETALHADA

De acordo com a presente invenção, a velocidade critica do casco pode ser ultrapassada pelo aumento do afilamento de penetração na água mantendo uma deslocalização lateral da água a uma velocidade de nível muito baixo, abaixo do limite de fluidez, para evitar a produção de ondas nas secções a vante. Isto pode ainda ser optimizado seleccionando cuidadosamente as formas que geram o sistema de ondas de popa nas secções a ré. A fim de determinar quais são os limites, que permitem que um casco de veleiro desloque a água por fluidez (ou seja, sem fazer ondas na sua zona de vante) , serão utilizados os seguintes termos e método. 0 comprimento entre perpendiculares (LPP) representa a distância horizontal medida entre perpendiculares passando pelos pontos mais a vante (FP) e mais a ré (AP) sobre a linha de água correspondente ao calado normal de operação, com o casco sem caimento. Aqui, FP é a perpendicular a vante e AP a perpendicular a ré.

No método, a distância entre perpendiculares (LPP) será dividida num número conveniente de espaços iguais para se obter uma série de secções uniformemente 16 ΡΕ2190729 espaçadas. O número de secções preferencialmente irá ser de cerca de vinte, de maneira a ter um bom controlo da deslocalização lateral da água. No entanto, uma análise mais complexa, ou iates maiores, podem necessitar de maior pormenor e o número de secções pode ter de ser aumentado. A parte do volume situada abaixo da linha de água e entre duas secções adjacentes de agora em diante chamada secção Vn. A soma de todas as secções Vn dá-nos o deslocamento do casco/navio. É feita menção ao facto do volume dos apêndices, como a quilha ou leme não serem tidos em conta no cálculo das secções Vn. A partir de FP (perpendicular a vante) até à secção Ax (a maior secção transversal imersa do casco), cada secção Vn abre uma parte da água. No que diz respeito ao longo de todo o casco, do ponto FP até à secção Ax, cada secção Vn irá deslocar um pouco mais de água do que a anterior, por isso podemos escrever Vn_i<Vn. Chegando à secção Vx (a secção Vn correspondendo/incluindo a secção Axr tendo, assim, o maior volume) toda a água a ser aberta será posta em movimento. Se a secção Ax não estiver situada na secção mais a ré, a secção Vx será seguida por outras secções Vn decrescentes até à última secção Vn a ré (Vn-z> Vn), ou permanecer iguais, se as secções forem constantes. A partir desta descrição, segue-se que cada secção pode ser quantificada em relação à sua fronteira. Segue-se que: 17 ΡΕ2190729

Com Αν (o volume de água colocado em movimento por cada secção Vn) tendo um valor positivo, negativo ou nulo.

Uma vez que sabemos que o volume deslocado, deslocado pelo casco em movimento, depende directamente da secção Axr podemos construir a mesma relação com as áreas de cada secção e, a priori, podemos construir também a mesma relação com as meias áreas de cada secção: ,4 —A „ = â.4 J * VI * -ΐ * com ΔΑ (a diferença de meia-área entre duas secções limítrofes) tendo um valor positivo, negativo ou nulo (Fig. 2b) .

Como destacado por vários testes feitos com modelos, a água é mantida em deslocamento fluido se o gradiente ÁA/d não exceder o valor dado pela regra: ΔΑ ! d < 0,12 óm em que d é a distância entre as secções.

Para obter ainda melhores resultados, é preferível que o casco observe a regra: I AAi —- < 0,115»* I â í 18 ΡΕ2190729

Para visualizar a implementação das linhas do casco, o arquitecto naval tem que desenhar a 'curva de áreas' (também chamada, ocasionalmente, curva de deslocamento), que ir-se-á tornar no melhor indicador gráfico de volumes de água deslocados lateralmente. Esta curva permite que seja possível visualizar num diagrama a distribuição de volumes ao longo do casco. A superfície localizada sob a curva representa o volume imerso do casco.

Referindo-nos agora à fig. 2c, o método é aplicado como se segue: o casco é dividido em várias secções 26, a intervalos regulares na sua direcção longitudinal. Em cada secção, medimos a área (superfície) da meia-secção transversal imersa 27. No diagrama, definimos cada secção a intervalos regulares em coordenada x e registamo-la na coordenada y sendo o valor linear 28 da meia-área imersa medido na correspondente secção. Ao ligar entre eles os extremos dos 'vectores Área', a forma 29 a que podemos chamar ΣΑ ilustra o deslocamento (o volume) da meia obra-viva. No caso de várias superfícies na mesma secção, o vector de área é igual à soma das superfícies incluídas nesta secção. A Fig. 3a mostra a curva de áreas de uma forma clássica de casco de veleiro e, mais particularmente, do casco representado na Fig. ld e na Fig. 2. Ela mostra manifestamente a posição da maior secção “Ax", a qual está, obviamente, localizada num sítio diferente da posição da secção mais larga (BWL, boca na linha de água) , ou num 19 ΡΕ2190729 outro sítio do que o ponto mais fundo do casco ou do ponto mais fundo dos apêndices (quilha). Note-se que os apêndices como quilha ou leme raramente são tidos em conta numa curva de áreas.

Como visto anteriormente, a subtracção da superfície de cada subsecção da curva pela sua limítrofe anterior, permite obter o volume de água colocada em movimento por cada secção para o meio-casco e, da mesma maneira, a direcção do seu deslocamento (movendo-se, lateralmente, de volta).

Em termos de deslocalização de água, a distribuição ideal iria resultar num casco tendo a sua curva de áreas em linha recta do ponto FP (perpendicular a vante), e que termina na última secção de popa AP (perpendicular a ré) , conforme ilustrado na Fig. 3b. Sem prejuízo das formas reais do próprio casco, cumprindo isto o arquitecto naval mantém algum grau de liberdade na escolha das formas que podem ser simples ou complexas, e para as quais cada linha de contorno (linha de água, corte ou popa) pode ser côncava, em recta ou convexa.

Ainda com referência à Fig. 3b, para visualizar a inclinação fronteira do deslocamento por fluidez, pode-se traçar uma linha 31 a partir de FP dando uma inclinação que corresponde a: 20 ΡΕ2190729 em que Aap seria o valor de meia-área de uma secção imaginária no ponto AP (perpendicular a ré) e sendo LBP, como visto acima, a distância entre as perpendiculares, também chamada LWB (o comprimento de linha de água) . A fim de manter uma deslocalização por fluidez, o contorno de qualquer curva de área não deve ultrapassar este limite de inclinação e se a curva de áreas foi desenhada curva como as ilustradas nas Figs. 3a, 3c ou 3d, qualquer parte destas curvas não deve ter uma inclinação maior do que a inclinação da linha de fronteira 31 em si mesma. Este último critério pode ser controlado graficamente em qualquer ponto da curva de áreas usando qualquer ferramenta de desenho, como o bem conhecido método das linhas paralelas.

Uma vez que todas as áreas das curvas das Figs. 3a, 3b, 3c, 3d foram desenhadas com a mesma superfície (medida quadrada) e elaboradas com as mesmas escalas, podemos compará-las com o propósito único da discussão dos ângulos formados por alguns pontos dessas curvas. É de notar que os cascos da Fig. 3a e Fig. 3d têm ângulos maiores que o da linha 31, o que significa que esses cascos têm características de geração de ondas, pelo menos nas suas partes de vante.

Além disso, tendo as curvas de áreas das Figs. 3a, 3b, 3c e 3d a mesma medida quadrada, todos os cascos delas resultantes terão a mesma tonelagem. Mas deve notar- 21 ΡΕ2190729 se que cada um deles tem valores de secção Ax que são diferentes, por consequinte, como será explicado mais adiante, cada um irá colocar em movimento diferentes quantidades de água, exactamente na proporção das respectivas áreas de secção Ax. Isto irá ocorrer independentemente das formas de cada um destes cascos. 0 arquitecto naval pode decidir arquear ligeiramente a curva de áreas como mostrado na Fig. 3c, de modo a obter mais do corpo (de volume) nas secções centrais das obras vivas, isto desloca beneficamente o centro de flutuabilidade ligeiramente para vante e reduz um pouco mais a secção Ax. Desta maneira, ele pode controlar que a inclinação da curva não seja mais intensa, renovando o cálculo da AA local, por meio das regras dadas aqui acima, a fim de manter, em todos os pontos do casco, o deslocamento da água por fluidez. 0 valor do coeficiente do gradiente de ÀA/d=0r115 m na minha fórmula é, como destacado pelo meu trabalho, o valor máximo para o deslocamento ideal de água por fluidez. Aumentar este valor poderia causar um ângulo ou inclinação mais significativa da curva de áreas, que causaria um deslocamento lateral de água mais brusco, em forma de deflagração e, portanto, o aparecimento de ondas.

Se forem implementados volumes complexos, pode ser difícil ter uma curva de áreas perfeitamente linear ou convexa em qualquer ponto. Com referência à Fig. 3c é 22 ΡΕ2190729 suficiente assegurar que o ângulo localizado 33 da curva não induz um gradiente Aa/d superior a um valor local, controlado por meio da fórmula, mas permitindo a mudança de forma delimitada localmente do valor do coeficiente de 0,115 m a 0,126 m. Neste ângulo de inclinação, ou gradiente, foi notado um inicio da formação de uma almofada de água. Assim, é possível criar um grande número de diferentes formas numa mesma e única curva de áreas (a da Fig. 3c, por exemplo), tendo todos a mesma característica de não produzir ondas.

De acordo com as formas e as linhas adoptadas nas formas reais, as capacidades de endireitamento, velocidade, planar serão mais ou menos desenvolvidas e justificadas pelo programa de utilização previsto. Embora isto não seja recomendado, a curva de áreas pode diminuir depois de ter passado a secção Ax maior, desde que a inclinação parcialmente decrescente não exceda um valor temporário de coeficiente de 0,126 m na minha fórmula. Seja qual for a configuração, todas as linhas de água devem terminar em ângulos afilados, a fim de cortar as correntes de água e, assim, evitar as consequências indesejáveis do efeito Coanda. Deve entender-se, e em particular no seu declive eventualmente decrescente, que a curva de áreas se refere a formas cheias. Por outras palavras, todos os "entalhes", ou todas as formas ocas produzidas por qualquer painel direito ou oblíquo ou por qualquer saia produzindo uma inclinação superior a um valor de coeficiente temporariamente decrescente de 0,126 m na minha fórmula ou produzindo 23 ΡΕ2190729 lacunas na curva não são para ser tidos em consideração no método, visto que as correntes de água deixam o casco por essas formas. Os parâmetros deste método são aplicáveis, tanto a monocascos, como a multicascos habitáveis, movidos a vela ou motor. As Figs. 3a e 3d, 30 e 34 indicam os ângulos localizados e seus valores de outras curvas que têm caracteristicas.de geração de ondas. A Fig. 4 mostra a forma preferida para um veleiro, que é construído com a secção Ax 41 quase no painel de popa. A construção do casco desta maneira irá impedir qualquer travagem pelo efeito Coanda nas formas de ré. 42 denota linhas de água que são abertas no painel de popa, maneira pela qual os fluxos de água são cortados para evitar o referido efeito de travagem ou a geração do sistema de ondas divergentes, contrariamente às linhas de água de qualquer veleiro lastrado clássico que são geralmente fechadas em arco 24. 0 navio inclinado navega num eixo ligeiramente diferente (linha de referência) do que quando navega a cerca de 0o de inclinação pelo vento ou por motor, isto não é prejudicial ao funcionamento correcto nem ao uso, estando qualquer timoneiro do veleiro acostumado a tal comportamento. A curva de áreas mostrada na Fig. 3c poderia ser curva de áreas deste casco, aqui sem o ângulo localizado 33, que é indicado no desenho apenas pela necessidade de exemplo. A diferença observada nas secções de popa da curva de áreas representada na Fig. 3c é devida à configuração do painel de popa que é dividido em várias secções para as necessidades únicas dos alojamentos 24 ΡΕ2190729 e motorização. A posição atrás do centro de flutuação é equilibrada por um lastro interior. Quando a velocidade aumenta, o casco começa a sua fase de planagem acima de SLR ~ 2, sem produzir ondas indesejáveis ou efeito de travagem como qualquer casco clássico faria. Várias experiências em tanque foram realizadas em água livre. Os modelos utilizados tinham um comprimento de 2,65 metros. Isto tornou possível a comparação com formas de cascos de acordo com as curvas de áreas ilustradas, respectivamente, nas Figs. 3a e 3c. Estas experiências foram feitas em condições de tempo relativamente calmas. Os resultados apoiam o método descrito aqui, que permite que qualquer casco seja projectado e construído para navegar de velocidade zero a velocidade com SLR = 3, mantendo-se o deslocamento lateral da água só por fluidez e visivelmente sem produção de ondas. Além disso, efeito de planagem foi observado antes desta velocidade ter sido atingida. Ao mesmo tempo, um modelo de casco clássico foi testado, e foi registado que a água se deslocou de uma forma não-fluida (ou seja, gerou um sistema de ondas frontais) acima de SLR = 0, 74 e, além disso, desenvolveu um significativo efeito de travão acima de SLR = 1,25. Medições de resistência da água também tiradas demonstram que os cascos observando uma curva semelhante à curva de áreas ilustrada na Fig. 3c e projectados de acordo com estas recomendações oferecem virtualmente apenas a resistência de atrito e praticamente nenhuma resistência de onda. 25 ΡΕ2190729 A Fig. 5 mostra de forma resumida as curvas de resistência à tracção das experiências para três cascos com o mesmo deslocamento. A curva de resistência R do casco "a" corresponde ao casco de veleiro típico construído de acordo com a curva de áreas mostrada na Fig. "3a", com as linhas de água como ilustradas na Fig. 2. A curva resistência do casco "c" corresponde a um casco de veleiro construído de acordo com a curva de áreas representada na Fig. "3c" com linhas de água de acordo com a Fig. 4. A curva de resistência "d" corresponde a uma embarcação típica de casco semi-planante com uma entrada em "V-pronunciado" correspondente à curva de áreas mostrada na Fig. 3d. A Fig. 5 evidencia que os cascos concebidos de acordo com a presente invenção produzem uma resistência grandemente diminuída acima de SLR = 1,34 e, portanto, precisam de menos energia para obter a mesma velocidade. Alternativamente, o casco de acordo com a presente invenção permite que seja alcançada significativamente mais velocidade mantendo a potência existente.

Além disso, de modo a deslocar a água tão suavemente como possível, pode ser mais vantajoso posicionar a maior secção Ax na posição mais a ré, de preferência no painel de popa (a secção de mais a ré) , e distribuir muito regularmente o volume de água deslocado lateralmente ao longo do comprimento do casco.

Posicionando a maior secção Ax na posição mais a ré, por um lado, o casco não está a fazer ondas, o impulso 26 ΡΕ2190729 induzido na água deslocada é menor do que o limite de fluidez. Por outro lado, a sua maior secção Ax pode ser de preferência cerca de 30% mais pequena do que um casco de veleiro clássico com exactamente a mesma tonelagem, sendo isto uma vantagem considerável uma vez que este casco irá deslocar também menos 30% de água para navegar uma distância idêntica. Para ajudar a compreender este facto, imagine duas grandes caixas rectangulares avançando numa rua densamente preenchida, a primeira caixa estreita, a segunda três vezes mais larga. Quantas pessoas terão que se deslocar para deixar passar cada uma delas? Se para cada metro feito pela primeira caixa 10 pessoas tiverem de se mover, parece óbvio que a caixa mais ampla terá de deslocar 30 pessoas para progredir a mesma distância. Da mesma maneira que a largura das caixas em movimento, o volume de água a ser deslocado não depende do "deslocamento" nem do volume de um casco, mas principalmente na sua maior secção Ax. Isto mostra que os cascos de veleiro de forma tradicional tendo sua secção Ax situada a quase dois terços do seu comprimento total, vão colocar em movimento cerca de 30 ou 35% mais de água do que os cascos projectados com uma secção Ax a ré, apesar de terem a mesma tonelagem.

Sem dúvida, muitas outras alternativas eficazes irão ocorrer à pessoa qualificada. Deve ser entendido que a invenção não está limitada às concretizações descritas e engloba modificações evidentes aos peritos na arte que se 27 ΡΕ2190729 encontrem dentro do espírito e âmbito das reivindicações anexas.

Lisboa, 24 de Julho de 2013

Claims (9)

1. ΡΕ2190729 1 REIVINDICAÇÕES 1. Um veleiro lastrado compreendendo um casco único, o casco compreendendo uma popa e um painel de popa, tendo o casco uma forma fina, permitindo deslocalizar a água em navegação substancialmente por fluidez, reduzindo assim a criação de ondas baseado em considerações de águas calmas, em que a forma fina do casco, caracterizado por uma curva de áreas (ΣΑ), que representa as áreas de meias secções transversais do casco abaixo da linha de água, sendo as referidas áreas tomadas ao longo de um comprimento predeterminado, em que o comprimento predeterminado é de pelo menos dois terços da distância horizontal entre as perpendiculares mais a vante (FP) e mais a ré (AP) à linha de água, em diferentes secções subsequentes, sendo a distância entre duas secções subsequentes igual a d, em que ΔΑ, corresponde à diferença entre dois valores na curva de áreas, e em que o valor absoluto do gradiente D A/d corresponde substancialmente a: \ÁA\ —- < 0,126 I d I
2. 2. Um veleiro lastrado de acordo com a reivindicação 1, em que o valor absoluto do gradiente AA/d da curva de áreas corresponde substancialmente a: i&A i — < 0,115 m i d l 2 ΡΕ2190729
3. 3. Um veleiro lastrado de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que o comprimento predeterminado é substancialmente a distância horizontal entre perpendiculares tiradas nos pontos mais a vante (FP) e mais a ré (AP) na linha de água.
4. 4. Um veleiro lastrado de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que o volume de apêndices como a quilha ou o leme não é tomado em consideração no cálculo da curva de áreas (ΣΑ).
5. 5. Um veleiro lastrado de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que a curva de áreas (ΣΑ) é a de um casco convexo tridimensional que circunscreve o casco.
6. 6. Um veleiro lastrado de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, em que a curva de áreas (ΣΑ) é obtida através do pressuposto de que as formas das secções de popa são cheias.
7. 7. Um veleiro lastrado de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 6, em que o casco compreende linhas que actuam como saias nas formas reais.
8. 8. Um veleiro lastrado de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que a maior secção transversal imersa (Ax) é quase no painel de popa. 3 ΡΕ2190729
9. 9. Um veleiro lastrado de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, em que a maior secção transversal imersa (Ax) está no painel de popa. Lisboa, 24 de Julho de 2013