SE502671C2 - Anordning och förfarande för dynamisk trimning av ett snabbgående, planande eller halvplanande fartygsskrov - Google Patents

Description

502 671 2 ändringen upptas av trimklaffen. Denna svaghet är speciellt ofördelaktig i moderna tillämpningar vari trimplanen är utformade för att kontinuerligt ändra sitt läge i syfte att motverka rullnings- och stampningsrörelser under gàng. I sådana till- lämpningar har allvarliga problem uppkommit till följd av utmattning, och vidare reduceras systemets effektivitet till följd av det ökande kraftbehovet.

En annan svaghet hos sådana trimplan är att den erfordrade sträckningen av trimplanet bakom akterspegeln eller under fartygets botten vid retardation hindrar och belastas av den omvända jetstràlen från ett vattenjetaggregat, vilket är det effektivaste och mest populära drivsystemet för denna typ av fartyg. För att motstå denna ytterligare belastning kan alterna- tivt trimplanet och dess manöver- och upphängningorgan över- dimensioneras, eller trimplanets yta minskas så att det går fritt från jetstràlen vilket självfallet reducerar dess effektivitet.

Dessutom skall inte undervärderas den ekonomiska aspekten.

Ett av uppfinningens syften är således att anvisa en anordning för dynamisk trimning av flytläget hos ett snabbgàende, planande eller halvplanande fartygsskrov, varmed ovannämnda nackdelar med det konventionella trimplanet undanröjes.

Ett annat syfte är att anvisa ett nytt förfarande för dynamisk trimning av flytläget för nämnda fartygsskrov.

Dessa syften uppfylles med en anordning och ett förfarande uppvisande de i bifogade patentkrav angivna kännetecknen.

Uppfinningen förklaras närmare nedan med hänvisning till bifogade ritningar vari Fig. 1 i en aktervy visar en utföringsform av den uppfinnings- enliga trimklaffen monterad pà akterspegeln av ett planande eller halvplanande fartygsskrov, 502 671 3 Fig. 2 visar ett tvärsnitt utmed linjen II-II i fig. 1 med trimklaffen i ett upplyft läge, Fig. 3 visar trimklaffen i fig. 2 i ett nedsänkt läge, Fig. 4a och 4b visar en alternativ utföringsform av trimklaffen i upplyft resp. nedsänkt läge, och Fig. 5 visar ytterligare en alternativ utföringsform av den uppfinningsenliga trimklaffen.

I fig. l visas den uppfinningsenliga anordningen, allmänt betecknad med hänvisningsbeteckningen 1, monterad i nederkant av akterspegeln av fartygsskrovet 2. I den visade utföringsformen innefattar anordningen l, i fortsättningen benämnd trimklaffen 1, en huvudsakligen plan skiva eller platta 3, vertikalt för- skjutbart lagrad i akterspegeln 4 och i det visade läget med en under akterspegeln nedstickande kant 5. Lagringen kan därvid i sin enklaste form utgöras av styrtappar 6 som glider i parallellt inriktade spår 7 i trimklaffen. Trimklaffens rörelse alstras av ej visade hydrauliska, elektrohydrauliska eller mekaniska drivorgan, och rörelsen överförs till trimklaffen l genom stötstänger 8,9. Alternativt alstras rörelsen direkt med kolvstàngen 8,9 av en hydraulisk kolv/cylinderenhet.

Trimklaffen 1 har en längd l som väsentligen motsvarar akterspe- gelns bredd i dennas underkänt, och är företrädesvis delad i två halvor vilka var för sig är rörligt lagrade för att med hjälp av tillhörande rörelseöverförande organ och/eller direkt av drivorgan vara införbar till önskat djup i det relativa vatten- flödet under skrovets botten. Trimklaffens 1 halvor styrs därvid i sin rörelse för att gemensamt eller var för sig motverka och dämpa fartygsskrovets stampnings- och rullningsrörelser.

Trimklaffen l uppvisar vidare en i var sida anbringad fena lO,ll, som sträcker sig huvudsakligen vertikalt i skrovets längdrikt- ning, åtminstone från trimklaffen och framåt, och har en höjd som åtminstone motsvarar höjden av den nedsänkta delen av trimklaffen l i dess maximalt nedsänkta och i vattenflödet införda läge. 502 671 4 Fenans 10,11 längd kan vara anpassad till skrovets form, men bör åtminstone inte, från trimklaffen förut räknat, vara kortare än höjden av den maximalt nedsänkta delen av trimklaffen och företrädesvis längre än denna. Fenan 10,11 kan alternativt vara anordnad i ändarna av trimklaffen 1 eller pà fartygsskrovet, och därvid företrädesvis i området av skrovets bottenslag såsom visas i fig. 1.

Fig. 2 visar trimklaffen l i ett upplyft viloläge, vari kanten 5 befinner sig i nivå med skrovets botten 12 eller åtminstone ej nedsticker under denna. Funktionen av fenan 10, som i sig kan ha godtycklig fornumed beaktande av ovannämnda storleksförhàllanden, beskrivs nedan i anslutning till fig. 3. Vid fart i riktning av pilen F i fig. 2 utvecklas ett tryck mot skrovets botten då vattnet undanpressas av skrovet. Därvid anses att trycket avtar akterut. Detta illustreras schematiskt i fig. 2 genom de vertikalt mot skrovet riktade pilarna P.

I fig. 3 visas trimklaffen l i ett maximalt nedsänkt driftsläge, vari kanten 5 nedsticker under fartygets botten 12 med ett djup A som kan variera mellan olika applikationer. I det nedsänkta läget presenterar trimklaffen en i gångriktningen och tvärs det relativa vattenflödet utsträckt yta 5' mot vilken vattenflödet bromsas. Fenorna 10,11 tjänar därvid till att förhindra den bromsade vattenvolymen att rymma i trimklaffens yttre ändomràden, varigenom den bromsade vattenvolymen utsätts för en kompression eller tryckstegring. Det inses att den nedsänkta trimklaffen l i driftsläget erbjuder ett ökat motstånd, men har vid modellförsök och fullskaletester visat sig att detta motstånd i praktiken är försumbart och uppvägs av trimklaffens gynnsamma inverkan på den totala driftsekonomin. Dessa tester har emellertid givit anvisningar om att djupet A, dvs det maximalt nedstickande djupet av trimklaffens kant 5 resp. yta 5', med fördel utgör ca 3 % av trimklaffens 1 totala längd, och företrädesvis uppgår till maximalt 2,7 % av längden.

Av fig. 3 framgår att den schematiskt visade utföringsformen av trimklaffen l anordnats med en lutning a (alfa) i ett vertikal- 502 671 5 plan gående i skrovets längdriktning, varvid lutningen a nedan anges i förhållande till en linje N som utgör en normal till skrovets botten. Lutningen a omfattar en vinkelförskjutning från linjen N som vid ovannämnda tester och försök visat sig med fördel kunna ligga inom ett intervall av ca 3 (tre) till plus/ minus 5 (fem) grader, dvs enligt fig; 3 inom -2 till +8 grader, räknat från linjen N i förlig riktning.

Genom att införa en på visat sätt utformad, tvärställd yta i vattenflödet L direkt bakom skrovets botten alstras en huvud- virvel V med en mot skrovets botten uppåt och framåt riktad hastighetskomponent, samt ett antal icke visade delvirvlar av mindre storlek. Huvudvirveln V, som kommer att ha samma längd- utsträckning som trimklaffen l och sträcka sig mellan fenorna 10,11, roterar med alstrande av ett framåtriktat vattenflöde under skrovets botten framför trimklaffen. Härigenom skapas en zon av förhöjt tryck vilket verkar direkt mot bottenytan, schematiskt illustrerat med P' i fig. 3. Tryckets magnitud och storleken av området med förhöjt tryck är beroende av fartygets hastighet och höjden av den nedsänkta delen av trimklaffen 1.

Det inses med hänvisning till ovanstående att förändringar av trimklaffens nedsänkningsdjup direkt inverkar på fartygets trimningsläge vid hastigheter ovan en kritisk gräns.

Omfattande tester har därvid anvisat ovannämnda förhållanden avseende trimklaffens verksamma nedsänkningsdjup och lutnings- vinkel i förhållande till skrovets botten. Samma tester har visat att det motstånd som alstras av en trimklaff vilken är utformad enligt ovanstående parametrar är försumbart, och testresultaten visar att en förhöjd verkningsgrad kan förutses för samtliga fartygsstorlekar opererande vid ett FNL-tal som är högre än 0,6.

Med FNL avses här det dimensionslösa Froude-talet vilket tar hänsyn till gravitationskonstanten och beror av fartygets längd i vattenlinjen och av hastigheten.

Under hänvisning till fig 4a och 4b visas schematiskt en alternativ utföringsform av den uppfinningsenliga trimklaffen. I 502 671 6 detta utförande är en i tvärsnitt bågformad trimklaff 1' med en i fartriktningen vänd yta 5" fast anordnad i den perifera änden av en vridbart lagrad stång 13 för överföring av en periferiell rörelse till trimklaffen l', varvid stången 13 kan vara infälld i ett urtag 14 i fartygets akterspegel. Det inses att stången 13 förekommer i det antal som erfordras för att uppnå en stabil upphängning och rörelse av trimklaffen l', även om endast en stång' 13 visas i. ritningen. Trimklaffen lf är företrädesvis bockad till en radie som motsvarar avståndet R till stángens lagringspunkt 15, anordnad i ett skott, sidor eller i botten 16 av urtaget 14. Stången 13 kan manövreras för höjning och sänkning av trimklaffen 1' till det i fig. 4b visade läget med hjälp av ej visade hydrauliska, elektrohydrauliska.eller mekaniska drivorgann Därvid kan en kolv/cylinderenhet ex.vis vara anbringad i urtaget 14 eller sträcka sig på utsidan av akterspegeln i en för fackmannen känd och konventionell konstruktion. Också i denna alternativa utföringsform skall självfallet beaktas att trimklaf- fen l' utformas så, att den nedsänkta och i vattenflödet införda delen av trimklaffen (se fig. 4b) uppfyller de geometrikrav avseende längd, lutningsvinkel och införings/nedsänkningsdjup»som ovan uppställts för trimklaffen 1. I likhet med trimklaffen 1 samverkar givetvis även trimklaffen l" med i resp. sida anordnade fenor (ej visade) och är likaså med fördel delad i två resp. halvor som var för sig är rörliga med hjälp av individuel- la, tillhörande drivorgan.

Här skall också påpekas att det mellanrum 17 som kan föreligga mellan akterspegel och trimklaff i samtliga applikationer bör hållas vid ett minimum, för att förhindra vatten att utrymma genom en eventuell spalt och därigenom minska verkningsgraden av det framför trimklaffen alstrade, förhöjda trycket.

Med hänvisning till fig. 5 återges ytterligare en utföringsform av den uppfinningsenliga trimklaffen.

I detta utförande är trimklaffen l", innefattande en i färdrikt- ningen vänd, bågformad yta 5"', vilken genom en stång 24 för överföring av periferiell rörelse är lagrad i en bakom akterspe- 502 671 7 geln av ett V-format fartygsskrov' belägen lagringspunkt 18.

Trimklaffen l" visas därvid delad i två separata halvor, lagrade i ett resp. par av hållare 19,20, av vilka hållarna 19 återges med streckad linje i ritningsfiguren. För att bereda utrymme för drivaggregatets utloppsdel 21 sträcker sig de båda inre hàllarna 19 under viss vinkel från akterspegeln 4. De båda trimklaffhal- vorna manövreras individuellt genom en resp., vridbart lagrad kolv/cylinderenhet 22,23, vilken förskjuter trimklaffen l" i en bàgformad bana i den perifera änden av stången 24. Det inses att genom den i två halvor delade och individuellt manövrerade trimklaffen möjliggörs en fortlöpande motverkan av skrovets rullnings- eller tvärskeppsrörelser , och genom samordnad aktivering av de båda halvorna en motverkan av stampnings- eller làngskeppsrörelser.

Självfallet kan på i sig känt sätt trimklaffens aktivering i samtliga visade utföringsformer automatiskt styras som reaktion på fartygets rörelser, detekterade med ex.vis ett gyro och omvandlade till styrimpulser för trimklaffens drivorgan.

Lagringspunkten 18 bör i den senare utföringsformen förläggas så att den bågformade ytan 5"' av trimklaffen 1" i driftsläget (i fig. 5 visat med streckprickad linje) inställer sig i en för uppnående av den avsedda effekten gynnsam längd, lutningsvinkel och nedsänkningsdjup, varvid de ovan angivna parametrarna också gäller för trimklaffen l". Någon närmare anvisning till dimensionering skall dock inte ges här, då varje applikation uppställer sina egna krav och det ligger inom fackmannens kompetens att med utgångspunkt från den avgivna beskrivningen av uppfinningen från fall till fall dimensionera trimklaffen och dess upphängnings- och. rörelseorgan för* uppnående av' avsedd verkan.

Med den uppfinningsenliga trimklaffen uppnås till en blygsam investeringskostnad en mekaniskt enkel och pålitlig, effektiv och servicevänlig anordning för fortlöpande, dynamisk trimning av ett snabbgående fartygsskrov för motverkning av rullnings- och 5.02 671 8 stampningsrörelser under gång. Några av de gynnsamma effekterna kan sammanfattas som: - Snabb respons och lågt effektbehov.

- Hög verkningsgrad av den tillförda trimningsenergin.

Làg mekanisk belastning av de rörliga delarna.

Ingen störning av den reverserade vattenjetstràlen.

Vidare kan, pà samma sätt som den huvudsakligen vertikalt rörliga trimklaffen ersätter* ett rörligt trimplan, en fast anordnad trimklaff ersätta ett fast trimplan eller en under bottens aktre del anordnad kil. Den anvisade trimklaffen kan även användas i kombination med andra i sig kända anordningar för påverkan av ett snabbgáende fartygs flytläge under acceleration och gång, ex.vis bärplan av olika slag.

Claims (12)

502 671. 9 PATENTKRAV

1. Anordning vid ett planande eller halvplanande fartygsskrov för dynamisk trimning av skrovets flytläge under gång, k ä n n e t e c k n a d a v en i gångriktningen, direkt bakom skrovets botten, i det relativa vattenflödet och tvärs detta införd yta (5',5",5"') för alstrande av åtminstone en huvud- virvel (V) med en uppåt och framåt riktad hastighetskomponent framför ytan (5',5",5"') varigenom skapas en vattenvolym med förhöjt tryck verkande mot en framför ytan förekommande zon av skrovets botten.

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att ytan (5',5",5"') är införd till ett fortlöpande reglerbart djup motsvarande storleksordningen O - 3 % av ytans längd, och före- trädesvis maximalt motsvarande 2,7 % av ytans längd.

3. Anordning enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d a v att ytan (5',5",5"') sträcker sig utmed en väsentlig del av skrovets bredd och företrädesvis utmed hela bredden av skrovets botten eller bottenhalvor.

4. Anordning enligt krav l och 3, k ä n n e t e c k n a d a v att ytan (5',5",5"') sträcker sig mellan ett par fenor (lO,ll), anbringade i anslutning till ytans resp. ytterände och före- trädesvis anbringade i bottenslaget av resp. skrovhalva.

5. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att ytan (5',5",5"') i det införda läget sträcker sig lutande i ett vertikalplan gående i skrovets längdriktning, varvid lutningen (a) i förhållande till en normal (N) till skrovets botten med fördel ligger inom ett intervall av -2 till +8 grader, mätt mot normalen (N) i riktning av fartygsskrovets för, och företrädesvis inom ett intervall av +2 till +4 grader.

6. Anordning enligt krav 1 och 2, k ä n n e t e c k n a d a v att ytan (5') utgör den i gångriktningen (F) framåt riktade ytan (5') av en i akterspegelns (4) nedre parti linjärt förskjutbart 502 671 10 lagrad plan skiva eller klaff (1), fortlöpande inställbar till önskat införingsdjup (A) med hjälp av hydrauliskt, elektrohydrau- liskt eller mekaniskt drivna rörelseöverförande organ (8,9).

7. Anordning enligt krav 1 och 2, k ä n n e t e c k n a d a v att ytan (5",5"') utgör den i gàngriktningen (F) framàt riktade ytan (5",5"') av en i akterspegelns (4) nedre parti periferi- ellt förskjutbart lagrad, bágformig skiva eller klaff (l',l"), fortlöpande inställbar till önskat införingsdjup med hjälp av hydrauliskt, elektrohydrauliskt eller mekaniskt drivna rörelse- överförande organ (l3,24).

8. Anordning enligt krav 1,2 och 7, k ä n n e t e c k n a d av att klaffen (l') är anordnad i den yttre, aktre änden av en i ett urtag (14) i akterspegeln infälld, vridbart lagrad stång (13).

9. Anordning enligt krav l,2 och 7, k ä n n e t e c k n a d av att klaffen (l") är anordnad i den främre, förliga änden av en bakom akterspegeln (4) vridbart lagrad stång (24).

10. lO. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att ytan (5',5",5"') är delad, varvid resp. del är individuellt inställbar till önskat införingsdjup (A) med hjälp av separat tillordnade, hydrauliskt, elektrohydrauliskt eller mekaniskt drivna rörelseöverförande organ (8,9,l3,24).

11. ll. Förfarande för dynamisk trimning av ett snabbgáende, planande eller halvplanande fartygsskrov, k ä n n e t e c k- n a t a v - att en mot skrovets aktre bottenparti verkande vattenvolym med förhöjt tryck alstras genom att i det relativa vattenflödet, direkt bakom skrovets botten, införa en tvärs vattenflödet och i gàngriktningen orienterad yta (5',5",5"'), och - att ytans införingsdjup (A) kontinuerligt regleras som svar på fartygets rörelser.

12. Förfarande enligt krav 11, k ä n n e t e c k n a t a v att ytan införes till ett djup (A) motsvarande storleksordningen 0-3% 502 671 ll av ytans längd, företrädesvis maximalt motsvarande 2,7 % av ytans längd, samt under en vinkel (a) om -2 till +8 grader, före- trädesvis +2 till +4 grader mätt mot en normal (N) till skrovets botten och i riktning mot fartygsskrovets för.