SE508677C2 - Stampningsstabiliserat deplacementfartyg - Google Patents

Description

508 677 olägenhet även i att utsätta en fartygslast för stora vertikalrörelser speciellt vertikalaccelerationer.

Vid konventionella deplacementfartyg kan man reglera fartygsskrovets attityd, höjdläge och stampningsrörelse~ tendenser med hjälp av aktiva fenor som styrs med ledning av sensorer vilka avkänner fartygets vertikalacceleration, men sådana reglersystem är mindre lämpliga av flera skäl, exempelvis genom att de måste arbeta mycket snabbt och inkluderar rörliga fenor som är känsliga på grund av sin rörlighet, och som är utsatta för mycket stora krafter om de skall ha någon nämnvärd effekt, varvid en felfunktion hos sådana fenor eller i deras styrsystem medför mycket stora risker för fartyget och passagerare samt medför närmast oöverskådliga konsekvenser vid felfunktion under hög fart exempelvis 35 knop och i kraftig sjögång.

Uppfinningen har till ändamål att anvisa ett fartyg, före- trädesvis ett flerskrovsfartyg, företrädesvis av katamaran- karaktär, varvid skroven är deplacementskrov, och varvid fartygets skrov är utformade för framdrivning med hög has- tighet och vid en signifikant våghöjd av exempelvis 5 meter eller däröver. Ett sådant fartyg kan ha en längd av exempel- vis 120 meter och en bredd av exempelvis 40 meter.

Enligt ett av oss utvecklat förslag avseende långa slanka deplacementskrov för snabba fartyg exempelvis flerskrovs- fartyg såsom katamaranfartyg, ges skrovet i sin förliga del en uppsvälld undervattenkropp och en relativt smal vattenlinjebredd så att skrovet i sin förliga del har en skrovform liknande den som återfinnes hos så kallade SWATH-fartyg, medan skrovet i sin akterliga del givits en mer rektangulär tvärsnittsskepnad. Skrovet kan därvid ha en mindre varierande tvärsnittsarea under vattenytan utmed sin längd än konventionella snabba fartyg, varjämte 508 677 tvärsnittsformen för skrovet väsentligen kontinuerligt förändras mellan de två beskrivna tvärsnitten.

Den av oss utvecklade och ovan skisserade skrovformen, beskrives närmare i SE-A-9100288-l till vilken vi hän- visar för inhämtande av närmare uppgifter avseende en skrovform som är lämplig som utgångspunkt för en särskilt gynnsam utövning av den nu aktuella uppfinningen.

Genom en skrovform av den art som framgår av SE-A-9100288-1 erhåller skrovet ett stampningsrörelsecentrum som är be- läget relativt långt förut, nämligen i skrovets midskepps- område eller för därom, exempelvis i den position mot- svarande 75 % av skrovlängden från skrovets akter, sam- tidigt som skrovet är välanpassat för höga framdrivnings- hastigheter och är fördelaktigt med avseende på att kunna utrustas med vattenjetaggregat, varjämte skrovet erbjuder en hög lasttålighet och andra fördelar som antydes i den nämnda patentskriften.

Uppfinningen definieras i det bilagda kravet l, och ut- föringsformer därav anges i de osjälvständiga patentkraven.

Uppfinningen utgår från ett skrov som har sitt stampnings- rörelsecentrum beläget i midskeppsområdet eller för därom, varvid skrovet är utformat för att drivas med hög hastig- het och är ett deplacementskrov. På basis av ett sådant skrov utmärkes uppfinningen av att fartyget akter om sitt stampningsrörelsecentrum har fasta fenor eller vingar som skjuter ut från det egentliga skrovet för att erbjuda ett kraftigt förskjutningsmotstånd i vertikalled för far- tygsskrovets akterliga del, såsom anges i patentkravet 1.

Dessa fenor eller vingar har en relativt ringa utskjutning från skrovet, och har en relativt stor längd, så att fenor- nas infästning mot skrovet utsättes för relativt små böjpå- känningar trots en stor total kraftöverföring samtidigt som 508 677 vingarna eller fenorna kan ha en skarp yttre rand som ger en hög kraftöverföring mellan Vingen eller fenan och den omgivande vattenmassan.

Genom att fenorna är belägna akter om fartygets stampnings- centrum och pà ett relativt stort medelavstånd från detta centrum, erbjuder dessa fenor ett kraftigt stampnings- dämpande vridmoment i vertikalplanet kring detta pitch- centrum samtidigt som fenornas infästning blir relativt lågt belastad trots att fenorna tack vare sin längd är i stånd att överföra stora laster. Vidare har fenorna en tvärsnittsform som her ett ringa flödesmotstånd i far- tygets längdriktning, inte minst genom att fenorna följer flödeslinjerna invid och utmed skrovet.

Genom att fenorna/vingarna är belägna akter om stamp- ningsrörelsecentrum, ger de vid fartygspitch under gång ett önskvärt återförande moment trots att de är fasta, och vidare ger vingarna/fenorna ett överkritiskt förhållande med avseende på stampningsrörelsen, vilket är ytterst önskvärt.

Vingarnas totala horisontellt projicerade area Skall lämpligen vara minst 5 % av A=W/d, där W= totala under- vattenvolymen för skrovets konstruktionsdjupgående, och d= är skrovets konstruktionsdjupgående. Företrädes- vis är den projicerade arean minst 10 % av A. Det geome- triska sidoförhållandet AR för stabiliseringsfenan är större än 0,01, företrädesvis större än 0,02 men mindre än 0,1, där AR (som avser aspect ratio) = S/C, där S= det horisontellt projicerade spannet av varje enskild vinge såsom mätt tvärs strömningsriktningen dvs från det egentliga skrovet, till medelvärdet av den yttersta kanten av vingen, och där C= medelvärdet av vingens kordalängd såsom mätt i strömningsriktningen. Vingarna/fenorna en- ligt uppfinningen kan vara placerade symmetriskt kring 508 677 skrovet eller skroven och med vingarnas akterkant unge- fär sammanfallande med fartygsskrovets akterkant.

Stabiliseringsfenan kan vara utformad för att bilda en vinkel med horisontalplanet, i området 0 - 600 för att ge en kursstabiliserande effekt för skrovet i horisontal- planet.

Allmänt kan svängningsekvationen för stampningsrörelsensknhms: I-<1>+c-<É>-+1<-<:>=o, där I = masströghetsmoment, c = dämpningskoefficient k = àterförande moment @ = stampningsvinkel.

Med uppfinningen uppnås följande: I masströghetsmomentet I ingår förutom fartyget och dess last även den så kallade medsvängande vattenmassan. Denna ökas nu avsevärt tack vare de uppfinningsenliga vingarna/ fenorna. Detta innebär i sin tur att egensvängningsperioden för fartyget tillsammans med medsvängande vattenmassan ökar. Det är av stor betydelse eftersom fartyget plus medsvängande vattenmassa i mötande vågor får en egen- period som är mycket längre än den så kallade mötande- perioden. Med andra ord kommer fartyget såsom kopplat till den medsvängande vattenmassan inte att hinna med i de rörelser som de mötande vågorna vill ge fartyget, och därigenom får fartyget ett överkritiskt förlopp som alltid ger de minsta accelerationerna.

Dämpningskoefficienten ökas genom att vattnet i vertikal- led tvingas strömma runt den skarpa och långa kanten av stabiliseringsvingarna/-fenorna. En ökad dämpnings- koefficient innebär minskande amplituder, dvs minskad 508 677 6 acceleration för fartyget.

Enär fenorna är belägna akter om skrovets stampnings- centrum fár de vid pitch en anfallsvinkel som ger ett áterförande moment vilket strävar till att reducera stampningsvinkeln.

Uppfinningen innebär en sålunda förbättring av alla de tre faktorerna I, c och k, och innebär i ett praktiskt utförande att den vertikala accelerationen i skrovets akterkant har reducerats till storleksordningen 50 % av den vertikala acceleration som skrovet får i frånvaro av uppfinningen, varvid jämförelsen hänför sig till ett skrov av de föredragna utförande som avslöjas i SE-A- 9100288-1.

Ett föredraget utförande av uppfinningen kan anses ligga i dels att man väljer ett slankt höghastighetsskrov av deplacementtyp av den art som är lämpat för flerskrovs- fartyg såsom katamaraner, och som har bibringats ett \stampningsrörelsecentrum i skrovets förliga halva, dels att skroven i sin akter om stampningscentrum belägna del försetts med från det egentliga skrovet utskjutande vingar vilka har ringa utskjutning och stor längd och har en total horisontellt projicerad area som uppgår till minst 5 % av A såsom ovan definierat, varvid dessa vingar eller fenor har en skarp yttre kant för att motstå vertikal- förskjutningar i vattnet.

Uppfinningen liksom utföringsformer därav, definieras i de bilagda patentkraven.

Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas i form av ett utföringsexempel, med hänvisning till den bilagda ritningen.

Fig. l visar schematiskt en spantritning avseende ett vf 508 677 fartygsskrov, som har sitt stampningscentrum be- läget långt förut, och som har fenor i enlighet med uppfinningen.

Fig. 2 visar skrovet i sidovy.

Big. 3 och 4 skrov ingående i fartyg av katamarankaraktär. visar alternativa placeringar av fenor pà Fig. 5 visar schematiskt en horisontalvy av ett skrov enligt uppfinningen.

Med hänvisning till fia. l. kan man se en schematisk spantritning för ett stampningsstabiliserat skrov enligt uppfinningen, varvid spantritningen illustrerar ena hal- van av respektive spantruta. På ritningen illustrerar kon- struktionsdjupgàendet d, och anges skrovets vattenlinje Wl absoluta tal för ett skrov, som har en längd av ca 120 meter. Fig. 1 illustrerar spanten 0, 1, 2, 3, 4 och 5, varvid akterspantet är spant 0, och det förligaste spantet är 5.

Vidare illustreras pà fig. 1 en stampningsstabiliserande fena F, som sträcker sig från akterspantet O till en posi- tion mellan spant 1-2. Fenan F skjuter ut ca 1 meter från det egentliga skrovet, och är bildat av två plana ytor vilka mellan sig bildar en toppvinkel av ca 100. Fenans medianplan bildar en vinkel a mot horisontalen av 350, men vinkeln d kan väljas med relativt stor frihet; fenan skall primärt förhindra en vertikal rörelse för skrovet i vattnet, men kan få bilda en vinkel mot horisontalplanet för att ge skrovet en styrningseffekt.

Av fig. l framgår att fenan F har en skarp yttre kant FK så att fenan F i möjligaste mån motverkar en vertikal förskjutningsrörelse i det omgivande vattnet.

Av fig. 1 framgår att fenan F lutar uppåt i riktning akterut, varvid fenans F sträckning är anordnad att 508 677 nära sammanfalla med vattnets strömningslinjer utmed skrovet under drift med den hastighet för vilket skrovet är optimerat. Vid fartyg av den ifrågavarande arten är den dimensionerande hastigheten ca 35 knop.

Såsom framgår av fig. 1 och 2 har det egentliga skrovet SK ett stampningsrörelsecentrum PC som är beläget långt förut, ungefär på avståndet 3/4 L från skrovets akter O, varvid L avser skrovets längd.

Fenan F som är fast, är företrädevis anordnad på största möjliga avstånd akter om PC, så att fenans förskjutnings- motstånd i vertikalled, ger största möjliga stampnings- motverkande vridmoment kring PC. Fenan F sträcker sig därför företrädesvis förut från akterspantet 0, och är företrädesvis belägen i skrovets SK akterliga del/halva, varvid fenan även är belägen akter om PC. Fartygets fenor har en total horisontell projicerad area som är minst % och företrädesvis minst 10 % av A, där A=W/d, varvid W= totala undervattenvolymen vid konstruktionsdjupgående och d= konstruktionsdjupgående. Fenans geometriska sido- förhållande AR (aspect ratio) definieras som S/C, där S= det horisontellt projicerade spannet av varje enskild fena, såsom mätt tvärs strömningsriktningen, dvs. från det egentliga skrovet till medelvärdet av yttersta kanten av stabiliseringsfenan, och där C= medelvärdet av ytans kordalängd mätt i strömningsriktningen. AR är lämpligen mindre än 0,1, och större än 0,01, företrädesvis större än 0,02. I exemplet enligt fig. 1 är AR= S/C ungefär lika med 0,03.

I utföringsexemplet enligt fig. 1 är vidare A= 18 %. Ett exempel på en speciell skrovform som har utformats för att erbjuda en kraftig reduktion av de vertikala accelera- tionerna, speciellt i förskeppet, anges närmare i svenska patentansökningen 9100288-l, och kan anses utgöra det 508 677 skrov från vilket uppfinningen utgår, varvid de i enlig- het med uppfinningen anordnade fenorna erbjuder en kraftig reduktion av de vertikala accelerationerna i akterskeppet hos detta skrov.

Pig. 3 illustrerar schematiskt ett tvärsnitt genom ett fartyg av tvåskrovstyp, speciellt katamarantyp, varvid skroven vardera har symmetriskt anordnade fenor. Fig. 4 illustrerar en konstruktion där fartyget har symmetriskt anordnade fenor medan däremot de enskilda skroven har fenor enbart på ena sidan.

På fig. 1 har fenans F främre ände indikerats med F 1,5 för att antyda att denna ände ligger i närheten av spant 1,5. På motsvarande sätt har fenans F bakre kant indi- kerats med F 0 för att antyda att denna kant ligger i närheten av spant 0.

Utförandet av fenan F är företrädesvis sådant att fenan har väsentligen konstant tvärsnittsprofil utmed sin längd, men att fenan vid företrädesvis båda sina ändar är utförd avsmalnande, för att erbjuda en minimering av flödesmot- ståndet längs fenan vid fenans ändpartier, varvid av- smalningen av fenans änddelar kan vara anordnad avseende fenans bredd och/eller tjocklek. Fenans yttre kant FK kan med fördel vara skarp även i avsmalningsomràdet. Av fig. 1 och 2 kan man se att fenan F är något krökt i längdled och lutar något uppåt bakåt för att ligga i vatt- nets flödeslinje utmed skrovet under normal drift. På fig. l ligger fenans F lutande parti i huvudsak mellan spant 1,5 och spant 1, medan fenans parti mellan spant 1 och spant 0 är i huvudsak horisontellt, varvid denna sträckning för fenan är relaterad till den på fig. 1 visade skrovformen, vilken väsentligen överensstämmer med skrovformen enligt SE-A-9100288-1. Fenan F visas ha en längd av 1/3 av skrovlängden L, och beteckningen BL på fig. 1 indikerar skrovets baslinje.

Claims (11)

508 677 10 15 20 25 30 35 LO _Patentkrav

1. Stampningsstabiliserat fartyg med åtminstone ett skrov av deplacementtyp som skär vattenytan och avsett för höga hastigheter, k ä n n e t e c k - n a t av att skrovet är utformat för att ha sitt stampningsrörelsecentrum (PC) beläget i skrovets mid- skeppsomràde eller för därom, att skrovet (SK) akter om sitt stampningsrörelsecentrum har åtminstone en fast fena (F) som skjuter ut allmänt horisontellt utanför det egentliga skrovet (SK), att fenan sträcker sig längs vattenflödeslinjerna utmed skrovet under drift, och att fenorna på ett fartyg med ett eller flera sådana skrov, har en total horisontellt projicerad area uppgående till minst 5 % av W/d, där W= totala undervattensvolymen vid konstruktions- djupgàende och d= konstruktionsdjupgáende.

2. Fartyg enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att fenornas totala area är minst 10 % av W/d.

3. Fartyg enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k - n a t av att det geometriska sidoförhàllandet (AR) för varje fena är större än 0,01 men mindre än 0,1 varvid AR (aspect ratio) = S/C, där S= det horisontellt projicerade spannet av varje enskild yta mätt tvärs strömningsrikt- ningen, dvs. fràn det egentliga skrovet till medelvärdet av yttersta kanten av fenan, och C= medelvärdet av ytans kordalängd mätt längs strömningsriktningen.

4. Fartyg enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d av att AR är större än 0,02 men mindre än 0,1.

5. Fartyg enligt något av kraven 1-4, k ä n n e t e c k - n a t av att fenorna är anordnade i fartygets aktre halva.

6. Fartyg enligt något av kraven 1-5, k ä n n e t e c k - 10 15 20 25 508 677 ll n a t av att stampningsrörelsecentrum (PC) är beläget på ett avstånd av ungefär 3/4 av skrovets längd (L) från skrovets akter.

7. Fartyg enligt något av kraven 1-6, k ä n n e t e c k n a t av att fartyget har åtminstone två fenor som är symmetriskt placerade på det eller de skrov som bildar fartyget.

8. Fartyg enligt något av kraven 1-7, k ä n n e t e c k n a t av att fenornas (F) akterkant i huvudsak samman- faller med fartygets akterkant.

9. Fartyg enligt något av kraven 1-8, k ä n n e t e c k n a t av att fenorna såsom betraktade i skrovets längd- riktning bildar en vinkel med horisontalplanet, uppgående till o-so°.

10. Fartyg enligt något av kraven 1-9, k ä n n e t e c k n a t av att fenorna har en skarp yttre långkant (FK) runt vilken vattnet strömmar allmänt vertikalt vid far- tygets stampningsrörelser.

11. ll. Fartyg enligt något av kraven 1-10, k ä n n e - t e c k n a t format för hög hastighetsdrivning, och att fartyget före- trädesvis innefattar två parallella och bredvid varandra av att fartygets skrov är slankt och ut- anordnade skrov i katamarankonfiguration.