SE539235C2 - Fartyg försett med luftkavitet - Google Patents

Abstract

13 S283 P8SE LG/KOE S a m m a n d r a g Uppfinningen avser en anordning vid fartygsom uppvisar en motstàndsreducerande hålighet i fartygets plana bottenparti. Enligt uppfinningen är medel anordnat föratt styra in vattenflödet från fartygets främre parti till hàlighetens främre del. Sagda medel utgöres dels av en krökning som startar vid fartygets bottenparti och som sträcker sig akteröver och dels av ett lutande plan. En extra förlig luftkammare är arrangeradovanför krökningen och det lutande planet och dessutom ärluftalstrande organ anordnat för att tillföra luft till sagda luftkammare. En luftspalt är arrangerad i underkant avdenna luftkammare sà att ett luftflöde skapas fràn sagda luftkammare till utrymmet under det lutande planet. (Fig 1)

Description

Fartyg försett med luftkavitet.

Föreliggande uppfinning avser ett fartygsom uppvisar en motståndreducerande hålighet i fartygetsplana bottenparti, varvid den nedre delen av hàligheten ärfylld med vatten medan den övre delen är fylld med luftanordning vid fartyg som uppvisar en motståndsreducerandehålighet i fartygets plana bottenparti.

En av de viktigaste parametrarna vid allfartygskonstruktion är sambandet mellan fart och effekt.För normala handelsfartyg är friktionsmotståndet, dvs.friktionen mellan undervattenskrov och vatten den heltdominerande delen av fartygets totala motstånd. Endast närfarten ökar, som t.ex. för höghastighetsfartyg blir våg-motståndet avgörande. Man har försökt påverka friktions-motståndet med olika typer av ytstrukturer och med olikatyper av luftsmörjning. Resultatet har dock för kon-ventionella fartyg hittills varit negativt.

Ett annat sätt att minska friktions-motståndet är att minska arean av den våta ytan. Väta ytanär den del av skrovet, som vid noll fart är i kontakt meddet omgivande vattnet. Detta kan ske genom att en del avden plana bottenytan utförs som en hålighet, som delvisfylls med luft. Den nedre delen av håligheten är fylld medvatten medan den övre delen är fylld med luft. I fortsätt- ningen är denna, den övre delen, benämnd som luftkammare.Ytan som skiljer luften från vattnet benämns som gräns-ytan. På grund av fartygets framfart kommer en del avluften att ryckas med av den underliggande vattenström- ningen. Den utströmmande luften måste då kompenseras medny tillförd luft till luftkammaren, som lämpligen sker i förkant och i övre delen av luftkammaren, Undervattenskro- vet och håligheten måste ha en väl anpassad form för att inte ge upphov till avlösning och virvelbildning. Avlös-ning, virvelbildning i håligheten och vågbildning i luft-kammaren kan annars kraftigt reducera motstånds- reduktionen, till. som den minskade våta ytan kan ge upphov Med lämplig form på skrov och hålighet ochmed gränsytan luft/vattennivån belägen nära hàlighetensnedre kant kan motståndsreduktioner erhållas som står iproportion till reduktionen av den våta ytan. En sådanlämplig skrovform är beskriven i patent PCT/SE2008/051050.(WO 2010/033058 Al) När fartyget rör sig i sjögång, det kanvara rullning i tvärskeppsled, dvs. en fram och återgåenderotationsrörelse kring en långskeppsaxel i fartygetscenterlinje, eller pitchrörelse, dvs. fram och återgåenderotationsrörelse kring en horisontell tvärskeppsaxel unge-fär i fartygets midskeppspunkt, eller kombinationer avdessa rörelser, kommer luften att strömma ut vid den högstbelägna sidan av hàlighetens kanter. Luftutströmning vidrullning kan i viss mån reduceras med hjälp av uppdelningav håligheten med långskepps gående mellanväggar. Uppdel-ning av håligheten i långskeppsled med tvärskepps gåendemellanväggar för att reducera luftutströmning vid rörelseri pitchled är dock inte någon bra lösning, eftersom dettager upphov till ny virvelbildning med ökat motstånd somföljd. Konsekvensen av de båda ovan nämnda rörelsernainnebär att gränsytan, ej kan bibehållas nära hàlighetensnedre kant utan hamnar på en högre nivå.

Kända former på håligheten har hittillsutformats med en ingång till håligheten i form av en skarpkant. När gränsytan av något skäl, som nämnts ovan, liggeren bit upp ovanför hàlighetens nedre kant erhålles en tryckdifferens mellan vattentrycket vid ingången till håligheten och lufttrycket i luftkammaren. Denna tryckdif-ferens ger upphov till vågbildning i luftkammaren. Dennavågbildning kräver energi och motståndsreduktionen reduce-ras kraftigt för att vid högre nivåer på gränsytan heltvara eliminerad. Konsekvensen av detta är att motståndsre-duktionen med dagens teknik endast kan erhållas när gräns-ytan ligger nära hålighetens nedre kant, d.v.s. vid mycketliten sjögång och med fartyget nära jämn köl.Huvudändamålet med den föreliggandeuppfinningen är att åstadkomma ett fartyg enligt ovanangivet slag och som vid ingången till håligheten reduce-rar och i bästa fall eliminerar vågbildningen i luftkamma-ren, även om gränsytan ligger högt ovanför lufthälighetensnedre kant. Motståndsreduktionen kan då erhållas även vidolika trim och även om fartyget rör sig i moderat sjögång.Sagda ändamål uppnås medelst ett fartygenligt föreliggande uppfinning som i huvudsak kännetecknasdärav, att medel är anordnat för att styra vattenflödetfrån fartygets främre parti in till hålighetens främredel, att sagda medel utgöres av ett lutande plan som star-tar vid fartygets bottenparti, och som sträcker sigakteröver i fartygets långskeppsriktning och uppåt upp mothålighetens tak, att en luftspalt i form av en öppning somär tvärskeppsorienterad är belägen i eller vid det lutandeplanets främre nedre ände, att ett antal luftalstrandeorgan är anordnade för att tillföra luft till sagda luft-spalt så att ett luftflöde skapas från luftspalten tillutrymmet under det lutande planet, och att en förlig luft-kammare är anordnad ovanför det lutande planet, samt attsagda luftalstrande organ är anordnade att leverera luftvia den förliga luftkammaren till nämnda luftspalt.Huvudsyftet med föreliggande uppfinning är att luftflödet sker i form av en spalt och inte via hål lO (55) såsom angives i WO 03/095297 Al. Se exempelvis sid 6rad 23 däri.

Huvudändamålet med inblås av luft via enspalt gör att luften blir fördelad utmed hela bredden avvattenflödet. Dessutom angives att spalten är belägen inärheten av det lutande planets början. För att förseluftspalten med luft behövs den förliga luftkammaren,vilken kan utformas på diverse olika sätt.

En annan väsentlig funktion som uppnås medatt såsom angives ”att i hålighetens tak (l) finnes medel att tillföra luft till håligheten (4)” är att man frittkan välja ett högt luftflöde i luftspalten för att fågynnsamma vågdämpande och minskningseffekter med våt yta.Om detta flöde då är högre än det naturliga läckagetkommer trycket att stiga och vattennivån sjunker tilloönskat låg nivå. Detta kan dock undvikas genom att luftsugs ut och återföres till inflödet.

Enligt WO O3/095297 Al, som principielltskiljer sig från föreliggande uppfinning, är längden avvarje kavitet anpassad till vågsystemet och år avstämt förett snävt fartområde. Luften är därvid vid denna kändalösning avsedd till för att låta trycka ner vattennivån.Dock är sättet som angives ej en väsentlig parameter.

Enligt föreliggande uppfinning är detluftströmmen i sig som bidrager till att låta dämpa våg-bildningen samt att därvid den våta ytan minskas, genomluftlagret mellan vattnet och det lutande planet. SagdaWO 03/095297 Al saknar lutande plan.

Enligt föreliggande uppfinning är ingångentill håligheten, den skarpa kanten ersatt dels av en krök-ning och del att ett i fartygets långskeppsriktning huvud- sakligen plant lutande plan. Krökningen och det lutande planet styr vattenflödet in i håligheten. Krökningen star- lO tar lämpligen från en horisontell nivä, som kan vara denplana botten pä baslinjen och som företrädesvis utgörslutet pà en bulb i förskeppet. Slutet på krökningen ochdet lutande planet bör huvudsakligen ha samma vinkel mothorisontalplanet. Denna vinkel bör också vara mindre änden vinkel som för den aktuella farten ger avlösning. Päsamma sätt bör krökningen, som kan vara en cirkelbäge,väljas sä att den inte ger avlösning. Denna lösning redu-cerar vàgbildningen i luftkammaren, speciellt vid mycketläga farter och när gränsytan inte ligger alltför högtupp. Om dessa förutsättningar överskrides, finns risk attvàgbildningen startar när vattenströmningen längs detlutande planet när gränsytan.

En extra förligt belägen luftkammare ärsåledes bildad ovanför krökningen och/eller det lutandeplanet och de ovan sagda luftalstrande organen är förligaluftkammare till ovan nämnda luftspalt.

När nu den extra förliga luftkammarenfylls med luft, som strömmar ut genom en tvärskeppsorien-terad luftspalt i underkant av den förliga luftkammaren,kommer luftflödet att skapa ett luftlager under detlutande planet. Anordningen ger flera viktiga fördelar.Luftlagret under det lutande planet kommer ytterligare attminska den väta ytan. Dessutom kommer luftlagret under detlutande planet att utjämna tryckskillnader sä, att närgränsytan nàs, detta kan ske utan bildandet av störrevågor. Denna lösning kan dä tillämpas pä högre farter ochnär gränsytan pä grund av sjögàng tvingas ligga högre upp.Även koandaeffekten påverkas av luftlagret under detlutande planet. Här kan även ett undertryck skapas framförspalten genom att krökningen ökas tills krökningsradienblir noll. Pä så sätt kan luftflödet genom luftspalten ökas.

Uppfinningen är beskriven med funktion ochutförande i det följande såsom exempel på ett antal före-dragna utföringsexempel med hänvisning till bifogaderitningar, som samtliga visar vertikalsnitt i fartygetscenterlinje.

Fig 1, 1A, lB och lC visar schematiskt ettfartyg med en anordning enligt uppfinningen applicerad vidfartygets förliga del av skrovets bottenparti, Fig 2 och 3 visar förstorat främre partietav håligheten med den extra luftkammaren, Fig 4-6 visar olika exempel på alternativ-lösningar av lufttillförsel, och Fig 7-8 visar snittvyer av luftspalt ochkanaler.

Pig l visar ett första utföringsexempel avuppfinningen. Figuren visar ett vertikalsnitt i center-linjen av ett fartyg försett med anordning enligt uppfin-ningen. En extra förlig luftkammare 8 fylls med luft påkonventionellt sätt med hjälp av fläktar eller pumpar 27genom kanal 26. Luften strömmar ut genom en luftspalt 7och luftflödet följer undersidan av ett lutande plan 6 upptill en stor luftkammare i en hålighet 4 under fartyget.Trycket kommer då att öka i denna luftkammare och gräns-ytan mellan luft/vatten kommer att sänkas ända ner tillden nivå där balans i trycket inträffar, eller där vi harutsläpp av luft längs hålighetens kanter och balansinträffar mellan utströmning och tillflöde av luft. Omfartyget har små rörelser och ligger på nära jämn köl,d.v.s. utan trim, kommer denna balanspunkt att inträffamed gränsytan mycket nära baslinjen. Om fartyget däremothar rörelser kommer balans i luftflöde att inträffa på högre nivåer. lO Fig 1A visar ett alternativt utförandetill Fig 1, där balans i lufttrycket kan fås på en högrenivå på gränsytan utan att vi har något luftutsläpp. Föratt få gränsytan mellan luft/vatten utan virvlar och våg-bildning är formen på förskeppet av avgörande betydelse.Förskeppet skall ge ett vattenflöde med strömlinjer som ärså när som möjligt parallella med centerlinjen. Dettaflöde kommer då, när det strömmar uppifrån och nedåt ochnär det når undersidan av t.ex. en bulb 29 att skapa ettundertryck. Detta undertryck förstärks ytterligare närvattenflödet rör sig uppåt längs ovan nämnda krökning 5.Detta innebär att även med ett relativt lågt övertryck iluftkammaren 8 kommer luften att sugas/tryckas ut genomluftspalten 7. Luften strömmar upp längs undersidan av detlutande planet 6. Når gränsytan nås kommer trycket i luft-kammaren över håligheten 4 att öka. För att få balans isystemet har därför en spalt 9 öppnats i lutande planets 6akterkant och luft kommer att strömma tillbaka till denförliga luftkammaren 8. Vi får alltså, beroende på detskapade undertrycke efter krökningen 5, en cirkulationrunt det lutande planet 6. Om inte någon luft läcker utlängs kanterna av håligheten 4 kommer nivån på gränsytanenbart bestämmas av lufttrycket i den förliga luftkammaren8 och ingen ytterligare luft behöver tillföras genom kana-len 26.

Fig lB visar ett alternativt utförandetill Fig. 1A, där samma effekt som beskrivits ovan kan Auppnås även om skrovformen och krökningen inte skapattillräckligt undertryck under krökningen. Lutande planets6 aktre ände når nu ända upp till hålighetens 4 tak ochsluter tätt. Den extra förliga luftkammaren 8 fylls medluft på konventionellt sätt med hjälp av fläktar 27 eller pumpar genom kanalen 26. Luften strömmar ut genom luft- lO spalten 7 och luften följer undersidan av det lutandeplanet 6 upp till den stora luftkammaren i håligheten 4.Trycket vill då öka i denna luftkammare men håligheten 4har nu en egen luftledningskanal 54 där fläktar 53 kansuga ut överflödig luft, så att önskad nivå på gränsytanerhålles. Om fartyget är utsatt för stora rörelser medstora mängder läckande luft längs hålighetens kanter kandenna läckande luft även kompenseras med inblåsning avluft genom samma kanal 54.

Fig lC visar ett alternativt utförandetill Fig lB. Ett tvärskeppsskott 50 har införts i denfrämre luftkammaren 8. Luftledningskanalen 54 med fläkten53 i Fig lB är nu flyttad till utrymmet akter om tvär-skeppsskottet 50 och betecknas i Fig lC som kanal 51 medfläktar 52. Lutande planet 6 har nu en öppning 9 i sinakterkant. Samma funktion och fördelar erhålles som ialternativet som beskrivits i Fig lB. Här öppnas dessutomen möjlighet att låta fläkten 52 suga ut luft och levereraluften direkt till den främre delen av luftkammaren 8.Resultatet blir då en likartad funktion som i alternativ1A. Den förliga respektive den aktre halvan av luftkamma-ren 8 skall alltså ha olika tryck. Den förliga skall hatillräckligt högt tryck för att säkerställa kontinuerligtluftflöde under det lutande planet 6. Den aktre halvanskall däremot ha ett tryck som motsvarar den önskade nivånpå gränsytan.

Fig 2 visar en förstorad bild av den för-liga luftkammaren 8, med det lutande planet 6 och öpp-ningen 9 i akterkant av det lutande planet. Fläktar 27levererar luft genom kanalen 26 till kammaren 8. Ett luft-flöde 10 går från kammaren 8 genom spalten 7 och bildar ett luftskikt som följer undersidan av det lutande planet 6.

Fig 3 visar en förstorad bild av ett exem-pel pà den förliga luftkammaren 8. Häligheten 4 är uppåtbegränsad av hàlighetens tak l och nedät av hàlighetensnedre kant i detta exempel den sä kallade baslinjen 2.Krökningen 5 har startat horisontellt pä baslinjen 2 nägotakter om slutet pä exempelvis en bulb. Krökningens slut 5Ahar huvudsakligen samma vinkel mot horisontalplanet somdet lutande planet 6. Det lutande planets främre/nedreändparti 6A är placerat något framför och ovanför krök-ningens aktre ändparti 5A. På sä sätt kommer spalten 7 attge luftflödet 10 en riktning akterut längs undersidan avdet lutande planet 6. Det förifrän kommande vattenflödet23 följer krökningen 5 och blir sedan separerat från detlutande planet av detta luftflöde 10. När trycket ivattenflödet 28 motsvarar trycket i luftflödet lO har vinätt den stora luftkammaren i hàligheten utan att nägrastörre vägamplituder 30 bildats pà gränsytan 3.

I Fig 4-8 visar olika varianter av uppfin-ningen.

I Fig 4 visas variant där luftspalten 7sträcker sig genom det lutande planet 6 utan någon krök-ning.

Fig 5 visar luftspalt 7 bildad direkt iänden av en lufttillföringskanal 26 försedd med fläkt 27och utan förekomst av kammare.

Fig 6 visar luftöppning 9 belägen vid övreändpartiet av det lutande planet 6 medan en utloppsslits 7för luft är belägen längre fram pà det lutande planet 6.

Fig 7 och 8 visar anslutning av en ellerflera luftkanaler 26, som när till en sagda slitsformigluftspalt 7, som sträcker sig tvärs fartygets längd- utsträckning.

Beskaffenhet och funktion av en sagdaanordning enligt den föreliggande uppfinningen torde haförstàtts och framgått av det ovan sagda och med kännedomäven om det på ritningarna visade men uppfinningen ärnaturligtvis inte begränsad till de ovan beskrivna och pàde bifogade ritningarna visade utförandena. Modifieringarär möjliga, särskilt när det gäller de olika delarnasbeskaffenhet, eller genom användande av likvärdig teknik, utan att man fràngàr skyddsomràdet för uppfinningen, såsom den definieras i patentkraven.

Claims (10)

ll P a t e n t k r a v

1. l. Fartyg som uppvisar en motständreducerande hålighet (4) i fartygets plana bottenparti, varvid dennedre delen av häligheten är fylld med vatten medan denövre delen är fylld med luft, kännetecknat av, att medel (6) är anordnat för att styra vattenflödet (23,28) fràn fartygets främre parti in till hälighetens främredel, att sagda medel utgöres av ett lutande plan (6) somstartar vid fartygets bottenparti, och som sträcker sigakteröver i fartygets làngskeppsriktning och uppåt upp mot(l), i form av en öppning som är tvär- hàlighetens (4) takatt en luftspalt (7)skeppsorienterad är belägen i eller vid det lutande(GA), (27) planets (6) främre nedre ände att ett antal luftalstrande organ är anordnade föratt tillföra luft till sagda luftspalt (7) så att ettluftflöde skapas från luftspalten (7)(6),att en förlig luftkammare (8)(6), är anordnade att leverera luft via den förliga luft- till utrymmet underdet lutande planet ochär anordnad ovanför detlutande planet samt att sagda luftalstrande organ(27)kammaren (8) till nämnda luftspalt (7).

2. Fartyg enligt patentkrav l, kännetecknat därav, att en andra luftspalt (9) är anordnad mellan det lutande planets (6) aktre ände och hàlighetens tak (l) i närheten av planets (6) aktre ände. lO 12

3. Fartyg enligt något av patentkraven 1-2, kännetecknat därav, att i hålighetens tak (l) finnes medel att uttaga luft från håligheten (4).

4. Fartyg enligt något av patentkraven 1-2, kännetecknat därav, att i hålighetens tak (1) finnes medel att tillföra luft till håligheten (4).5. Fartyg enligt patentkrav 2, kännetecknat därav, att den förliga luftkammaren (8) år avdelad medelst ett tvärskeppsskott (50) placerat akter om det luft-alstrande organet (27) och att den sålunda bildade aktrehalvan av den förliga luftkammaren är försedd med medel(51, 52) att tillföra luft eller uttaga luft från den-

5. Samma .

6. Fartyg enligt något av ovanstående patent-krav, kännetecknat därav att det sagda lutande planet (6) bildar fortsättning på en krökning (5).

7. Fartyg enligt patentkrav 6, kännetecknatdärav att krökningen (5) vid fartygets främre bottenparti sträcker sig från en väsentligen horisontell nivå.

8. Fartyg enligt något av ovanstående patent-krav 6-7, kännetecknat därav att sagda krökning (5) viddess aktre ände (5A) uppvisar väsentligen samma lutnings- vinkel mot horisontalplanet som det lutande planet.

9. Fartyg enligt något av ovanstående patent- krav 6-8, kännetecknat därav att sagda luftspalt (7) är tvärskeppsorienterad och har en utsträckning som huvudsak- l3 ligen överensstämmer med lutande planets och/eller krök- ningens bredd.

10. Fartyg enligt något av ovanstående patent- krav 6-9, kännetecknat därav att det lutande planets främre nedre ände (6A) är placerad något framför och/ellerovanför krökningens aktre övre ände (5A), varigenom luft-spalten (7) flöde (10) är anordnad att ge ett akterligt riktat luft- längs undersidan av det lutande planet (6).