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"Nouvelle structure de étions de poupe et de lignes de flottaison pour navire$ à une seule hélice présentant un bloo coefficient supérieur à 0,78".
L'invention a pour objet la structure de sections de poupe et de lignea de flottaison sur des navire* présen- tant une forme pleine et elle est applicable à toua les ty- pes où l'on utilise une seule hélice dans l'axe du navire.
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La structure de poupe des navires de forme pleine a teneurs posé des problèmes@ particulièrement lorsqu'on veut obtenir de bonnes lignes d'écoulement et des vitesses de sillage transversale et longitudinale uniformément dis- tribuées dans l'erre de l'hélice. Les caractéristiques de @illage et de déduetion de poussée sont normalement médio- cres pour les navires de forme pleine, d'autant plus que le rondement de propulsion *et faible, ce qui signifie qu'il faut une puissance disproportionnée pour propulser le navire*
Sur certains types de navires à grande vitesse,
on utilise une poupe du type "transom" afin de permettre la séparation de courant à l'extrémité arrière et d'accroître ainsi le rendement de propulsion. Toutefois, lorsqu'il n'agit d'un navire présentant une hélice axiale, il faut utiliser un talon dont le rôle principal eat de permettre à l'arbre d'hé- lice de sortir du navire de façon que l'hélioe puisse être fixée à l'extrémité extérieure de l'arbre. Aussi, le talon est-il nécessaire pour un navire à une seule hélice à poupe "transom", mais cette caractéristique tend a réduire le ren- dément de propulsion du navire.
L'invention consiste esentiellement à prévoir des sections de poupe qui proourent des "lignes de fesses" à profil doux, ce qui empêche la séparation d'écoulement et diminue la valeur de la "fraction de sillage". En outre, elle permet de placer l'hélice plus en avant et à distance de la perturbation d'écoulement normalement produite par la coque. Ainsi, la déduction de poussée est réduite et ce- la, combiné avec la réduotion de la "fraction de sillage", permet de propulser très efficacement un navire de forme pleine.
Pour permettre de placer l'hélioe plus en avant et sont à distance de la coque, deux entretoises disposées en V/aus-
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pendues verticalement à la ooque, l'extrémité arrière.
Ces entretoises ont une section d'aile portante et font un angle approprié avec l'axe longitudinal du navire, afin de présenter le minimum d'obstacle à l'écoulement de l'eau vers l'hélice. Les entretoises sont coulées d'une seule pièce avec un moyeu dans lequel est installe le palier de l'arbre d'hélice. Une entretoise verticale descend depuis ce moyeu jusqu'à un niveau situé légèrement au-dessus de la ligne de base du navire, niveau où elle est arrondie et se dirige ho- rizontalement vers l'arrière pour former ce que l'on appelle une "semelle", qui relie le bas de l'entretoise verticale au bas de l'étambot.
L'extrémité supérieure de l'étambot est fixée au plafond de cale, dans les limites de la poupe "tran- som". L'arbre d'hélice est réuni à la première longueur in- termédiaire d'arbre qui est disposée et supportée hors de la coque. Cette disposition permet, en cale sèche, de retirer di- rectement l'arbre d'hélice. La deuxième longueur d'arbre in- termédiaire est supportée dans un tube de poupe de structure usuelle et est logée à l'intérieur de la structure de poupe du navire. Cet arbre est muni d'un accouplement détachable qui permet de retirer l'arbre directement du coté de la cale sèche.
Le but principal de l'invention est d'améliorer les caractéristiques de "sillage" et de "déduotion' de poussée" de la propulsion autonome dans une coque de forme pleine.
En outre, on obtient une simplification dans la construction du navire à son extrémité arrière en même temps qu'une dimi- nution des frais de construction et d'entretien.
Si le sillage est amélioré avec cette structure de poupe, cela vient du fait que les lignes de fesses suivent
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une courbe relativement douce et que l'écoulement de l'eau se fait par dee plane diagonaux le long de la surface de la forme de coque, à l'extrémité arrière.
Si les caractéristiques de déduction de poussée" de l'hélice sont améliorée, c'est parce que l'hélice peut être placée plus en avant aveo cette structure de poupe qu' aveo toute autre actuellement utilisée. En outre, l'incidence des vibrations imprimées à la coque par l'hélice est réduite par le fait que l'hélice eet placée plus loin de la coque.
Cette disposition permet aussi le retirer directement l'ar- bre d'hélice du coté de la cale sèche et facilite grandement les réparations. Avec une poupe ordinaire, il faut retirer vers l'intérieur du navire l'arbre porte-hélice d'un navire à une seule hélice pour l'enlever ensuite, ce qui nécessite un travail considérable.
La nouvelle structure de sections de poupe permet aussi d'assigner un coefficient prismatique beauooup plus élevé à l'arrière d'une coque de forme pleine sans réduire le rendement de propulsion. Cela signifie que pour un système donné de dimensions physiques directrices, le déplacement, et par conséquent la capacité de cargaison du navire, peut être accru sans que le rendement de propulsion en souffre.
Ces buts ainsi que d'autres bute de l'invention ap- paraîtront dans la description détaillée ci-après et sur les dessins annexés, sur lesquels, la figure 1 est un profil de la poupe d'un navire suivant l'invention, montrant le nouveau montage de l'hélice et de la ligne d'arbres; la figure 2 est une demi-coupe de l'arrière de la coque, relevée aux couples indiqués sur la figure 1; la figure 3 est une vue par dessous de l'arrière de la coque de la figure 1, maie montrant les lignes de flot-
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triton dans l'alignement de la poupe; la figure 4 cet une vue par dessous à plus grande échelle montrant l'hélice, la ligne d'arbre. et le gouveraail;
la figure 5 est une coupe longitudinale dans l'axe du tube de poupe suivant l'invention; la figure 6 est Une vue par dessous du cône de belle eau fixé à l'extrémité arrière du tube de poupe; la figure 7 est une coupe transversale du cône de belle eau fixé à l'extrémité arrière du tube de poupe, lui- vant la ligne 7-7 de la figure 5; la figure 8 est une coupe transversale du tube de poupe suivant la ligne 8-8 de la figure 5; la figure 9 est une coupe longitudinale du moyeu qui est suspendu par les entretoise. en V et qui loge le palier d'arbre d'hélice;
la figure 10 est une coupe transversale des entre- toises en V par lesquelles est suspendu le moyeu qui loge le palier d'arbre d'hélice; la figure 11 illustre la façon dont les "pal@e" situées à l'extrémité supérieure des entretoises en Y sont fixées aux poutres longitudinales à l'intérieur de la coque, le tout vu suivant la ligne 11-11 de la figure 10; la figure 12 est une vue similaire à la figure 1 maie montrant le profil d'un navire de type usuel ayant une poupe de forme pleine; la figure 13 est un demi-coupe de l'arrière du navi- re de type uauel de la figure 12; la figure 14 est une graphique de vitesse et de puissance à l'arbre d'un navire de 71.350 tonnée ayant une structure de poupe suivant l'invention;
la figure 15 est un graphique de vitesse et de puis- sance à l'arbre d'un navire de 60.442 tonnes ayant une atruo-'
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ture ueuelle de poupe de torse pleine, du type représenté par les figures 12 et 13.
On se référera maintenant aux dessine et partiouliè- rement aux figures 1 à 4; les sections de poupe de la ooque ont été conçues pour compléter l'avant du navire conçu sui- vant les principes indiquée dans la demande de brevet cana- dien N 855.587 déposée le 9 août 1962 au nom de la demande-- resse. Toutefois, il est entendu que le type de poupe décrit ci-après peut être utilisé avantageusement aveo tout autre ty -pe de structure de coque avant.
Sur la figure 1, les lignes de fesses 6 sont tracées individuellement pour définir la surface do la coque suivant des lignes longitudinales espacées vers l'extérieur par rap- port à l'axe du navire, aux distancée indiquées sur chaque ligne de fesse et correspondant à l'espacement transversal indiqué sur la figure 2.
Ces/lignes de fesses 6, comprenant l'axe longitudinal 7 à la surface de la coque, décrivent une longue courbe vers l'avant et vers le bas en partant de la ligne médiane de la poupe en 8, au-dessus de la ligne de flottaison à 12 m, en arrière du poste n 1, jusqu'en avant du poste n 6, les lignes 6 s'étendant vers l'avant sur une distance égale à au moins deux fois et demie la hauteur de la ligne de flot- taison en pleine charge et au-deasus de la ligne de base du navire.
Les lignes de flottaison 2 à la surface de la coque sont indiquées sur la figure 3. Ces lignes .2 combinées aveo les lignes de fesses 6 définissent une surface de coque qui présente une courbe douée et allongée en partant de la section maximum du corps plein en avant du poste n 8 pour arriver à l'extrémité arrière du navire, au-dessus de la ligne de flottaison à 12 m, en arrière du poste n 1.
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Les lignes de coupe transversale 10, prises aux pos- ten 1 à 8, sont représentées par la figure 2. Les courbes de contour de surface 11 de la section arrière de la coque 3. sont prisée dans des plane diagonaux 12. On notera que ces courbée de contour de surface 11, tracées dans des plana dia- gonaux comme le montre la figure 2, coïncident exactement avec les diagonales respectives 12. Cela assure un écoulement très satisfaisant de l'eau vers l'hélice.
La surface de la aeotion arrière de la coque 5, définie par lee lignée 6,9 et 10 des figure. 1, 2 et 3, four- nit une zone ouverte considérable entre la ligne de base 13 et la surface de la coque sous la poupe. Cette grande zone ouverte cet utilisée pour un nouveau montage d'hélioe qui permet de placer l'hélice beauooup plue en arrière et à distance de la surface adjacente de coque qu'il n'est possi- ble avec une poupe de structure ordinaire comme celle de la figure 12.
Le nouveau système de montage de l'hélice est in- diqué en contour sur les figures 1, 2 et 3 et en détail sur les figures 9, et 10, et il est suspendu à la portion infé- rieure de la portion de poupe de la coque, en avant et à dis- tance de la surface adjacente courbée vers l'avant et vers le bas.
L'hélice 20 est montée sur l'arbre porte-hélice 21. relativement court, qui est lui-même supporté par un palier 22 situé dans le moyeu suspendu à deux entretoises ver- ticales 24 disposées en V et fixées aux niveaux inférieurs : 25,dans les limites de la poupe "transom". Les entretoises
24 ont une section d'aile portante, leur grand axe étant di- rigé longitudinalement par rapport au navire, et font un angle approprié avec l'axe longitudinal du navire de manié- re à présenter le minimum d'obstacle à l'écoulement de l'eau vers l'hélice.
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Une entretoise verticale 3µ, aussi à seotion 4"aile portante, fait saillie vers le bas par rapport au moyeu 23,
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dans l'axe du navire, jusqu'à une courte distance de la 11en' :1 de ba.. 11 du navire. L'.xirú1t' inférieure de cette entre , toise 26 est arrondis à son bord ant4rieur et *'avance onnui- te vers l'arrière en 2 pour et réunir à l'extrémité 1nt'. rieure de l'étambot 28. L'extréaité supérieure de lldt bot 28 est rattachée aux niveaux inférieurs dans les limites de la poupe "transom" de façon similaire aux entretoises en
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±±.
Le gouvernail 2, cet tonte sur l'itaabot de fa- çon bien connue et est aotionné par un appareil à gouverner, non représenté, de l'intérieur du navire.
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Les extrémités supérieures en palae des entretoi- ses 24 font saillie à travers des ouvertures du bordage 31 de la coque et sont rivetées à des poutres longitudinales 34. L'ouverture du bordage est rendue étanche par des plaque. d'insertion soudées 32. Toute la structure située à l'inté- rieur de la ooque du navire cet fixée à des poutre. trans- versales adjacentes de manière à assurer une rigidité absolue de la monture d'hélice.
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Il monture de la ligne d'arbres à l'intérieur du na- vire, reliant la machine à l'hélice gg, lit constituée p# un tube de poupe monté dans les poutres transversales 36 et fixé à la poutre transversale 37 et à la poutre longitudinale centrale 8 par l'embase 39 dirigée vers le haut. L'extrémité arrière 40 du tube de poupe 35 fait saillie à l'extérieur
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de la ooque 2 de la façon repréeentée aur lea figure. 5 @% 6.
Le deuxième arbre intermédiaire il est monté clan. le
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a01.tî (fI!(..." l'arbre premier arbre iatoraéàia1r0 est aoup1éè/li et à l'arbre porte-hélice 2, et, lorsqu'il est .J
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désaccouplé, il permet de retirer l'arbre porte-hélice 21 de son palier 22 vers l'avant et de le retirer directement du coté de la cale sèche.
De même, quand l'arbre 42 est désaccouplé, on peut retirer l'arbre 41 du tube de poupe 35, directement vers l'arrière et vers la cale sèche*
Un cône de belle eau 43 entoure la portion du tube de poupe qui fait saillie à l'extérieur de la coque 3. tandis qu'un cône de belle eau 44 enferme l'extémité arrière du tube de poupe 35 et l'accouplement 45 qui relie entre eux les arbres .il et 42. Une plaque de fermeture de coque
46 est située immédiatement au-dessus du cône 44 de manière à bouoher de façon permanente le vide 48 de la coque, à l'en- droit où l'extrémité arrière du tube de poupe passe à tra- vers le bordage.
Le cône 44 et la plaque de bolle eau 47 sont tous deux amovibles et sont fixés en place à l'extrémité du tube de poupe par des vis en laiton appropriées.
Un cône est fixé à l'extrémité avant du moyeu porte-hélice et enferme l'extrémité antérieure du palier
22 et de l'accouplement 50 qui relie l'arbre porte-hélice 21 à l'arbre intermédiaire 42.
La structure de la charpente de poupe du type ou- vert, décrite ci-dessus, est suffisamment solide pour suppor- ter l'arbre porte-hélice 21 et le gouvernail 29 pendant que le navire est en mer, et sert aussi de support à l'extrémité .en surplomb de la poupe quand le navire est en cale sèche.
La structure de ce type ouvert de charpente de pou- pe est aussi l'une des caractéristiques saillantes de l'in- vention et les avantagea qui en découlent sont énumérés ci- dessous:
1) Elle permet de placer l'hélice plue loin de la coque, comme on le voit sur la figure 1, et par suite, l'écoulement de l'eau vers l'hélice est moins entravé qu'il ne le serait
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normalement avec une poupe usuelle, comme le montre la figu- re 12. Il y a lieu de noter spécialement la double courbure des lignée de fesses sur la figure 12, car cette caraotérie- tique aboutit à un rendement médiocre sur les formes pleines de coque, avec le type usuel de poupe.
Les vibrations commu- niquées à la coque par 1'hélice se font aussi sentir davan- %age sur une coque de forme pleine avec une structure de poupe comme celle de la/figure 12.
2) Avec cette nouvelle structure de charpente de poupe, on peut prévoir un arbre d'hélice relativement court et quand il est nécessaire d'inspecter le palier supporté par les
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entretolsee en V, on peut retirer directement l'arbre d'héli- 'J ') ----;" ce/de la cale oéohe après avoir retiré un court tronçon d'arbre intermédiaire 42. comme le montre la figure 1. Avec une dia- position comme celle de lafigure 12, il faudrait retirer l'arbre d'hélice vers l'intérieur du navire et, pour y ef- fectuer des réparations, il faudrait le retirer de la salle dee machines au moyen d'une grue de quai, en passant par la claire voie de la salle des machines, ou par un trou à décou- per dans la coque du navire. Tout cela exige des dépenses et du temps.
3) Contrairement aux seotions de corps d'un navire or- dinaire présentant des lignes comme celles de la figure 13, le bordage n'a pas besoin d'être chauffé et façonné suivant le oontour transversal de la charpente de poupe, et en parti- culier dans l'alignement du moyou. Les extrémités supérieures des entretoises en V, 24, et de l'étambot 28 passent simple- ment à travers des ouvertures prévues dans le bordage pour permettre la fixation de leurs extrémités 30 à des poutres longitudinales situées à l'intérieur de la coquo. On bouche ensuite les ouvertures en soudant des plaques d'insertion 32 autour du contour de chaque entretoise en V et du contour
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de l'étambot afin de rendre la coque étanohe.
Afin d'établir que cette nouvelle structure de pou- pe augmente considérablement le rendement de propulsion d'un navire, les inventeurs ont fait de* essaie de résistance et de propulsion au laboratoire du National Reaearoh Counoil, Ottawa (Canada). Les résultats de ces essais sont indiquée sur la figure 14. La maquette essayée représente un navire de 227 m de longueur et 31,7 @ de largeur, chargé jusqu'à un tirent d'eau de 11,7 m. Le déplacement est de 72.400 t. Il y alieu de noter que pour atteindre une vitesse de 17 noeuds, il faut une puissance à l'arbre de 17.800 oh.
La section d'avant de la maquette essayée oomportait un bulbe sur le ringlan, selon les détails contenue dans la demande de bre- vet citée plus haut.
Sur la figure 15, on a représenté les résultats des essaie de résistance et de propulsion effectuée sur une maquette représentant un navire de 216 a de longueur et 30,2 m de largeur, chargé jusque un tirant d'eau de 10,8 m.
Le déplacement est de 61.300 t. Il y a lieu de noter que pour réaliser une vitesse de 17 noeuds, il faut une puissan- ce à l'arbre de 19.800 ch. Ce navire comporte un bulbe sur le ringlan selon les détails contenue dans le brevet déjà cité, mais les sections de poupe sont de structure usuelle, similaire à ce que montrent les figures 12 et 13.
La conclusion à tirer de cette comparaison est que la nouvelle structure de poupe suivant l'invention permet de propulser à 17 noeuds le grand navire, dont le tonnage dépasse de 11.100 t. celui du navire plus petit, aveo une demande de puissance inférieure de 2000 oh à oelle qui est nécessaire au petit navire=
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Récapitulation des avantages et caractéristiques originales de la nouvelle structure de poupe ouverte suivant 1'invention..
1) La géométrie dea sections d'arrière assure l'ob- tention de lignes de fesses douées et ce fait, joint au fait que les courbée de contour de surface tracées dans des plans diagonaux comme le montre la figure 2 coïncident exactement avec la diagonale respective. Maure un écoulement très satis- faisant de l'eau vers l'hélice. Les essaie en bassin de ca- rène ont montré que la "fraction de sillage" cet notablement plus faible, dans un navire présentant ce type de poupe, que dans le cas d'une poupe de type traditionnel.
2) Le coefficient prismatique de l'arrière d'un na- vire peut être accru avec cette structure de poupe, oc qui permet de concevoir un navire présentant un bloc coefficient beaucoup plus élevé, sans augmenter excessivement la résis- tance à la propulsion. Cela signifie que pour un système don- né de dimensions physiques directrices et de prix de revient de construction, on peut porter sur le navire un poide mort plus élevé pour un tirant d'eau donné avec cette structure originale de poupe.
3) La géométrie adoptée pour les sections d'arrière permet de construire plus rapidement les couples et le bor- dage de cette partie de la coque, ce qui entraîne une réduc- tion du coût de la construction. En outre, le navire présen- te une plus grande largeur à son extrémité arrière, à un niveau où la machine principale de propulsion est installée dans les navires tels que les navires citernes et les navires pour cargaison en vrac, où la machine est installée à l'estré -mité arrière.
4) La structure de charpente ouverte de poupe, dé- crite ici et qui fait partie intégrante de l'invention, en association avec la géométrie adoptée pour les sections d'ar-
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rière décrites plus haut, permet de placer l'hélice plua en arrière que sur un navire présentant des sections d'arrière traditionnelles et une charpente de poupe usuelle. les essis en bassin de carène ont confirmé le fait que ai l'on place une hélice plus en arrière et par conséquent plus loin des seotions d'arrivé de la coque qui entravent l'écoulement libre de l'eau vers l'hélice, cela diminue considérablement la "fraction de déduotion de poussée".
La diminution de la "fraction de déduction de poussée" est représentée par un gain net de "rendement de propulsion" du navire.
5) La charpente de poupe ouverte permet aussi de retirer direotement du coté de la cale sèche l'hélioe et l'arbre porte-hélice d'un navire équipé d'une seule hélice, en vue des réparations ou de l'entretien, tandis que sur un navire de type similaire maie présentant des seotione tra- ditionnelles de corps de poupe, il faut retirer l'arbre d'hé- lioe vers l'intérieur de la coque d'où il faut l'enlever au moyen d'une grue par la claire voie de la salle des machinée ou par un trou spécialement prévu à cet effet dana le borda- ge de la coque. C'est là une opération très longue et coû- teuse.
6) Aveo la oharpente de poupe ouverte, jointe à la géométrie des sections de corps arrière suivant l'invention, on élimine l'incidenoe des vibrations communiquées à la co- que par l'hélice, grâce à la distance plus grande entre l'hé- lice et les sections de corps en avant de celle-ci.
7) L'écoulement libre de l'eau dans des plans dia- gonaux le long de la surface du corps arrière assure un ailla -ge plus uniforme dans lequel l'hélice fonctionne. Il s'en- suit que l'on élimine le couple élevé et les variations de poussée produites dans l'hélice par l'écoulement d'eau rela- tivement perturbé qui se produit dans un navire présentant des seotions traditionnelles de corps de poupe.
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"New structure of stern sterns and waterlines for a single-propeller ship with a bloo coefficient greater than 0.78".
The invention relates to the structure of stern and waterline sections on ships * having a solid shape and is applicable to all types where a single propeller is used in the axis of the vessel. ship.
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The stern structure of solid-form grade vessels is particularly problematic when obtaining good flow lines and transverse and longitudinal wake speeds uniformly distributed in the angle of the propeller. The rigging and thrust reduction characteristics are normally poor for full-form vessels, especially since the thrust * and low roundness, which means that disproportionate power is required to propel the vessel *
On certain types of high speed vessels,
a stern of the "transom" type is used in order to allow current separation at the aft end and thus to increase the propulsion efficiency. However, when it is not a ship with an axial propeller, a heel must be used, the main role of which is to allow the propeller shaft to exit the ship so that the propeller can be attached to the outer end of the shaft. Also, the tail is necessary for a "transom" stern single propeller vessel, but this feature tends to reduce the propulsive efficiency of the vessel.
Essentially, the invention is to provide stern sections which proourent "butt lines" with a soft profile, which prevents flow separation and decreases the value of the "wake fraction". In addition, it allows the propeller to be placed further forward and away from the flow disturbance normally produced by the hull. Thus, the thrust deduction is reduced and this, combined with the reduction in "wake fraction", makes it possible to propel a fully-formed vessel very efficiently.
To allow the helio to be placed further forward and are away from the hull, two spacers arranged in a V / aus-
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hanging vertically at the ooque, the rear end.
These struts have a load-bearing wing section and form an appropriate angle with the longitudinal axis of the ship, in order to present the minimum obstacle to the flow of water towards the propeller. The spacers are cast in one piece with a hub in which the propeller shaft bearing is installed. A vertical strut descends from this hub to a level slightly above the base line of the vessel, where it is rounded and runs horizontally aft to form what is called a " sole ", which connects the bottom of the vertical spacer to the bottom of the sternpost.
The upper end of the sternpost is fixed to the hold ceiling, within the limits of the stern "tran- som". The propeller shaft is joined to the first intermediate shaft length which is disposed and supported outside the hull. This arrangement makes it possible, in dry dock, to remove the propeller shaft directly. The second intermediate shaft length is supported in a conventional stern tube structure and is housed inside the stern structure of the ship. This tree is equipped with a detachable coupling which allows the tree to be removed directly from the side of the dry dock.
The main object of the invention is to improve the "wake" and "thrust deduction" characteristics of autonomous propulsion in a solid shaped hull.
In addition, a simplification in the construction of the vessel at its aft end is achieved at the same time as a reduction in the costs of construction and maintenance.
If the wake is improved with this stern structure, it is because the buttocks lines follow.
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a relatively gentle curve and that the water flow is through diagonal planes along the surface of the hull form at the aft end.
If the propeller's thrust deduction characteristics are improved, it is because the propeller can be placed further forward with this stern structure than with any other currently in use. In addition, the incidence of vibration printed to the hull by the propeller is reduced by the fact that the propeller is placed further from the hull.
This arrangement also allows the propeller shaft to be removed directly from the side of the dry dock and greatly facilitates repairs. With an ordinary stern, the propeller shaft of a single-propeller ship has to be removed inwardly of the ship and then removed, which requires considerable labor.
The new stern section structure also makes it possible to assign a much higher prismatic coefficient to the rear of a solid hull without reducing propulsion efficiency. This means that for a given system of physical guiding dimensions, the displacement, and therefore the cargo capacity of the vessel, can be increased without the propulsion efficiency being affected.
These objects as well as other objects of the invention will appear in the detailed description below and in the accompanying drawings, in which, Figure 1 is a profile of the stern of a ship according to the invention, showing the new assembly of the propeller and the shaft line; FIG. 2 is a half-section of the rear of the hull, taken at the torques indicated in FIG. 1; Figure 3 is a view from below of the stern of the hull of Figure 1, but showing the water lines
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newt in line with the stern; FIG. 4 is a view from below on a larger scale showing the propeller, the shaft line. and the gouveraail;
FIG. 5 is a longitudinal section on the axis of the stern tube according to the invention; Figure 6 is a view from below of the fair water cone attached to the aft end of the stern tube; Figure 7 is a cross section of the fair water cone attached to the aft end of the stern tube, facing line 7-7 of Figure 5; Figure 8 is a cross section of the stern tube taken along line 8-8 of Figure 5; Figure 9 is a longitudinal section of the hub which is suspended by the spacers. V-shaped and which houses the propeller shaft bearing;
Figure 10 is a cross section of the V-braces from which is suspended the hub which houses the propeller shaft bearing; Figure 11 illustrates how the "pal @ e" at the top end of the Y struts are attached to the longitudinal beams inside the hull, all viewed along line 11-11 of Figure 10; FIG. 12 is a view similar to FIG. 1 but showing the profile of a ship of the usual type having a solid stern; Figure 13 is a half section of the stern of the uauel type vessel of Figure 12; Figure 14 is a graph of speed and shaft power of a 71,350 ton vessel having a stern structure according to the invention;
Figure 15 is a graph of speed and shaft power of a 60,442 ton vessel having an atruo- '
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full torso stern ture, of the type shown in Figures 12 and 13.
Reference will now be made to the drawings and in particular to Figures 1 to 4; the stern sections of the hull were designed to complement the bow of the vessel designed according to the principles set out in Canadian patent application No. 855,587 filed August 9, 1962 in the name of the applicant. However, it is understood that the type of stern described below can be used advantageously with any other type of front hull structure.
In Figure 1, the buttocks lines 6 are drawn individually to define the surface of the hull along longitudinal lines spaced outwardly with respect to the axis of the vessel, at the distances indicated on each buttock line and corresponding at the transverse spacing shown in Figure 2.
These / buttocks lines 6, including the longitudinal axis 7 at the surface of the hull, describe a long curve forwards and downwards starting from the center line of the stern at 8, above the line waterline at 12 m, aft of berth # 1, to the front of berth # 6, lines 6 extending forward for a distance equal to at least two and a half times the height of the waterline - season fully loaded and above the ship's baseline.
The waterlines 2 at the surface of the hull are shown in figure 3. These lines .2 combined with the butt lines 6 define a hull surface which presents a rounded and elongated curve starting from the maximum section of the full body. forward of berth # 8 to arrive at the aft end of the vessel, above the waterline 12 m aft of berth # 1.
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The cross-sectional lines 10, taken at positions 1 to 8, are shown in Figure 2. The surface contour curves 11 of the rear section of the hull 3. are taken in diagonal planes 12. Note that these curved surface contours 11, drawn in diagonal plana as shown in FIG. 2, coincide exactly with the respective diagonals 12. This ensures a very satisfactory flow of water towards the propeller.
The surface of the rear aeotion of the shell 5, defined by the line 6, 9 and 10 of the figures. 1, 2 and 3, provides a considerable open area between baseline 13 and the surface of the hull below the stern. This large open area is used for a new propeller mount which allows the propeller to be placed much further aft and away from the adjacent hull surface than is possible with an ordinary structural stern like the one. in figure 12.
The new propeller mounting system is shown in outline in Figures 1, 2 and 3 and in detail in Figures 9 and 10, and is suspended from the lower portion of the stern portion of the propeller. the hull, forward and away from the adjacent forward and downward curved surface.
The propeller 20 is mounted on the relatively short propeller shaft 21. which is itself supported by a bearing 22 located in the hub suspended from two vertical spacers 24 arranged in a V and fixed at the lower levels: 25 , within the limits of the stern "transom". Spacers
24 have a load-bearing wing section, their major axis being directed longitudinally with respect to the ship, and form an appropriate angle with the longitudinal axis of the ship so as to present the minimum obstacle to the flow of water. water to the propeller.
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A 3µ vertical spacer, also with a 4 "load-bearing wing, projects downwards from the hub 23,
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in line with the ship, up to a short distance from the 11en ': 1 ba .. 11 from the ship. The lower xirú1t 'of this entry, rod 26 is rounded at its front edge and *' advances towards the rear in 2 for and join at the end 1nt '. upper end of sternpost 28. The upper end of lldt bot 28 is attached to the lower levels within the limits of the "transom" stern in a manner similar to the struts in
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The rudder 2, this mowing on the itabot in a well-known manner and is powered by a steering device, not shown, from inside the ship.
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The upper palae ends of the struts 24 protrude through openings in the hull planking 31 and are riveted to longitudinal beams 34. The planking opening is sealed by plates. inserts welded 32. The entire structure located inside the ship's hull is fixed to beams. adjacent cross sections to ensure absolute rigidity of the propeller mount.
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It mounts the line of shafts inside the ship, connecting the machine to the propeller gg, bed made up p # a stern tube mounted in the transverse beams 36 and fixed to the transverse beam 37 and to the central longitudinal beam 8 by the base 39 directed upwards. The aft end 40 of the stern tube 35 protrudes outward
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of ooque 2 in the way shown in the figure. 5 @% 6.
The second intermediate shaft he climbed clan. the
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a01.tî (fI! (... "the first tree iatoraéàia1r0 is aoup1éè / li and to the propeller shaft 2, and, when it is .J
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uncoupled, it makes it possible to remove the propeller shaft 21 from its bearing 22 forward and to withdraw it directly from the side of the dry dock.
Likewise, when the shaft 42 is uncoupled, the shaft 41 can be removed from the stern tube 35, directly aft and towards the dry dock *
A fair water cone 43 surrounds the portion of the stern tube which protrudes outside the hull 3. while a fair water cone 44 encloses the aft end of the stern tube 35 and the coupling 45 which connects the shafts il and 42 to each other. A hull closure plate
46 is located immediately above cone 44 so as to permanently plug void 48 in the hull where the aft end of the stern tube passes through the plating.
Both the cone 44 and the water bowl plate 47 are removable and are secured in place at the end of the stern tube by suitable brass screws.
A cone is attached to the front end of the propeller hub and encloses the front end of the bearing
22 and the coupling 50 which connects the propeller shaft 21 to the intermediate shaft 42.
The open-type stern frame structure, described above, is strong enough to support the propeller shaft 21 and rudder 29 while the ship is at sea, and also serves as a support for the propeller shaft 21 and rudder 29. the end overhanging the stern when the vessel is in dry dock.
The structure of this open type of ladder frame is also one of the salient features of the invention and the resulting advantages are listed below:
1) It allows the propeller to be placed further away from the hull, as seen in figure 1, and as a result, the flow of water towards the propeller is less impeded than it would be.
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normally with a usual stern, as shown in Fig. 12. The double curvature of the buttocks lines in Fig. 12 should be especially noted, as this caraoteria results in poor performance on solid hull forms. , with the usual type of stern.
The vibrations communicated to the hull by the propeller are also felt more on a solid hull with a stern structure like that of Figure 12.
2) With this new stern frame structure, a relatively short propeller shaft can be provided and when it is necessary to inspect the bearing supported by the
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V-shaped spacer, the propeller shaft can be directly removed from the oeohe shim after removing a short section of the countershaft 42 as shown in Figure 1. With an arrangement like that in Figure 12, the propeller shaft would have to be removed inwardly of the vessel and, for repairs to be made, it would have to be removed from the engine room by means of a A quay crane, through the engine room latticework, or through a hole to cut in the hull of the ship - all of this requires expense and time.
3) Unlike the body sections of an ordinary ship with lines like those in Figure 13, the planking does not need to be heated and shaped along the transverse contour of the stern frame, and partly - culier in alignment with the hub. The upper ends of the V-struts, 24, and of the sternpost 28 pass simply through openings provided in the planking to allow the attachment of their ends 30 to longitudinal beams located inside the coquo. The openings are then sealed by welding insert plates 32 around the outline of each V-shaped spacer and the outline
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of the sternpost in order to make the hull etanohe.
In order to establish that this new boom structure considerably increases the propulsion efficiency of a ship, the inventors carried out resistance and propulsion tests at the laboratory of the National Reaearoh Council, Ottawa (Canada). The results of these tests are shown in figure 14. The model tested represents a vessel 227 m long and 31.7 m wide, loaded to a draft of 11.7 m. The displacement is 72,400 t. It should be noted that to reach a speed of 17 knots, you need a shaft power of 17,800 ohms.
The front section of the tested model had a bulb on the ringlan, according to the details contained in the patent application cited above.
FIG. 15 shows the results of the resistance and propulsion tests carried out on a model representing a vessel 216 a long and 30.2 m wide, loaded up to a draft of 10.8 m.
The displacement is 61,300 t. It should be noted that to achieve a speed of 17 knots, a shaft power of 19,800 hp is required. This vessel has a bulb on the ringlan according to the details contained in the patent already cited, but the stern sections are of usual structure, similar to what shown in Figures 12 and 13.
The conclusion to be drawn from this comparison is that the new stern structure according to the invention enables the large vessel to be propelled at 17 knots, the tonnage of which exceeds 11,100 t. that of the smaller vessel, with a lower power demand of 2000 oh than that which is necessary for the small vessel =
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Summary of the advantages and original features of the new open stern structure according to the invention.
1) The geometry of the rear sections assures the obtaining of gifted buttocks lines and this fact, together with the fact that the curvature of surface contours traced in diagonal planes as shown in figure 2 coincide exactly with the diagonal respective. There is a very satisfactory flow of water towards the propeller. The tests in a carina tank have shown that the "wake fraction" is notably lower, in a vessel with this type of stern, than in the case of a stern of the traditional type.
2) The prismatic coefficient of the stern of a ship can be increased with this stern structure, oc which makes it possible to design a ship with a much higher block coefficient, without excessively increasing the resistance to propulsion. This means that for a given system of guiding physical dimensions and construction cost, it is possible to carry a higher deadweight on the ship for a given draft with this original stern structure.
3) The geometry adopted for the rear sections allows the torques and the edging of this part of the hull to be built more quickly, which leads to a reduction in the cost of construction. In addition, the vessel has a greater width at its aft end, at a level where the main propelling machine is installed in ships such as tankers and bulk cargo vessels, where the machine is installed at the rear end.
4) The open stern frame structure, described here and which forms an integral part of the invention, in association with the geometry adopted for the bow sections.
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rière described above, allows the propeller to be placed further back than on a ship with traditional rear sections and a usual stern frame. the tests in the hull basin have confirmed the fact that we have placed a propeller further back and consequently further from the arrival segments of the hull which impede the free flow of water towards the propeller, this greatly decreases the "push deduction fraction".
The decrease in "thrust deduction fraction" is represented by a net gain in the vessel's "propulsion efficiency".
5) The open stern frame also allows the propeller and propeller shaft of a ship equipped with a single propeller to be easily removed from the side of the dry dock, for repairs or maintenance, while that on a ship of a similar type but with traditional stern body segments, the helio shaft must be removed towards the inside of the hull from where it must be removed by means of a crane through the open track of the engine room or through a hole specially provided for this purpose in the edge of the hull. This is a very long and costly operation.
6) With the open stern structure, together with the geometry of the rear body sections according to the invention, the impact of vibrations communicated to the hull by the propeller is eliminated, thanks to the greater distance between the propeller and the body sections in front of it.
7) The free flow of water in diagonal planes along the surface of the rear body ensures a more uniform ailla-age in which the propeller operates. As a result, the high torque and thrust variations produced in the propeller by the relatively disturbed water flow which occurs in a vessel with traditional stern body sections are eliminated.