NO175199B - - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører et flerskrogfartøy med to slanke, symmetrisk plasserte skrog med tilordnede neddykkede tverrvinger eller foiler som under fart vil bidra til bestemmelse av fartøyets dypgående, trim og bevegelse i alle seks frihetsgrader, idet vingene er plassert i avstand under kjølplanet ved hjelp av nedragende stag, og skrogene akterut er tilordnet en felles aktre vinge, som bæres av et nedragende akterstag fra hvert skrog.

En rivende utvikling innen hele området hurtigbåter, dvs. enkeltskrogbåter, hydrofoil-båter, katamaraner, luftpute-båter, luftputekatamaraner osv., både for sivilt og militært bruk, har aksentuert behovet for høyere fart og forbedrede sjøgående egenskaper.

Hurtigbåter av den type som er nevnt foran, har en fart på minst 25 knop og en lengde på minst 20 m.

Et fartøy som beveger seg i vann utsettes for friksjons-motstand ved den våte overflaten under vannlinjen. Ved økende fartøyshastighet øker den friksjon som skrogets bevegelse gjennom vannet gir, helt til man når en grense hvor frik-sjonskreftene vil sette en praktisk grense for oppnåelse av en høyere hastighet. Propulsjonsenergien for fartøyet øker tilsvarende.

En annen viktig faktor i tillegg til hastigheten som påvirker fartøyets effektivitet, er fartøyets evne til å bibeholde den såkalte trim. Trim er den tilstand som fartøyet er beregnet til å innta når det ligger rolig. For fortrengningsfartøy vil dette variere i sterk grad med fartøyets hastighet gjennom vannet. Det er av praktiske grunner hensiktsmessig at dekk, utstyr etc. bibeholder stort sett samme forhold til horison-talen både når fartøyet ligger rolig og er underveis.

Stadig økende krav om høyere fart også for større båter har ført til en utvikling av mer eller mindre planende skrog. Planende skrog egner seg i praksis imidlertid bare for relativt små fartøy. De planende flater på skroget vil bevirke at fartøyet løfter seg i vannet når hastigheten øker. Det våte overflateareal reduseres og derved reduseres også friksjonsmotstanden. Det kan her dreie seg om en ganske vesentlig reduksjon i motstand. Det vil imidlertid alltid bli igjen en vesentlig våt flateandel, med tilhørende motstand, og trimbegrensninger vil også spille inn her i negativ retning. Når hastigheten øker vil også det strømmende vann langs selv meget strømlinjeformede planende flater under-kastes friksjon. Friksjonen øker med hastigheten og vil føre til begrensninger i hvor store hastigheter som kan oppnås. Den største ulempen med planende fartøyer er imidlertid det trykk som oppstår under bunnen i sjøgang, dette trykket kan bli meget høyt og vil føre til kraftige bevegelser i fartøyet. Under særlig ugunstige tilfeller kan det også føre til skader på selve skroget.

I de senere tiår har særlig utviklingen av hydrofoilbåter og katamaraner skutt fart. Hydrofoilbåter er kjennetegnet ved at de er forsynt med bærevinger, på samme måte som fly, hvilke bærevinger vil gi en løftekraft når de beveges gjennom vannet, slik at derved selve båtskroget til slutt løftes opp fra vannflaten og hydrofoilbåten så under sin marsjhastighet "flyr" over vannflaten.

Flerskrogfartøy, eksempelvis katamaraner, bygger på den idé at hvert av skrogene kan utformes under hensyntagen til de hydrodynamiske forhold som er viktige, mens de hydrostatiske hensyn kan ivaretas ved en hensiktsmessig separasjon av skrogene. Denne muligheten er ikke tilstede for enkeltskrog da de hydrodynamiske og hydrostatiske forhold må ivaretas av det samme skrog, slik at det oppstår konflikter i valg av hovedparametre. Tunnelen mellom katamaranskrogene har også vært tilstrebet brukt for å gi en viss løftekraft, under utnyttelse av den luftstrøm som presses gjennom tunnelen når katamaranen er i fart. En vesentlig fordel med f lerskrogfar-tøy er deres store stabilitet.

Det er bare naturlig at man under den videre utvikling har foreslått forskjellige kombinasjoner av hydrofoilbåter og katamaraner, altså fartøy med katamaranskrog med tilordnede neddykkede fremre og aktre tverrvinger som under fart bestemmer fartøyets dypgående og trim. Man har her ønsket å kunnet kombinere katamaranens glimrende stabilitetsegenskaper med hydrofoilteknikken, slik at under fart katamaranskrogene løftes opp fra vannet, slik at hydrofoilkatamaranen altså skal "fly" over vannflaten, og ved lavere hastigheter henholdsvis full stopp skal oppføre seg som en vanlig katamaran.

Den høyere fart som en hydrofoil-katamaran vil kunne operere med, gir imidlertid opphav til en del problemer, både av driftsmessig og konstruktiv art, hvilket vil bli nærmere belyst nedenfor.

Ifølge oppfinnelsen foreslås det derfor et flerskrogfartøy, med to slanke, symmetrisk plasserte skrog med tilordnede neddykkede tverrvinger eller foiler som under fart vil bidra til bestemmelse av fartøyets dypgående, trim og bevegelse i alle seks frihetsgrader, idet vingene er plassert i avstand under kjølplanet ved hjelp av nedragende stag, og skrogene akterut er tilordnet en felles aktre vinge, som bæres av et nedragende akterstag fra hvert skrog, kjennetegnet ved at hvert av de nevnte skrog er tilordnet en separat fremre vinge ved hjelp av et respektivt fra skrogets nedragende, styrt begrenset om en vertikal akse svingbart stag, og ved at hver av de separate fremre vinger og den aktre vinge har aktuatorbetjente klaffer.

Fra US-PS 2.696.796 er det kjent en katamaran med en felles vinge akterut og en felles vinge forut. Disse vinger bæres av respektive stag som rager ned fra bunnen av enkeltskrogene. Man finner her ikke de ifølge foreliggende oppfinnelsen vesentlige separate vinger med tilhørende separate stag, som rager ned fra hvert enkelt skrog, med "begrenset svingbarhet, som muliggjør en fordelaktig kurvekjøring.

Fra US-PS 2.709.979 er det kjent en fartøysutførelse tilsvarende den som fremgår av US-PS 2.696.796.

US-PS 3.149.601 viser en katamaran med fremre og aktre vinger, båret av stag fra enkeltskrog, altså en fartøysut-førelse tilsvarende den som er vist og beskrevet i de to foran nevnte US-patentskrifter.

US-PS 3.745.959 viser og beskriver en mer klassisk hydrofoil. Det dreier seg om et fartøy med skrog og med nedragende stag som bærer respektive vinger foran og akterut. Stagene kan svinges opp, men de kan ikke dreies om de respektive stagakser.

Fra US-PS 3.871.317 er det kjent et fartøy med vinger, men man gjenfinner ikke de for oppfinnelsen vesentlige trekk, med tilhørende fordeler.

US-PS 3.910.216 viser et konvensjonelt hydrofoilfartøy med fremre og aktre vinger. Forut har man et enkelt stag, som rager ned fra det enhetlige skrog, men dette stag kan ikke dreies.

US-PS 4.926.773 viser et spesielt fartøy med et sentralt plassert stag som kan dreies noe, og således kan gi en viss rorvirkning.

Både teori og forsøk har vist at det er gunstig med mindre aspektforhold (forholdet mellom en vinges lengde og korde) for forre bæreflater da dette medfører at en gitt trimvinkel gir større løftekrefter på aktre vinge enn på forre, og således bidrar til å redusere denne trimvinkel. Ved å dele den forre bæreflate opp i to deler, blir denne fordel ytterligere aksentuert. Disse kan realiseres som to selvsten-dige bæreflater eller vinger, båret av hvert sitt begrenset dreibare stag. De separate stag med tilhørende bærevinge vil på fordelaktig måte kunne oppta belastninger, ikke bare fra eventuell påkjørsel av flytende gjenstander, men også belastninger fra sjøen og aksellerasjonskrefter. Et normalt vinkelutslag vil være i størrelsesorden ±5° og maksimalt ± 10°, da med støtdempende virkning, nettopp for å kunne oppta varierende belastninger. Ved normal operasjon vil de nevnte 5° ikke overskrides. I virkeligheten vil de fremre stag virke som fremre ror. I og for seg bringer slike fremre ror en ustabilitet inn i systemet, men ved at de er styrt svingbare, vil man på fordelaktig måte bringe disse fremre ror inn i fartøyets totale balansesystem og således oppnå gunstig rorvirkning.

Den styrte begrensede svingebevegelse av de fremre stag kan også på fordelaktig måte utnyttes ved fart i kurver, og således ikke bare være gunstige for fartøyets balanseproble-matikk i rett linje. Det nye fartøy kjøres fordelaktig i kurver ved at man kombinerer rulling og ror, altså gir båten rull for å gi den sving.

Svingradius kan reduseres betraktelig fordi de forre stagene er svingbare. Bruk av separate fremre vinger, knyttet til hvert sitt skrog, løser et styrkemessig problem, idet globale vridningskrefter ikke vil overføres til de slanke, hydrodyna-misk utformede stag og vinger. En spesiell fordel med to separate stag og vinger er at ved et eventuelt havari i den ene stag/vinge-enhet, vil fartøyet kunne opprettholde sin stilling og således "fly på tre punkter". Korte stag medfører dessuten reduserte belastninger.

For fartøy av den type man her taler om, som opererer med stor fart, er det viktig å kunne kontrollere vertikalbeveg-elsen. Dette oppnår man på fordelaktig måte med den aktre felles bæreflate eller vinge, som tjener til å påvirke/regulere løftet akterut. Aktuatorbetjente vingeklaffer på aktre vinge vil bedre vingens virkemåte. Samtidig vil den felles aktre bæreflate på gunstig måte gi en sikring mot den fryktede om enn overdrevne fare for frahverandre-brekking av skrogene, en fare som i den grad den foreligger, gjør seg mest gjeldende nettopp akterut.

Ever av de separate fremre vinger har en aktuatorbetjent (styrt) klaff. Man kan derved på fordelaktig måte påvirke de fremre vingers løftevirkning og vil kunne redusere den hydrodynamiske motstand og oppnå øket rulle- og stampings-stabilitet. Vingeklaffer såvel forut som akterut vil i sterk grad bedre fartøyets bevegelser i sjøgang. Fordelaktig kan aktuatorene være plassert i overgangen mellom stag og vinge.

(Kortere og gunstigere overføringsvei for kreftene).

Under marsjfart er det beregnet at fartøyets skrog vil være løftet opp og befinne seg like over den uforstyrrede vann-flate. Propulsjonen kan i denne forbindelse gjennomføres ved hjelp av vannjet-aggregater, med gunstig virkningsgrad, med vannjet-inntakene plassert i de respektive nederste neddykkede partier av akterstagene. Disse akterstag kan være foroverrettet, dvs. at de skrår nedover og fremover i vannet. Kombinasjonen av vannkanal i staget med strømningsmessig gunstig utforming i staget, muliggjøres fordi fartøyet ifølge de spesielle forannevnte trekk, kan bevege seg lavt over vannflaten. Man oppnår derved at faren for innsuging av luft under operasjonen i sjøgang reduseres tilnærmet til null, fordi vanninntakene ligger så dypt som mulig nede i sjøen, samtidig som den foroverrettede utforming av stagene gir gunstig vannstrøm, med minimal hastighetsforandring fra inntak til vannjet-utløp.

Oppfinnelsen og dens fordeler skal forklares nærmere under henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser et sideriss av en katamaran ifølge

oppf innelsen,

fig. 2 viser katamaranen i fig. 1 sett forfra, fig. 3 viser katamaranen sett bakfra,

fig. 4 viser et grunnriss av en overgangsramme, fig. 5 viser et skjematisk utsnitt av et akter-skrogparti, hvor overgangsrammen i fig. 4

er plassert, og

fig. 6 viser et skjematisk snitt etter linjen VI-VI i fig. 1.

Den i fig. 1-3 viste katamaran har to katamaranskrog 1,2 som strekker seg ned fra en midtre, felles skrogbrodel 3. Hvert av katamaranskrogene 1,2 er utformet med en skarp, spiss baug og vannlinjene er meget slanke og med høy bunnreis-vinkel, særlig i den forreste del av hvert skrog.

Hvert skrog 1,2 er forut tilordnet en separat tverrsymmetrisk fremre vinge 4,5 ved hjelp av et respektivt nedragende stag 6,7. Hvert slikt stag 6,7 er på egnet måte (ikke vist) svingbart opplagret om en vertikal akse og hvert stag er i denne forbindelse tilknyttet en egen aktuator 8. Aktuatoren er utlagt slik at den ved normal operasjon vil kunne gi det tilordnede stag 6 eller 7 en styrt svingebevegelse på ± 5° om den nevnte vertikale akse, med samtidig mulighet for demping av en eksternt forårsaket svingebevegelse av staget over et vinkelområde på ± 10°.

Hver av de fremre bærevinger 4,5 har en i akterkant anordnet trimklaff 9. For styrt bevegelse av klaffen 9 er det i stagets nedre del plassert en ikke nærmere vist aktuator i et hus 10 som utgjør den nedre delen av det respektive stag 6 henholdsvis 7. Hver bærevinge 4,5 er tverrsymmetrisk om det langsgående senterplan gjennom hvert av de tilordnede stag 6,7 og har en utstrekning i bredden lik B. Se også det skjematiske tverrsnitt i fig. 6.

Hvert skrog 1,2 er akterut tilordnet en felles aktre vinge 11, som bæres av et nedragende stag 12,13 fra hvert skrog 1,2, og som også har styrte vingeklaffer, som nevnt ovenfor for de fremre vinger. De to akterstag 12,13 er som vist utformet slik at de skrår nedover og fremover. Denne utformingen er valgt fordi hvert akterstag 12,13 i tillegg til stagfunksjonen også utnyttes på fordelaktig måte som vannjet-inntak. I det respektive nederste neddykkede parti av hvert akterstag 12,13 er det således utformet et vannjet-inntak 14 hvorigjennom vannet kan strømme gjennom en jevnt krummet ledekanal 15 i staget og opp til et respektivt vannjet-aggregat 16 i akterenden. Vannjet-aggregatet 16 er utformet på i og for seg kjent måte og innbefatter således et pumpehjul med tilknyttet effektkilde 17.

Hvert akterstag 12,13 er innfestet i det tilordnede skrog 1 henholdsvis 2 via en overgangsramme 18. I utførelseseksempel-et er katamaranskrogene 1,2 av aluminium. Akterstagene 12,13 (såvel som de fremre separate bærevingestag 6,7) er av stål og innfestingen av akterstagene i det respektive skrog lettes vesentlig ved bruk av en slik overgangsramme, se i tillegg til fig. 1 også fig. 4 og 5. Overgangsrammen er av stål og er innfestet i skroget 1 (fig. 5) med mellomlegg av et egnet mellomlegg/utjevningsmateriale 19. Akterstaget 13 er likeledes av stål og er festet til overgangsrammen. Denne overgangsramme 18 vil på en utmerket måte løse innfest-ings/tilpassingsproblemet mellom skrog og akterstag. Overgangsrammen utformes naturligvis med en egnet åpning 20 tilpasset vannstrømningsløpet 15 i akterstaget 13, for føring av vann gjennom vannjet-propulsjonssystemet.

I fig. 1 er katamaranens vannlinje VL og basislinje BL inntegnet. Man ser at når katamaranen ligger stille vil dens vannlinje være VL. Ved start og etter hvert økende fart vil katamaranskrogene 1,2 løfte seg opp og til slutt gå helt fri, dvs. ligge over den uforstyrrede vannlinje, noe under basislinjen BL. Hvert av skrogene 1,2 er i den aktre del forsynt med tverrtrinn 21,22 som vil være gunstige i forbindelse med skrogenes nødvendige overgang mellom deplasementstilling og flyvestilling, og som derfor vil bevirke en mer entydig bruk av kontrollkreftene. Både under opptur og nedtur vil trinnene 21,22 bidra til å gi myke overganger med hensyn til oppdrift/løft.

Oppfinnelsen er foran vist og beskrevet som en katamaran. Katamaranutførelsen anses som den beste praktiske utførelse, men oppfinnelsen kan selvsagt også realiseres med f.eks. tre skrog, dvs. med et sentralt tredje skrog. Som antydet med stiplet linje i fig. 3 kan den aktre vinge ha et ekstra sentralt stag.

Claims (2)

1. Flerskrogfartøy, med to slanke, symmetrisk plasserte skrog (1,2) med tilordnede neddykkede tverrvinger eller foiler (4,5,11) som under fart vil bidra til bestemmelse av fartøyets dypgående, trim og bevegelse i alle seks frihetsgrader, idet vingene (4,5,11) er plassert i avstand under kjølplanet (BL) ved hjelp av nedragende stag (6,7,12,13), og skrogene (1,2) akterut er tilordnet en felles aktre vinge (11), som bæres av et nedragende akterstag (12,13) fra hvert skrog, karakterisert ved at hvert av de nevnte skrog (1,2) er tilordnet en separat fremre vinge (4,5) ved hjelp av et respektivt fra skrogets nedragende, styrt begrenset om en vertikal akse svingbart stag (6,7), og ved at hver av de separate fremre vinger (4,5) og den aktre vinge har aktuatorbetjente (8) klaffer (9).

2. Flerskrogfartøy ifølge krav 1, karakterisert ved at aktuatorene (8) for klaffene på de separate fremre vinger er plassert i overgangen mellom stag og vinge.