NO885191L - Planende katamaran. - Google Patents

Abstract

En hurtiggående planende katamaran omfatter skrog som hvert har en planende kanarflate (6) godt foran katamaranens tyngdepunkt og en planende hovedflate (4) aktenfor og nærmere tyngdepunktet. " Ved planlngs-hastigheter vil kanarflaten (6) etterlate en renne (8, 9) 1 vannet som stort sett omgir skrogdelen aktenfor kanarflaten (6). Den planende hovedflate (4) rir på vannet mellom skrogene, men utenfor rennene (8, 9). Innfallsvinkelen for alle flater kan være stillbar og dette gjelder også de vertikale stillinger og. tverrstllllnger av propellen (12) for hvert skrog.

Description

Foreliggende oppfinnelse er en forbedring av planende katamaranbåter av den type som er beskrevet i US-PS

3.709.179. Årsaken til at denne type båter beveger seg rolig i bølger, er at de ikke har større planende bunnflate enn det som er nødvendig for å bære båtens vekt ved marsjfart, i kombinasjon med stort sett vertikale sider. Når en bølge passerer, blir båten utsatt for meget liten vertikal kraft.

Tidlige modeller så som de som er beskrevet i US-PS 3.709.179 var konstruert for forholdsvis høy hastighet i forhold til størrelsen, d.v.s. at de skulle arbeide ved et høyt Froude-tall. Man har senere ønsket å gjøre en slik båt større, men uten tilsvarende hastighetsøkning, d.v.s. at den større båt skal arbeide ved et lavere Froude-tall.

I almindelighet ville dette medføre en forandring av formen. Skrogene ville bli bredere ved akterenden for å gi større planingsflate. Dette har den ulempe at man øker båtens vannplaningsareal og dermed følsomhet overfor bølger. Det ville være bedre å holde formen nærmere opp til den opp-rinnelige, mens man øker planingsflaten på en annen måte.

Man hadde også vanskeligheter med de tidligere båter. De var uheldig følsomme overfor trimmemomenter uansett hvilken årsak disse hadde, selv ved planing. For eksempel trimmet de baugen for høyt opp i sterk motvind og de tålte ikke selv små forskyvninger av vekter forover og akterover. I rolig vann kunne de noen ganger stampe plutselig.

Foreliggende oppfinnelse omhandler de detaljer som er nevnt ovenfor og fører til en ytterligere viktig forbedring.

En hensikt med oppfinnelsen er derfor å sette en katamaran med mindre vannplane arealer enn vanlig istand til å plane ved moderate hastigheter uten tap av nyttelast eller den rolige seglekarakter denne båttype har.

En annen hensikt med oppfinnelsen er å gjøre slike katamaraner mindre følsomme under planing, og for lagsgående bevegelser av vekt og overfor trimmemomenter som har andre årsaker.

Nok en hensikt med oppfinnelsen er å gjøre det lettere å undertrykke plutselig stamping i planende katamaraner.

Ennu en hensikt med oppfinnelsen er å forbedre virknings-graden for planende katamaraner med små vannplane arealer ved å redusere motstanden ved jevne marsjhastigheter.

Behovet for mer planende overflatearealer blir dekket, ikke ved å utvide skrogene, men istedet ved å sørge for en spesiell vingelignende planeflate nær tyngdepunktet, der planeflaten strekker seg over rommet mellom skrogene i flukt med skrogenes bunner. Denne flate er neddykket når katamaranen står stille. Idet båten begynner å bevege seg og nærmer seg planingshastigheter, vil planingsflaten først virke som en hydrofoil som løfter båten og hjelper den opp i planingsstilling.

Den ønskede stivhet mot stamping skapes av en egen planeflate under hver baug, der hver slik flate ligger under det generelle nivå for skrogets bunn. Disse baugflater skaper også motstand mot kast som er en plutselig stampebevegelse ett-trinns planende skrog er utsatt for, noe som gjør det vanskelig å håndtere dem.

De deler som er nevnt er kombinert på en måte som virker meget heldig inn på båtens egenskaper: Ved de marsjhastigheter det tas sikte på her, over et lengde Froud tall på 1,0 etterlater baugens planingsflater et par spor i vannet som er noe lenger enn båten. Hovedplaningsflaten som ligger godt akterut, rir på overflaten av vannet mellom disse spor. Understøttet på denne måte, bærer hovedflaten akterendene av skrogene så godt som klar av vannet. Akterendene kan anordnes slik at propellnavene likeledes kommer klar av vannet, inne i de hulrom som etterlates av planingsflåtene i baugen.

Ved jevne marsjhastigheter er de eneste deler av båten som er i kontakt med vannet, planingsflåtene ved baugen, hovedplaningsflaten (men ikke dennes ytterender), propellbladene (men ikke propellnavene) og enten rorene eller de nedre finner ved de nedre ender av utenbordsmotorene. Man har da ikke særlig slepemotstand. Videre har hovedplaningsflåtene som bærer størstedelen av vekten en form som har spesielt liten slepemotstand, bred på tvers av båten og ikke lenger forut og akterut enn nødvendig for å bære den maksimale beregnede last. Fig. 1 viser en katamaranbåt som innbefatter foreliggende oppfinnelse, sett mot baugen. Den venstre side på tegningen (styrbord side av båten) viser hele båten uten vann. På den høyre side er en canard styreflate fjernet fra den nedre ende av baugen, slik at formen på vannet nær akterenden kan vises. Fremdrifts-og styremidler som er vanlige, er ikke vist. Fig. 2 viser et snitt gjennom båtens midtplan, midtveis mellom skrogene, som vist ved "2-2" på fig. 1 og 3. Skrogets indre er ikke vist. Planingsflåtene fremkommer i profil eller lengdesnitt. Styre-og fremdriftsmidler er vist i form av to Arneson aggregater, men et hvilket som helst system kan benyttes istedet.

På fig. 3 er bunnen av båten vist, sett nedenfra. Alle planingsflater er vist med fulle arealer.

På alle figurer er trekk som ikke er innbefattet i oppfinnelsen vanlige og mange er utelatt. Figurene 2 og 3 er tegnet i samme målestokk som er halvparten av målestokken på fig. 1.

Utførelsesformen på figurene 1, 2 og 3 er en kombinasjon av

de to skrog og forbindelseskonstruksjonen som gjør katamaranen til en samlet enhet 1.

En båt ifølge foreliggende oppfinnelse kunne også ha andre former. For eksempel kan oppfinnelsen godt anvendes på en annen felles form for katamaran, der de to skrog og forbindelseskonstruksjonen er gjengitt I tydelig avstand fra hverandre.

Også en ettskrogsbåt kan bygges ifølge oppfinnelsen, men det ville kreve en hovedplaningsflate 4 som skulle være symmetrisk med skroget med begge ender stikkende ut. Ved gearing, for eksempel i en sving, vil det være fare for at båten tipper over den ytre ende og kullseiler, noe man da måtte ta hensyn til. De utstikkende ender av flaten 4 vil også være uhensiktsmessige når et skrog på båten lå langs en brygge eller en annen båt.

De viktige trekk ved oppfinnelsen finnes fra omtrent den statiske vannlinje og ned. Oppfinnelsen er anvendt på hvert skrog i katamaranen for seg.

Hver side av enheten 1 danner et skrog av den planende type. Hvert skrog har et hovedtrinn 2, ikke langt bak fartøyets tyngdepunkt og et trinn forut eller kanartrinn 3 godt foran tyngdepunktet.

En hovedplaningsflate 4 ligger over rommet mellom skrogene hovedsaklig ved de nederste ender av paret av trinn 2. Under planing vil denne hovedflate bære størstedelen av båtens vekt.

Foran trinnet 3 er et lite stykke av bunnen 5 i virkeligheten utvidet med en stillbar planende kanarflate 6. Angrepsvinkelen mellom flatene 6 og den passerende strøm kan justeres ved at de svinges rundt aksen 7. De akseler som flatene 6 er montert på, er ikke synlige, idet de vil ligge nesten fullstendig inne i den ene eller annen av flatene 6 eller de nedre ender av skrogene like over flatene 5. Midlene for justering ved rotasjon er ikke uvanlige, idet en hvilken som helst av flere typer på markedet vil kunne tjene til å utføre de forholdsvis langsomme justeringer som er nødvendige.

Kanarf låtene 6, med noe hjelp fra bunnseksj onene 5 bærer mindre enn halvparten av båtens vekt. De har to ytterligere viktige funksjoner: Når båten planer vil kanarflatene 6 avstive denne mot stamping. Dette gir båten motstand mot plutselig opptredende stamping som er en spontan syklisk bevegelse som har tilbøylighet til å oppstå og til å skape problemer ved trinnløse planende skrog.

Ved justering av kanarflatene 6 kan angrepsvinkelen for en hovedflate 4 bestemmes i en viss utstrekning. Dette gjør det mulig å justere for forandringer i båtens vekt og forskyvninger av tyngdepunktet i lengderetningen.

Hvis det ved den bruk man gjør av båten er ønskelig å kunne håndtere store forandringer i vekt eller forskyvninger av tyngdepunktet, kan også hovedflaten 4 gjøres stillbar ved rotasjon om en tversgående horisontal akse.

Virkemåten for oppfinnelsen er vist på fig. 2 og ved høyre side av fig. 1, som begge viser styrbord side av båten. Vannet som kommer fra undersiden av bunnpartiet 5 og kanarflaten 6, danner bak seg en renne hvis lengde er direkte proporsjonal med båtens hastighet og overskrider båtens lengde ved de hastigheter som er av interesse for denne oppfinnelse. Et eksempel på formen på bunnen av denne renne er vist ved 8 på fig. 2. Det tilsvarende tverrsnitt av rennen ved området etter trinnet 2, er vist ved 9 på fig. 1. Både lengde og form på rennen 8, 9 varierer etter båtens hastighet og den last som hviler på kanarflatene 5 og 6, idet den blir lenger når hastigheten øker og dypere når lasten øker eller hastigheten avtar. På tross av denne variasjon, har det vist seg mulig å holde størstedelen av akterpartiet av et skrog i rennen som dannes av kanarflatene over temmelig vide grenser for hastighet og last.

I det eksempel som er vist på høyre side av fig.l, kan rennen treffe utenbordshjørnet av trinnet 2. Mer vann vil treffe trinnet 2 hvis ikke bunnen etter den bakre del av skroget har en død reisning. Hovedformålet med den døde reisning, er å beskytte mot velting over knekkspantet ved svinger og derved mot å kullseile. Denne sikkerhetsdetalj kunne innpasses samtidig med at skrogets motstand mot bevegelse reduseres, fordi størstedelen av vekten bæres av planingsflaten 4, og trinnet 2 behøver ikke bære noe vekt når båten segler rett forover.

Aktenfor trinnene har skrogene tverrsnitt som i form svarer til trinnene, men er mindre. Skrogene av sluttes med hekkbjelker 10 hvorpå Arneson aggregatene 11 er montert for understøttelse av propellene 12 som driver båten med aksel-overføring fra innenbords motorer (ikke vist).

Den plutselige reduksjon i skrogtverrsnittet ved trinnene 2 sikrer ren adskillelse av den passerende strøm ved planingshastigheter enten båten seiler rett frem eller svinger, i rolig vann eller bølger.

Når båten ligger stille eller beveger seg langsomt, vil både hovedflaten 4 og kanarflatene 6 være under vann. Når båten akselererer mot planingshastighet, trimmer den først baugen opp ved løfting av kanarene 6 til vannflaten. Hvis man ikke hadde noen hovedflate 4, ville bevegelsesmotstanden øke hurtigere enn kvadratet av hastigheten.

For å redusere den resulterende "motstandstopp", benyttes hovedflaten 4 som en hydrofoil for å løfte båten og redusere dens trim. For å gjøre flaten 4 effektiv for dette formål, er alt som kreves at den gis et godt airfoil tverrsnitt. Den har allerede en egnet form, sett ovenfra, og egnet vinkel i forhold til båten. Bunnen av flaten 4 skal være formet for god planing, d.v.s. jevn og svakt konkav i lengderetningen. For gode egenskaper når det gjelder å komme igjennom "friksjonstoppen" skal flaten 4 også ha en jevn topp som er konveks i lengderetningen.

Ved lave planingshastigheter vil rennen 8, 9 ha tilbøylighet til å treffe bunnen nær hekkbjelkene 10. Det er ikke noe galt ved dette. Egentlig fører dette til at strømmen like etter skroget lettere kan vurderes på forhånd og dette kan anvendes til å anbringe propellene 12 for best fordel. Med strømmen fastlagt av hekkbjelkene 10, kan propellene 12 holdes i samme stillinger over hele det mellomliggende hastighetsområde, d.v.s. under aksellerasjon av båten fra stillstand til den nedre ende av området for marsjhastighet.

Ved marsjhastighetene blir det ønskelig å holde rennen helt klar av skroget aktenfor trinnene 3. Hvis vann treffer bunnen, kan dette føre til uforholdsmessig stor bevegelsesmotstand mot løft, og liten bevegelsesmotstand er av den største økonomiske verdi ved marsjhastigheter.

Hvis dette gjøres, som vist på fig. 2, mister strømmen sitt faste forhold til bunnen over alt aktenfor trinnene 3. For beste egenskaper når det gjelder fremdriften, kan propellene beveges om nødvendig for å følge vannet når dette beveger seg bort fra skroget.

I den båt som er vist på figurene, blir propellens stilling justert ved hjelp av Arneson aggregatene 11 som kan bevege propellene 12 både vertikalt og på tvers. Et alternativ som ikke er vist og som egner seg for mindre båter, er bruk av påhengsmotorer som er montert på hekkbjelkebeslag, slik at de kan justeres bare vertikalt.

For de beste resultater bør propellen utføres slik at den driver båten effektivt ved marsjhastigheter når båten er mindre enn halvveis neddykket. Hvis slike overflatepropeller benyttes, vil propellakselen, navet og støttekonstruksjonen befinne seg ute av vannet og deres bevegelsesmotstand som i typiske tilfeller er meget høy, unngås. Propeller av denne type utøver også en viss løftekraft, noe som hjelper til både å bære båten og å stive den av mot stamping.

Når de formgivninger og justeringer som er beskrevet ovenfor er blitt utført, er resultatet en båtkonstruksjon med meget liten bevegelsesmotstand og som har overordentlig økonomisk drift. I rolig vann vil det eneste som er i kontakt med vannet og som ellers ville bremse kraftig, være bunnene av kanarflatene 5 og 6, størstedelen av bunnen av planingsflaten 4, de nedre finner på Arneson aggregatene 11 og noen få av bladene på propelleren 12. Bortsett fra finnene, vil alle disse detaljer utøve en viss løftekraft.

Planingsflaten 4 som bærer mesteparten av løftekraften, har et spesielt høyt forhold mellom løftekraft og bevegelsesmotstand, siden den er bred og kort. Parasittiske motstandskrefter blir helt unngått i vannet, i det minste ved å eliminere alle stag. (Mange hurtiggående vannfartøyer har undervannsstag, og bevegelsesmotstanden disse yder er overraskende høy, og de benyttes til å understøtte

komponenter som propeller og hydrofoiler).

Foreliggende oppfinnelse hadde opprinnelig til hensikt å forbedre egenskapene ved moderate hastigheter, men den har vist seg egnet også for høyere hastigheter, d.v.s. over 50 knop. Dette skyldes at rennene som dannes av kanarflatene ikke er så variable i størrelse og form at de ikke kan gi plass for akterendene av skrogene over et stort hastighetsområde.

Det som hindrer båter med høy ytelse 1 å være konkurranse-dyktige med fly, er en kombinasjon av høy bevegelsesmotstand og en meget urolig seiling i bølger. En båt ifølge foreliggende oppfinnelse kan forbedres sterkt i begge henseender. Den kan få lenger rekkevidde og krysse havtrekninger som et fly, kombinert med godtagbar seiling i bølger og konkur-ransedyktig driftsøkonomi.

Claims (10)

1. Skrog for en hurtiggående båt, karakterisert ved at det omfatter: a. et vanntett legeme som skal bære båten ved at det flyter når den står stille, b. en stort sett flat planende kanarflate anbragt på det vanntette legeme godt foran tyngdepunktet for båten og rettet forover fra den dypeste del av det vanntette legeme, c. hovedsaklig ved plasseringen i lengderetningen av den planende kanarflate, et trinn i bunnen av det vanntette legeme, stikkende over den høyeste del av den flate planende kanarflate hvorved strøm som passerer det vanntette legeme bringes til å skille seg fra dette og d. en stort sett flat planende hovedflate anbragt på det vanntette legeme aktenfor og nærmere tyngdepunktet, hvilken flate strekker seg på tvers lenger forbi det vanntette legeme enn den nevnte planende kanarflate, der den planende kanarflate er slik dimensjonert og belastet at den etterlater seg en renne i vannet ved seiling med marsjhastigheter, omfattende stort sett den del av det vanntette legeme som ligger aktenfor den planende kanarflate, og ved at hovedflaten planer på vannflaten utenfor rennen.

2. Skrog som angitt i krav 1, karakterisert ved at den planende kanarflate er montert for dreining om en tversgående horisontal akse som hovedsaklig ligger i planet for den planende kanarflate og videre omfatter midler til utførelse av slik rotasjon over i det minste små vinkler og for å holde den planende kanarflate fast i en hvilken som helst slik vinkel.

3. Skrog som angitt i krav 1, karakterisert ved at den planende hovedflate er montert for rotasjon om en tversgående horisontal akse som ligger stort sett i planet for den planende hovedflate og videre omfatter midler for utførelse av rotasjonen over i det minste små vinkler og for fastholdelse av den planende hovedflate i en hvilken som helst slik vinkel.

4 . Skrog som angitt i krav 1, karakterisert ved at både den planende kanarflate og den planende hovedflate er montert for rotasjon om tversgående horisontale akser som ligger stort sett i deres respektive plan og omfatter midler for utførelse av slike rotasjoner, uavhengig av hverandre over i det minste små vinkler og for fastholdelse av hver av de planende flater i en hvilken som helst slik vinkel.

5. Katamaran omfattende et symmetrisk par skrog som angitt i kravene 1, 2, 3 eller 4, anbragt side ved side og forbundet med en fast konstruksjon.

6. Skrog som angitt i kravene 1, 2, 3 eller 4, karakterisert ved at det omfatter en propeller for fremdrift, der propellens stilling i forhold til skroget kan justeres i et stort sett vertikalt plan som ligger gjennom propellen.

7. Skrog som angitt i kravene 1,2, 3 eller 4, karakterisert ved at den planende hovedflate har et vingelignende tverrsnitt, slik at denne planende hovedflate arbeider som en hydrofoil og løfter båten effektivt ved full neddykning ved lave til middels hastigheter.

8. Katamaran omfattende et symmetrisk par av skrog som angitt i krav 2, liggende side ved side og forbundet med en fast konstruksjon, karakterisert ved at de planende hovedflater har et vingelignende tverrsnitt hvorved de planende hovedflater virker som hydrofoiler og løfter katamaranen på en effektiv måte når den er neddykket ved lave til middels hastigheter.

9. Katamaran som angitt i krav 8, karakterisert ved at den planende hovedflate for et av skrogene går over i den planende hovedflate for det annet skrog, der hovedflåtene tilsammen danner en enkel flate som spenner over rommet mellom skrogene.

10. Katamaran som angitt i krav 8 eller 9, karakterisert ved at den omfatter en propell for fremdrift av hvert av skrogene, der propellenes stilling i forhold til skroget kan justeres i et stort sett vertikalt tverrsgående plan som ligger gjennom propellen.