NO317619B1

NO317619B1 - Device by vessel

Info

Publication number: NO317619B1
Application number: NO20022005A
Authority: NO
Inventors: Gunnar Saehle
Original assignee: Fjellstrand As
Priority date: 2002-04-26
Filing date: 2002-04-26
Publication date: 2004-11-22
Also published as: NO20022005L; AU2003241219A1; WO2003091090A1; NO20022005D0

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en katamaran omfattende et skrog som er langsgående og tverrgående symmetrisk, der hvert enkeltskrog har nedenfra og oppover sprangvist utvidet tverrsnitt, beregnet for av- og på rulling av last, eks. biler, over baug og hekk The present invention relates to a catamaran comprising a hull which is longitudinally and transversely symmetrical, where each individual hull has from bottom to top a widened cross-section, intended for rolling on and off cargo, e.g. cars, over bow and stern

Siden 1972 er det i sterkt økende grad benyttet og utviklet forskjellige former for hurtiggående katamaraner. Disse var i overveiende grad relativt små fartøyer, under 40 m lengde overalt, og var konstruert for å frakte passasjerer i fart varierende fira beskjedne 25 knop i begynnelse og til over 40 knop i den senere tid. I løpet av den siste dekaden er det også utviklet betydelig større, men fremdeles hurtiggående, katamaraner som er beregnet på å frakte en kombinasjon av passasjerer og biler. Typisk fart for slike katamaraner er mellom 30 og 40 knop. Et fellestrekk for de nevnte katamaraner er at de stort sett benyttes over lange strekk, og at de har en definert baugseksjon og en definert hekkseksjon. Dette gjør at fartøyene i havn må vende for å legge ut på neste strekk. Since 1972, various forms of high-speed catamarans have been used and developed to a greatly increasing extent. These were predominantly relatively small vessels, under 40 m in length everywhere, and were designed to carry passengers at speeds varying from a modest 25 knots in the beginning and to over 40 knots in later times. During the last decade, significantly larger, but still fast, catamarans have also been developed which are intended to carry a combination of passengers and cars. Typical speed for such catamarans is between 30 and 40 knots. A common feature of the aforementioned catamarans is that they are mostly used over long distances, and that they have a defined bow section and a defined stern section. This means that the vessels in port have to turn around to set out on the next stretch.

For å unngå store bevegelser er det ønskelig å redusere vannlinjearealet i størst mulig grad, samtidig som det oppdriflsgivende volum skyves mest mulig ned i vannet. Dette resulterer i et fartøy som i liten grad vil bli påvirket av bølger, og som samtidig selv vil skape ubetydelige bølger ved fremdrift i vannet. Denne type katamaran eksisterer i et begrenset antall, og benevnes SWATH (Small Waterplane Area Twin Hull). In order to avoid large movements, it is desirable to reduce the waterline area as much as possible, while at the same time pushing the propulsion volume into the water as much as possible. This results in a vessel which will be little affected by waves, and which will at the same time itself create insignificant waves when moving forward in the water. This type of catamaran exists in limited numbers, and is called SWATH (Small Waterplane Area Twin Hull).

Det har også vært utviklet katamaraner som er langskips symmetriske, og som derfor beveger seg med samme fart i begge retninger. Disse katamaranene har således både baug og hekk i begge ender av fartøyet. For relativt korte ruter innebærer dette en betydelig fordel da fartøyet slipper å vende i havn. Dette er en fordel både fordi snuforholdene i en havn kan være trange, og fordi det kan spares tid ved å unngå vendingen. Løsningen innebærer også at kjøretøyer kjører inn i "hekken" i påkjøringshavnen og ut av "baugen" i avkjøringshavnen. Catamarans have also been developed that are longship symmetrical, and therefore move at the same speed in both directions. These catamarans thus have both bow and stern at both ends of the vessel. For relatively short routes, this means a significant advantage as the vessel does not have to turn around in port. This is an advantage both because turning conditions in a port can be tight, and because time can be saved by avoiding the turn. The solution also means that vehicles drive into the "hedge" in the port of entry and out of the "bow" in the port of departure.

Skipsteknisk byr dette imidlertid på problemer da baugseksjonen vanligvis bygges med smale vannlinjer for å unngå baugbølge med tilhørende motstand. Når vannlinjene er så smale som er ønskelig for å unngå store baugbølger vil dette normalt føre til store trimforandringer under på- og av-kjøring av tunge kjøretøyer når dette skjer over "baugseksjonen". Ship-technically, however, this presents problems as the bow section is usually built with narrow waterlines to avoid bow waves with associated resistance. When the water lines are as narrow as is desirable to avoid large bow waves, this will normally lead to large trim changes during loading and unloading of heavy vehicles when this happens over the "bow section".

Dersom fartøyet trimmer mye under på/av-kjøring av tunge kjøretøyer kan dette kompenseres for ved å ha justerbare kjøreramper, dette er imidlertid kostbart og tungvindt. En meget vesentlig egenskap ved denne type fartøyer er derfor det såkalte "enhetstrimmomentet", det vil si det momentet som skal til for å gi fartøyet en trim på 1 cm. For at fartøyet skal være vellykket i sin transportvirksomhet må således enhetstrimmomentet være så stort som mulig. Enhetstrimmomentet er en funksjon av vannlinjearealets arealtreghetsmoment om langskips flotasjonssenter dividert med det neddykkede volum. Arealtreghetsmomentet er igjen avhengig av hvor stort arealet av vannlinjen er ute ved fartøyets ender (baug og hekk), det vil si at det må tilstrebes å ha så brede vannlinjer i fartøyets ender som mulig. Dette vil normalt bety en kraftig økning i fartøyets bølgemotstand. For den foreliggende oppfinnelse er imidlertid skrogutformingen spesielt tilpasset ønsket om å ha brede vannlinjer og samtidig unngå store bølgedannelser. Dette oppnås ved spesiell utforming av spantfasongen, særlig spantets bredde nede i vannet sammenlignet med spantets bredde i høyde med vannlinjen. If the vessel trims a lot during on/off driving of heavy vehicles, this can be compensated for by having adjustable driving ramps, but this is expensive and cumbersome. A very important characteristic of this type of vessel is therefore the so-called "unit trim torque", that is, the torque required to give the vessel a trim of 1 cm. In order for the vessel to be successful in its transport operations, the unit trim moment must therefore be as large as possible. The unit trim moment is a function of the areal moment of inertia of the waterline area about the longship's center of flotation divided by the submerged volume. The areal moment of inertia is again dependent on how large the area of the waterline is at the ends of the vessel (bow and stern), that is to say that efforts must be made to have as wide waterlines at the ends of the vessel as possible. This will normally mean a sharp increase in the vessel's wave resistance. For the present invention, however, the hull design is particularly adapted to the desire to have wide water lines and at the same time avoid large wave formations. This is achieved by special design of the frame shape, in particular the width of the frame below the water compared to the width of the frame at the height of the waterline.

I følge oppfinnelsen er det således tilveiebragt en katamaran med et skrog som er langsgående og tverrgående symmetrisk, der hvert enkeltskrog har nedenfra og oppover sprangvist utvidet tverrsnitt, beregnet for av- og på rulling av last, eks. biler, over baug og hekk, katamaranen er kjennetegnet ved at for øking av enhetstrimmomentet ved lastbevegelser relativt hekk og baug under av- og påkjøring av last er begge skrog utformet med - en kjøllinje som over et midtre område av skroget er tilnærmet horisontal, skrogets midtre område har en lengde som er 60-85 % av skrogets vannlinjelengde, kjøllinjen svinger brått oppover i hver ende og danner et kjøllinjeparti, som kan være i området oppoverskrånende til hovedsakelig vertikal, før kjøllinjen igjen bøyer skarpt utover og er tilnærmet horisontal for deretter å svinge skarpt oppover, tilnærmet vertikalt ved passering av konstruksj ons vann li nj en; - en spantfasong som i skrogets midtre område har et tilnærmet horisontalt parti ved basislinjen, deretter svinger spantfasongen oppover og danner en tilnærmet vertikal linje før den igjen bøyer skarpt utover og forblir tilnærmet horisontal, deretter svinger den skarpt oppover, tilnærmet vertikalt ved passering av konstruksjonsvannlinjen; og According to the invention, a catamaran has thus been provided with a hull that is longitudinally and transversely symmetrical, where each individual hull has from bottom to top a widened cross-section, intended for rolling on and off cargo, e.g. cars, over the bow and stern, the catamaran is characterized by the fact that in order to increase the unit trim moment during load movements relative to the stern and bow during loading and unloading of cargo, both hulls are designed with - a keel line which over a central area of the hull is approximately horizontal, the middle of the hull area has a length that is 60-85% of the hull's waterline length, the keel line bends sharply upwards at each end and forms a keel line section, which can be in the area upward sloping to mainly vertical, before the keel line again bends sharply outwards and is approximately horizontal and then turns sharply upwards, almost vertically when passing the construction water line nj en; - a frame shape which in the middle area of the hull has an approximately horizontal section at the base line, then the frame shape turns upwards and forms an approximately vertical line before it again bends sharply outwards and remains approximately horizontal, then it turns sharply upwards, approximately vertically when passing the construction waterline; and

der avstanden fra basislinjen til de horisontale partier er minst 70% av dypgående regnet fra basislinjen til konstruksjonsvannlinjen, where the distance from the baseline to the horizontal parts is at least 70% of the draft calculated from the baseline to the construction waterline,

der bredden til den vertikale delen av spantfasongen er mindre enn 75% av den tilhørende konstruksjonsvannlinjens bredde og where the width of the vertical part of the frame profile is less than 75% of the associated construction waterline width and

at nevnte konstruksjonsvannlinjebredde er minst 75% av maksimal bredde over de midtre 90% av vannlinjen. that said construction waterline width is at least 75% of the maximum width over the middle 90% of the waterline.

Fordelaktige trekk ved oppfinnelsen fremgår av de medfølgende uselvstendige kravene 2 til 4. Advantageous features of the invention appear from the accompanying non-independent claims 2 to 4.

For konvensjonelle, eksisterende skrogfasonger er det vanskelig å unngå store bølgedannelser selv ved lave farts/lengdeforhold. Med farts/lengdeforhold menes her forholdet mellom kvotienten av farten i knop og roten av vannlinjelengden i fot. Disse bølgedannelsene vil i vesentlig grad bidra til et fartøys motstand, og derved effektbehov ved en gitt fart, men vil i tillegg gi en uønsket akterlig trim under fart, noe som også vil øke størrelsen på den hekkgenererte bølgemotstand. For denne type fartøyer, hvor begge ender av fartøyet er både baug og hekk, avhengig av hvilken vei fartøyet seiler, vil dette problemet forsterkes ved at begge ender må utformes slik at de gir en tilfredsstillende funksjon både når de fungerer som baug og når de fungerer som hekk. Det vil i stor grad være motstridende krav som stilles til en baugutforming og en hekkutforming, og den foreliggende oppfinnelse dreier seg om en teknisk løsning for å tilfredsstille disse kravene. For conventional, existing hull shapes, it is difficult to avoid large wave formations even at low speed/length ratios. By speed/length ratio is meant here the ratio between the quotient of the speed in knots and the root of the waterline length in feet. These wave formations will significantly contribute to a vessel's resistance, and thereby the power requirement at a given speed, but will also give an unwanted aft trim during speed, which will also increase the size of the stern-generated wave resistance. For this type of vessel, where both ends of the vessel are both bow and stern, depending on which way the vessel is sailing, this problem will be exacerbated by the fact that both ends must be designed so that they provide a satisfactory function both when they function as bow and when they function as a hedge. There will be largely conflicting requirements for a bow design and a stern design, and the present invention concerns a technical solution to satisfy these requirements.

Videre vil den bølgen som dannes, enten fra baugen, eller fra hekken, i stor grad være avhengig av hvordan volumet av fartøyet fordeler seg, både i langskips retning, og nedover i vannet fra konstruksjonsvannlinjen i et hvilket som helst snitt. For å unngå stor bølgedannelse er det av vesentlig betydning at så mye av det neddykkede volumet befinner seg lengst mulig vekk fra vannlinjen, mens det samtidig er gunstig med så stor vannlinjebredde som mulig for å redusere trim forandringen ved forskjellige lastetilstander mest mulig. Dette medfører motstridende krav, som ved den avtrappende skrogutformingen i følge oppfinnelsen tas vare på ved å beholde den store bredden i vannlinjen samtidig som volumet er lagt så langt ned som mulig på hvert enkelt tverrskips snitt. Furthermore, the wave that is formed, either from the bow or from the stern, will largely depend on how the volume of the vessel is distributed, both in the direction of the longship, and down into the water from the construction waterline in any section. In order to avoid large waves, it is essential that as much of the submerged volume is as far away from the waterline as possible, while at the same time it is beneficial to have as large a waterline width as possible to reduce the trim change at different loading conditions as much as possible. This entails conflicting requirements, which in the stepped hull design according to the invention are taken care of by keeping the large width in the waterline while the volume is placed as far down as possible on each individual transom section.

For denne type fartøy som er beskrevet her, og som skal utformes med både baug og hekk i begge ender av fartøyet, vil det være uønskelig med vannjet, og det må derfor avsettes plass til en propulsor, fortrinnsvis i hver ende av fartøyet. Dette medfører et problem for konvensjonelle fartøyer da plassering av en propulsor normalt vil gripe forstyrrende inn i en baugkonstruksjon. På den foreliggende konstruksjon er den kombinerte baug og hekk utformet på en slik måte at den vil gi plass til en propulsor, fortrinnsvis, men ikke nødvendigvis, av typen azimuth-propeller. Ved bruk av en azimuth-propeller vil behovet og ønskeligheten av ror også fjernes, noe som i vesentlig grad vil bedre styreegenskapene, særlig i følgende sjø. I følgende sjø vil alle fartøyer komme i fare for å svinge kraftig ut av kurs samtidig som baugen trykkes ned i vannet (broaching). Oppfinnelsen tar også hensyn til at det kan være hensiktsmessig eller ønskelig å montere en propelleraksling med tilhørene propell i hver ende av fartøyet, som derved også må utstyres med et ror. For this type of vessel described here, which is to be designed with both bow and stern at both ends of the vessel, water jets will be undesirable, and space must therefore be set aside for a propulsor, preferably at each end of the vessel. This causes a problem for conventional vessels as the placement of a propulsor will normally interfere disturbingly with a bow structure. On the present construction, the combined bow and stern is designed in such a way that it will accommodate a propulsor, preferably, but not necessarily, of the azimuth propeller type. By using an azimuth propeller, the need and desirability of a rudder will also be removed, which will significantly improve the steering characteristics, especially in following seas. In following seas, all vessels will be at risk of veering sharply off course at the same time as the bow is pressed into the water (broaching). The invention also takes into account that it may be appropriate or desirable to mount a propeller shaft with the associated propeller at each end of the vessel, which must therefore also be equipped with a rudder.

En av hensiktene med den foreliggende oppfinnelsen er å unngå, eller i stor grad begrense, faren for "broaching" ved at den til enhver tid ende av fartøyet som fungerer som baug har et redusert lateralplan, samtidig som den til enhver tid ende som fungerer som hekk har et retningsstabiliserende legeme. One of the purposes of the present invention is to avoid, or to a large extent limit, the danger of "broaching" in that the end of the vessel that functions as a bow at all times has a reduced lateral plane, while at all times the end that functions as stern has a directional stabilizing body.

Oppfinnelsen skal nå forklares nærmere med henvisning til tegningene der det for enkelthets skyld er skissert en katamaran. Den samme skrogutformingen i følge oppfinnelsen gjelder også for trimaraner og andre flerskrogsfartøyer. The invention will now be explained in more detail with reference to the drawings where, for the sake of simplicity, a catamaran is outlined. The same hull design according to the invention also applies to trimarans and other multihull vessels.

Figur 1 viser et langsgående, skjematisk sideriss av et skrog ifølge oppfinnelsen, Figure 1 shows a longitudinal, schematic side view of a hull according to the invention,

Figur 2 viser et tverrsnitt av skroget i figur 1 langs linje A-A, Figure 2 shows a cross-section of the hull in Figure 1 along line A-A,

Figur 3 viser et tverrsnitt av skroget i figur 1 langs linje B-B, Figure 3 shows a cross-section of the hull in Figure 1 along line B-B,

Figur 4 viser et forstørret delriss av skroget i figur 2, og Figure 4 shows an enlarged partial view of the hull in Figure 2, and

Figur 5 viser et forstørret delriss av en ende av skroget i figur 1 og et tverrsnitt av det samme langs linje C-C. Figur 1 viser en typisk profil av en katamaran i følge oppfinnelsen. Her er vist kjøllinjen 1, som over den midtre delen av skroget er tilnærmet horisontal, men som i hver ende 2 svinger brått oppover og danner en nærmest vertikal kjøllinje 3 før den igjen bøyer skarpt av og forblir tilnærmet horisontal 4. Vannlinjelengden 5 er også vist, og vil bli benyttet i beskrivelsene til de følgende figurene. Figur 2 viser et tverrsnitt av skroget i figur 1 langs linjen A-A. Dette tverrsnittet er typisk for den del av langskipsretningen som er begrenset til fartøyets midtre del, dvs ikke baug- og hekkdel. I en fordelaktig utførelsesform av fartøyet utgjør denne midtre delen omtrent 75 % av den totale vannlinjelengde. Dypgående 6 er vist som avstanden fra basislinjen 7 til konstruksjonsvannlinjen 8. En typisk spantfasong 9 er vist. I en fordelaktig utførelsesform av oppfinnelsen er spantfasongen fra under omtrent 15 % av dypgående regnet fra basislinjen og oppover til over omtrent 70 % av dypgående en tilnærmet rett, vertikal linje 10.1 en annen fordelaktig utførelsesform av skroget i følge oppfinnelsen er spantfasongen fra under omtrent 10 % av dypgående regnet fra basislinjen og oppover til over omtrent 90 % av dypgående en tilnærmet rett, vertikal linje 10. Den vertikale linjen 10 kan også fortsette helt ned til basislinjen 7. Figur 3 viser et tverrsnitt av skroget i figur 1 langs linjen B-B. Her sees konstruksjonsvannlinje 11 som strekker seg over hele vannlinjelengden. En stiplet linje viser en typisk utstrekning av det nederste innredningsdekk 12 for en slik katamaran. På den typiske konstruksjonsvannlinjen for et foretrukket fartøy i følge oppfinnelsen er maksimal bredde 13 lokalisert til halve vannlinjelengden (0-kryss). Utstrekningen av de midtre 90 % av konstruksjonsvannlinjen er markert med strekene 14,15. Innenfor denne begrensningen er konstruksjonsvannlinjen for en foretrukket utførelsesform av skroget i følge oppfinnelsen større enn 75 % av den maksimale bredde 13, og går deretter mer eller mindre jevnt inn mot senterlinjen 16 av hvert av de to skrogene som utgjør katamaranens neddykkede skrog. Figur 4 viser et forstørret delriss av figur 2. Her vises et typisk tverrsnitt av skroget innenfor omtrent de midtre 85 % av konstruksjonsvannlinjen. For et hvilket som helst slikt snitt er bredden 17 på den vertikale del av spantet 10 fortrinnsvis mindre enn 85 % av tilhørende bredde på konstruksjonsvannlinjen 18, ytterligere fortrinnsvis er den mindre enn 75% eller aller helst mindre enn 65% av bredden på den tilhørende konstruksjonsvannlinjen 18. Ved en slik utforming av skroget oppnås gode trimegenskaper under på- og avkjøring av tunge kjøretøyer, samtidig som skrogvolumet befinner seg så langt ned som mulig for å unngå stor bølgedannelse. Figur 5 viser et forstørret delriss av en hekk-/baugende av skroget i figur 1. Vi ser en profil av kjøllinjen 1, hvor den tilnærmet vertikale del av kjøllinjen 3 er gitt en utsvingende utforming, en vulst 19. På samme tegning er vist et typisk snitt 20 gjennom den utsvingende utformingen som på grunn av sin form kan benyttes til en propelleraksling 21. Den fremstikkende vulsten 19 kan også benyttes til å gi hensiktsmessig vanninnstrømming til eller fra en propell. Figure 5 shows an enlarged partial view of one end of the hull in Figure 1 and a cross-section of the same along line C-C. Figure 1 shows a typical profile of a catamaran according to the invention. Here is shown the keel line 1, which over the middle part of the hull is approximately horizontal, but which at each end 2 swings sharply upwards and forms an almost vertical keel line 3 before it again bends sharply and remains approximately horizontal 4. The waterline length 5 is also shown , and will be used in the descriptions of the following figures. Figure 2 shows a cross-section of the hull in Figure 1 along the line A-A. This cross-section is typical for the part of the longship direction which is limited to the middle part of the vessel, i.e. not the bow and stern part. In an advantageous embodiment of the vessel, this middle part constitutes approximately 75% of the total waterline length. Draft 6 is shown as the distance from the base line 7 to the design waterline 8. A typical frame shape 9 is shown. In an advantageous embodiment of the invention, the frame shape from below approximately 15% of the draft counted from the base line and upwards to above approximately 70% of the draft is an approximately straight, vertical line 10.1 another advantageous embodiment of the hull according to the invention is the frame shape from below approximately 10% of the draft counted from the baseline and upwards to approximately 90% of the draft an approximately straight, vertical line 10. The vertical line 10 can also continue all the way down to the baseline 7. Figure 3 shows a cross-section of the hull in Figure 1 along the line B-B. Construction waterline 11 is seen here, which extends over the entire waterline length. A dashed line shows a typical extent of the lower deck 12 for such a catamaran. On the typical construction waterline for a preferred vessel according to the invention, the maximum width 13 is located at half the waterline length (0-cross). The extent of the middle 90% of the design water line is marked with the lines 14,15. Within this limitation, the construction waterline for a preferred embodiment of the hull according to the invention is greater than 75% of the maximum width 13, and then runs more or less evenly towards the center line 16 of each of the two hulls that make up the submerged hull of the catamaran. Figure 4 shows an enlarged partial view of Figure 2. Here a typical cross-section of the hull is shown within approximately the middle 85% of the construction waterline. For any such section, the width 17 of the vertical portion of the frame 10 is preferably less than 85% of the associated width of the construction waterline 18, further preferably it is less than 75% or most preferably less than 65% of the width of the associated construction waterline 18. With such a design of the hull, good trim characteristics are achieved during loading and unloading of heavy vehicles, while the hull volume is located as far down as possible to avoid large waves. Figure 5 shows an enlarged partial view of a stern/bow end of the hull in Figure 1. We see a profile of the keel line 1, where the approximately vertical part of the keel line 3 is given a flared design, a bead 19. The same drawing shows a typical section 20 through the flaring design which, due to its shape, can be used for a propeller shaft 21. The projecting bead 19 can also be used to provide appropriate water inflow to or from a propeller.

Claims

1. A catamaran comprising a hull that is longitudinally and transversely symmetrical, where each individual hull has a widened cross-section from bottom to top, designed for rolling cargo on and off, e.g. cars, over bow and stern, characterized by to increase the unit trim moment during load movements relative to stern and bow during loading and unloading of cargo, both hulls are designed with - a keel line (1) which over a central area of the hull is approximately horizontal, the central area of the hull has a length of 60-85 % of the hull's waterline length, the keel line (1) swings sharply upwards at each end (2) and forms a keel line section (3), which can be in the range upward sloping to mainly vertical, before the keel line again bends sharply outwards and is approximately horizontal (4) for then to turn sharply upwards, approximately vertically when passing the construction waterline (8); - a frame shape (9) which in the middle area of the hull has an approximately horizontal section at the base line (7), then the frame shape swings upwards and forms an approximately vertical line (10) before it again bends sharply outwards and remains approximately horizontal (22) then swings it sharply upwards, almost vertically when passing the construction waterline (8); and where the distance from the baseline (7) to the horizontal parts (4, 22) is at least 70% of the draft calculated from the baseline (7) to the construction waterline (8), where the width (17) of the vertical part of the frame shape (10) is less than 75% of the associated construction waterline width (18) and that said construction waterline width (18) is at least 75% of the maximum width (13) over the middle 90% of the waterline.

2. Catamaran according to claim 1, characterized in that the vertical parts (3, 10) lie from a range from 0-15% of draft from the baseline (7) to the construction waterline (8) to above 70% of draft.

3. Catamaran according to claim 2, characterized in that the vertical patios (3,10) lie from approximately 10% of the draft from the baseline (7) to the construction waterline (8) to approximately 90% of the draft.

4. Catamaran according to claim 1, characterized in that the hull's vertical keel line (3) comprises a bead (19).