EP4255800A2 - Wasserfahrzeug - Google Patents

Wasserfahrzeug

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Publication number
EP4255800A2
EP4255800A2 EP21836628.4A EP21836628A EP4255800A2 EP 4255800 A2 EP4255800 A2 EP 4255800A2 EP 21836628 A EP21836628 A EP 21836628A EP 4255800 A2 EP4255800 A2 EP 4255800A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
watercraft
divers
partial
hull
essentially
Prior art date
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Pending
Application number
EP21836628.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Felix BÖRNER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Maekeniq Ug Haftungsbeschraenkt
Original Assignee
Maekeniq Ug Haftungsbeschraenkt
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Filing date
Publication date
Priority claimed from CH001536/2020A external-priority patent/CH718127B1/de
Application filed by Maekeniq Ug Haftungsbeschraenkt filed Critical Maekeniq Ug Haftungsbeschraenkt
Publication of EP4255800A2 publication Critical patent/EP4255800A2/de
Pending legal-status Critical Current

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    • Y02T70/5236—Renewable or hybrid-electric solutions

Definitions

  • the invention relates to a watercraft, in particular a yacht, which is designed in a SWATH design.
  • the invention further relates to a method/device for controlling the operation of such a device.
  • At least one section of a buoyancy body should be exchangeable in order to ensure good accessibility to relevant components in the buoyancy bodies, for example the ship's propulsion system.
  • DE 202010015531 LH also discloses a watercraft with lateral outriggers and only one buoyancy body, which extends in the direction of travel over at least part of the hull body and which is arranged parallel to the lateral outriggers in the middle of the hull.
  • the connection between the bottom of the hull and the buoyancy body is in turn made by means of a support arrangement.
  • the invention is based on the object of developing a watercraft, in particular a yacht, which is designed in a SWATH design, which compared to the prior art has improved and higher usage properties and also allows private, non-commercial use in particular.
  • the watercraft according to the invention in the example a yacht 1 of the premium segment, is designed in a SWATH design, which includes a superstructure accommodating the upper ship, on the underside of which, the wet deck, two partial hulls (stilts) are arranged that are spaced apart from one another transversely to the direction of travel. These partial hulls extend over at least part of the upper ship, essentially in the direction of travel of the watercraft.
  • the partial hulls are each seated on a diver, a buoyant body, which is arranged essentially in the direction of travel of the watercraft and extends over at least part of the upper ship.
  • Characteristic are narrowings of the divers, which are optimally shaped to the longitudinal course of the swimmer profile of the partial hulls and correspond to this with a minimal offset.
  • the watercraft according to the invention is up to 2 times more efficient than comparable yachts. It therefore requires only half the energy to move at the same speed.
  • the interferences depend on the center distance of the partial hulls to each other, the partial hull with the complementary waves on swimmers and divers, on the other hand, is independent of this and works in principle with a single partial hull. Therefore, this arrangement can also be applied to watercraft with three (or more) partial hulls or only one partial hull with two lateral outriggers (SWASH).
  • SWASH lateral outriggers
  • the hull shape according to the invention is highly optimized for SWATH watercraft.
  • the flippers/fins and thrusters are positioned with an analogous offset so that they still add to this effect with the waves emanating from them.
  • This corresponding system is not just limited to the bow swimmer, but also comes into play in a similar form with the stern swimmer with the same effect.
  • the resulting waves are not always completely eliminated, but a small remaining part still manages to propagate on the surface.
  • the resulting interference pattern can be influenced and shifted to more favorable areas.
  • the propeller efficiency can be further increased at certain speeds by using this effect.
  • the watercraft must be aligned exactly straight, according to the design waterline CWL.
  • a variety of influences such as B. waves, storm, uneven weight shift, extreme cornering etc. counteracts this alignment, which is why a Proactive Stabilization System (PSS) is used to keep the ship on the design waterline CWL in every situation.
  • PSS Proactive Stabilization System
  • Other constructive measures for stabilization and alignment e.g. B. Gyroscope, stabilizing fins, additional ballast tanks are also possible.
  • transverse thrusters and fins on both divers are transverse thrusters and fins on both divers.
  • the relationship between the displacement or the course of the displacement (swimmer) and the diver's curvature can be represented as follows:
  • T1 and /1 T2 designate the cross-sectional area at the locally thickest and local thinnest point (T 2 ) of the diver and A Sz the cross-sectional area below the CWL 20 at the thickest point S 2 of the swimmer.
  • PA is the curvature progression factor and pv is the length displacement factor, i.e. H. similarity factors.
  • the distance between 7 and T 2 is A T .
  • S is the position of the swimmer's tip.
  • the offset A L of the swimmer tip S relative to the thickest part of the diver T 1 defined as
  • the advantages of the watercraft according to the invention consist in a self-sufficient, fully electric yacht, which is preferably operated with solar energy and which enables noiseless cruising and rolling-free driving with an unlimited range.
  • the structure has planking that can be modified in terms of area, which is essentially or at least predominantly covered with photovoltaic elements.
  • FIG. 2 a hull of the watercraft according to FIG. 1;
  • FIG. 3 a fuselage body according to FIG. 2 in a different view
  • Fig. 6 Representation of an interference seen from above;
  • Fig. 7 Representation of a length offset
  • the watercraft according to the invention is a yacht 1 of the premium segment, which is designed in a SWATH design. It comprises a superstructure 3 accommodating upper ship 2, on the underside of which, the wet deck 8, two partial hulls 4, 5 (stilts) are arranged which are spaced apart transversely to the direction of travel and extend over at least part of the upper ship 2, in the example over its length and extend essentially in the direction of travel of the watercraft (Fig. 2, 3).
  • the partial hulls 4, 5 each sit on a diver 6, 7, which is arranged essentially in the direction of travel of the watercraft and extends over at least part of the upper hull 2 (sits in the example also over its length).
  • the divers 6, 7 and partly also the partial hulls 4, 5 are underway, in the operating position of the yacht 1 below the design waterline 20.
  • the divers 6, 7 are provided with movable and controllable fins 11 (fin, elevator) in the bow and stern area of the yacht 1, which fins face one another in the rest position (FIG. 3).
  • Diver 6, 7 is equipped with an electric drive, the rotor of which can be rotated and which is provided with a propeller 12 and a rudder 14 at the rear.
  • the front floats 22, 23 each have a transverse thruster 18 for generating transverse thrust.
  • the upper ship 2 is equipped with cabins and utility rooms for dinghies, batteries, control devices, water and food supplies, etc., which are not explicitly shown. fitted.
  • the superstructure 3 has a living and recreation deck with a bathing platform and an upper deck 15 .
  • the latter is also equipped with seating and lying areas and also includes the helmsman's workplace.
  • the upper deck 15 is also equipped with a raisable roof 16 (Fig. 4).
  • the structure 3 has planking 9 with a variable surface area, which is essentially covered with photovoltaic elements 10 (FIG. 1). Furthermore, the planking 9 is arranged at least partially so that it can be folded open. In the example, this is done in such a way that side parts 13 of the superstructure 3 have a curved, wing-like shape that can be swung open or pivoted like a wing into an almost horizontal position (FIG. 4). As a result, on the one hand, the usable area of the photovoltaic elements 10 is increased according to the position of the sun or the energy requirement, and on the other hand, the cooling of the decks and cabins is increased. A frame-like element, the structure 17 remains in the same position when the side parts 13 are opened, in order to statically support the roof structure 16 with the upper deck 15 together with the front support 19 . This achieves a lightweight, integral structure for the entire assembly.
  • Characteristic are constrictions of the divers 6, 7 behind their tip 24, which are optimally shaped according to the course of the swimmer profiles 32 of the partial hulls 4, 5 and which correspond to one another with a minimal offset 30, in the example approx. 500 mm (Fig. 7, 8th).
  • the fins 11 and thrusters 18 are positioned with a similar offset, so that they still support this effect with the waves emanating from them.
  • This corresponding system is not limited to the bow float 22 alone, but also comes into play in a similar form with the stern float 23 with the same effect.
  • Transverse thrusters 18 and flippers/fins 11 are advantageously arranged on both divers 6 , 7 .
  • the resulting waves are not always completely eliminated, but a small part can still propagate on the surface.
  • the resulting interference patterns can be influenced and shifted to more favorable areas. Using this effect, the propeller efficiency can be further increased at certain speeds.
  • the watercraft in the example the yacht 1 , must be aligned exactly straight according to the design waterline CWL 20 .
  • a variety of influences such as B. waves, storm, uneven weight shift, extreme cornering etc. counteracts this alignment, which is why a proactive stabilization system (PSS) is used to keep the yacht 1 on the design waterline CWL 20 in every situation.
  • PSS proactive stabilization system
  • Other structural measures for stabilization and alignment e.g. gyroscope, stabilizing fins 11, ballast tanks 26 are also possible.
  • yacht 1 with fuel cells, generator or engine 25, hydrogen tanks and ballast tanks 26 in the divers 6, 7 be provided (Fig. 6).
  • the batteries can also be charged in a port. Furthermore, hydrogen can be refueled in the port, but it can also be generated via shore power with an onboard hydrogen generator.
  • yacht 1 in the example has a usable area of approx. 330 m 2 and can accommodate up to 12 guests.
  • the controls of the yacht 1 are designed in such a way that they can be operated by a professional helmsman as well as by the guests, provided they have seafaring knowledge and permits.
  • the Control device has components for drive and stability, navigation and communication, energy management, service management, security and administration, the software has at least partially adaptive algorithms.
  • Wind forces, waves and currents can be determined or calculated in real time while driving.
  • LIDAR sensors it is also possible to create a 360° 3D image of the surroundings around yacht 1. This enables a constant all-round view around the yacht 1 and makes mooring and departure maneuvers much easier (comparable to a parking assistant in modern cars. Furthermore, the data from the LIDAR is used in the AMS to automatically maneuver the yacht and to avoid collisions.
  • the yacht according to the invention also has a mechanism for determining wave amplitudes referred to as a proactive stabilization system (PSS) in order to assess or compare stability information for the hull based on the measured wave impact and to determine the amplitudes of approaching waves using a sensor.
  • PSS proactive stabilization system
  • expected wave impacts on the hull can be determined and, if necessary, preventive course corrections or similar. be carried out with the aim of reducing the strain on ship and crew while at the same time increasing the efficiency of locomotion.
  • the disclosed yacht 1 has only a few unpleasant roll and pitch movements, there is more safety in extreme situations, it enables an attitude to life like on a superyacht, with significantly lower costs for maintenance/use, there is no annoying engine noise, cruising speeds of 7-9 Knots on voyages lasting several days, better control of the yacht in stressful situations, when maneuvering in narrow harbours, in waves and wind, control of the ship's surroundings and more redundancy in important system components.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wasserfahrzeug, insbesondere eine Yacht (1), die in einer SWATH-Bauart ausgeführt ist. Es soll verbesserte und höhere Gebrauchseigenschaften aufweisen. Hierzu weist das Wasserfahrzeug, insbesondere eine Yacht, die in einer SWATH-Bauart ausgeführt ist, mit einem, einen Aufbau (3) aufnehmenden Oberschiff (2), an dessen Unterseite, dem Nassdeck (8) sich zwei quer zur Fahrtrichtung voneinander beabstandete Stelzen, Teilrümpfe (4, 5) angeordnet sind, auf. Die Teilrümpfe (4, 5) sitzen jeweils auf einem, im Wesentlichen in Fahrtrichtung des Wasserfahrzeugs angeordneten und sich über mindestens einen Teil des Oberschiffs (2) erstreckenden Taucher (6, 7). Die Taucher (6, 7) weisen charakteristische Verengungen im Querschnitt auf, die auf den Längsverlauf von Schwimmerprofilen (22, 23) des Teilrumpfes (4, 5) geformt sind.

Description

Wasserfahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Wasserfahrzeug, insbesondere eine Yacht, die in einer SWATH-Bauart ausgeführt ist.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren/Vorrichtung zur Steuerung des Betriebs eines solchen.
Schiffe mit Doppelrumpf sind bekannt (Katamarane), ebenso Wasserfahrzeuge mit geringerer Wasserlinienfläche und größerer Eintauchtiefe, die einen Rumpf aufweisen, der in der Bauart SWATH (Small Waterplane Area Twin Hull) ausgeführt ist. SWATH-Schiffe weisen eine grössere Eintauchtiefe als Katamarane auf. Dies ermöglicht bauartbedingt eine geringere Bewegung des Schiffs im Seegang. Zum Beispiel ist in der DE 202004017969 111 ein Lotsen- oder Serviceschiff offenbart, bei dem die Auftriebskörper, die an Stützen am Rumpfboden angeordnet sind, teilweise geflutet werden können. Dadurch kann die Schwimmlage des Schiffs und damit auch dessen Tiefgang im Wesentlichen konstant gehalten werden. Ein ähnliches Wasserfahrzeug ist in DE 202013010071 LI1 dargestellt.
Bei einem SWATH-Schiff gemäss DE 202009011206 LI1 soll mindestens eine Sektion eines Auftriebskörpers austauschbar sein, um eine gute Zugänglichkeit zu relevanten Komponenten in den Auftriebskörpern, zum Beispiel des Schiffsantriebs, zu gewährleisten.
Die DE 202010015531 LH offenbart weiterhin ein Wasserfahrzeug mit seitlichen Auslegern und nur einem Auftriebskörper, der sich in Fahrtrichtung über mindestens einen Teil des Rumpfkörpers erstreckt und der in Rumpfmitte parallel zu den seitlichen Auslegern angeordnet ist. Die Verbindung zwischen Rumpfboden und Auftriebskörper ist wiederum mittels einer Stützanordnung hergestellt.
Der Schiffbau bietet insbesondere in Bezug auf hochwertige Yachten keine anwendbaren Lösungen zur Unterstützung des Wandels von konventionellen Schiffsantrieben mit fossilen Brennstoffen zu solchen, die mit erneuerbaren Energien betreibbar sind. Herkömmliche Yachten in Leichtbaukonstruktion leiden meistens unter mangelnder Seetüchtigkeit, der Bauqualität oder dem Energiehaushalt, um ein Premiumprodukt zu sein oder sie sind in traditioneller Schiffbauweise zu schwer und zu ineffizient, um autark betrieben werden zu können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wasserfahrzeug, insbesondere eine Yacht, die in einer SWATH-Bauart ausgeführt ist, zu entwickeln, das im Vergleich zum Stand der Technik verbesserte und höhere Gebrauchseigenschaften aufweist und weiterhin insbesondere auch eine private, nicht gewerbliche Nutzung ermöglicht.
Die Aufgabe ist mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.
Das erfindungsgemässe Wasserfahrzeug, im Beispiel eine Yacht 1 des Premiumsegments, ist in einer SWATH-Bauart ausgeführt, die ein, einen Aufbau aufnehmendes Oberschiff umfasst, an dessen Unterseite, dem Nassdeck zwei quer zur Fahrtrichtung voneinander beabstandete Teilrümpfe (Stelzen) angeordnet sind. Diese Teilrümpfe erstrecken sich über mindestens einen Teil des Oberschiffs und zwar im Wesentlichen in Fahrtrichtung des Wasserfahrzeugs. Die Teilrümpfe sitzen jeweils auf einem, im Wesentlichen in Fahrtrichtung des Wasserfahrzeugs angeordneten und sich über mindestens einen Teil des Oberschiffs erstreckenden Taucher, einem Auftriebskörper. Charakteristisch sind Verengungen der Taucher, welche auf den Längsverlauf des Schwimmerprofils der Teilrümpfe optimiert geformt sind und zu diesem mit einem minimalen Versatz korrespondieren.
In Fahrt verringert ein harmonierendes System aus stehenden Wellen über und unter der Wasseroberfläche, ausgehend von den Tauchers und Bug- und Heck eines jeden einzelnen Schwimmers der Teilrümpfe den Strömungswiderstand erheblich, weil sich diese stehenden Wellen durch die geometrische Gestaltung und Positionierung der Teilrümpfe (Stelzen) gegenseitig neutralisieren und auslöschen. Der Erfinder hat gefunden, dass der wellenbildende Widerstand bei SWATHs den größten Einfluss auf den gesamten Widerstand hat, während der Anteil der Reibung eher gering ausfällt. Hinzu kommen durch die Überlagerung der erzeugten Oberflächenwellen hervorgerufene Interferenzmuster zwischen zwei Teilrümpfen, deren “Berge und Täler” zu ungünstigen Anströmungen zum Propeller führen können, was den Antriebswirkungsgrad senken würde, und die auch das Schiff in Fahrt aus seiner eigentlichen Ausrichtung auslenken.
Weicht das Schiff in seiner Ausrichtung und Position von der Konstruktionswasserlinie CWL ab, kann der Energieverbrauch in Fahrt enorm ansteigen. Das Schiff versucht, bildlich erklärt, konstant auf seine eigene Bugwelle hochzufahren, während davon ausgegangen wird, dass die gesamte, zur Verfügung stehende Energie zur Geradeausfahrt verwendet wird.
Deshalb, ist es vorteilhaft, die durch den wellenbildenden Widerstand hervorgerufenen Oberflächenwellen und Interferenzmuster so weit wie möglich zu reduzieren und das Schiff in Fahrt “gerade auf Linie zu halten”. Im Ergebnis fährt das erfindungsgemässe Wasserfahrzeug bis zu 2-mal effizienter als vergleichbare Yachten. Es benötigt somit bei gleicher Geschwindigkeit nur die Hälfte an Energie zur Fortbewegung.
Die Interferenzen sind vom Mittenabstand der Teilrümpfe zueinander abhängig, der Teilrumpf mit den komplementären Wellen an Schwimmer und Taucher dagegen davon unabhängig und funktioniert prinzipiell schon mit einem einzigen Teilrumpf. Deshalb kann diese Anordnung auch auf Wasserfahrzeuge drei (oder mehr) Teilrümpfen oder nur einem Teilrumpf mit zwei seitlichen Auslegern (SWASH) angewendet werden.
Die erfindungsgemässe Rumpfform ist hochgradig optimiert für SWATH Wasserfahrzeuge.
Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen offenbart. Zur Einleitung der Effekte aus Drücken und Schwingungen ist die Spitze jedes Tauchers als Wulst gestaltet, und mit einem Abstand zum Bugschwimmer des Teilrumpfes angeordnet.
Zwischen beiden Teilrümpfen besteht ein Versatz der Schwimmer (bzw. deren Verdrängungsverlauf) entlang der Längsachse, relativ zum Taucher gesehen nach hinten gerückt. Dadurch können durch das Strömungsverhalten des Tauchers die Wellen der beiden Schwimmer des Teilrumpfes nahezu vollständig eliminiert werden.
Die Flossen/Fins und Querstrahlruder sind mit analogem Versatz positioniert, so dass sie diesen Effekt mit den von ihnen ausgehenden Wellen noch unterstützen. Dieses korrespondierende System beschränkt sich nicht allein auf den Bugschwimmer, sondern kommt auch in ähnlicher Form beim Heckschwimmer mit der gleichen Wirkung zum Tragen.
Die entstehenden Wellen werden nicht immer vollständig eliminiert, ein kleiner verbleibender Teil schafft es dennoch sich an der Oberfläche auszubreiten. Durch eine entsprechende Anordnung der Schwimmer können die entstehenden Interferenzmuster beeinflusst und in günstigere Bereiche verlagert werden. Bestenfalls kann unter Nutzung dieses Effekts der Propellerwirkungsgrad bei bestimmten Geschwindigkeiten weiter gesteigert werden.
Grundsätzlich muss das Wasserfahrzeug exakt gerade, entsprechend der Konstruktionswasserlinie CWL ausgerichtet sein. Eine Vielzahl von Einflüssen, wie z. B. Wellen, Sturm, ungleiche Gewichtsverlagerung, extreme Kurvenfahrt etc. wirkt dieser Ausrichtung entgegen, weshalb ein Proaktives Stabilisierungssystem (PSS) eingesetzt wird, um das Schiff in jeder Situation auf der Konstruktionswasserlinie CWL zu halten. Weitere konstruktive Massnahmen zur Stabilisierung und Ausrichtung, z. B. Gyroskop, Stabilisierungsflossen, zusätzliche Ballasttanks, sind ebenfalls möglich.
Optional und vorteilhaft sind an beiden Tauchern Querstrahlruder und Fins. Erfindungsgemäss ist das Verhältnis aus Versatz respektive dem Verlauf der Verdrängung (Schwimmer) zu Taucherkrümmung wie folgt darstellbar:
Dabei bezeichnet T1 und /1T2 die Querschnittsfläche an der lokal dicksten bzw. lokal dünnsten Stelle (T2) des Tauchers und ASz die Querschnittsfläche unterhalb der CWL 20 an der dicksten Stelle S2 des Schwimmers.
Weiterhin kennzeichnet
PA den Krümmungsverlaufsfaktor und pv den Längenversatzfaktor, d. h. Ähnlichkeitsfaktoren.
Der Abstand zwischen 7 und T2 ist AT. Weiterhin ist S die Position der Spitze des Schwimmers. Somit ist der Versatz AL von Schwimmerspitze S relativ zur dicksten Stelle des Tauchers T1; definiert als
Hieraus ergibt sich ein Muster der Teilrümpfe (Taucher, Schwimmer) mit charakteristischer Gestalt und definierten Proportionen, deren Abmasse und Relationen unter Angabe eines jeweiligen Wertebereichs, sowohl für Bug- als auch Heckschwimmer gleichermassen: pA — 0,12 ...0,23 pv « 0,17 ...0,25
Die Verwendung modernster und tief integrierter Softwaretechnologie zur Verwaltung und zum Betrieb von Yachten ist nicht branchenüblich. Die Vorteile des erfindungsgemässen Wasserfahrzeugs bestehen in einer autarken, vollelektrischen Yacht, die bevorzugt mit Solarenergie betrieben wird und die ein geräuschloses Cruisen und rollfreies Fahren bei unbegrenzter Reichweite ermöglicht.
Zudem weist der Aufbau eine flächenveränderliche Beplankung auf, die im Wesentlichen oder zumindest überwiegend mit Photovoltaikelementen belegt ist.
Weitere Vorteile sind die Abwesenheit von Diesel- und Abgasgeruch, ein hocheffizienter und optimierter Rumpf, Fahrleistungen, die mit den auf dem Markt üblichen Motoryachten vergleichbar sind, eine innovative Leichtbau-Konstruktion, luxuriösen Wohnkomfort ohne Kompromisse, einzigartiges, auf die Technologie zugeschnittenes Aussen- und Innendesign und der Einsatz moderner Software wie maschinelles Lernen zur Verwaltung und Optimierung des gesamten Yachtbetriebs, vom Energiemanagement über die Navigation, automatischen Manövrieren und Steuerung aller Komponenten bis hin zu Wartungsanalyse und Problemunterstützung.
Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand einer Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen die
Fig. 1 : ein erfindungsgemässes Wasserfahrzeug in Seitenansicht, schwimmend;
Fig. 2: ein Rumpfkörper des Wasserfahrzeugs nach Fig. 1 ;
Fig. 3: ein Rumpfkörper nach Fig. 2 in anderer Ansicht;
Fig. 4: das erfindungsgemässe Wasserfahrzeug in anderer Ansicht;
Fig. 5: Rumpfkörper von vorn;
Fig. 6: Darstellung einer Interferenz, von oben gesehen;
Fig. 7: Darstellung eines Längenversatzes und
Fig. 8: Detaildarstellung eines Teilrumpfes, von oben gesehen. Das erfindungsgemässe Wasserfahrzeug ist im Beispiel eine Yacht 1 des Premiumsegments, die in einer SWATH-Bauart ausgeführt ist. Sie umfasst ein, einen Aufbau 3 aufnehmendes Oberschiff 2, an dessen Unterseite, dem Nassdeck 8 zwei quer zur Fahrtrichtung voneinander beabstandete Teilrümpfe 4, 5 (Stelzen) angeordnet sind, die sich über mindestens einen Teil, des Oberschiffs 2, im Beispiel über dessen Länge und im Wesentlichen in Fahrtrichtung des Wasserfahrzeugs erstrecken (Fig. 2, 3). Die Teilrümpfe 4, 5 sitzen jeweils auf einem, im Wesentlichen in Fahrtrichtung des Wasserfahrzeugs angeordneten und sich über mindestens einen Teil des Oberschiffs 2 erstreckenden Taucher 6, 7 (sitzt im Beispiel ebenfalls über dessen Länge). Die Taucher 6, 7 und teilweise auch die Teilrümpfe 4, 5 befinden sich in Fahrt, in Betriebslage der Yacht 1 unterhalb der Konstruktionswasserlinie 20.
Die Taucher 6, 7 sind im Bug- und Heckbereich der Yacht 1 mit beweglichen und ansteuerbaren Flossen 11 (Fin, Höhenruder) versehen, die in Ruhelage aufeinander zugerichtet sind (Fig. 3). Taucher 6, 7 ist mit einem Elektroantrieb ausgestattet, dessen Rotor drehrichtungsveränderlich ist und der am Heck mit einem Propeller 12 und einem Ruder 14 versehen ist. Weiterhin befindet sich in den vorderen Schwimmern 22, 23 jeweils ein Querstrahlruder 18 zur Erzeugung von transversalem Schub.
Das Oberschiff 2 ist mit nicht explizit dargestellten Kabinen und Wirtschaftsräumen für Beiboote, Akkus, Steuereinrichtungen, Wasser- und Nahrungsvorrat u. a. ausgestattet. Der Aufbau 3 weist im Beispiel ein Wohn- und Aufenthaltsdeck mit einer Badeplattform und ein Oberdeck 15 auf. Letzteres ist ebenfalls mit Sitz- und Liegeflächen ausgestattet und beinhaltet auch den Arbeitsplatz des Steuermanns. Das Oberdeck 15 ist zudem mit einem anhebbaren Dach 16 ausgerüstet (Fig. 4).
Der Aufbau 3 weist eine flächenveränderliche Beplankung 9 auf, die im Wesentlichen mit Photovoltaikelementen 10 belegt ist (Fig. 1 ). Weiterhin ist die Beplankung 9 zumindest teilweise aufklappbar angeordnet. Dies erfolgt im Beispiel dergestalt, dass Seitenteile 13 des Aufbaus 3 eine geschwungene, flügelartige Form aufweisen, die flügelartig bis in eine nahezu horizontale Lage (Fig. 4) aufklappbar bzw. schwenkbar sind. Dadurch wird einerseits nutzbare Fläche der Photovoltaikelemente 10 entsprechend des Sonnenstandes oder Energiebedarfs vergrössert und andererseits wird die Kühlung der Decks und Kabinen erhöht. Ein rahmenartiges Element, der Aufbau 17 verbleibt bei aufgeklappten Seitenteilen 13 in unveränderter Lage, um zusammen mit der Frontstütze 19 die Dachstruktur 16 mit dem Oberdeck 15 statisch zu unterstützen. Dadurch erzielt man für den gesamten Aufbau eine leichte, integrale Struktur.
Charakteristisch sind Verengungen der Taucher 6, 7 hinter deren Spitze 24, die entsprechend des Verlaufs der Schwimmerprofile 32 der Teilrümpfe 4, 5 optimiert geformt sind und die zueinander mit einem minimalen Versatz 30, im Beispiel ca. 500 mm, korrespondieren (Fig. 7, 8).
Zwischen beiden Teilrümpfen 4, 5 besteht dieser Versatz 30 der “Schwimmer- Verdrängung” entlang der Längsachse, relativ zum Taucher 6, 7 gesehen nach hinten gerückt. Dadurch können durch das Strömungsverhalten des Tauchers 6, 7 die Wellen der beiden Schwimmer 22, 23 der Teilrümpfe 4, 5 eliminiert oder zumindest deutlich reduziert werden.
Die Flossen 11 und Querstrahlruder 18 sind mit ähnlichem Versatz positioniert, so dass sie diesen Effekt mit den von ihnen ausgehenden Wellen noch unterstützen. Dieses korrespondierende System beschränkt sich nicht allein auf den Bugschwimmer 22, sondern kommt auch in ähnlicher Form beim Heckschwimmer 23 mit der gleichen Wirkung zum Tragen.
Vorteilhaft sind an beiden Tauchern 6, 7 Querstrahlruder 18 und Flossen/Fins 11 angeordnet.
In Fahrt verringert ein harmonierendes System aus stehenden Wellen über und unter der Wasseroberfläche, ausgehend von den Tauchern 6, 7 und Bug- und Heck eines jeden einzelnen Schwimmers 22, 23 der Teilrümpfe 4, 5 den Strömungswiderstand erheblich, weil sich diese stehenden Wellen durch die geometrische Gestaltung und Positionierung der Teilrümpfe 4, 5 gegenseitig neutralisieren und auslöschen (Fig. 6).
Die entstehenden Wellen werden nicht immer vollständig eliminiert, ein kleiner Teil kann sich dennoch an der Oberfläche ausbreiten. Durch eine entsprechende Anordnung der Schwimmer 22, 23 können die entstehenden Interferenzmuster beeinflusst und in günstigere Bereiche verlagert werden. Unter Nutzung dieses Effekts kann der Propellerwirkungsgrad bei bestimmten Geschwindigkeiten weiter gesteigert werden.
Hierzu muss das Wasserfahrzeug, im Beispiel die Yacht 1 , exakt gerade, entsprechend der Konstruktionswasserlinie CWL 20 ausgerichtet sein. Eine Vielzahl von Einflüssen, wie z. B. Wellen, Sturm, ungleicher Gewichtsverlagerung, extreme Kurvenfahrt etc. wirkt dieser Ausrichtung entgegen, weshalb ein Proaktives Stabilisierungssystem (PSS) eingesetzt wird, um die Yacht 1 in jeder Situation auf der Konstruktionswasserlinie CWL 20 zu halten. Weitere konstruktive Massnahmen zur Stabilisierung und Ausrichtung, z.B. Gyroskop, Stabilisierungsflossen 11 , Ballasttanks 26, sind ebenfalls möglich.
Weiterhin kann die Yacht 1 mit Brennstoffzellen, Generator oder Maschine 25, Wasserstoff tanks und Ballasttanks 26 in den Tauchern 6, 7 versehen sein (Fig. 6).
Die Akkus können zudem auch in einem Hafen geladen werden. Weiterhin kann im Hafen Wasserstoff getankt, aber auch über Landstrom mit einem Onboard- Wasserstoff-Generator erzeugt werden.
Hinsichtlich Ihrer Dimensionen weist die Yacht 1 im Beispiel eine Nutzfläche von ca. 330 m2 auf und kann bis zu 12 Gäste aufnehmen.
Die Steuerung der Yacht 1 ist so konzipiert, dass sie sowohl von einem professionellen Steuermann als auch von den Gästen, sofern sie über seemännische Kenntnisse und Zulassungen verfügen, bedient werden kann. Die Steuerungseinrichtung verfügt über Komponenten für Antrieb und Stabilität, Navigation und Kommunikation, Energiemanagement, Servicemanagement, Sicherheit und Verwaltung, deren Software zumindest teilweise lernfähige Algorithmen verfügt.
Vorhanden sind übliche Navigationsmittel, eingeschlossen Satellitennavigation.
In Fahrt können Windkräfte, Wellen und Strömung in Echtzeit ermittelt bzw. berechnet werden.
Mittels mehrerer LIDAR-Sensoren ist auch die Erstellung eines 360°-Umgebungs- 3D-Bild rund um die Yacht 1 möglich. Dies ermöglicht eine ständige Rundumsicht um die Yacht 1 und erleichtert An- und Ablagemanöver wesentlich (vergleichbar mit einem Parkassistenten in modernen PKWs. Weiterhin werden die Daten des LIDARs im AMS zum automatischen Manövrieren der Yacht und zur Kollisionsverhinderung verwendet.
Die erfindungsgemässe Yacht weist auch einen, als Proaktives Stabilisierungssystem (PSS) bezeichneten Mechanismus zur Ermittlung von Wellenamplituden auf, um Stabilitätsangaben des Rumpfes anhand des gemessenen Wellenschlags zu beurteilen bzw. zu vergleichen und mittels eines Sensors die Amplituden nahender Wellen zu ermitteln.
Daraus können wiederum zu erwartende Wellenschläge auf den Rumpf bestimmt werden und ggf. vorbeugende Kurskorrekturen o. a. ausgeführt werden, mit dem Ziel, die Belastung für Schiff und Besatzung zu reduzieren und dabei gleichzeitig die Effizienz der Fortbewegung zu steigern.
Die offenbarte Yacht 1 weist nur wenige unangenehme Roll- und Pitchbewegungen auf, es besteht mehr Sicherheit in Extremsituationen, sie ermöglicht ein Lebensgefühl wie auf einer Superyacht, bei wesentlich geringeren Kosten für Unterhalt/Nutzung, störender Motorenlärm fehlt, Reisegeschwindigkeiten von 7-9 Knoten bei mehrtägigen Reisen, bessere Kontrolle der Yacht in Stress-Situationen, beim Manövrieren in engen Häfen, bei Wellen und Wind, Kontrolle des Schiffsumfeldes und mehr Redundanz bei wichtigen Systemkomponenten.
Auflistung der Bezugszeichen
1 Yacht
2 Oberschiff/Rumpfkörper
3 Aufbau
4 Teilrumpf/Stelze
5 Teilrumpf/Stelze
6 Taucher
7 Taucher
8 Nassdeck/Unterseite
9 Beplankung
10 Photovoltaikelement
11 Fin/Flosse
12 Propeller
13 Seitenteil
14 Ruder
15 Oberdeck
16 Dach
17 seitliches Stützelement
18 Querstrahlruder
19 Frontstütze
20 Konstruktionswasserlinie CWL
21 -
22 Bugschwimmer
23 Heckschwimmer
24 Taucherspitze
25 Antriebsmaschine 26 Ballasttanks
27 Bugwelle des vorderen Schwimmers
28 Bugwelle des hinteren Schwimmers
29 Interferenzmuster 30 Längenversatz
31 Einschnürung
32 Verlauf des Schwimmerprofils

Claims

Patentansprüche
1 . Wasserfahrzeug, insbesondere eine Yacht, die in einer SWATH-Bauart ausgeführt ist, mit einem, einen Aufbau (3) aufnehmendes Oberschiff (2), an dessen Unterseite, dem Nassdeck (8), sich zwei quer zur Fahrtrichtung voneinander beabstandete Teilrümpfe (4, 5) angeordnet sind, die sich über mindestens einen Teil des Oberschiffs (2) im Wesentlichen in Fahrtrichtung des Wasserfahrzeugs erstrecken, wobei die Teilrümpfe (4, 5) jeweils auf einem, im Wesentlichen in Fahrtrichtung des Wasserfahrzeugs angeordneten und sich über mindestens einen Teil des Oberschiffs (2) erstreckenden Auftriebskörper bestehend aus Schwimmer (22, 23) und Taucher (6, 7) sitzen, dadurch gekennzeichnet, dass die Taucher (6, 7) charakteristische Verengungen im Querschnitt aufweisen, die auf den Längsverlauf von Schwimmerprofilen (22, 23) des Teilrumpfes (4, 5) geformt sind.
2. Wasserfahrzeug nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die charakteristischen Verengungen der Taucher (6, 7) in Längsrichtung versetzt zu den Schwimmern (22, 23) angeordnet sind.
3. Wasserfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Taucher, (6, 7) und Schwimmer (22, 23) mit einem Verhältnis aus Längenversatz (30) mit Werten für den Längenversatzfaktor pv « 0,17 ... 0,25 respektive dem Verlauf der Verdrängung zur Verengung des Querschnitts der Taucher (6, 7), der Taucherkrümmung, mit Werten für den Krümmungsverlaufsfaktor pA « 0,12 ... 0,23 ausgestaltet bzw. darstellbar sind.
4. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze (24) jedes Tauchers (6, 7) als Wulst gestaltet und mit einem Abstand zum Bugschwimmer (22) des Teilrumpfes (4, 5) angeordnet ist.
5. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Flossen/Fins (11 ) und Querstrahlruder (18) mit ähnlichem Versatz wie die Taucher
(6, 7) positioniert sind.
6. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an beiden Tauchern (6, 7) Querstrahlruder (18) und Fins (11 ) angeordnet sind.
7. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufbau (3) eine flächenveränderliche Beplankung (9) aufweist, die im Wesentlichen mit Photovoltaikelementen (10) belegt ist.
8. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beplankung (9) zumindest teilweise aufklappbar bzw. schwenkbar angeordnet ist.
9. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an den Tauchern (6, 7) mindestens eine bewegliche Flosse (11) angeordnet ist.
10. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Steuerung und ein Stabilisierungssystem aufweist, deren Software Kl enthält.
11. Wasserfahrzeug, insbesondere eine Yacht, die in einer SWATH-Bauart ausgeführt ist, mit einem, einen Aufbau (3) aufnehmendes Oberschiff (2), an dessen Unterseite, dem Nassdeck (8) sich zwei quer zur Fahrtrichtung voneinander beabstandete Teilrümpfe (4, 5) angeordnet sind, die sich über mindestens einen Teil des Oberschiffs (2) im Wesentlichen in Fahrtrichtung des Wasserfahrzeugs erstrecken, wobei die Teilrümpfe (4, 5) jeweils auf einem, im Wesentlichen in Fahrtrichtung des Wasserfahrzeugs angeordneten und sich über mindestens einen Teil des Oberschiffs (2) erstreckenden Auftriebskörper aus Schwimmer (22, 23) und Taucher (6, 7) sitzen, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufbau (3) eine flächenveränderliche Beplankung (9) aufweist, die im Wesentlichen mit Photovoltaikelementen (10) belegt ist.
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