FR2726804A1 - Hull for single- or multi-hulled craft esp. high speed ones - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention conceme une coque de navire rapide perfectionnée présentant des mouvements de tangage, roulis et pilonnement ainsi que des impacts hydrodynamiques amortis. The present invention relates to an improved fast ship hull having pitching, rolling and heaving movements as well as damped hydrodynamic impacts.
Les navires dits "rapides", dont tout ou partie de la sustentation est assurée par portance hydrodynamique, sont soumis par mer formée de face à trois phénomènes conjugués qui limitent leurs possibilités d'ex ploitation à grande vitesse par mauvais temps:
- augmentation de la résistance à l'avancement se traduisant soit par une chûte de la vitesse à puissance propulsive constante soit par une augmentation de la puissance propulsive nécessaire pour maintenir une vitesse donnée, augmentation d'autant plus prononcée que les conditions de navigation provoquent l'immersion de l'étrave;
- mouvements de tangage et de pilonnement de forte amplitude, en particulier au voisinage de la résonance;;
- accélérations verticales importantes dues aux impacts des vagues sur la coque pouvant atteindre des seuils intolérables pour l'équipage et la structure même du navire.The so-called "fast" ships, of which all or part of the lift is provided by hydrodynamic lift, are subjected by sea formed from the face of three combined phenomena which limit their possibilities of exploitation at high speed in bad weather:
- increase in drag resistance resulting either in a drop in speed at constant propulsive power or in an increase in propellant power necessary to maintain a given speed, an increase all the more pronounced as the navigation conditions cause the 'immersion of the bow;
- pitching and heaving movements of high amplitude, in particular in the vicinity of the resonance;
- significant vertical accelerations due to the impacts of the waves on the hull which can reach intolerable thresholds for the crew and the structure of the ship.
A longueur, déplacement et vitesse du navire fixés de même que période et amplitude des vagues, ces phénomènes évoluent de la manière suivante en fonction des caractéristiques du navire telles que angle de relevé de varangue, assiette ou encore coefficient de charge:
- toute action sur ces paramètres pour maintenir la résistance à l'avancement et donc la puissance propulsive à un faible niveau conduit à des amplitudes de mouvement et des accélérations importantes; et réci proquernent;
- parallèlement, toute action sur ces paramètres pour maintenir mouvements et accélérations à un seuil tolérable entraine une dégradation des performances par mer calme.At fixed length, displacement and speed of the ship as well as period and amplitude of the waves, these phenomena evolve in the following way according to the characteristics of the ship such as angle of veranda, trim or even load coefficient:
- any action on these parameters to maintain the resistance to advancement and therefore the propulsive power at a low level leads to large amplitudes of movement and accelerations; and reciprocate;
- at the same time, any action on these parameters to maintain movements and accelerations at a tolerable threshold leads to a degradation of performance in calm sea.
Les formes de coque dites à double bouchain", principalement constituées de chaque bord de trois surfaces, successivement dénommées de la quille au pont "lond", "bouchai n", et "muraille", représentent pour les navires de type monocoque un des meilleurs compromis actuels entre performances, comportement à la mer et stabilité. The hull shapes known as double chine ", mainly consisting of each edge of three surfaces, successively named from the keel to the deck" lond "," bouchai n ", and" muraille ", represent for monohull type ships one of the best current compromises between performance, behavior at sea and stability.
En contrepartie, elles présentent, en particulier à vitesse réduite, un roulis peu amorti en l'absence de dispositifs antiroulis tels que quilles ou ailerons. A l'exception des dispositifs rétractables, la mise en place de tels appendices entraine nécessairement une augmentation de la résistance à l'avancement. In return, they exhibit, in particular at reduced speed, a roll that is not very damped in the absence of anti-roll devices such as keels or fins. With the exception of retractable devices, the installation of such appendages necessarily leads to an increase in resistance to advancement.
La présente invention a donc pour but principal de réduire, I'amplitude des mouvements de tangage, roulis et pilonnement ainsi que les accélérations verticales d'impact des navires rapides en limitant la dégradation des performances ~ en en vitesse aussi bien par mer calme que par mer formée. The main object of the present invention is therefore to reduce the amplitude of the pitching, rolling and heaving movements as well as the vertical accelerations of impact of fast vessels by limiting the degradation of performance ~ in speed both in calm sea and by heavy sea.
A cet effet, la coque selon l'invention est essentiellement caractérisée en ce qu'elle comprend d'un bord au moins, à l'extrême avant du navire, sur une longueur au moins égale au dixième de celle du navire, une mu raille et un fond dont les normales extérieures respectives sont dirigées vers le bas, séparés par une surface de bouchain qui présente simultanément une normale extérieure dirigée en tout point vers le haut, des sections transversales dont la flêche est inférieure au dixième de la corde, ainsi qu'une limite inférieure située au dessus du plan de flottaison du navire en charge à l'arrêt . To this end, the hull according to the invention is essentially characterized in that it comprises at least one edge, at the extreme bow of the ship, over a length at least equal to one tenth of that of the ship, a section and a bottom whose respective external normals are directed downward, separated by a chine surface which simultaneously presents an external normal directed at any point upward, cross sections whose arrow is less than a tenth of the chord, as well as '' a lower limit located above the water plane of the laden laden vessel.
De préférence, le fond du navire présente, en sa partie supérieure, un redan longitudinal à section transversale proche de l'horizontale qui limite la résistance de frottement en favorisant la séparation des filets d'eau et améliore simultanément la portance hydrodynamique du fond et celle de la surface de bouchain. Preferably, the bottom of the ship has, in its upper part, a longitudinal step with a cross section close to the horizontal which limits the frictional resistance by promoting the separation of the water streams and simultaneously improves the hydrodynamic lift of the bottom and that from the chine surface.
De même, pour améliorer simultanément la portance hydrodynamique du fond et celle de la surface de bouchain, le raccordement de cette dernière avec le fond du navire présente, en section transversale, de préfé rence, le rayon de courbure minimum compatible avec les contraintes de construction de la coque. Similarly, to simultaneously improve the hydrodynamic lift of the bottom and that of the chine surface, the connection of the latter with the bottom of the ship preferably has, in cross section, the minimum radius of curvature compatible with the construction constraints. of the hull.
Dans le cas d'une coque symétrique, cette surface de bouchain est nécessairement dotée d'un symétrique par rapport au plan médian. Dans le cas d'une coque asymétrique elle peut être complétée ou non d'un homologue sur l'autre bord. In the case of a symmetrical shell, this chine surface is necessarily endowed with a symmetry with respect to the median plane. In the case of an asymmetrical hull it may or may not be supplemented by a counterpart on the other edge.
Cet ensemble de dispositions produit les effets conjugués suivants:
- le fond du navire est prolongé vers l'avant délimitant avec la surface de bouchain un volume de coque adbtionnel à l'avant du navire,
- la composante verticale de la résultante des efforts hydrodynamiques s'exerçant sur la surface de bouchain lors de son immersion dans les vagues s'oppose aux mouvements ascentionnels de l'étrave,
- la poussée hydrostatique additionnelle sur l'avant du navire s'oppose à l'immersion de l'étrave,
- la discontinuité créée entre muraille et fond par interposition de la surface de bouchain confère au fond le roule d'écran déflecteur réduisant les impacts hydrodynamiques et la résistance de frottement s'exerçant sur la muraille,
- arête vive constituée par l'intersection de la surface de bouchain et du fond s'oppose, d'une part, aux mouvements verticaux de l'étrave par mer formée et, d'autre part, au mouvement de roulis du navire à vitesse réduite,
- retirement des lignes d'eau avant réduit la résistance de pénétration de l'étrave dans les vagues,
- I'émersion totale de la surface de bouchain résultant du déjaugeage du navire à vitesse élevée ne perturbe pas les performances par mer calme.This set of provisions has the following combined effects:
- the bottom of the ship is extended forward delimiting with the chine surface a volume of additional hull at the front of the ship,
- the vertical component of the result of the hydrodynamic forces exerted on the chine surface during its immersion in the waves opposes the upward movements of the bow,
- the additional hydrostatic thrust on the bow of the ship prevents the bow from submerging,
- the discontinuity created between the wall and the bottom by interposition of the chine surface gives the bottom the deflector screen roll reducing the hydrodynamic impacts and the friction resistance exerted on the wall,
- sharp edge formed by the intersection of the chine surface and the bottom opposes, on the one hand, the vertical movements of the bow by rough sea and, on the other hand, the rolling movement of the ship at speed scaled down,
- removal of the front water lines reduces the penetration resistance of the bow in waves,
- the total emergence of the chine surface resulting from the planing of the ship at high speed does not disturb the performance in calm sea.
II est ainsi possible de limiter la fatigue de l'équipage et du navire tout en préservant les performances de lui-ci quel que soit l'état de la mer. It is thus possible to limit the fatigue of the crew and of the ship while preserving their performance regardless of the state of the sea.
Dans une forme de réalisation particulière de l'invention appliquée à un navire de type "monocoque", la surface de bouchain se prolonge de manière continue jusqu'au tableau arrière et présente:
- dans la région milieu du navire, une normale extérieure dirigée vers le bas de manière à maintenir une largeur à la flottaison importante et donc une torte stabilité initiale,
- à l'extrémité arrière du navire, une normale extérieure dirigée vers le haut constituant ainsi des appenbces anti-roulis latéraux sans inadence sur la résistance à l'avancement à grande vitesse en raison de la séparation totale des filets d'eau à partir du redan.In a particular embodiment of the invention applied to a “monohull” type ship, the chine surface extends continuously up to the transom and presents:
- in the middle region of the ship, an external normal directed downwards so as to maintain a large width at the waterline and therefore a slight initial stability,
- at the aft end of the ship, an external normal directed upwards thus constituting lateral anti-roll appenbces without resistance to the advancement at high speed due to the total separation of the water streams from the step back.
Cette forme de réalisation particulière de l'invention est décrite ci-après et illustrée par les figures 1 à 3 parmi lesquelles:
- la figure 1 représente la vue de proM simplifiée d'un navire monocoque à l'arrêt, réalisé conformément à l'invenbon, et le diagramme traduisant la variation de la composante verticale de la normale extérieure à la surface de bouchain en fonction de la position longitudinale du point considéré;
- la figure 2 est une vue de profil de ce même navire à pleine vitesse par mer calme;
- la figure 3 représente un ensemble de demi-coupes transversales de la coque du même navire à l'arrêt suivant les lignes de coupe CO à C9 de la figure 1. This particular embodiment of the invention is described below and illustrated by Figures 1 to 3, among which:
- Figure 1 shows the simplified proM view of a monohull vessel at a standstill, produced in accordance with the invention, and the diagram translating the variation of the vertical component of the normal outside the chine surface as a function of the longitudinal position of the point considered;
- Figure 2 is a side view of the same vessel at full speed in calm sea;
FIG. 3 represents a set of transverse half-sections of the hull of the same ship when stopped along the cutting lines CO to C9 in FIG. 1.
La figure 4 précise, sur un ensemble de deux demieoupes transversales de l'avant de la coque d'un navire conforme à linvention, les notions de normale extérieure, corde et fléchie. Figure 4 specifies, on a set of two transverse half-sections from the front of the hull of a ship according to the invention, the notions of external normal, rope and bent.
La figure 5 représente, en variante, la vue en perspective de dessous de la coque d'un navire de type catamaran à coques asymétriques, à l'arrêt, réalisé conformément à l'invention. FIG. 5 shows, as a variant, the perspective view from below of the hull of a catamaran type ship with asymmetric hulls, at a standstill, produced in accordance with the invention.
Le navire représenté sur les figures 1 et 2 comprend essentiellement des superstructures (2) et une coque (1). Les demi-coupes transversales de celleci représentées par la figure 3 sont conventionnellement réparties de part et d'autre du plan médian. Le repère orthonormé lié au navire est constitué de l'axe longitudinal (X), orienté de l'arrière vers l'avant, de l'axe transversal (Y), orienté de tribord vers babord, et de l'axe verti cal (Z), orienté de bas en haut. The ship represented in FIGS. 1 and 2 essentially comprises superstructures (2) and a hull (1). The transverse half-sections of this represented by FIG. 3 are conventionally distributed on either side of the median plane. The orthonormal coordinate system linked to the vessel consists of the longitudinal axis (X), oriented from the rear to the front, the transverse axis (Y), oriented from starboard to port, and the vertical axis cal ( Z), oriented from bottom to top.
Conformément à linvention, la coque (1) est principalement constituée d'un fond (3), d'une surface de bouchain (4) et d'une muraille (5). According to the invention, the hull (1) mainly consists of a bottom (3), a chine surface (4) and a wall (5).
Dans cette forme particulière de réalisation:
- la surface de bouchain (4) s'étend de l'étrave (8) au tableau arrière, sa normale extérieure (n4) évoluant contonément à la loi suivante représentée par la figure 1: la composante verticale (u), suivant l'axe (Z), de la normale extérieure (n4) à la surface de bouchain (4) diminue progressivement en s'éloignant de l'étrave (8) pour s'annuler à une distance voisine du tiers de la longueur du navire, décroit encore jusqu'à un minimum négatif au voisinage du milieu du navire puis croit de manière continue jusqu'à une valeur positive à l'arrière du navire en s'annulant à une distance du tableau arrière voisine du sixième de la longueur du navire;;
- la surface de bouchain (4) présente des sections transversales droites donc à flèche (f) nulle améliorant la portance hydrodynamique en début d'immersion de cette surface; à titre de comparaison, les sections transversales de la surface de bouchain illustrée par la figure 4 présentent une flêche (f) égale au dixième de la corde (c);
- la limite inférieure (7)de la surface de bouchain (4) est située audessus de la flottaison (9) dans le tiers avant du navire ; en effet, une position trop haute de cette limite inférieure (7) réduit la surface de bouchain (4) et l'éloigne de la surface de la mer limitant par conséquent son efficacité; à contrario, une position de cette limite inférieure (7)trop basse génère un excès de portance négative perturbant le déjaugeage du navire donc sa montée en vitesse et favorisant l'enfoumement de l'avant du navire par mer de l'arrière;
- le fond (3) présente en sa partie supérieure un redan longitudinal et horizontal (6), qui facilite la séparation des filets d'eau à grande vitesse reduisant ainsi la surface de la coque mouillée et par suite la résistance de frottement et donc la résistance à l'avancement du navire.In this particular embodiment:
- the chine surface (4) extends from the stem (8) to the transom, its external normal (n4) evolving in accordance with the following law represented by FIG. 1: the vertical component (u), according to axis (Z), from the external normal (n4) to the chine surface (4) gradually decreases away from the bow (8) to cancel out at a distance close to a third of the length of the ship, decreases still up to a negative minimum near the middle of the ship and then increases continuously to a positive value at the rear of the ship, canceling out at a distance from the transom close to one sixth of the length of the ship;
- the chine surface (4) has straight cross sections therefore with zero deflection (f) improving the hydrodynamic lift at the start of immersion of this surface; for comparison, the cross sections of the chine surface illustrated in FIG. 4 have an arrow (f) equal to one tenth of the cord (c);
- the lower limit (7) of the chine surface (4) is located above the waterline (9) in the fore third of the ship; indeed, too high a position of this lower limit (7) reduces the chine surface (4) and moves it away from the surface of the sea consequently limiting its effectiveness; conversely, a position of this lower limit (7) too low generates an excess of negative lift disturbing the planing of the ship therefore its speed increase and favoring the burial of the front of the ship by sea from the rear;
- The bottom (3) has in its upper part a longitudinal and horizontal step (6), which facilitates the separation of the water streams at high speed thus reducing the surface of the wet hull and consequently the friction resistance and therefore the resistance to the advancement of the ship.
A vitesse réduite, le navire présente une attitude similaire à celle du repos représentée par la figure 1. At reduced speed, the ship presents an attitude similar to that of the rest represented in FIG. 1.
Dans ce cas, lintersection du redan (6) et de la surface de bouchain (4) constitue aux extrémités avant et arrivé re du navire des arêtes longitudinales respectivement au dessus de la flottaison (9) mais à son voisinage immédiat et en dessous de la flottaison qui s'opposent conjointement aux mouvements de roulis.In this case, the intersection of the step (6) and the chine surface (4) constitutes at the front and rear ends of the ship longitudinal edges respectively above the waterline (9) but in its immediate vicinity and below the buoyancy which jointly oppose the rolling movements.
Quand la vitesse augmente, le navire prend une assiette positive et déjauge comme indiqué par la firgure 2, la surface de bouchain (4) devient plus fortement émergée et demeure sans action défavorable sur les performances en vitesse du navire par mer calme. When the speed increases, the ship takes a positive attitude and planes as indicated by the company 2, the chine surface (4) becomes more strongly emerged and remains without unfavorable action on the speed performance of the ship in calm sea.
A grande vitesse, la sustentation du navire étant essentiellement assurée par portance hydrodynamique sur le fond (3), les caractéristiques de portance de ce demier peuvent être optimisées indépendamment de la présente invention. At high speed, the lift of the ship being essentially provided by hydrodynamic lift on the bottom (3), the lift characteristics of the latter can be optimized independently of the present invention.
A grande vitesse par mer formée de face, le mouvement relatif de plongée de l'avant du navire dans une crête de vague se décompose en trois phases dont la succession produit un rappel efficace mais amorti. At high speed by sea formed from the front, the relative movement of diving from the front of the ship into a crest of wave breaks down into three phases, the succession of which produces an effective but damped recall.
Dans une premier temps correspondant à l'immersion du fond (3), le navire est soumis à un moment de rappel d'autant plus important que:
- I'effort d'impact hydrodynamique sur le fond (3) possède un moment par rapport au centre de
gravité augmenté par l'extension du fond vers l'avant du navire,
- le moment de rappel de la poussée hydrostatique est accru en proportion de l'augmentation et du
déport vers l'avant du volume délimité par le tond (3) et la surface de bouchain (4)
- la portance du redan (6) à l'avant du navire est améliorée par la dépression engendrée sur la sur
face de bouchain en raison de l'angle d'attaque négatif de celle ci par rapport au flux d'eau ascendant
Dans cette première phase, la configuration géométrique résultant de la présence d'une surface de bouchain à normale extérieure ascendante réduit fortement le mouillage de la surface de bouchain (4 )et de la muraille (5) et par suite l'accroissement de résistance à l'avancement.Initially corresponding to the bottom immersion (3), the ship is subjected to a recall moment which is all the more important since:
- the hydrodynamic impact force on the bottom (3) has a moment relative to the center of
gravity increased by the extension of the bottom towards the front of the ship,
- the hydrostatic thrust recall moment is increased in proportion to the increase and
forward offset of the volume delimited by the mower (3) and the chine surface (4)
- the lift of the step (6) at the front of the ship is improved by the depression generated on the over
chine face due to the negative angle of attack of this one with respect to the ascending water flow
In this first phase, the geometrical configuration resulting from the presence of a chine surface with ascending external normal greatly reduces the wetting of the chine surface (4) and the wall (5) and consequently the increase in resistance to advancement.
La deuxième phase correspondant à l'immersion de la surface de bouchain, est une phase d'amortissement du moment de rappel:
- en raison de la diminution des sections horizontales de la surface de bouchain (4) avec l'alftude,
le volume immergé donc la poussée hydrostatique croit moins rapidement que l'enfoncement;
- compte tenu de l'angle d'attaque de la surface de bouchain par rapport au flux ascendant, elle n'est
pas soumise à des efforts d'impact hydrodynamique.The second phase, corresponding to the immersion of the chine surface, is a phase of amortization of the recall moment:
- due to the decrease in the horizontal sections of the chine surface (4) with the alftude,
the submerged volume therefore the hydrostatic thrust increases less rapidly than the sinking;
- taking into account the angle of attack of the chine surface in relation to the upward flow,
not subjected to hydrodynamic impact forces.
Cette phase constitue un palier dans le phénomène de rappel, permettant, dans un état de mer moyen, à avant du navire de remonter sans accroissement supplémentaire de résistance à l'avancement. This phase constitutes a plateau in the recall phenomenon, allowing, in an average sea state, before the ship to go up without further increase in resistance to advancement.
Enfin, si les conditions de mer sont telles que l'avant du navire poursuit son mouvement de plongée, il y a immersion de la muraille (5) dont le volume important assure une forte poussée hydrostatique, tandis que les efforts d'impact sur cette muraille sont limités par le ralentissement du mouvement en première phase. Finally, if the sea conditions are such that the front of the ship continues its diving movement, there is immersion of the wall (5) whose large volume ensures a strong hydrostatic thrust, while the impact forces on this walls are limited by the slowdown of movement in the first phase.
A linverse, lors des mouvements de tangage et pilonnement de grande amplitude d'un navire rapide par mer de face, la conjonction des efforts hydrodynamiques et hydrostatiques dus à l'immersion de l'avant du navire génère habituellement un rappel brutal de ce dernier vers le haut. Dans le cas d'un navire réalisé conformément à la présente invention, les efforts hydrodynamiques développés par le fluide sur la surface de bouchain (4) lors de la remontée de l'avant du navire s'opposent à ce mouvement et ramortissent. Conversely, during pitching and heaving movements of large amplitude of a fast ship by sea from the front, the combination of hydrodynamic and hydrostatic forces due to the immersion of the bow of the ship usually generates a sudden recall of the latter towards the top. In the case of a ship produced in accordance with the present invention, the hydrodynamic forces developed by the fluid on the chine surface (4) during the ascent of the bow of the ship oppose this movement and dampen.
La coque de navire de type catamaran représentée par la figure 5 illustre le cas de coques asymétriques réalisées conformément à Invention dont seules les parois extemes présentent une surface de bouchain (4) à normale extérieure dirigée vers le haut, les parois internes (10) étant constituées de surfaces planes verticales. The hull of a catamaran type ship represented by FIG. 5 illustrates the case of asymmetrical hulls produced in accordance with the invention of which only the outer walls have a chine surface (4) with normal exterior directed upwards, the internal walls (10) being made up of flat vertical surfaces.
La présente invention permet donc d'améliorer la tenue à la mer des navires rapides sans dégrader leur performances. Elle est particulièrement destinée à tous les navires rapides qui doivent demeurer pleinement opérationnels par mer formée tels que vedettes à passagers, vedettes de pilotage, de sauvetage, de surveillance, patrouilleurs et autres navires. The present invention therefore makes it possible to improve the handling at sea of fast vessels without degrading their performance. It is particularly intended for all fast vessels which must remain fully operational in heavy seas such as passenger launches, piloting, rescue, surveillance, patrol boats and other vessels.
Claims (6)
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- 1994-11-14 FR FR9413807A patent/FR2726804B1/en not_active Expired - Fee Related
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