PL153075B1 - Method for reducing rolling of a ship - Google Patents

Description

RZECZPOSPOLITA POLSKI REPUBLIC POLISH OPIS PATENTOWY PATENT DESCRIPTION 153 075 153 075 Patent dodatkowy do patentu nr--- Zgłoszono: 85 12 02 (P. 256592) Pierwszeństwo - Additional patent to patent no --- Reported: 85 12 02 (P. 256592) Priority - Int. Cl.⁵ B63B 39/00 B63H 9/00Int. Cl. ⁵ B63B 39/00 B63H 9/00 UR PATEI UR PATEI ZAD NTOWY RUMP NEW Zgłoszenie ogłoszono: 87 06 29 Application announced: 87 06 29 HlTOlll ISiLlJ HlTOlll ISiLlJ RP RP Opis patentowy opublikowano: 1991 09 30 Patent description published: 1991 09 30

Twórca wynalazku: Zbigniew ZbrojaInventor: Zbigniew Zbroja

Uprawniony z patentu: Zbroja Zbigniew, Szczecin (Polaka)The holder of the patent: Zbroja Zbigniew, Szczecin (a Pole)

SPOSÓB STABILIZACJI KOŁYSAĆ STATKUWAY TO STABILIZE YOUR SHIP TO ROCK

Przedmiotem wynalazku jest sposób stabilizacji kołysań statku, a zwłaszcza statku morskiego, z wykorzystaniem energii wiatru.The subject of the invention is a method of stabilizing the rolling of a ship, especially a sea-going ship, with the use of wind energy.

Dotychczas znane sposoby stabilizacji kołysań poprzecznych statku polegają na wyposażaniu statku w urządzenia zmniejszające amplitudę kołysań. Jako urządzenia do stabilizacji kołysań statku wykorzystuje się między innymi zbiorniki z cieczą, stępki przychyłowe oraz stabilizatory płetwowe.The hitherto known methods of stabilizing a ship's rolling consist in equipping the ship with devices reducing the amplitude of the ship's rolling. As devices for stabilizing the rolling of the ship, there are, among others, liquid tanks, gully keels and fin stabilizers.

Wytworzenie momentu działającego odwrotnie do momentu wymuszającego kołysanie statku w urządzeniu stanowiącym zbiorniki z cieczą uzyskuje się za pomocą przemieszczenia cieczy pomiędzy zbiornikami. Przez regulację przemieszczania cieczy zmienia się okres kołysań własnych cieczy w stosunku do okresu kołysań poprzecznych statku. Natomiast w stabilizatorach płetwowych moment stabilizujący uzyskuje się przez zmianę położenia w wodzie płetwy w stosunku do kadłuba, wysuwanie i/lub wychylanie o odpowiednie kąty natarcia. Wadą dotychczas znanych sposobów stabilizacji kołysań statku jest to_f źe zawierają urządzenie wykonawcze, które zajmuje znaczną objętość ładunkową statku. Efekt działania, na przykład stabilizatorów płetwowych wzrasta wraz ze wzrostem prędkości statku. Skuteczność ich działania uzyskiwana jest przy prędkości statku powyżej dziesięciu węzłów^ W warunkach sztormowych zapotrzebowanie na stabilizację kołysań statku wzrasta, leoz ze wzrostem fali i wiatru, wzrasta opór w wodzie powodująo zmniejszenie prędkości marszowej statku. A więc w momencie największego zapotrzebowania na stabilizację kołysań ograniczone jest używanie stabilizatorów płetwowych,aby nie powodować dodatkowego spadku prędkości marszowej statku, która ulega ograniczeniu spowodowanym przez warunki sztormowe. W konsekwencji płetwy stabilizacyjne chowane są do kadłuba.The generation of a moment acting opposite to the moment forcing the ship to swing in the liquid tank device is achieved by moving the liquid between the tanks. By controlling the displacement of the liquid, the swing period of the liquid changes in relation to the swing period of the ship. On the other hand, in the fin stabilizers the stabilizing moment is obtained by changing the position of the fin in the water in relation to the hull, extending and / or tilting it through the appropriate angles of attack. The disadvantage of the previously known ways to stabilize oscillations of the ship is _f that contain an actuator, which occupies a considerable volume of cargo ship. The effect of, for example, fin stabilizers increases with increasing ship speed. The effectiveness of their operation is obtained at the ship's speed above ten knots ^ In storm conditions, the demand for stabilization of the ship's rolling increases, but with the increase of wave and wind, the resistance in water increases, and the ship's marching speed decreases. Thus, at the moment of the greatest demand for rocking stabilization, the use of fin stabilizers is limited in order not to cause an additional drop in the ship's marching speed, which is limited due to storm conditions. As a consequence, the stabilization fins are hidden in the hull.

Znane są i stosowane napędy wiatrowe na statkach żaglowych jako napędy główne oraz na statkach handlowych jako wspomaganie ich siłowni motorowych. W obu przypadkach głównym ce153 075Wind drives are known and used in sailing ships as main propulsion and in commercial ships as supporting their motor power plants. In both cases, the main ce153 075

153 075 lem napędu wiatrowego jest uzyskiwanie dużej aerodynamicznej siły ciągu, równoległej do osi wzdłużnej statku, decydującej o prędkości poruszania się statku, przy jednoczesnym minimalizowaniu aerodynamicznej siły poprzecznej. Warunek minimalizacji aerodynamicznej siły poprzecznej wynika z granicznego kąta przechyłu statku. Większym bowiem siłom odpo wiadają większe kąty przechyłu statku. W skrajnych warunkach morskich dla zmniejszenia wartości aerodynamicznej siły poprzecznej dokonuje się redukcji powierzchni urządzenia napędowego - refowanie. W określonych zaś warunkach żeglugi ustawienie urządzenia napędowego na statku względem wiatru w zasadzie jest stałe. Zmiany jego ustawienia związane są ze zmianą kursu statku lub też zmianą kierunku wiatru rzeczywistego - halsowanie.The purpose of the wind propulsion is to obtain high aerodynamic thrust, parallel to the longitudinal axis of the ship, which determines the speed of the ship, while minimizing the aerodynamic lateral force. The condition for minimizing the lateral aerodynamic force results from the limiting angle of heel of the ship. For greater forces correspond to greater angles of heel. In extreme sea conditions, in order to reduce the value of the aerodynamic lateral force, the surface of the propulsion device is reduced - reefing. In certain sailing conditions, the positioning of the propulsion system in relation to the wind is essentially constant. Changes of its setting are related to the change of the ship's course or the change of the real wind direction - tacking.

Znane sposoby do sterowania urządzeniem napędowym wykorzystującym energię wiatru, w określonych warunkach pływania, polegają na doborze wielkości jego powierzchni i kąta ustawienia do kierunku wiatru. Wyznacznikiem najkorzystniejszego ustawienia urządzenia napędowego jest uzyskanie maksymalnej składowej aerodynamicznej siły ciągu, pozwalającej na uzyskanie optymalnej prędkości statku. W każdym jednak ustawienia urządzenia napędowego nieuniknione jest oddziaływanie na statek składowej aerodynamicznej siły poprzeoznej. Przy ustalonej powierzchni urządzenia napędowego i sile oraz kierunku wiatru aerodynamiczna siła poprzeczna powoduje stały przechył statku i nieznacznie, w sposób bierny, tłumi kołysanie poprzeczne statku.Known methods for controlling a propulsion device using wind energy, in certain swimming conditions, consist in selecting the size of its surface and the angle of its orientation to the wind direction. The determinant of the most advantageous setting of the propulsion device is the achievement of the maximum aerodynamic component of the thrust, allowing for the optimal speed of the ship. However, in any setting of the propulsion device, it is inevitable that the ship has an aerodynamic after-thrust component. Given the area of the propulsion device and the force and direction of the wind, the aerodynamic lateral force causes the ship to heel constantly and slightly passively dampens the ship's roll.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu stabilizacji kołysań statku umożliwiającego, przy stałym kursie statku, wykorzystanie energii wiatru do redukcji amplitud kołysań statku.The aim of the invention is to develop a method of stabilizing the rolling of the ship, making it possible to use the wind energy to reduce the amplitude of the ship's rolling with a constant course of the ship.

Sposób stabilizaoji kołysań statku według wynalazku charakteryzuje się tym, że regulację amplitudy i fazy aerodynamicznego momentu stabilizującego dokonuje się poprzez zmianę kąta natarcia urządzenia wykonawczego w stosunku do kierunku wiatru, przy stałym kursie statku. Zmianę kąta natarcia urządzenia wykonawczego prowadzi się dla dowolnego kierunku wiatru.The method of stabilizing the rolling of the ship according to the invention is characterized in that the amplitude and phase of the aerodynamic stabilizing moment are adjusted by changing the angle of attack of the actuator with respect to the wind direction, at a constant ship's course. The angle of attack of the actuator is changed for any wind direction.

Zaletą wynalazku jest to, że umożliwia uzyskanie dużego tłumienia kołysań statku pomimo spadku prędkości w ciężkich warunkach morskich, jak również podczas dryfu statku lub też postoju w miejscu. A ponadto zaletą jest także to, iż urządzenie wykonawcze na statkach motorowych nie zajmuje objętości ładunkowej, gdyż zamontowane jest na jego pokładzie, a tym samym nie wymaga specjalnej konstrukcji statku z uwzględnieniem szczelności kadłuba. Możliwe jest również znaczne obniżenie kosztu eksploatacji i remontów statku, bowiem nie ma konieczności jego dokowania.An advantage of the invention is that it allows to obtain a high damping of the ship's rolling despite the drop in speed in severe sea conditions, as well as during the ship's drift or when it is stationary. Moreover, an advantage is also the fact that the actuator on motor ships does not occupy the cargo volume, as it is mounted on its deck, and thus does not require a special ship structure, taking into account the tightness of the hull. It is also possible to significantly reduce the cost of operating and repairing the ship, as there is no need to dock it.

Przedmiot wynalazku jest zobrazowany w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia dynamikę ruchu statku, fig. 2 - układ sił aerodynamicznych działających na statek.The subject of the invention is illustrated in the embodiment in the drawing, in which fig. 1 shows the dynamics of the ship's motion, fig. 2 - the system of aerodynamic forces acting on the ship.

Zgodnie ze sposobem według wynalazku statek wyposaża się w urządzenie wykonawcze, które stanowi płat 1. W zależności od potrzeb można stosować jeden płat 1 lub też większą ich liczbę. Na fig. 1 i fig. 2 uwidoczniono, iż w zależności od wartości kąta nataroia płata 1 w stosunku do kierunku wiatru uzyskuje się dodatnią lub ujemną wartość aerodynamicznej siły poprzecznej P_p, a tym samym dodatni lub ujemny aerodynamiczny moment stabilizujący M_g wywołany tą siłą.According to the method of the invention, the ship is equipped with an actuator which is a panel 1. Depending on the needs, one or more panels 1 may be used. Fig. 1 and Fig. 2 show that depending on the value of the nataroia angle of the airfoil 1 in relation to the wind direction, a positive or negative value of the aerodynamic lateral force P _p is obtained, and thus a positive or negative aerodynamic stabilizing moment M _g caused by this force .

Z rozkładu aerodynamicznych sił działających na statek, uwidocznionych na fig. 2 wynika, że P^ jest wypadkową siłą aerodynamiczną, P_Q - jest siłą ciągu działającą w kierunku ruchu statku,a P_p - aerodynamiczną siłą poprzeczną, Pp siłą oporu,zaś P^ siłą nośną. Natomiast V_g stanowi prędkość statku,a prędkość wiatru pozornego, zaś A kąt wiatru pozornego względem płaszczyzny symetrii statku.The distribution of aerodynamic forces acting on the ship, shown in Fig. 2, shows that P ^ is the resultant aerodynamic force, P _Q - is the thrust in the direction of the ship's motion, P _p is the shear aerodynamic force, Pp is the drag force, and P ^ lifting force. On the other hand, V _g is the speed of the ship, and the speed of apparent wind, and A is the angle of apparent wind relative to the ship's symmetry plane.

Dokonując zmiany kąta natarcia płata ή w stosunku do kierunku wiatru pozornego, na przykład poprzez obrót masztu, na którym usytuowany jest płat 1, uzyskuje się zmianę wartości aerodynamicznej siły poprzecznej P_p. Wartość kąta natarcia i czas jego realizaoji ustala się dla wartości, które maksymalizują aerodynamiczną siłę poprzeczną P_p.By changing the angle of attack of the airfoil ή in relation to the apparent wind direction, e.g. by rotating the mast on which the airfoil 1 is located, a change in the value of the aerodynamic lateral force P _p is obtained. The value of the angle of attack and the time of its implementation are determined for the values that maximize the aerodynamic lateral force P _p .

Wywołany aerodynamiczną siłą poprzeczną P moment stabilizujący M_e, poprzez odpowiedni p s dobór jego amplitudy i fazy, prowadzi do tłumienia kołysań statku.The stabilizing moment M _e caused by the aerodynamic shear force P, through the appropriate ps selection of its amplitude and phase, leads to damping of the ship's rolling.

153 075153 075

Claims (2)

Zastrzeżenia patentowePatent claims 1. Sposób stabilizacji kołysań statku polegający na regulacji amplitudy i fazy momentu stabilizującego, który to statek jest wyposażony w siłownię motorową oraz wiatrowe urządzenie napędowe w postaci płata symetrycznego, stanowiącego urządzenie wykonawcze stabilizatora, znamienny tym, że regulację amplitudy i fazy aerodynamicznego momentu stabilizującego dokonuje się poprzez zmianę kąta natarcia urządzenia wykonawczego w stosunku do kierunku wiatru.1. The method of stabilizing the rolling of the ship by regulating the amplitude and phase of the stabilizing moment, which is equipped with a motor power plant and a wind propulsion device in the form of a symmetrical airfoil, which is an actuator of the stabilizer, characterized in that the amplitude and phase of the aerodynamic stabilizing moment are adjusted by changing the angle of attack of the actuator in relation to the wind direction. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zmianę kąta natarcia urządzenia wykonawczego prowadzi się dla dowolnego kierunku wiatru.2. The method according to p. The method of claim 1, characterized in that the change of the angle of attack of the actuator is carried out for any wind direction. Fig.2.Fig.2.