ES2297182T3 - Barcos oceanicos flexibles con cascos adaptables a la superficie. - Google Patents

Abstract

Embarcación que comprende: un primer y un segundo casco; y un módulo (36) adaptado para llevar una carga por encima de una superficie de agua; estando acoplado el módulo a unos elementos flexibles (38) acoplados a los cascos (34, 44) primero y segundo; de tal manera que los cascos pueden seguir independientemente la superficie del agua mientras soportan el módulo por encima de la superficie del agua, caracterizado porque cada casco presenta una sección de casco delantera (34) y una sección de casco trasera (44), estando acoplada cada sección de casco trasera de manera flexible a la sección de casco delantera respectiva.

Description

Barcos oceánicos flexibles con cascos adaptables a la superficie.

Antecedentes de la invención 1. Campo de la invención

La presente invención se refiere en general al diseño de barcos marinos.

2. Técnica anterior

Los barcos oceánicos y, en general, las embarcaciones, se basan en tres métodos para sortear la superficie sobre cuerpos acuáticos:

1)

"DESPLAZAMIENTO": este método lo utilizan los barcos con cascos de desplazamiento que permanecerán siempre parcialmente sumergidos. La energía suministrada por el sistema propulsor se transfiere, mediante hélices o chorros de agua, al agua que debe moverse para permitir el movimiento hacia delante del barco.

2)

"PLANEO": este método lo utilizan los barcos con cascos que planean. En estos barcos la energía del sistema propulsor se utiliza para levantar el casco fuera del agua. Esto se consigue con un diseño de la parte inferior que presenta una superficie que se levanta hidrodinámicamente respecto al agua: la fuerza hacia arriba así generada a la velocidad de planeo, es suficiente para levantar el barco parcialmente fuera del agua. Esto reduce la superficie mojada del casco y la cantidad de agua que tiene que ser desplazada para permitir el movimiento hacia delante.

3)

"PENETRACIÓN": este método se ha utilizado recientemente para diseñar barcos que pueden alcanzar altas velocidades en aguas agitadas y se utiliza principalmente en catamaranes. En este diseño los cascos son muy estrechos y presentan proas muy afiladas; esto permite al barco atravesar las olas con una resistencia reducida.

Un ejemplo de una embarcación existente se describe en el documento AU 439 997 (D1). D1 da a conocer una embarcación que comprende un primer y un segundo casco, un módulo adaptado para llevar una carga por encima de una superficie de agua, estando el módulo acoplado a unos elementos flexibles acoplados a los cascos primero y segundo, pudiendo seguir los cascos independientemente la superficie del agua mientras soportan el módulo por encima de la superficie del agua.

Es interesante observar que en todos estos diseños convencionales, hay un tipo de violencia que se ejerce sobre las olas, una interrupción del flujo natural del agua en movimiento que limita la velocidad que puede lograrse para un sistema propulsor y una longitud de barco dados. Lo que es más importante, los diseños convencionales someten a la estructura mecánica del barco a enormes impactos a medida que aumenta la velocidad. Estos impactos crean tensiones en los materiales que requieren resistencia adicional, y por tanto añadir peso al diseño del barco. Por consiguiente, debe aumentarse la potencia, con un aumento adicional de peso, etc. El alcance, que implica peso de combustible, también es un parámetro que está influido por la interrupción de las olas: por esta razón, los barcos rápidos de tamaño limitado presentan generalmente un alcance limitado.

Breve sumario de la invención

La presente invención proporciona los fundamentos para el diseño de un tipo de barco totalmente diferente que crea la mínima interrupción posible de las olas. En otras palabras, este barco no empuja, golpea ni penetra las olas, sino que en su lugar "BAILA" con ellas.

La invención utiliza la flexibilidad para cambiar y ajustar la estructura y la forma del barco a la superficie del agua, en lugar de ajustar o cambiar el agua para adaptarse al barco. Este método de ajustar la forma de la estructura en movimiento a una superficie fija se utiliza en esquís que deben seguir la variación de la superficie de la nieve y absorber los choques que conlleva el moverse sobre esa superficie a alta velocidad.

El barco presenta un par de cascos flexibles acoplados de manera flexible a una "cabina" entre y por encima de los cascos, permitiendo de ese modo que los cascos sigan la superficie del agua de manera independiente. Los receptáculos aerodinámicos de motores están articulados en la parte trasera de los cascos para mantener el sistema de propulsión en el agua, incluso si la popa de uno o ambos cascos tiende a levantarse fuera del agua cuando se cruza oleaje o similar. Se dan a conocer diversas otras realizaciones y características.

Breve descripción de los dibujos

Las figuras 1a, 1b y 1c son una vista lateral, una vista superior y una vista frontal, respectivamente, de una forma de realización de la presente invención.

La figura 2 es una vista en perspectiva de otra forma de realización de la presente invención.

La figura 3 es una vista superior de la forma de realización de la figura 2.

La figura 4 es una vista lateral de la forma de realización de la figura 2.

La figura 5 es una vista lateral de uno de los cascos de la forma de realización de las figuras 2 a 4.

La figura 6 es una vista superior de uno de los cascos de la forma de realización de las figuras 2 a 4.

Las figuras 7 y 8 ilustran el movimiento independiente de los cascos y los receptáculos aerodinámicos de motores de las figuras 2 a 4.

La figura 9 es una vista superior de un receptáculo aerodinámico de motor que ilustra el acoplamiento de las partes de proa y popa del mismo.

La figura 10 es una vista lateral de un receptáculo aerodinámico de motor que ilustra el acoplamiento de las partes de proa y popa del mismo.

Las figuras 11a, 11b, 11c y 11d ilustran la utilización de una forma de realización de la presente invención para llevar y liberar y recuperar otro objeto o vehículo acuático, tal como un submarino, un vehículo controlado a distancia o paquete de instrumentación.

La figura 12 ilustra la separación del módulo del resto de la estructura para fines tales como la utilización como una embarcación independiente o para cambiar módulos para diferentes aplicaciones.

Descripción detallada de las formas de realización preferidas

El tipo de diseño de bote que se presta más fácilmente a la implementación de esta invención es el catamarán. Hay dos componentes principales en un catamarán: los cascos gemelos y la estructura que sujeta los cascos entre sí. Esta invención requiere que los cascos y la estructura de conexión se fabriquen de materiales tales que proporcionen un alto grado de flexibilidad y capacidad de amortiguación de choques. Por tanto los cascos podrían fabricarse de tejido impregnado en caucho hinchable (como poliuretano reforzado con nailon) y la estructura de conexión, con materiales compuestos (como epoxi reforzado con carbono, termoplásticos reforzados con vidrio, etc.).

Un inconveniente del que adolecen para todos los catamaranes propulsados existentes es el hecho de que, debido a la amplia manga necesaria para la estabilidad, las secciones de popa de los cascos tienden a sobresalir del agua en una ruta marítima, provocando así que la hélice del sistema propulsor cavite y pierda fuerza motriz hacia delante. Esta invención resuelve este problema separando la sección de popa de cada casco del casco principal. Cada sección de popa está conectada a su casco principal por una articulación horizontal que permite movimientos hacia arriba y hacia abajo de la popa a medida que sigue la superficie del agua: esto mantiene a la hélice sumergida y motriz en todo momento. Los movimientos de esta sección de popa pueden controlarse activamente mediante servomecanismos como sistemas hidráulicos controlados por ordenador, controlarse pasivamente tal como mediante dispositivos de amortiguación hidráulicos que actúan entre la sección de popa y el casco principal respectivo, o controlarse simplemente mediante su propia configuración y dinámica respecto a su casco principal respectivo.

Otra ventaja adicional de los cascos hinchables fabricados de material flexible es que pueden construirse barcos muy grandes muy ligeros. El gran tamaño permite al barco sortear mares más gruesas y el poco peso permite velocidades mucho más altas de lo que sería posible con barcos convencionales de potencia motriz equivalente.

Las figuras 1a, 1b y 1c muestran una posible forma de realización de la invención descrita anteriormente. Este barco presenta una longitud total de 42,67 m (140 pies), un ancho de 21,34 m (70 pies), está propulsado por fuerabordas 20 (podría utilizarse como alternativa motores interiores o turbinas) de una potencia total en el intervalo de 1.000 CV, presenta una estructura flexible 22 entre los cascos 24 formada por puntales 26 de material compuesto y presenta una cabina 28 suspendida de manera elástica bajo la estructura flexible. La cabina 28 puede diseñarse como un bote salvavidas incorporado que puede liberarse rápidamente del barco principal en caso de emergencia. Puede ser también intercambiable con "cabinas" de otros diseños y funciones, tal como una cabina de pasajeros, otra para operaciones de rescate o para transportar carga.

Los receptáculos aerodinámicos de motores 30 están conectados a los cascos principales 24 mediante articulaciones resistentes 32 y puede limitarse su oscilación hacia arriba y hacia abajo tal como por elementos flexibles adecuados y/o amortiguadores hidráulicos. El control de los motores desde la cabina puede ser mediante o dentro de elementos flexibles o sistemas hidráulicos, a modo de ejemplo, que van desde la cabina hasta los receptáculos aerodinámicos de motores, o desde la cabina a los cascos, y desde allí a los receptáculos aerodinámicos de motores mediante los mismos u otra forma diferente de control.

Los cascos y las secciones de popa (receptáculos aerodinámicos de motores) pueden estar compartimentados como una balsa salvavidas hinchable o chinchorro para que un pinchazo de un compartimento no deshinche la totalidad del casco. De manera similar, cada compartimento puede incluir un subcompartimento de almacenamiento de combustible para distribuir el peso del combustible, particularmente para operaciones de largo alcance del barco. A este respecto, el combustible puede almacenarse en los receptáculos aerodinámicos de motores, los cascos principales o en ambos, según se desee.

El barco descrito en las figuras 1a, 1b y 1c con 5 tripulantes y combustible para un alcance de 3.700 Km (2.000 millas) presenta un desplazamiento calculado de 6.000 a 7.000 Kg y debería alcanzar velocidades de crucero superiores a 30,84 m/s (60 Km).

Haciendo referencia a continuación a las figuras 2, 3 y 4, puede observarse otra forma de realización de la presente invención. Esta forma de realización es físicamente más pequeña que la forma de realización anterior, teniendo aproximadamente en una versión una longitud de 12,2 m (40 pies). La estructura flexible entre los cascos 34 y la cabina o cabina de mando, generalmente indicada por el número 36, en este caso con la forma más de una plataforma de control para un único operador, está constituida por elementos tubulares compuestos 38. Los elementos tubulares en esta forma de realización son elementos compuestos rectos, de filamento bobinado unidos entre sí de dos en dos mediante elementos acodados o angulares 40. Un extremo distal de cada par de elementos tubulares está acoplado de manera sustancialmente "rígida" a los cascos 34 mediante almohadillas 42 adheridas o acopladas de otro modo a los cascos hinchables para distribuir la carga sobre el casco hinchable, estando el extremo distal opuesto de cada par unido rígidamente a la cabina o plataforma 36.

Como anteriormente, los receptáculos aerodinámicos de motores 44 están articulados a los cascos 34 mediante unas articulaciones 46, que se ven mejor en la figura 4. Estas articulaciones pueden ser articulaciones de tipo bisagra individuales sujetas a la parte posterior de los cascos en la sección delantera de los receptáculos aerodinámicos de motores. A este respecto, la popa 48 de los cascos, así como la parte delantera 50 de los receptáculos aerodinámicos de motores 44, son preferentemente elementos rígidos de metal o materiales compuestos, tal como fibra de vidrio, para distribuir las cargas sobre las articulaciones a través de la periferia de la sección hinchable. La parte frontal de los receptáculos aerodinámicos de motores es preferentemente aerodinámica para reducir la resistencia hidrodinámica. De manera similar, la popa 52 de los receptáculos aerodinámicos de motores también es rígida para proporcionar soporte para el motor fueraborda 54 soportado sobre los mismos. Si se utiliza otra forma de propulsión, tal como chorros de agua, los motores que accionan los chorros de agua pueden estar situados más hacia delante en los receptáculos aerodinámicos de motores 44, según se desee. En cualquier caso, los receptáculos aerodinámicos de motores 44 pueden presentar tubos compuestos reforzados con fibra o varillas 56 en los mismos, tal como se muestra en las figuras 9 y 10, para mantener la orientación de la sección de popa 52 del receptáculo aerodinámico de motor con respecto a la sección de proa 50 del receptáculo aerodinámico de motor. Asimismo, las articulaciones 46 son más visibles en estas figuras, aunque puede utilizarse sustancialmente cualquier configuración de articulación, incluyendo articulaciones que comprenden simplemente elementos flexibles que unen los cascos y los receptáculos aerodinámicos de motores. A este respecto, los receptáculos aerodinámicos de motores pueden ser intercambiables con receptáculos aerodinámicos de motores de otras configuraciones, particularmente con otros sistemas propulsores para otras aplicaciones de la embarcación, tales como fuerabordas para operación a alta velocidad y chorros de agua para operación en aguas poco profundas, varado y similares.

En las formas de realización dadas a conocer en la presente memoria, los receptáculos aerodinámicos de motores se ensanchan progresivamente hacia un área de sección transversal más grande en la popa de los mismos para proporcionar mejor flotación para el peso de los motores cuando el barco no está moviéndose o está moviéndose a baja velocidad. En otras formas de realización, sin embargo, puede no utilizarse la conicidad hacia fuera. A modo de ejemplo, en una configuración que utiliza un chorro de agua, el motor puede estar situado más hacia delante en el receptáculo aerodinámico de motor, distribuyendo mejor el peso del motor a lo largo de la longitud del receptáculo aerodinámico de motor e incluso acoplando algo del peso del motor a la popa del casco respectivo.

Las figuras 5 y 6 presentan una vista lateral y una vista desde arriba, respectivamente, de uno de los cascos 34. En general, los cascos son preferentemente de una sección transversal circular uniforme a través de la mayor parte de su longitud (cuando no está desviada), con una parte de morro 60 que se estrecha progresivamente, curvada hacia arriba. Debido a que los cascos de ésta y otras formas de realización están acoplados a la cabina a través de elementos flexibles, los cascos pueden en general de manera independiente seguir la superficie del agua, así como lo hacen los receptáculos aerodinámicos de motores. Por ejemplo, las figuras 7 y 8 ilustran el movimiento independiente de los cascos 34 que puede encontrarse cuando se cruza oleaje con un ángulo. La articulación de los receptáculos aerodinámicos de motores, en esta realización los receptáculos aerodinámicos de motores 44 respecto a los cascos 34, permite que la popa de los receptáculos aerodinámicos de motores, y más particularmente a la hélice y la parte inferior asociada de los motores fueraborda (o entrada del chorro de agua, etc.), permanezca en el agua, incluso si la popa de uno o ambos cascos 34 puede tender a levantarse fuera del agua. Por tanto, los elementos flexibles 38 amortiguan el recorrido así como permiten el movimiento independiente de cada casco para permitir que el casco pase sobre la superficie del agua a una velocidad alta sin empujar el agua hacia los lados, y por tanto sin la alta pérdida de energía de, por así decir, forzar el agua a apartarse del camino.

También se muestran en líneas discontinuas en las figuras 5 y 6 los "mamparos" 62 flexibles que compartimentan los cascos. Esto proporciona no sólo una característica de seguridad, sino que pueden permitir también el ajuste de la presión de hinchado para cada compartimento para minimizar la resistencia hidrodinámica y proporcionar el recorrido deseado sobre las olas.

Las figuras 7 y 8 ilustran el movimiento independiente de los cascos y receptáculos aerodinámicos de motores en planos verticales paralelos. La flexibilidad proporcionada puede también permitir algo de movimiento de los cascos en un plano horizontal. A este respecto, puede imaginarse un posible problema de estabilidad, particularmente si, cuando los cascos se separan más, tienden a divergir, y cuando se juntan entre sí tienden a converger. Para evitar esto, preferentemente los ejes de los cascos permanecerán en planos verticales sustancialmente paralelos cuando se desvían separándose adicionalmente o juntándose entre sí. Sin embargo, si se encuentra cualquier inestabilidad de este tipo en una implementación particular de la presente invención, pueden proporcionarse dispositivos de amortiguación en o a través del soporte flexible, entre la cabina y los cascos o incluso entre los cascos, según se desee. A este respecto, en las dos formas de realización específicas dadas a conocer en la presente memoria, los elementos flexibles se extienden entre los cascos y la cabina, aunque debe entenderse que en otras realizaciones, pueden extenderse uno o más elementos flexibles entre los cascos. A modo de sólo un ejemplo, un elemento flexible puede acoplarse a las partes delanteras de los dos cascos para mantener una separación sustancialmente constante entre estas zonas de los cascos para impedir la posible inestabilidad mencionada anteriormente en la presente memoria. Sin embargo, en un prototipo según la realización de las figuras 2 a 10, no se ha encontrado tal inestabilidad, probablemente debido al diseño relativamente sin quilla y al efecto amortiguador del agua.

Son aplicaciones comerciales de este tipo de barco, pero sin limitarse a las mismas:

1)

barcos de rescate muy rápidos con gran alcance, lados blandos y la posibilidad de rescatar personas en el agua con las tecnologías utilizadas por helicópteros.

2)

servicio de patrulla muy rápido con un alcance más extenso que los convencionales;

3)

barcos de recreo que pueden navegar, en mares similares, al doble de la velocidad de barcos existentes con la misma potencia;

4)

barcos militares tripulados o no tripulados con señal de radar muy limitada, de bajo coste y carga ligera, que pueden atracar en playas con fuerte oleaje;

5)

barcos oceanográficos para el despliegue de ROV (Remote Operated Vehicles, vehículos controlados a distancia), submarinos u otra instrumentación; estos sistemas de investigación pueden desplegarse y recuperarse entre los cascos desde la cabina sin la necesidad de grúas pesadas sobre grandes barcos. Puede observarse que una posible forma de realización de esta aplicación es la siguiente: la parte delantera de los cascos puede deshincharse y hundirse para permitir, por así decir, que un submarino se deslice en el agua o subirlo a bordo sobre la rampa creada para ello. Después de completar estas operaciones, pueden volverse a hinchar los cascos con bombas de aire a bordo y restablecerse la capacidad de navegación del barco. Esta última forma de realización se muestra en las figuras 11a a 11d.

Haciendo referencia a continuación a la figura 12, puede observarse otra forma de realización de la invención que incorpora características que pueden incorporarse fácilmente en cualquiera de las otras realizaciones de la presente invención. Tal como se muestra en esa figura, los cascos 70 están acoplados a una estructura central 72 a través de uno o más elementos de conexión 74 que pueden ser rígidos o flexibles, según se desee. Aunque se muestran múltiples elementos 74 en la figura, pueden utilizarse estructuras aerodinámicas únicas a cada lado de la estructura central 72 para soportar rígidamente la misma sobre y entre los dos cascos 70. El módulo 76 está acoplado de manera separable a la estructura central 72, para que sea liberable según se desee. En la forma de realización mostrada en la figura 12, pueden utilizarse uno o más cables 78 para hacer descender el módulo 76 al agua, siendo el módulo 76 separable del cable para que el mismo sirva como embarcación independiente. Una disposición de este tipo es particularmente conveniente para proporcionar una balsa salvavidas incorporada en el caso de una emergencia. Asimismo, el módulo 76 puede proporcionarse con su propio sistema propulsor para servir como bote de costa o gabarra. A este respecto, mientras que el módulo 76 puede utilizar sustancialmente cualquier tipo de sistema propulsor, un pequeño chorro de agua puede presentar ventajas en algunas aplicaciones por ser estéticamente agradable cuando el módulo está en su posición elevada normal, siendo funcional en los puertos y adecuado para operación en aguas superficiales e incluso varar el módulo, como puede desearse en algunas aplicaciones. A este respecto, para tales usos, el propio módulo no necesita presentar velocidad alta o capacidades de largo alcance cuando está así separado. Asimismo, la capacidad para separar el módulo permite el intercambio de módulos para diferentes funciones, tal como para transporte de carga o transporte de pasajeros, o del mismo modo, para intercambiar módulos de la misma función. A título de ejemplo, puede conseguirse una utilidad mejorada de la embarcación básica que presenta una característica de este tipo pudiendo separar un módulo de carga cargado en un primer destino e inmediatamente coger otro módulo de carga cargado con otra carga diferente para el siguiente destino sin tener que esperar a que un módulo tenga que descargarse y volverse a cargar.

En las formas de realización dadas a conocer en la presente memoria, los cascos flexibles y receptáculos aerodinámicos de motores son estructuras hinchables, ya que se conocen materiales y técnicas de construcción adecuados y puede variarse el hinchado para obtener el mejor rendimiento de la embarcación resultante. Sin embargo, otros materiales flexibles pueden utilizarse también en lugar o además de estructuras hinchables. A modo de ejemplo, pueden utilizarse estructuras de espuma, rellenas de espuma o parcialmente rellenas de espuma, solas o junto con estructuras hinchables para obtener mayor flexibilidad en la forma de sección transversal de los cascos y/o receptáculos aerodinámicos de motores, y rigidez o flexibilidad a medida sola o alrededor de los cascos. Como ejemplo adicional, los cascos pueden ser hinchables, estando los receptáculos aerodinámicos de motores rellenos de espuma de celda cerrada o sustancialmente rellenos de espuma para impedir que los receptáculos aerodinámicos de motores se hundan, incluso si se pinchan por restos flotantes. Por tanto, aunque la presente invención se ha dado a conocer con respecto a determinadas formas de realización específicas, dicha descripción se proporciona a título ilustrativo y no limitativo.

Claims (18)

1. Embarcación que comprende:

un primer y un segundo casco; y

un módulo (36) adaptado para llevar una carga por encima de una superficie de agua;

estando acoplado el módulo a unos elementos flexibles (38) acoplados a los cascos (34, 44) primero y segundo;

de tal manera que los cascos pueden seguir independientemente la superficie del agua mientras soportan el módulo por encima de la superficie del agua, caracterizado porque cada casco presenta una sección de casco delantera (34) y una sección de casco trasera (44), estando acoplada cada sección de casco trasera de manera flexible a la sección de casco delantera respectiva.

2. Embarcación según la reivindicación 1, en la que un motor para impulsar la embarcación está montado en cada sección de casco trasera.

3. Embarcación según la reivindicación 2, en la que los motores comprenden unos motores fuera borda.

4. Embarcación según una de las reivindicaciones anteriores, en la que la carga comprende un operador/pasajero.

5. Embarcación según una de las reivindicaciones anteriores, en la que los cascos son hinchables.

6. Embarcación según una de las reivindicaciones anteriores, en la que las secciones de casco delanteras terminan en la zona más delantera con una sección de proa con un estrechamiento progresivo, y curvada hacia arriba.

7. Embarcación según la reivindicación 6, en la que el resto de la sección de casco delantera presenta una sección transversal sustancialmente constante.

8. Embarcación según la reivindicación 7, en la que cada una de las secciones de casco traseras presentan una zona delantera de sustancialmente la misma sección transversal de la parte trasera de la sección de casco delantera respectiva; y se ensanchan progresivamente hacia una sección más grande adyacente a la parte trasera de la sección de casco trasera respectiva.

9. Embarcación según una de las reivindicaciones anteriores, en la que cada sección de casco delantera está constituida por una pluralidad de compartimentos hinchables independientes.

10. Embarcación según la reivindicación 9, en la que pueden deshincharse unos compartimentos de cada sección de casco delantera para sumergir parte de la sección de casco delantera con el fin de facilitar la carga y descarga del módulo de transporte de carga.

11. Embarcación según la reivindicación 9 ó 10, en la que pueden deshincharse unos compartimentos de cada sección de casco delantera para sumergir parte de la sección de casco delantera con el fin de facilitar la carga y descarga del módulo de transporte de carga.

12. Embarcación según una de las reivindicaciones anteriores, en la que las secciones de casco delantera y trasera están acopladas de manera flexible mediante unos elementos de articulación.

13. Embarcación según la reivindicación 12, en la que los elementos de articulación presentan unos ejes de articulación sustancialmente coaxiales.

14. Embarcación según una de las reivindicaciones anteriores, en la que los elementos flexibles son unos elementos compuestos.

15. Embarcación según una de las reivindicaciones anteriores, en la que el módulo está acoplado de manera separable a una estructura acoplada a los elementos flexibles, de tal manera que el módulo se puede reemplazar por otros módulos.

16. Embarcación según una de las reivindicaciones anteriores, en la que el módulo está adaptado para descender al agua para servir como embarcación independiente.

17. Embarcación según una de las reivindicaciones anteriores, en la que el módulo está adaptado para descender al agua para servir como bote salvavidas.

18. Embarcación según una de las reivindicaciones anteriores, en la que los elementos flexibles (38) están acoplados a las secciones de casco delanteras (34) de los cascos primero y segundo.