NO331286B1

NO331286B1 - Device for vessel foil system

Info

Publication number: NO331286B1
Application number: NO20013255A
Authority: NO
Inventors: Jens-Herman Jorde; Jan Ingar Norheim
Original assignee: Jan Ingar Norheim
Priority date: 1998-12-29
Filing date: 2001-06-29
Publication date: 2011-11-14
Also published as: NO20013255D0; NO20013255L

Description

ANORDNING VED FOILSYSTEM FOR FARTØYER FOIL SYSTEM DEVICE FOR VESSELS

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning ved hydrofoilfartøy omfattende et foilsystem som er innrettet til å løfte og bære fartøyets totale vekt under fart, hvor foilsystemet omfatter et antall regulerbare styrefinner/flater, støtteben mellom foil-systemet og fartøyets skrog, samt midler for å regulere styrefinner/flater. Det omtales også en anvendelse av foilsystemet. The present invention relates to a device for hydrofoil vessels comprising a foil system which is designed to lift and carry the vessel's total weight while in motion, where the foil system comprises a number of adjustable steering fins/surfaces, support legs between the foil system and the vessel's hull, as well as means for regulating steering fins /surfaces. An application of the foil system is also mentioned.

Et av problemene med å oppnå stor fart med konvensjonelle fartøyer er det bølgemønsteret disse omgir seg med. Ved økende fart vil motstanden øke kraftig selv om fartøyet har en gunstig utforming. For å redusere dette pro-blemet er det kjent teknikk å benytte flater med dynamisk løft. På denne måten løftes fartøyet i større eller mindre grad opp av vannet og bølgemotstanden reduseres. One of the problems with achieving great speed with conventional vessels is the wave pattern these surround themselves with. With increasing speed, the resistance will increase sharply even if the vessel has a favorable design. To reduce this problem, it is a known technique to use surfaces with dynamic lifting. In this way, the vessel is lifted to a greater or lesser extent out of the water and the wave resistance is reduced.

Dersom disse flatene består av bunnen på fartøyet (planende båter) må flatene nødvendigvis være så store at skjærkreftene (de viskøse kreftene) blir store og motstanden vil da også bli stor ved høye hastigheter. De mest effektive flater for å skape løft med minst mulig motstand er vingeprofiler (foiler). Disse vinge-profilene kan være enten helt neddykket eller skjære gjennom vannflaten. Slike fartøyer hvor foilsystemet løfter og bærer fartøyets totale vekt under fart kalles hydrofoilbåter, og en skal her vise til US-patentskrifter 2.749.871, 3.092.062, og 3.137.260. If these surfaces consist of the bottom of the vessel (planing boats), the surfaces must necessarily be so large that the shear forces (the viscous forces) become large and the resistance will then also be large at high speeds. The most effective surfaces for creating lift with the least possible resistance are wing profiles (foils). These wing profiles can be either completely submerged or cut through the water surface. Such vessels where the foil system lifts and carries the vessel's total weight during movement are called hydrofoil boats, and one should refer here to US patents 2,749,871, 3,092,062, and 3,137,260.

Ved å koble det dynamiske løft fra enten bunnseksjonen på et fartøy eller overflateskjærende vinger ved vannets overflate vil variasjonen i vertikalkreftene bli stor. Dette fører til store aksellerasjoner på fartøyet og ubehag for de som er ombord (Ref. ISO 2631). Dette kan unngås i større eller mindre grad ved å flytte de løftende flater helt under vannets overflate, hvor forholdene er roligere. Dette har vist seg å være den overlegent beste metode på mange måter og har vært benyttet på en rekke hydrofoilfartøyer, men som også har medført en rekke ulemper. By connecting the dynamic lift from either the bottom section of a vessel or surface-cutting wings at the water's surface, the variation in the vertical forces will be large. This leads to great accelerations on the vessel and discomfort for those on board (Ref. ISO 2631). This can be avoided to a greater or lesser extent by moving the lifting surfaces completely below the water's surface, where the conditions are calmer. This has proven to be the superior method in many ways and has been used on a number of hydrofoil vessels, but which has also entailed a number of disadvantages.

Løftet fra en vinge er avhengig av vingens geometriske profil, vannets masse-tetthet, vingens projiserte areal i vertikalretningen og den relative hastighet mellom vingen og det omgivende vann. Siden løftet må ha samme størrelse som den totale vekt av fartøyet, og siden både vekt og fart kan variere må det være mulig å variere vingens geometri, alternativt å variere vingens areal som det gjøres for en hydrofoil med overflateskjærende vinger. Variasjonen i vingens geometri gjøres vanligvis ved å montere flere flaps i vingens eller vingenes bakre kant. The lift from a wing depends on the geometric profile of the wing, the mass density of the water, the projected area of the wing in the vertical direction and the relative speed between the wing and the surrounding water. Since the lift must have the same size as the total weight of the vessel, and since both weight and speed can vary, it must be possible to vary the geometry of the wing, alternatively to vary the area of the wing as is done for a hydrofoil with surface-cutting wings. The variation in the geometry of the wing is usually done by mounting several flaps in the trailing edge of the wing or wings.

Fra US-patentskrifter 3.988.994 og SE-331.802 er det også kjent hydrofoilbåter hvor det anvendes V-formete foillegemer med lignende virkninger. Imidlertid er det ingen av disse som foreslår benyttelse av ett eneste V-formet foillegeme slik man tar sikte på med foreliggende søknad. Ytterligere vises det til fransk patentskrift 1.421.624. Hydrofoil boats are also known from US patents 3,988,994 and SE-331,802 where V-shaped foil bodies with similar effects are used. However, none of these propose the use of a single V-shaped foil body as is aimed at with the present application. Furthermore, reference is made to French patent document 1,421,624.

Foreliggende oppfinnelse angår et foilsystem bestående av bare ett foil-legeme med tilhørende styrefinner som ved sitt arrangement kan kontrollere et fartøy med sitt skrog i noen avstand over vannet både i stamp og rull. The present invention relates to a foil system consisting of only one foil body with associated steering fins which, by its arrangement, can control a vessel with its hull at some distance above the water in both pitch and roll.

For eksisterende eller beskrevne hydrofoilfartøyers vedkommende vil fartøyets bevegelser kunne registreres eller måles slik at disse målinger kan benyttes i et reguleringssystem for kontinuerlig å variere klaffvinkel på de forskjellige vingene og derved sørge for at løftet hele tiden avpasses fartøyets vekt, tyngdepunktes beliggenhet og de eksisterende massekrefter. Dette vil føre til en meget behagelig gange selv i grov sjø, og har vært benyttet på flere typer hydrofoiler. Alle kjente hydrofoilfartøyer benytter enten flere vinger eller en kombinasjon av dynamisk løft fra en eller flere vinger kombinert med oppdriften fra ett eller flere neddykkede skrog for å opprettholde langskips og/eller tverrskips stabilitet. In the case of existing or described hydrofoil vessels, the vessel's movements will be able to be recorded or measured so that these measurements can be used in a control system to continuously vary the flap angle of the various wings and thereby ensure that the lift is constantly adjusted to the vessel's weight, the location of the center of gravity and the existing mass forces. This will lead to a very comfortable ride even in rough seas, and has been used on several types of hydrofoils. All known hydrofoil vessels use either several wings or a combination of dynamic lift from one or more wings combined with the buoyancy from one or more submerged hulls to maintain longship and/or transom stability.

Ved å benytte dynamisk løft fra flere vinger eller ved å kombinere løft fra vinger og skrog vil det imidlertid introduseres andre vanskeligheter og ulemper. Av særlig betydning i forbindelse med denne oppfinnelse kan nevnes følgende fem forhold: i) under oppkjøringsfasen vil motstanden av vingene være uforholdsmessig større enn underfull fart, dette henger sammen med den høye løftekoeffisi enten som er nødvendig ved lave farter, og som delvis skyldes den lave farten, men som også i stor grad kan tilskrives det lave aspektforhold slike vinger vanligvis har, og som fører til en usedvanlig høy indusert motstand. Samtidig vil motstanden av skroget være høy, dette henger sammen med ønsket om å få dynamisk løft fra selve skroget slik at motstanden blir liten ved stor fart, men medfører samtidig at motstandskurven blir høy ved lave farter. Motstandskurven for en hydrofoil vil derfor vanligvis få en markert topp (hump) som gjør at maskineriet ofte vil bli overbelastet i dette fartsområdet. However, by using dynamic lift from several wings or by combining lift from wings and fuselage, other difficulties and disadvantages will be introduced. Of particular importance in connection with this invention, the following five conditions can be mentioned: i) during the run-up phase, the resistance of the wings will be disproportionately greater than at full speed, this is connected to the high lift coefficient either which is necessary at low speeds, and which is partly due to the low speed, but which can also be largely attributed to the low aspect ratio such wings usually have, and which leads to an exceptionally high induced drag. At the same time, the resistance of the hull will be high, this is connected with the desire to get dynamic lift from the hull itself so that the resistance is small at high speed, but at the same time means that the resistance curve will be high at low speeds. The resistance curve for a hydrofoil will therefore usually have a marked peak (hump) which means that the machinery will often be overloaded in this speed range.

Med et aspektforhold menes forholdet mellom vingens spenn og korde, hvor spenn er vingens tverrskips utstrekning og korden er vingens langskips utstrekning i et typisk snitt. By an aspect ratio is meant the relationship between the wing's span and chord, where the span is the extent of the wing's transom and the chord is the extent of the wing's longship in a typical section.

ii) siden bunnen på selve skroget må lages relativt flat vil det være nød-vendig med stor klaring mellom havoverflaten og bunnen for å unngå store slagpåkjenninger i bølger. Slike slagpåkjenninger vil ha som effekt både å kunne føre til skader på den flate bunnen eller dersom de ikke er så kraftige å føre til ukomfortabel oppførsel av fartøyet og engstelse hos passasjerer. ii) since the bottom of the hull itself must be made relatively flat, it will be necessary to have a large clearance between the sea surface and the bottom to avoid large impact stresses in waves. Such impact stresses will have the effect of both being able to cause damage to the flat bottom or, if they are not so strong, to lead to uncomfortable behavior of the vessel and anxiety among passengers.

iii) denne store avstanden fører også til problemer med propulsorene (fremdriftsorganer), dersom disse består av en eller annen form for propellere må de festes på lange stag, og drivakslingene blir lange og propellen får en markert skråstilling i forhold til vannstrømmen. Dersom disse består av vannjet vil den store avstanden mellom inntaket - som må være plassert i noen avstand under havoverflaten, og selve pumpen - som må være plassert i skroget, medføre at det blir store tap i innløpet både på grunn av lengden av inntaket og de brå hastighetsforandringene som blir nødvendige for å bringe vannet opp til skroget hvor pumpene er plassert. iii) this large distance also leads to problems with the propulsors (propellers), if these consist of some form of propellers they must be attached to long struts, and the drive shafts will be long and the propeller will have a marked slant in relation to the water flow. If these consist of water jets, the large distance between the intake - which must be located some distance below the sea surface, and the pump itself - which must be located in the hull, will result in large losses in the inlet both due to the length of the intake and the the sudden speed changes that become necessary to bring the water up to the hull where the pumps are located.

iv) den store avstanden som det er ønskelig å holde mellom vingene og skroget medfører at dypgangen ved stilleliggende blir utillatelig stor. Dette medfører at vingene må anordnes på støtter som kan løftes/foldes opp på en eller annen måte. Slike leddede konstruksjoner innebærer introduksjon av mekanismer både for å sørge for selve oppfoldingen, men også mekanismer for overføring av krefter og momenter nede på selve vingene. Hele dette systemet blir derfor mer komplisert og vedlikeholdskrevende sammenlignet med et fast system. iv) the large distance that it is desirable to keep between the wings and the hull means that the draft when stationary becomes unacceptably large. This means that the wings must be arranged on supports that can be lifted/folded up in one way or another. Such articulated constructions involve the introduction of mechanisms both to provide for the folding itself, but also mechanisms for the transmission of forces and moments down on the wings themselves. This whole system therefore becomes more complicated and requires maintenance compared to a fixed system.

v) siden selve skroget må holdes i god avstand fra uforstyrret havoverflate betyr dette at en eventuell svikt i reguleringssystemet eller en brekkasje på en v) since the hull itself must be kept at a good distance from the undisturbed sea surface, this means that a possible failure of the regulation system or a breakage of a

eller flere av støttene eller vingene, forårsaket av f eks kollisjon med en tømmerstokk, vil føre til et "fall" mot havoverflaten før skrogets oppdrift igjen balanserer fartøyets vekt. Den potensielle energi et slikt fartøy på grunn av sin høyde inneholder medfører at et slikt "fall" kan bli meget dramatisk med en kraftig og ukontrollert oppbremsing av hastigheten. For passasjerer som ikke er fastspent kan en slik hendelse være meget alvorlig. or several of the supports or wings, caused by, for example, a collision with a log, will lead to a "fall" towards the sea surface before the buoyancy of the hull balances the vessel's weight again. The potential energy such a vessel contains due to its height means that such a "fall" can be very dramatic with a strong and uncontrolled slowing of the speed. For passengers who are not restrained, such an incident can be very serious.

De fem vesentlige forholdene som er nevnt foran vil kunne forbedres betraktelig ved å benytte en annen konfigurasjon på skrog og vinger enn det som til nå har vært benyttet. Alle de forhold som nå har vært fremhevet henger sammen med skrogfasongen og konsekvenser av denne, og det er derved ikke prinsippet med å fremskaffe et dynamisk løft ved neddykkede og kontrollerbare vinger som er den bærende ide ved denne nye konstruksjonen, men utformingen av den delen av vingen som under fart løfter fartøyet over vannets overflate, samt samspillet mellom vingens utforming og dens kontrollflater som ansees å være en nyskapning. The five essential conditions mentioned above could be improved considerably by using a different configuration of the hull and wings than has been used until now. All the conditions that have now been highlighted are connected to the hull shape and its consequences, and it is not the principle of producing a dynamic lift with submerged and controllable wings that is the main idea of this new construction, but the design of that part of the wing that lifts the vessel above the water's surface during speed, as well as the interaction between the design of the wing and its control surfaces, which is considered to be an innovation.

Foilsystemet ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at fartøyets foilsystem er dannet av ett eneste stort sett horisontalt foillegeme bestående av to tilnærmet speilsymmetriske foilarmer som rager akterover til hver side i tilnærmet likearmet vinkel, idet vinkelens fremre hjørne ligger i fartøyets senterlinje, og foilarmene rager akterover til hver side i tilnærmet lik vinkel med fartøyets langsående senterlinje. The foil system according to the invention is characterized by the fact that the vessel's foil system is formed by a single largely horizontal foil body consisting of two approximately mirror-symmetrical foil arms that project aft to each side at an approximately equal angle, the front corner of the angle being in the center line of the vessel, and the foil arms project aft to each side side at an approximately equal angle to the longitudinal centreline of the vessel.

Ifølge en foretrukket utførelse utgjøres støttebenene av et fremre støtteben anordnet i fartøyets i hjørnet mellom de to foilarmer, og ytre støtteben anordnet i respektive foilarmers aktre ende eller i en avstand fra respektive ende. According to a preferred embodiment, the outriggers are formed by a front outrigger arranged in the corner of the vessel between the two foil arms, and outer outriggers arranged at the aft end of the respective foil arms or at a distance from the respective end.

Ifølge enda en foretrukket utførelse omfatter anordningen stort sett horisontale, regulerbare styrefinner/flater for regulering av foilsystemets vertikalkrefter, hvilke styrefinner omfatter: en første styrefinne plassert sentralt i fartøyets senterlinje i foilsystemets vinkelhjørne, According to yet another preferred embodiment, the device comprises largely horizontal, adjustable control fins/surfaces for regulating the vertical forces of the foil system, which control fins comprise: a first control fin located centrally in the center line of the vessel in the angular corner of the foil system,

en andre og en tredje styrefinne til siden på hver sin respektive foilarm, idet de to styrefinner er anordnet innbyrdes stort sett speilsymmetrisk i forhold til fartøyets langsgående senterlinje. a second and a third rudder fin to the side on each respective foil arm, the two rudder fins being arranged largely mirror-symmetrically in relation to the vessel's longitudinal centreline.

Ifølge enda en foretrukket utførelse omfatter det fremre støtteben en styrefinne som er hengslet tilnærmet vertikalt til støttebenet. Videre er foilarmene er utformet med konstant eller varierende kordelengde langs sin utstrekning. Dessuten kan foilarmene ha konstant eller varierende angrepsvinkel i forhold til et horisontalt plan. According to yet another preferred embodiment, the front support leg comprises a guide fin which is hinged approximately vertically to the support leg. Furthermore, the foil arms are designed with constant or varying chord length along their extent. In addition, the foil arms can have a constant or varying angle of attack in relation to a horizontal plane.

Ifølge enda en foretrukket utførelse omfattes det et antall styrefinner for regulering av vertikalkrefter, hvilket antall er speilsymmetrisk plassert om fartøyets senterlinje. Særlig foretrukket er antall vertikale støteben mellom foilsystemet og skroget 3 eller et annet ulike antall, og støttebenene er speilsymmetrisk plassert om fartøyets senterlinje. According to yet another preferred embodiment, a number of control fins for regulation of vertical forces are included, which number are mirror-symmetrically placed about the center line of the vessel. Particularly preferred is the number of vertical support legs between the foil system and the hull 3 or another different number, and the support legs are mirror-symmetrically placed about the vessel's centreline.

Videre kan det benyttes flere enn en vertikal styrefinne, hvilke styrefinner er plassert på hvilket som helst støtteben i et symmetrisk mønster om fartøyets senterlinje. Furthermore, more than one vertical rudder fin can be used, which rudder fins are placed on any support leg in a symmetrical pattern about the vessel's centreline.

Ifølge enda en foretrukket utførelse er forholdet mellom vingens lengdeutstrekning LF og skipets lengde Ls i størrelsesorden 1/3 til 4/5, særlig mellom 1/2 og 3/4. According to yet another preferred embodiment, the ratio between the longitudinal extent of the wing LF and the ship's length Ls is of the order of magnitude 1/3 to 4/5, in particular between 1/2 and 3/4.

Ifølge oppfinnelsen anvendes anordningen/foilsystemet slik at den fremre styrefinne sammen med de aktre styrefinner anvendes til å kontrollere fartøyet i stamp. Den vertikal-hengslete styrefinne kan også anvendes sammen med de øvrige horisontale finner til å regulere fartøyets horisontalkraft. According to the invention, the device/foil system is used so that the forward rudder fin together with the aft rudder fins are used to control the vessel in a bump. The vertical-hinged steering fin can also be used together with the other horizontal fins to regulate the vessel's horizontal force.

I følge oppfinnelsen foreslås det følgelig å la alt løftet bli fremskaffet av en enkel vinge som, for å gi kontroll i stamp, er forsynt med styrefinner både i den fremre vinkelende (dvs. i den bakre del av den fremre vinkelende) samt på de to aktre vinkelben og som videre, for å gi kontroll i rull, er forsynt med styrefinner symmetrisk plassert ute på de to aktre vinkelben. Videre er denne vingen benyttet på et usedvanlig bredt fartøy, som av den grunn fortrinnsvis, men ikke nødvendigvis, må bestå av flere sammenfestede skrog, hvor det ved benyttelse av flere skrog vil være fordelaktig å gjøre de ytre skrog betraktelig slankere enn senterskroget. På denne måten kan det oppnås et særdeles gunstig aspektforhold for den løftende vinge, noe som derved fører til lavere motstand enn på kjente hydrofoiler. Ved å benytte så få styrefinner som tre, som likevel vil gi kontroll både i stamp og rull, oppnås det også en mer presis regulering av fartøyets bevegelse enn om det var benyttet flere styrefinner. De fem vesentlige forholdene som er nevnt foran, vil kunne forbedres betraktelig ved å benytte en annen konfigurasjon på skrog og vinger enn det som til nå har vært benyttet. Alle de forhold som nå har vært fremhevet henger sammen med skrogfasongen og konsekvenser av denne, og det er derfor ikke prinsippet med å fremskaffe et dynamisk løft ved neddykkede og kontroller-bare vinger, som er den bærende ide ved denne nye konstruksjonen, men utformingen av den delen av vingen som under fart løfter fartøyet over vannets overflate, samt samspillet mellom vingens utforming og dens kontrollflater, som ansees å være en nyskapning. According to the invention, it is therefore proposed to let all the lift be provided by a single wing which, in order to provide control in stall, is provided with control fins both in the front angular end (i.e. in the rear part of the forward angular end) as well as on the two aft angle legs and so on, to provide control in roll, are provided with steering fins symmetrically placed on the outside of the two aft angle legs. Furthermore, this wing is used on an exceptionally wide vessel, which for that reason preferably, but not necessarily, must consist of several joined hulls, where by using several hulls it would be advantageous to make the outer hulls considerably slimmer than the center hull. In this way, a particularly favorable aspect ratio can be achieved for the lifting wing, which thereby leads to lower resistance than on known hydrofoils. By using as few rudder fins as three, which will nevertheless provide control in both pitch and roll, a more precise regulation of the vessel's movement is also achieved than if more rudder fins had been used. The five essential conditions mentioned above can be improved considerably by using a different configuration of the hull and wings than has been used until now. All the conditions that have now been highlighted are connected with the hull shape and its consequences, and it is therefore not the principle of providing a dynamic lift with submerged and controllable wings, which is the main idea of this new construction, but the design of the part of the wing that lifts the vessel above the water's surface during speed, as well as the interaction between the design of the wing and its control surfaces, which is considered to be an innovation.

I det etterfølgende skal oppfinnelsen ytterligere forklares under henvisning til figurene, hvori: Figur 1 viser et perspektivriss av et skrog sett fra undersiden, og hvor foilvingen ifølge oppfinnelsen er montert. In what follows, the invention will be further explained with reference to the figures, in which: Figure 1 shows a perspective view of a hull seen from the underside, and where the foil wing according to the invention is mounted.

Figur 2A viser et perspektivriss av selve foilkonstruksjonen, sett ovenfra. Figure 2A shows a perspective view of the foil construction itself, seen from above.

Figur 2B viser et tverrsnitt av en foil. Figure 2B shows a cross section of a foil.

Figur 3 viser et sideriss av et fartøy med den oppfinneriske påmonterte foilkonstruskjon. Figure 3 shows a side view of a vessel with the inventive attached foil construction.

Innledningsvis skal oppfinnelsen forklares under henvisning til figurene 1 og 2, hvor figur 1 viser undersiden av et skrog 20 som har det nye foilsystemet ifølge oppfinnelsen påmontert, mens figur 2 viser selve foilsystemet sett ovenfra. Skroget 20 kan i og for seg være et konvensjonelt flatbunnet skrog, men omfatter i denne utførelse bakre, på hver side av skroget, nedadragende langsgående finner 22 hhv 24, samt en fremre sentralfinne 26 for monteringsformål for foilen via de respektive støtteben 7,8,9. Under fart er disse finnene beliggende over vannflaten. På figur 1 og 3 vises det som eteksempel at skipet drives av propeller 28,30 plassert i forkant av hvert bakre støtteben 7,9. Initially, the invention will be explained with reference to figures 1 and 2, where figure 1 shows the underside of a hull 20 which has the new foil system according to the invention fitted, while figure 2 shows the foil system itself seen from above. The hull 20 can in and of itself be a conventional flat-bottomed hull, but in this embodiment comprises rear, on each side of the hull, downward-extending longitudinal fins 22 and 24, respectively, as well as a front central fin 26 for mounting purposes for the foil via the respective support legs 7,8, 9. During speed, these fins are located above the surface of the water. Figures 1 and 3 show, as an example, that the ship is driven by propellers 28,30 placed in front of each rear support leg 7,9.

Som det fremgår av figur 2 omfatter foilsystemet et tilnærmet horisontalt eller plant foil-legeme bestående av to foilarmer 1,2 med styrefinner eller (regu-leringsflaps) 3,4, 5 og tilhørende stort sett vertikale støtteben 7,8,9 som fester foilen til det overliggende skrog 20. Foilen er innrettet til å løfte og bære far-tøyets totale vekt under fart. As can be seen from Figure 2, the foil system comprises an approximately horizontal or flat foil body consisting of two foil arms 1,2 with control fins or (regulation flaps) 3,4, 5 and associated largely vertical support legs 7,8,9 which attach the foil to the overlying hull 20. The foil is designed to lift and carry the total weight of the vessel during speed.

De to foilarmene 1,2 er plane og tilnærmet speilsymmetriske om skipets senterlinje (eller lengdeaksen) 11, og er sammenkoblet som en tilnærmet likearmet vinkel hvor vinkelens fremre hjørne 23 ligger i fartøyets senterlinje 11, og de to foilarmene rager akterover til hver side i tilnærmet lik vinkel 12 med fartøyets senterlinje 11 i et symmetrisk mønster. Fartøyet blir følgelig under-støttet av foilsystemet via de tre vertikale støtter 7,8,9 festet i sin nedre ende til foilarmene, og i sin øvre ende til fartøyets skrog, eksempelvis til finnene som vist på figur 1. The two foil arms 1,2 are planar and approximately mirror-symmetric about the ship's centerline (or longitudinal axis) 11, and are connected as an approximately isosceles angle where the front corner 23 of the angle lies in the vessel's centerline 11, and the two foil arms project aft to each side in approximately equal angle 12 with the vessel's center line 11 in a symmetrical pattern. The vessel is consequently supported by the foil system via the three vertical supports 7,8,9 attached at its lower end to the foil arms, and at its upper end to the vessel's hull, for example to the fins as shown in Figure 1.

Selve foilene har et tverrsnitt omlag som en flyvinge slik det framgår av figur 2B for å gi et løft i sjøen. Foilsystemets vertikalkrefter reguleres av tre uavhengige styrefinner 3,4,5 som er tilnærmet horisontalt hengslet (vist ved aksen 25 nær foilens 2 akterkant på figur 2B), hvorav den første og fremre styrefinne 3 er plassert ved fartøyets senterlinje i foilsystemets vinkelhjørne 10, dvs. i foil-flatens akterkant, mens den andre styrefinne 4 er plassert i akterkant av babord foilarm 1 (ved armens 1 ytterkant) og den tredje styrefinne 5 er plassert på styr-bord foilarm 2 tilnærmet speilsymmetrisk med den andre i forhold til fartøyets langsgående senterlinjeplan 11. De ytre støtteben 7,9 er plassert i respektiv foilarms aktre ende eller i noen avstand fra denne ende. The foils themselves have a cross-section roughly like an airplane wing as shown in figure 2B to give a lift in the sea. The foil system's vertical forces are regulated by three independent control fins 3,4,5 which are approximately horizontally hinged (shown at the axis 25 near the aft edge of the foil 2 in Figure 2B), of which the first and front control fin 3 is located at the vessel's centerline in the foil system's angular corner 10, i.e. in the aft edge of the foil surface, while the second control fin 4 is located in the aft edge of the port foil arm 1 (at the outer edge of the arm 1) and the third control fin 5 is located on the starboard foil arm 2 approximately mirror-symmetrically with the other in relation to the vessel's longitudinal centerline plane 11 The outer support legs 7,9 are placed at the aft end of the respective foil arm or at some distance from this end.

Videre omfatter det fremre støtteben 8, mellom fartøyets skrog og foilsystemet, en vertikal styrefinne 6 som er hengslet i benets akterkant (i prinsippet som de horisontale styrefinnene) tilsvarende slik at finnen kan svinges om en vertikal akse tilnærmet i hjørnet 10 mellom de to foilarmene 1,2. Furthermore, the front support leg 8, between the vessel's hull and the foil system, comprises a vertical control fin 6 which is hinged at the stern edge of the leg (in principle like the horizontal control fins) correspondingly so that the fin can be swung about a vertical axis approximately in the corner 10 between the two foil arms 1 ,2.

Følgelig kan den første sentrale styrefinne 3 i kombinasjon med de aktre styrefinner 4,5 kontrollere fartøyet i stamp (når skipet går mot bølger rett forfra), mens den forre, vertikale-hengslete styrefinne 6 i kombinasjon med de aktre styrefinner 4,5 kan kontrollere fartøyet i rullebevegelser (bølgene kommer fra siden). Consequently, the first central rudder fin 3 in combination with the aft rudder fins 4,5 can control the vessel in a bump (when the ship goes against waves straight ahead), while the front, vertical-hinged rudder fin 6 in combination with the aft rudder fins 4,5 can control the vessel in rolling motions (the waves come from the side).

Foilarmene 1,2 kan være utformet med konstant eller varierende kordelengde langs sin utstrekning. I dette tilfelle betyr kordelengden snittlengden tatt i lang-skipsretning. Foilarmene 1,2 kan ha konstant eller varierende angrepsvinkel i forhold til et horisontalt plan. Ifølge oppfinnelsen kan antall styrefinner for regulering av vertikalkrefter være flere enn tre, men alltid i et antall og med en plassering som gir tilnærmet speilsymmetri om fartøyets senterlinje 11. The foil arms 1,2 can be designed with a constant or varying chord length along their extent. In this case, the chord length means the average length taken in the long-ship direction. The foil arms 1,2 can have a constant or varying angle of attack in relation to a horizontal plane. According to the invention, the number of control fins for regulation of vertical forces can be more than three, but always in a number and with a location that provides approximately mirror symmetry about the vessel's centerline 11.

Videre reguleres foilsystemets styrefinner i innbyrdes programmerte forhold og er tilpasset til fartøynavigeringens behov for, eller bølgebevegelsens krav om, at foilsystemet skal utøve nødvendig vertikal- og/eller horisontal-kraft. Furthermore, the foil system's control fins are regulated in mutually programmed conditions and are adapted to the vessel navigation's need for, or the wave motion's requirement that the foil system must exert the necessary vertical and/or horizontal force.

Antall vertikale støtteben mellom foilsystemet og skroget er 3 (som i det foreliggende tilfelle) eller et annet ulike antall og med en plassering som gir tilnærmet speilsymmetri om fartøyets senterlinje. The number of vertical support legs between the foil system and the hull is 3 (as in the present case) or another different number and with a location that provides approximately mirror symmetry about the vessel's centreline.

Foilens utstrekning i forhold til skroglengde. The extent of the foil in relation to the hull length.

Foilvingen ifølge oppfinnelsen er montert til skroget etter nøye beregninger i forhold til skipets tyngdepunkt og lengde. For at fartøyet skal oppnå en tilfredsstillende balanse, bør foilens lengdeutstrekning tilpasses til skipets lengde. En antar at et egnet forhold mellom foilens lengdeutstrekning LF og skipets lengde l_s er i området 1/3 til 4/5, selv om det kan tenkes situasjoner hvor forholdet er større enn 4/5. Særlig velgnet er lengdeforhold beliggende mellom 1/2 og 3/4. The foil wing according to the invention is mounted to the hull after careful calculations in relation to the ship's center of gravity and length. In order for the vessel to achieve a satisfactory balance, the length of the foil should be adapted to the length of the ship. It is assumed that a suitable ratio between the length of the foil LF and the ship's length l_s is in the range 1/3 to 4/5, although situations can be imagined where the ratio is greater than 4/5. Length ratios between 1/2 and 3/4 are particularly suitable.

På figur 3 er det vist et sideriss av et hydrofoilfartøy 40 med overbygning 42 montert på skrogformen 20 ifølge figur 1. Fartøyet omfatter den oppfinneriske foilkonstruksjon. Foilen omfatter i tillegg et midtre ekstra støtteben 21 på hvert foilben mellom benene 8 og 9 hhv mellom 8 og 7. Når fartøyet ligger stille bæres fartøyets vekt av hydrostatisk oppdrift fra skroget som er under en vann-linje 44. Når fartøyet er under fart, er skrogdelene i sin helhet løftet opp av vannet. Kun støttebenene og den horisontale foil befinner seg under vann, og fartøyets vekt bæres i sin helhet av dynamiske krefter fra den ene foilen. For denne situasjon er vannlinjen vist ved henvisningstallet 46. Figure 3 shows a side view of a hydrofoil vessel 40 with superstructure 42 mounted on the hull form 20 according to Figure 1. The vessel comprises the inventive foil construction. The foil also includes a central extra support leg 21 on each foil leg between legs 8 and 9 and between legs 8 and 7 respectively. When the vessel is stationary, the weight of the vessel is carried by hydrostatic buoyancy from the hull which is below a waterline 44. When the vessel is under speed, the hull parts in their entirety are lifted out of the water. Only the outriggers and the horizontal foil are underwater, and the vessel's weight is carried entirely by dynamic forces from the one foil. For this situation, the waterline is shown at reference number 46.

Claims

1. Device for hydrofoil vessels comprising a foil system which is designed to lift and carry the vessel's total weight while in motion, where the foil system comprises a number of adjustable control fins/surfaces (3-5), support legs (7-9) between the foil system and the vessel's hull , as well as means for regulating control fins/surfaces, characterized by the fact that the vessel's foil system is formed by a single largely horizontal foil body consisting of two approximately mirror-symmetrical foil arms (1,2) which project aft to each side in an approximately equal angle, the front corner of the angle being in the vessel's centerline (11), and the foil arms project aft to each side at an approximately equal angle (12) with the vessel's longitudinal centerline (11).

2. Device in accordance with claim 1, characterized in that the support legs consist of a front support leg (8) arranged in the center line (11) of the vessel in the corner (10) between the two foil arms (1,2), and outer support legs (7,9) arranged at the aft end of the respective foil arms or at a distance from the respective end.

3. Device in accordance with claims 1-2, characterized by largely horizontal, adjustable control fins/surfaces for regulating the vertical forces of the foil system, which control fins comprise: a first control fin (3) located centrally in the center line of the vessel in the angular corner of the foil system (10), a second (4) and a third (5) rudder fin to the side on each respective foil arm (1,2), the two rudder fins being arranged largely mirror-symmetrically in relation to the vessel's longitudinal center line (11).

4. Device in accordance with one of the preceding claims, characterized in that the front support leg (8) comprises a guide fin (6) which is hinged approximately vertically to the support leg (8).

5. Device in accordance with one of the preceding claims, characterized in that the foil arms are designed with constant or varying cord length along their extent.

6. Device in accordance with one of the preceding claims, characterized in that the foil arms (1) have a constant or varying angle of attack in relation to a horizontal plane.

7. Device in accordance with one of the preceding requirements, characterized by the number of control fins for regulation of vertical forces, which number is mirror-symmetrically placed about the center line of the vessel.

8. Device in accordance with one of the preceding requirements, characterized in that the number of vertical outriggers between the foil system and the hull is 3 or another different number, and the outriggers are mirror-symmetrically placed about the centerline of the vessel.

9. Device in accordance with one of the preceding claims, characterized by more than one vertical steering fin, which steering fins are placed on any support leg in a symmetrical pattern about the vessel's centerline.

10. Device in accordance with one of the preceding claims, characterized in that the ratio between the longitudinal extent of the wing LF and the length of the ship Ls is in the order of magnitude 1/3 to 4/5, in particular between 1/2 and 3/4.

11. Application of the foil system according to the preceding claims, where the forward control fin (3) together with the aft control fins (4,5) are used to control the vessel in a bump.

12. Application of the foil system according to the preceding claims, where the vertically-hinged control fin (6) is used together with the other horizontal fins to regulate the vessel's horizontal force.