Stepped planing hull – pros and cons

boat_01

There are a lot of legends connected with steps on hulls. Many people claim that this solution is good only for the racing industry and is very dangerous for normal recreational users. What are the real facts, however?  There is ample evidence showing that the stepped hull has less drag than the classic deep V-hull. The real step forward in this field was made by Clement and Koelbel in 1992, with their dynaplane and traverse step and hydrofoil form.

A few years ago, in 2012, White and Breaver examined stepped and unstepped V-hulls during extensive tank trials.   The research was conducted for the US Navy, and the point was to prove if the stepped hull can be a better alternative to the classic planning hull in terms of performance (economy) and sea keeping of fast boats. The Navy had clearly indicated their needs, demanding that the angle of attack did not exceed 2.5 degrees!  The 142 tank tests were done with different localization of LCG  on a 53 feet prototype – 25% ,  30%  and 35% of LWL (46 feet), respectively, which was a good real life  approach. The comparison of results was made with the following models: one unstepped, one transverse step and two transverse steps with variation of their height and localization.

foto_01

Source: Site 6 White and Breaver 2012 – Maxsurf model with two ¼” steps

Beforehand, in 2010, Savitsky and Mrabito had clearly confirmed that the wetted area varied inversely as an exponential power of trim angle. A good example of this dependence was depicted by Garland (2010 – Stepped Planing Hull Investigation), please see below:

tab_01

Source: William R. Garland “Stepped Planing Hull Investigation” site 7 Figure 9

Going back to White and Breaver`s tests, it is now easier to understand what a difficult task the Navy had given them (performance at low trim). Quickly conducted tests have shown that the stepped hull has lower wetted area and less drag than the unstepped version of the hull. However, the running trim was higher than expected. According to the Navy, the best comfort for the crew and for sea keeping was achieved at the aforementioned 2.5 degree of tau (angle of attack). To fulfill this requirement, White and Breaver used trim tabs but, not surprisingly, this always led to a much higher R/W (drag/displacement) ratio:  unrealistic 16 degrees of deflection were needed to reach the target close to 2.5 degrees.

In order to find a solution to this problem (more lift at stern), the scientists used the results of the research done by Rosse and Kruppa in 1991. They had proved that a lift close to 187% of thrust was generated by a surface piercing propeller with best P/D ratio at 1.1 and the shaft angle close to 8 degrees. Basing on these findings, White and Breaver went back to the tank trials and got very good results in terms of drag and the required tau (good sea keeping). The resistance drop was approx. 23% at 2.5 degree tau in the best configuration of steps and volumetric Froude non dimensional parameter[1]  at 4. Even with the non-stepped deep – V hull the resistance drop with surface drive was about 13 %.  This clearly indicates the advantage of the stepped hull especially with surface drive (not surprisingly all high speed racing boats work with this configuration) over the deep-V hull.

In 2010 W. Garland investigated one deep V-hull with one step. His tank trials showed that the best configuration in one step hull was at 4% of beam (high). The aforementioned R/W relationship shows that if the volumetric Froude number is close to 3, the difference between the well proved Savitsky`s prediction (1964) and the stepped hull starts to be visible. According to Savitsky`s prediction, the resistance sharply increases with speed from R/W = 0.15 at the mentioned Fn∆=3 to R/W=0.27 at Fn∆=5.4 while the drag of one stepped hull (VS=4%beam) increases much more slowly to R/W = 0.18 – see below

 

tab_011

Source: William R. Garland “Stepped Planing Hull Investigation” site 8 Figure 11

 

Higher steps (6%b) result in lower wetted area than 4%b (and 2 % of beam respectively) but, due to a higher trim, develop a much higher wave making resistance. Higher steps  need a compromise and in the case of Garland, one step 4% version of chine beam gives the lowest overall resistance (in his case it was 94.2% resistance of 6%b high step, 80.3% of 2%b and only 67.5% resistance of the unstepped version).

Problems connected with the stepped hull occur in the lower range of speed (Fn∆<2.6):  due to the lack of fluid separation on steps, the hull generates higher resistance than the unstepped hull. This is an important factor that has to be taken into account while matching the right propulsion set.  In the pre planing range, the thrust line should follow the resistance line with a safety margin for acceleration (min 20% according Blount and Bartee – 1996).

In 2014, Lee and Pavkov went further with instigation of the stepped hull – they were looking for the best configuration of two steps with variable height (unlike White and Breaver, who in each case had an equal height of steps). When it became apparent that the first step should be located just behind the centre of pressure, close to the centre of gravity, the investigation was based on seven different configurations of steps height. Lee and Pavkov`s work confirms that in each testing configuration the stepped hull has a lower drag than the unstepped one. They found the best results  with the height of the forward step equal to 0.7%b and the aft step 2.1%b (beam):  the R/W (resistance to weight) ratio from 0.17 to 0.19 at speed coefficient Cv[2]  from 3.4 to 4.4, respectively.

Weight distribution was similar to the one in Clement and Koelbel`s work   (forebody 90% afterbody 10%) – 82% for two first planing surfaces (for the aforementioned best configuration)

The origins of advantages of the stepped hull are in pressure distribution along the hull. A good example is shown in the work of Garland and Maki (2012), see below:

tab_02

The well-known phenomenon of pick pressure[3] occurring near the stagnation line[4] is clearly visible on the above graph. The solid line represents the unstepped hull and the red and dotted ones the step hull with different localization of steps.  As we can see, the one step hull has two pick pressure points (and three in the case of two steps) and in all cases, the sums of hydrodynamic lift connected with these points of max pressure are higher than in the unstepped version.  The higher the lift, the lower the wetted area and viscosity resistance[5] .   As it was mentioned, hull resistance is strictly dependent on the value of boat trim (tau – τ). The higher angle of attack (tau) is, the higher the wave making resistance and the lower the viscosity resistance. Thus, finding a reasonable balance between the needs of good sea keeping and performance is not easy. Basing on the aforementioned examples, a well-designed stepped hull – especially with a surface drive – is a tempting alternative to the classic unstepped hull.

In 2009, Savitsky and Morabito in their state-of-the-art study of wake behind the step have given input to mathematical modeling of parameters, which makes it possible to determine the performance prediction of the stepped hull.

For β > 10

HCL(xCL) =  b1*0,17(2+0,03*(Lk1/b1)*τ^1,5)* sin((PI()/CV1)*(xCL/3b1)^1,5 )

and

H1/4(x1/4)=  b1*0,17(0,75+0,03*(Lk1/b1)*τ^1,5)* sin((PI()/CV1)*(x1/4/3b1)^1,5 )

 

Where:

HCL – height of wake profile above extended keel, [m]

H1/4 – height of wake profile above extended ¼-beam buttock, [m]

b1 – beam of planning surface of forebody, [m]

CV1 – speed coefficient, forebody

Lk1– wetted keel length, forebody, [m]

xCL –  distance behind step where centre line wake profile intersects with aft hull keel, [m]

x1/4 – distance behind step where ¼-beam wake profile intersects with aft hull ¼-beam, [m]

 

Basing on these equations, in 2009 David Svahn described practical examples of drag calculation for the stepped hull and the eventually needed SHP (one step without input of additional lift by surface drive).

Building a fast performance power boat using the advantages of the stepped hull requires great experience and knowledge of the designer. First of all, one needs to consider the shape of the steps (there are three different models: simple transverse, re-entrant and pointed aft – each with different pros and cons), longitudinal localization (too short distance to aft step and the wake can miss the hull, another  issue – stagnation line shouldn’t cross the first step, otherwise additional drag is created), localization of LCG (with wrong placing the stepped hull can be unstable –

solution: Morabito, Pavkov, Beaver 2014);  then  the  height  of the steps,  and last but not least, the best performance and ride comfort especially on rough  water.

Whenever you consider the stepped hull, always check who has designed the hull, ask about the performance prediction, and check the thrust margin at hump and top speed if displacement is realistic and how the trim in the range of speed and displacement behaves (comfort of ride). A good designer has plenty of solutions to improve the hull`s ability to meet client requirements and make it safe.

 

[1] Fn∆=Vs/(g*ᐁ^1/3)0.5 this is a better indicator of comparison than just speed, for example 8 tone speed boat has  Fn∆ equal 5.8 at speed 50kn

[2] Another, frequently used   non dimensional indicator of speed and beam equals  CV=Vs/(g*b)0,5 ;for example 2.7m chine beam boat at 50kn has the  CV=4.99

[3] Pmax/q= sin2α  where q= ϱV2/2 and α=tan-1(π/2*tanτ/tanβ)

[4] Actually for deadrise hull the free stream not fully stagnate (only fort flat plate). With non- zero deadrise stagnation point is somewhere in spray rot region.

[5] Total hull resistance components: pressure resistance (wave making), viscosity resistance (wetted area),  appendage resistance, whisker spray resistance and sea state resistance.

 

author: Jacek Pawlik

 

 

Założenia koncepcyjne – nowa łódź

Przed wyborem łodzi, każdy myślący o zakupie winien wziąć pod uwagę następujące kwestie:

    1. Należy odłożyć na bok kwestie estetyczne i wyposażenia dodatkowego  – do nich należy wrócić po ustaleniu poniższych zagadnień,
    1. Podstawowe pytanie jakie należy sobie zadać to do jakich celów ma służyć jednostka. Rekreacyjnych czy komercyjnych, jeżeli rekreacyjnie to  czy ma to być miejsce spędzania wolnego czasu w porcie (jak często się spotyka) i ew. pływania przy bezwietrznej pogodzie, czy raczej chcielibyśmy komfortowo podróżować  również przy średnim stanie morza najczęściej spotykanym to jest  1 do 3, czy może chcielibyśmy poczuć morską przygodę i śmiało (szybko) pływać również przy wzburzonym akwenie – wszystkie te kwestie determinują konkretne rozwiązania techniczne
    1. Czy zależy nam na szybkości maksymalnej (przy stanie 0 czy może jednak 3-4),  czy może jednak wysokiej prędkości podróżnej, dużej manewrowości, czy dodatkowo  chcielibyśmy móc operować bez ryzyka uszkodzenia na płyciznach z cumowaniem  na plaży (rodzaj napędu),
    1. Na jakim akwenie będziemy pływać – Zatoka Gdańska (krótka fala) Bałtyk, jeziora, czy Morze Śródziemne (dłuższa fala plus większe zasolenie)
    1. Ile osób (masa, układ pokładu), jak daleko (paliwo – masa, środki bezpieczeństwa), czy zamierzamy zainstalować dodatkowe wyposażenie. Masa – jej niedoszacowanie jest najczęstszym powodem rozczarowania osiągami.
    1. Czy zamierzamy nurkować z pełnym wyposażeniem czy tylko rekreacyjnie (inny dostęp  do  łodzi, inne obciążenia platformy, wyposażenie)
    1. Jak często chcemy korzystać z łodzi, jakie dystanse pokonywać przy jakich obciążeniach (dobór silników i napędów)
    1. Jaki budżet inwestycyjny, czy zależy nam niskich kosztach serwisowych, bezawaryjności, długiej żywotności elementów systemu napędowego

boat-ship-speed-ocean-hd-wallpaper-217838Wszystkie wymienione czynniki wpływają na projekt jednostki, dobór systemów napędowych i późniejsze zadowolenie właściciela. Z tego powodu kwestie te winny być wnikliwie omówione ze stocznią/dystrybutorem. Każdy klient winien  przed zakupem poświęcić chwilę czasu i zapoznać się z głównymi zagadnieniami technicznymi związanymi z łodziami motorowymi by świadomie uczestniczyć wyborze łodzi. Sugerujemy zapoznanie się z materiałami opisowymi  zebranymi przez nas na niniejszej stronie. W sytuacji gdy my jesteśmy zaangażowani w proces doborowy/ decyzyjny każdorazowo precyzujemy z klientem powyższe elementy, przedstawiamy warianty i możliwe konfiguracje od wyboru kadłuba poprzez systemy napędowe do wyposażenia jednostki.

W przypadku klienta instytucjonalnego – komercyjnego sprawa wygląda podobnie chociaż zdecydowanej większości przypadków jest to klient świadomy  swoich oczekiwań i z dużym doświadczeniem co zdecydowania uławia współpracę.

Surface Drive

Napęd typu Surface Drive jest dedykowany do szybkich łodzi motorowych jako najefektywniejszy z wszystkich rodzajów napędów  jednak jak każdy ma ograniczenia w zastosowaniu. Nie nadaje się jako opcja do łodzi ratunkowych pilnujących kąpielisk ze względu na ryzyko zranienia (podobne jak inne napędy z wyjątkiem water jet).  Właśnie ze względu na ryzyko zranienia po wypadnięciu z rufy łodzi napęd SDS (podobnie jak sterdrive) wymaga instalacji platformy do pawęży

t11

Kadłub łodzi musi operować w ślizgu. Wyróżnić można dwa rodzaje takiego kadłuba: o stałym kącie (monohedron) gdzie zanurzenie (draft) łodzi jest maksymalne na pawęży oraz o zmiennym kącie (wraped) gdzie maksymalne zanurzenie jednostki ma miejsce na śródokręciu.

t22

Każdy z tych kadłubów ma swoją charakterystykę pracy związaną z kształtem i oporami hydrodynamicznymi. Mogą one pracować w układzie pojedynczym (monohull), podwójnym (cat) i potrójnym (trimaran).

Kadłub typu monohedron jest dedykowany do zastosowań w szybkich łodziach motorowych szczególnie do operowania przy zafalowanych warunkach. Prędkość maksymalna dla tego rodzaju kadłuba to około 90 kn, powyżej kadłub zaczyna „myszkować” (chain walking) i narażony jest na utratę stabilności szczególnie przy zmianach środka ciężkości, który z zasady jest zlokalizowany pomiędzy 25 % a 38 % długości łodzi po wodzie (LWL).

Drugi rodzaj kadłuba, z którym napęd typu Surface Drive może pracować to „wraped hull” .  Prędkość maksymalna dla tego rodzaju kadłuba to 40 kn, powyżej podatny na utratę stabilności szczególnie gdy LCG (środek ciężkości) jest powyżej 40 % LWL . Dodatnią cechą tego kadłuba jest wyższa od poprzedniego  odporność na „podbicia” przy zafalowanym akwenie, kadłub ten również lepiej toleruje zmiany rozmieszczenia masy na pokładzie do wskazanej prędkości.

Napęd powierzchniowy może pracować z każdym rodzajem silników stacjonarnych (za pośrednictwem przekładni redukcyjnej). Najczęściej spotyka się go w parze z silnikami diesla, które z zasady mają niższe prędkości obrotowe (niższa redukcja na przekładni – tańsze).

Tak jak zostało to już wspomniane i jest opisane szczegółowo w dalszej części materiału rozróżnia się dwa rodzaje napędów typu SD – stały i trymowany jaki oferujemy. Porównanie producentów obu rodzajów napędów przeprowadzono również w dalszej części materiału. Dokonano także charakterystyki wszystkich najczęściej spotykanych rodzajów napędów łodzi motorowych.

Surface drive pracuje efektywnie w zakresie prędkości od 20 do ponad 80 kn oraz stwarza najniższe opory hydrodynamiczne z wszystkich rodzajów napędów.  Wymiana napędu na SDS wiąże się z minimum 15 % poprawą osiągów jednostki oraz spadkiem zużycia paliwa.  W odróżnieniu od water jet, który to cechują znaczne straty mocy na napędzie oraz duża podatność na awarię związane z zaciągnięciem do czerpni zanieczyszczeń napęd SD jest pozbawiony tych wad. Masywna śruba napędowa z płetwą z łatwością radzi sobie z wszelkimi zanieczyszczeniami czy z pisakiem na płyciznach. Każdy rodzaj napędu ma swoje zalety ale w temacie osiągów SDS jest nie do pobicia, dodatkowo   cechuje go łatwość radzenia sobie z różnymi obciążeniem np. podczas operowania przy wzburzonym morzu.

Każdy model SDS posiada te same elementy składowe. Napęd jest układem mechanicznym, który przekazuje energię kinetyczną do śruby. Układ składa się z 6 głównych elementów: siłownika sterującego (steering cylinder), siłownika trymującego (trim cylinder), przekładni (lower sphere unit), przekładni momentu (thrust box unit), wału napędowego, stężenia (frame)

t33

sds22

Na zdjęciach obok przedstawiających demonstracyjną wersję SDS2 widać jak realizowane są funkcje sterujące i trymujące:

Siłownik hydrauliczny pracujący prostopadle do wału napędowego odpowiada za ruch poziomy (wychylenie o kąt 19st) i skręcanie.

Jest on sprzęgnięty z siłownikiem realizującym podnoszenie i opuszczenie zestawu (trymowanie).
na34
Na zdjęciu widoczny kompletny napęd od strony siłowni z punktami smarowania.

Przykładowe instalacje:

Rodzaje napędów i ich krótka charakterystyka

SOFREP-SWCC-Riverine-Craft

    1. Tradycyjny napęd śrubowy na wale – prostota wykonania i duża niezawodność, stosowany do prędkości poniżej 30kn jak również do jednostek dużych i ciężkich. Napęd tolerancyjny na duże różnice w tonażu, sprawdzający się w trudnych warunkach. Tani w serwisowaniu. Najtańszy w inwestycji
    1. Stern drive  – przekładnie typu Z do silników wbudowanych (Bravo 1, Brawo 2, Brawo 3, Volvo)   skomplikowana  i wysoce awaryjna konstrukcja, podatna na uszkodzenia wynikające z niewłaściwego użytkowania i serwisowania (uszczelnienia, olej). Napęd nie nadający się do operowania na płyciznach. Do zastosowań w małoobciążonych jednostkach poniżej 8m w tym przy konfiguracji pojedynczej. Napęd typu Z dobrze sprawdza się do jednostek operujących przy mniejszych prędkościach do 25 kn. Duża manewrowość przy konfiguracji podwójnej.  Do zastosowań komercyjnych (obciążonych) dedykowany napęd  typu KONRAD (najbardziej niezawodny na rynku).  Inwestycyjnie koszt przekładni porównywalny jest z napędem SDS, droższy niż napęd zintegrowanych w silnikach zaburtowych i tańszy niż napęd strugo wodny (water jet).  Napęd drogi w użytkowaniu i wymagający wyspecjalizowanej obsługi.
    1. Outboard – najbardziej popularny napęd zintegrowany z silnikiem zaburtowym zawieszonym na pawęży, zwarta konstrukcja ułatwiająca aranżację pokładu, prosta instalacja. Dobrze sprawdzający się przy jednostkach do 12m i prędkościach do 40kn. Nadający się do operowania na płyciznach, lecz wrażliwy na uszkodzenia. Stosowany tylko z silnikami benzynowymi podatny na uszkodzenia przy niewłaściwym użytkowaniu (zalanie, zbyt silne wstrząsy). Stosunkowo tani w zakupie ze względu na integrację z silnikiem, prosta obsługa  ale  krótka żywotność przez co przy intensywnej eksploatacji (ponad 100h rocznie) z czasem kosztowna, przewyższająca cenę zakupu.
    1. Surface Drive – napęd najlepiej sprawdzający się przy jednostkach powyżej 8m, prędkościach powyżej 30kn i konfiguracji podwójnej. Duża manewrowość,  możliwość operowania w płytkiej wodzie (beaching) i zanieczyszczonej. Prosta i niezawodna konstrukcja do zastosowania w szybkich łodziach motorowych (w tym rekreacyjnych) oraz  takich jak jednostki patrolowe, ścigacze, jednostki do zadań specjalnych, RIB. Do zastosowań z silnikami diesla jak i benzynowymi, wymagający oddzielnej przekładni do redukcji przełożenia i obsługi biegów przód, neutral, tył.  Dla właściwego wykorzystania napędu krytyczne jest jego właściwe skonfigurowanie  – dobranie do konkretnej jednostki. Koszt zakupu porównywalny z stern drive lub niższy (Konrad), niski koszt użytkowania.
    1. Napęd strumieniowy Water Jet.  Dedykowany do jednostek gdzie użytkowanie tradycyjnej śruby jest niebezpieczne – Rescue boats, dive boats. Możliwość operowania w płytkich akwenach lecz bez możliwości beaching – zaciągniecie piasku do czerpni często równoważne kosztownej awarii. Napęd wrażliwy na zanieczyszczenia wody o konstrukcji skomplikowanej i podatnej na awarię. Naprawa i serwis wymagający wykwalifikowanej obsługi. Słaba manewrowość przy niskich prędkościach, zastosowany do prędkości 45kn.  Konieczność przewymiarowania mocy jednostek napędowych ze względu na jej znaczne spadki na napędzie (20-30%). Koszt zakupu porównywalny z napędem SD dla małych pędników do ponad dwukrotnie przewyższających kosztów przy większych.

ncl0885_a3

Porównanie producentów systemów napędów powierzchniowych

Comparison-Table-0713

Trimability / Trymowalność – jest to główna cenach napędu  powierzchniowego pozwalająca na pełne wykorzystanie jego potencjału. To ona pozwala na łatwe efektywne operowanie biegiem wstecznym, uzyskiwanie maksymalnych prędkości przy różnych warunkach morskich, pływanie na płyciznach. Dzięki trymowaniu eliminujemy lub znacznie ograniczamy podbijanie kadłuba przez fale. Napęd powierzchniowy na sztywny wale jest idealny do uzyskiwania maksymalnych prędkości w warunkach  wyścigowych przy spokojnej wodzie ale nie sprawdza się w warunkach zmiennych wspomnianych wyżej czy do zastosowań militarnych.

Steerability /Sterowalność – możliwość skrętu łodzi uzyskuje się tak jak w przekładniach typu Z lub silnikach zaburtowych poprzez skręt wału z pędnikiem z tą różnicą, że dzięki przesuniętej osi skrętu ku rufie (odsunięcie pędników od pawęży) uzyskuje się znacznie większą manewrowość. Brak tradycyjnego steru koniecznego do zastosowania w sztywnym wale eliminuje wprowadzane przez ster opory i turbulencje w przepływie wody. Niektórzy producenci wprowadzają dodatkowe kierownice przepływu strumienia wody w kierunku pędnika ale nasze doświadczenia w tunelu udowodniły że pogarszają one efektywność pracy pędnika (wprowadzają turbulencje laminarnym przepływie wody – co jak wiadomo wiąże się ze stratami)

Emergency steering  – FH jako jedyny producent umieszcza w standardzie trzecią pompę hydrauliczną umożliwiająca zachowanie sterowalności w przypadku awarii pozostałych

Pre –wired instalation – w pakiecie dostarczane są do klienta pełne wiązki kablowe z konektorami ograniczające trudności montażowe

Propeller manufacturer – krytyczny z punktu widzenia efektywności całego systemu jest pędnik. FH jako jedyny dostawca posiada własny zakład produkcyjny i doświadczalny. Produkcja pędników jest skomplikowanym procesem poczynając od projektu poprzez odlew jego obróbkę i późniejsze testy w specjalnym tunelu kawitacyjnym. Zastosowanie do konkretnej przekładni nawet wyglądającej identycznie śruby spowodować może  drastyczny spadek efektywności i nie jednokrotnie prowadzić może do uszkodzenia pędnika i podzespołów.

Shock absorbers/amortyzatory – możliwość tłumienia drgań przenoszonych przez napęd znacznie podnosi komfort użytkowania

Elektronic steering/ elektroniczne sterowanie – system komunikuje się we wszystkich przyjętych standardach co umożliwia zastosowanie różnych rozwiązań zarówno elektronicznych jak i hydraulicznych. Dodatkowo na życzenie dostarczamy automatyczny system kontroli trymu

Tunnel tested –  wszystkie napędy i pędniki FH są testowane w specjalnym tunelu kawitacyjnym, którego koszt budowy wyniósł ponad 1 mln EUR. Umożliwiło to uzyskanie pełnej certyfikacji koniecznej do zastosowań komercyjnych/militarnych

Major class approval – jak wspomniano powyżej jesteśmy jednym na rynku dostawcą, który dzięki testom może być klasyfikowany. Posiadamy klasy ABS, BV oraz Lloyds

Naval architecture – każdy projekt jednostki morskiej wymaga całościowego spojrzenia na osiągi, determinowane przez kadłub, masę jej dystrybucję, silniki, przekładnie i napęd wraz pędnikiem. Wymaga to zaawansowanej wiedzy inżynieryjnej i dużego doświadczenia, z tego powodu każdy projekt jest oceniany przez zespół projektantów.

Warranty of preformacje /gwarancja osiągów – dzięki kompleksowemu podejściu do systemów napędowych jako jedyni oferujemy klientom oprócz standardowej gwarancji wykonania także gwarancję osiągów.

Informacje niezbędne do właściwego doboru napędu

Dla właściwego doboru napędu niezbędne jest podejście całościowe uwzględniające środowisko pracy, dane kadłuba, silnika, przekładni.

tabele tech roboczy

    1. Rodzaj kadłuba – monohull (pojedynczy), katamaran czy trimaran, każdy z kadłubów inaczej wpływa na opory hydrodynamiczne, stabilność
    1. Wyporność , masa – bardzo ważny wskaźnik determinujący moc jednostek napędowych. Konieczne jest dokładne określenie masy podstawowej oraz maksymalnej. Niedoszacowanie masy jest najczęściej spotykanym powodem nie uzyskiwania zakładanych osiągów łodzi z powodu prostej zależności – wyższa masa większe opory niższa prędkość.
    1. LOA, LWL, BEAM – długość łodzi, długość po linii wody, szerokość przy pawęży. Wymiary te mają wpływ na opory i prędkość. Im dłużysz kadłub tym szybszy i bardziej stabilny na wzburzonym morzu.
    1. Zanurzenie – kolejny ważny element wpływający na opory całkowite łodzi oraz możliwość zastosowania SDS (pędniki muszą pracować w swobodnym przepływie wody)
    1. Deadrise angle – kąt mówiący o kształcie dna łodzi i większy tym (jak kadłub typu V) tym większe opory i późniejszy moment wejścia łodzi w ślizg.
    1. LCG – środek ciężkości, ma wpływ na zachowanie kadłuba – niewłaściwe jego zlokalizowanie odpowiada za „nurkowanie”  łodzi  lub zadzieranie dziobu ku górze.
    1. Kąt rufy (pawęzy) – dla sprawdzenia właściwego ułożenia SDS
    1. Spray rails – kierują przepływem wody wzdłuż kadłuba ograniczając opory
    1. Grubość kadłuba na rufie – determinuje rozwiązania SDS
    1. Obecność stopni lub ich brak – właściwie zaprojektowany stopniowany kadłub ogranicza „mokrą” część kadłuba w ślizgu co zmniejsza opory i zwiększa prędkość
    1. Środowisko pracy – wpływ na osiągi mają również takie czynniki jak zasolenie, zanieczyszczenie wody (im większe tym większe opory). Wymogi dotyczące stanu morza w jakich łódź ma operować – tylko przy stanie 0 czy 1 (płasko) lub 2, 3. Zakres temperatur powietrza czy wody (straty na chłodzenie silników)
    1. Dobór silników i przekładni – wymagamy podania ilości silników i ich parametrów. Wydaję się, że im większa moc tym lepsze osiągi – często zapomina się jednak,  że zastosowanie silników o większej mocy wiąże się ze znacznym zrostem masy tych silników. Dla przykładu Volvo D3 220 kM waży 300 kg a D4 260 kM (300 kM) już 550 kg przy podwójnej instalacji jest to już 500 kg więcej.  Znaleźć można wyjątki od tej reguły w naszej ofercie – silniki diesla V8 – VGT 350 kM do 500 kM, które ważą 500 kg. Oprócz mocy silnika krytycznym parametrem jest moment obrotowy i jego dostępność przy poszczególnych prędkościach obrotowych silnika. Z tego powodu pytamy każdorazowo klienta jakie będzie przeznaczenie łodzi.

pdfTu można zobaczyć  jak wygląda przykładowy dobór napędu i osiągi dla ciężkiej jednostki typu RIB przy użyciu zestawu dwóch silników diesla VGT 500 hp

Szczegółowe porównanie SDS z Water Jet

propellersNajczęściej zadawanym przez potencjalnych klientów pytaniem jest dlaczego mamy użyć SDS zamiast Water Jet. Na tak zadane pytanie zawsze odpowiadamy – do jakich celów ma być używana łódź.

Są obszary gdzie SDS ma znaczną przewagę w osiągach ale są i takie gdzie ma ją Water Jet. Dla jednostek operujących głównie w przedziałach prędkości powyżej 30 kn jest to niewątpliwie SDS gdzie zaczyna się widoczna różnica w osiągach. Dla jednostek operujących w przedziale 15 – 30kn water jet jest lepszą alternatywą ze względu na efektywność.

Poniżej zebrane tabelarycznie porównanie cech użytkowych obu systemów – na czerwono cecha niepożądana, zielono pożądana.

tab_03

Dobór przekładni

Właściwy dobór przełożenia obrotów silnika jest kolejnym krytycznym elementem z punktu widzenie osiągów i efektywności napędu. Na przełożenie mają wpływ następujące elementy:
– obroty silnika (rpm)
– współczynnik mocy do masy w tonach (hp/t)
– prędkość wyprzedzenia pędnika (speed of advance) lub wskaźnik Froude (V/LWL0,5)
Gdzie:
V- prędkość w kn
LWL – długość linii wody (w stopach)
P – całkowita moc jednostek napędowych
W – masa całkowita w tonach
RPM – prędkość obrotowa silnika
Przy założeniu, że wskaźnik V/LWL0,5 jest większy od 1 i moc całkowita jest większa od 100 można zastosować następującą formułę

R= 1,45 x exp((0,0034xT))

Gdzie T=RPM/P/W
Jest paru liczących się dostawców przekładni – najbardziej renomowanym jest niemiecki ZF trochę tańszy producent współpracujący z Janmar-em to Kanzaki.