Tidligere har skrogformen typisk været optimeret til ét enkelt designpunkt: en specificeret lasttilstand (typisk fuld last), skibets tilsvarende dybgang (typisk lige køl) og en specificeret designhastighed.
For nylig har en ny trend inden for skrogdesign vundet indpas. Den såkaldte parametriske skrogoptimering udvider designmålene fra et enkelt designpunkt til en driftsmatrix bestående af en række deplacementer (dybgange) og skibshastigheder med varierende sandsynlighed.
Ved begge disse tilgange til design optimeres der ud fra en foruddefineret vandlinje (WL)/dybgangstilstand, der er knyttet til skibets tilsvarende deplacement.
Betydelig indflydelse på fremdriftseffekten
Nyere studier har imidlertid vist, at en lille statisk (initial) trimvariation har en betydelig effekt på skibets modstand og dermed den nødvendige fremdriftseffekt. Trimningens effekt er derfor blevet anerkendt som et meget omkostningseffektivt middel til energibesparelser og reduktion af emissioner. Målet med denne tilgang er at fokusere på at drive skibet ved optimal trim for at holde brændstofforbruget på et minimum.
Trimningens effekt varierer dog fra skib til skib og skal verificeres enten ved hjælp af Computational Fluid Dynamics (CFD), simulationer eller fuldskala fysiske modelforsøg (modstand og fremdrift). Sidstnævnte tilgang anbefales generelt, da den giver en mere præcis vurdering af de variable parametre, som påvirker den optimale trim.
I slæbetanken kan vi styre trimningens effekt på skibets fremdriftsydelse ved at undersøge og fastlægge de væsentligste fysiske faktorer. Generelt hævdes effektgevinsten at være et resultat af ændret strømning omkring bulbstævnen. Det er korrekt, men ændringer i andre vigtige parametre som følge af trim skal også inddrages (forudsat deplacement er konstant).
Skrogets undervandsform er karakteriseret ved en specifik 3D-geometri af skrogoverfladen, som varierer ikke kun med middel-dybgang (WL), men også med trimvariation.
Parametre, der varierer med trim
Ifølge grundlæggende skibsbygningstekniske termer varierer følgende parametre med trim:
- Våd overflade (wetted surface area) som følge af asymmetrisk skrogoverflade for og agter
- Vandlinjelængde (LWL) som følge af de specifikke profiler for stævn/bulb og agterlig åbning
- Formfaktor grundet variation i deplacementets longitudinale fordeling (mere korrekt flytter opdriftens centrum sig frem eller tilbage, afhængig af trimretningen)
- Koefficient for residual modstand som følge af variation i de tre parametre ovenfor, der primært påvirker bølgedannelsesmodstanden
- Thrust deduction som følge af den samlede effekt af ændret skrogmodstand og den tilhørende belastning på propellens tryk
- Effektiv modstrømskoefficient grundet variation i indstrømningen til propellen ved trim (knyttet til variationen i våd overflade og LWL ovenfor)
- Propellens virkningsgrad som følge af variation i propellerbelastningen
- Relativ rotativ virkningsgrad grundet variation i skrogets wake-strømning og propellerbelastningen
Ud fra vores modelforsøg kan vi konkludere, at den væsentligste effekt, der medfører ændret fremdriftseffekt, når et skib trimmes, er koefficienten for residual modstand af de grunde, der er beskrevet ovenfor. Trimningens effekt på fremdriftsfaktorerne er dog også betydelig (bidrager med omkring 20 % af de samlede besparelser). Derfor består den eksperimentelle undersøgelse af trimningens effekt (baseret på et komplet sæt trimtests for modstand og fremdrift) typisk af en testmatrix med 5 tilstande på lige køl, 5 trimmede tilstande (både for og agter) og 5 til 6 skibshastigheder.
Resultaterne fra testene præsenteres generelt som relative effektbesparelser eller merforbrug i forhold til tilstanden på lige køl, hvor procenterne angives i tabeller og figurer. Effektbesparelser angives med et negativt fortegn.
Vores testresultater viser mulige brændstofbesparelser på op til 15 % ved specifikke optimale trimtilstande sammenlignet med referencetilstanden på lige køl (konstant deplacement). I den samlede flådedrift kan de typiske besparelser være helt oppe på 2 til 3 %. Trimningens effekt på fremdriftseffekten er mest markant for containerskibe og LNG-carriers, hvor indsynkning af bulbstævnen spiller en væsentlig rolle for effektgevinsten.
Billederne illustrerer ændringen i bovbølgesystemet for stævnen ved trim. Som det ses, kan trim ofte være fordelagtigt (især for containerskibe).
For yderligere information – kontakt Anthon Minchev
