Lägesrapport juni 2009

Transkript

1 Lägesrapport juni 2009 Stormfågeln AB (publ) REDOVISNING OCH SLUTSATsER AV DELRAPPORT Stormfågeln PROPULSION SYSTEM Transient Dynamic Analysis

2 Lägesrapport juni 2009 Stormfågeln AB (publ) INNEHÅLL Sammanfattning 3 För Stormfågeln avgörande verifierande analyser 5 Positivt utfall av hållfasthetsoch livstidsanalyser 6 Fakta Stormfågeln Driving Unit Transient Dynamic Analysis 7 Konkurrenskraftig verkningsgrad 8 Fakta CFD-analys propulsiv verkningsgrad 13 Ytterligare verifieringar i ett nästa steg 14

3 Lägesrapport juni 2009 Stormfågeln AB (publ) SAMMANFATTNING En rad delrapporter från de nu pågående verifierande analyserna av Stormfågelns prestanda har gett bolaget en klarare bild av konkurrenskraften hos dess produkter och inom vilka segment av båtindustrin produkterna är mest kommersiellt intressanta. Delrapporterna visar bland annat att Stormfågelns koncept sannolikt är anpassat för den kommersiella sjöfart som har behov av att operera i fartområdet över 30 knop, som färjetrafik, paramilitära applikationer och godstransporter med mål att konkurrera med vägtransporter. Stormfågelns koncept har ett flertal klara fördelar gentemot de tekniklösningar som idag huvudsakligen används för denna del av sjöfarten det vill säga traditionella propellersystem med raka axlar, vattenjet och traditionella ytskärande propellrar. Fördelarna är ekonomiska samt miljö- och prestandamässiga. Arbetet går nu vidare för att under hösten ytterligare verifiera Stormfågelns fördelar gentemot konventionella system. Parallellt kommer potentiella OEM-partners bearbetas med de nya och troligen avgörande fakta som presenteras i delrapporterna. CTD Marine i Schweiz, Lennart Berghult Computational Turbomachinery Design, har på uppdrag av Stormfågeln tagit fram verkningsgraden av Stormfågelns propeller. Beräkningarna, som gjorts via CFD-analyser, Computation Fluid Dynamics, har legat till grund för pågående hållfasthetsberäkningar av propulsorn med dess propellerblad och mekanism. De senare beräkningarna utförs av IMES, Institute of Mechanical Systems vid Zürich University of Applied Sciences och består av två delar statisk och dynamisk analys där den första delen är slutförd. Baserad på den statiska analysen, kompletterat med en utmattningsanalys, slår IMES i sin delrapport bland annat fast att Stormfågelns drivlina kommer att möta uppställda livstidskrav. Den av CTD Marine framräknade verkningsgraden på 62 procent för Stormfågelns propeller ligger i linje med tidigare antaganden från fältprov med proto- 3

4 typbåten Stormfågeln. Analyserna visar på en relativt stor förbättringspotential och CTD Marine menar att propellerns verkningsgrad via optimering av bladen bör kunna ökas till drygt 70 procent, vilket är i linje med andra ytskärande propellrar. Med en verkningsgrad på 70 procent ligger Stormfågeln även i linje med vattenjet, vars optimala prestanda beräknas vara cirka 70 procent vid optimal dimensionerad fart. I sammanhanget bör poängteras att den optimerade farten för vattenjet vanligen är satt till mellan 30 och 40 knop. Det finns även indikationer på att verkningsgraden för vattenjet tenderar att falla i farter över 40 knop. Stormfågelns koncept har stora fördelar gentemot både vattenjet och traditionella ytskärande propellrar. Vattenjeten har i princip i alla fartområden förutom den dimensionerade optimala farten låg eller mycket låg verkningsgrad, vilket ger realtivt höga bränslekostnader och därmed hög miljöbelastning. Vattenjeten är dessutom viktkänslig och underhållsbehovet normalt stort och kostsamt. Det senare bland annat på grund av kavatiationsproblem, som leder till skadlig erosion vid avvikelse från lämpligt lastfall. Med traditionella ytskärande propellrar är det problem att nå planingsläge, risk för att falla ur planingsläge i fartområdet nära planingsläget samt dålig backförmåga. De utgör teknikens akilleshälar och den främsta anledningen till tekniken har svårt att hävda sig mot vattenjet. Stormfågeln har löst alla dessa nackdelar. Stormfågelns vridbara blad har stor betydelse för den unika prestandan. De används vid back genom reversering samt vid övergång i planingsläge och vid planing i olika farter för anpassning till optimalt motor-/propellervarvtal. Det är i sammanhanget värt att notera det av Stormfågeln ansökta internationella patentet avseende ställbar ytskärande propeller med fullventilerande blad publicerades den 2 april 2009, vilket innebär att patentansökan godkänts. De pulserande krafter som naturligen uppstår då propellerbladen ständigt går mellan luft och vatten och vatten och luft är förhållandevis låga i Stormfågelns system och därmed också riskerna för att propellerbladen ska skadas eller knäckas, vilket utgör ytterligare en akilleshäl med den traditionella ytskärande propellertekniken. En av de avgörande styrkorna med Stormfågelns koncept i jämförelse med konkurrerande system är Stormfågelns vridbara propellerblad. Denna funktion gör det möjligt att uppnå lägsta möjliga bränsleförbrukning i samtliga fartområden, oavsett hur båten är lastad. Vid denna anpassning av optimalt motor-/ propellervarvtal kan hänsyn tas både till propellerns verkningsgrad samt motorns specifika bränsleförbrukning. En sådan anpassning är inte möjlig på installationer med vattenjetaggregat eller propellrar med fasta blad. Dessa kan endast optimeras för en optimal fart med en viss mängd last. Ännu återstår en rad verifierande analyser samt beräkningar i syfte att optimera Stormfågelns drivlina för ökad hållfasthet och verkningsgrad. Dessa kommer förhoppningsvis att genomföras under sommaren och hösten. Samtidigt fördjupas kontakterna med potentiella OEM-partners och/eller intressenter som i ett första skede kan bidra med finansieringen av de återstående planerade analyserna. 4

5 FÖR STORMFÅGELN AVGÖRANDE VERIFIERANDE ANALYSER De mätningar av bränseförbrukningen som genomfördes i oktober 2008 visar att Stormfågelns koncept sannolikt är kommersiellt intressant för flera segment inom båtindustrin. Men ska ett system användas för kommersiell sjöfart är dess hållfasthet, livslängd och underhållsbehov avgörande. Eller annorlunda uttryckt; det finns flera goda idéer med potential att ge såväl miljömässiga som ekonomiska fördelar, men få som kan bevisa att de fungerar över tid och i kommersiell daglig användning. De verifierande analyser som Stormfågeln inledde i slutet av 2008 och som initierades av ett flertal potentiella OEM-partners, är därför avgörande för Stormfågelns framtid och bolagets möjligheter att få ut sina produkter på marknaden. Prestandan på Stormfågelns propulsor med dess propellerblad och mekanism har verifierats via en rad analyser, som presenterades den 26 maj Analyserna består av fem delar: 1. Propulsiv verkningsgrad Stormfågelns propeller 2. Statiska hållfasthets- och livstidsberäkningar propulsorns propellerblad och mekanism 3. Dynamisk hållfasthets- och livstidsberäkningar propulsorns propellerblad och mekanism 4. Optimeringsanalyser av propellerblad 5. Jämförande analyser konkurrerande drivsystem och skrov Av de fem delarna ovan har verkningsgraden fastställts och de statiska analyserna genomförts. Resultaten från dessa presenterades i form av en delrapport den 26 maj 2009 vid IMES, Institute of Mechanical Systems vid Zürich University of Applied Sciences, som ansvarar för hållfasthets- och livstidsanalyserna. Fastställandet av verkningsgraden har utförts av CTD Marine, Lennart Berghult Computational Turbomachinery Design, Schweiz. Baserat på delrapportens slutsatser kan vi konstatera att Stormfågelns drivlina kommer att möta uppställda livstidskrav för kommersiell sjöfart. Stormfågeln har därmed passerat ett betydelsefullt hinder i vägen för en kommersialisering och passerat det nålsöga där många goda idéer fastnar. Vidare kan vi med hjälp av den fastställda verkningsgraden tydligare se och vidimera i vilka segment inom båtindustrin Stormfågeln är mest konkurrenskraftig. 5

6 POSITIVT UTFALL AV HÅLLFASTHETS- OCH LIVSTIDSANALYSER Inom ramen för Stormfågeln Driving Unit Transient Dynamic Analysis har en komplett 3D-modell av hela Stormfågelns propulsor tagits fram, vilken inkluderar propellerblad och hela den mekanism som gör att bladen kan vridas. Uppdraget till IMES, Institute of Mechanical Systems vid Zürich University of Applied Sciences, är som beskrivs ovan indelat i flera delar, som alla ingår i projektet Stormfågeln Driving Unit Transient Dynamic Analysis. I ett första steg har IMES genomfört statiska hållfasthets- och livstidsberäkningar av Stormfågelns propellerblad och propulsorns mekanism. IMES har byggt upp en 3D-modell av hela Stormfågelns propulsor, vilken inkluderar propellerblad, hela den mekanism som möjliggör att bladen kan vridas samt de delar av propulsorn som överför kraft från motorerna. Professor Dr. Jürg Meier vid IMES har lett arbetet. I en sammanfattning av resultatet från de statiska analyserna konstaterar han bland annat: Vi har genomfört en rad analyser, som en del av projektet Stormfågeln Driving Unit Transient dynamic Analysis. Analyser av frekvens och statisk stress av propellerbladen och propulsorns mekanism under dynamisk belastning visar att det inte finns några kritiska svagheter, som inte kan åtgärdas via mindre konstruktions- och/eller materialförbättringar. Baserat på resultaten från dessa analyser, kompletterat med en utmattningsanalys, kan vi konstatera att Stormfågelns drivlina kommer att möta uppställda livstidskrav. Med resultaten från det kommande steget i projektet en dynamisk analys kan vi fastställa den exakta livstiden samt föreslå detaljerade förslag till konstruktions- och materialförbättringar. 6

7 I de statiska analyserna som professor Meier hänvisar till ovan har man i datormodellen ansatt belastningarna statiskt. Nästa steg i arbetet utgörs av dynamiska analyser, där man roterar propulsorn och ansätter den med varierande belastningar. Enkelt uttryckt innebär det man tittar på den frekvens och statiska stress som uppkommer då delarna rör på sig, vilket ökar de påverkande spänningarna. Huvudsyftet med de dynamiska analyserna är att få fram under lag för att optimera konstruktionen. Enligt Lennart Berghult vid CTD Marine står det nu klart att Stormfågeln har ett robust system med avseende på lång livstid: Analyser av frekvens och statisk stress visar eventuella svagheter i material och konstruktion. Universitetets livstidsanalyser överensstämmer med standarden för livstidsberäkningar för kommersiella och militära system. Resultaten är entydiga och av stor betydelse i flera avseenden. De indikerar till exempel att Stormfågelns underhållscykler är mer fördelaktiga än vad dagens vattenjetapplikationer kan uppnå och i nivå med robusta konventionella propellersystem för fartyg. Stormfågeln har upparbetade kontakter med en rad potentiella OEMpartners. Diskussionerna med dessa har något gått i stå i väntan på resultaten från hållfasthets- och livstidsanalyserna ett positivt utfall kan sannolikt vara avgörande för utgången av samtalen. Tidigare har Stormfågeln planerat att presentera resultaten först när hela studien är slutförd. Slutsatserna från IMES och CTD Marine är dock så starka och entydiga att bolaget redan nu kan gå vidare i diskussionerna. Fakta Stormfågeln Driving Unit Transient Dynamic Analysis Analyserna bygger på framtagen 3D-modell av hela Stormfågelns propulsor, vilken inkluderar propellerblad, hela den mekanism som möjliggör att bladen kan vridas samt de delar av propulsorn som överför kraft från motorerna. Vridning av bladen används för att snabbt nå och bibehålla planingsläge samt för reversering vid backläge. Det senare innebär att bladen vrids så att propellerns tryckkraft ändrar riktning från fram till back. CTD Marine, Computational Turbomachinery Design, har via en CFD-analys, Computation Fluid Dynamics, fastställt propellerns verkningsgrad. Med hjälp av framräknade bladkrafter har thrusten och vridmomentet fastställts, som i sin tur ger verkningsgraden. IMES har i en dator-modell belastat konstruktionen med dessa krafter och tittat på vilka spänningar det skapar. I syfte att beräkna hållfasthet och livslängd har man i ett första steg gjort statiska beräkningar av de svängningar och den stress bladen och övriga delar av konstruktionen utsätts för. Beräkningarna utgår från maximal belastning det vill säga ur ett hållfasthetsperspektiv värsta tänkbara förhållande där kraften varit som störst. I detta fall propellerns verkningsgrad vid 58 knop. I de analyser som hittills genomförts har datormodellen ansatt krafterna statiskt dvs inte varierande. Nästa steg i arbetet utgörs av dynamiska analyser. Enkelt uttryckt innebär det man roterar propulsorn och ansätter varierande belastningar, vilket ökar de påverkande spänningarna. Baserat på erfarenhet kan man utifrån de statiska analyserna med relativt stor säkerhet säga hur stor ökningen kommer att bli och därmed också redan nu bedöma hållfastheten i Stormfågelns propulsor. Huvudsyftet med de dynamiska analyserna är att få fram underlag för att på detaljnivå optimera konstruktionen och ange värden för livstid för samtliga delar av konstruktionen. 7

8 KONKURRENSKRAFTIG VERKNINGSGRAD Stormfågelns propulsiva verkningsgrad (förhållandet mellan tillförd och utvunnen effekt) togs fram som underlag för hållfasthets- och livstidsanalyserna. Den aktuella verkningsgraden och den potentiella optimeringen av bladen har även gett värdefull information om Stormfågelns prestanda i jämförelse med konkurrerande system och därmed också inom vilka segment bolagets koncept kan vara mest intressant. Utifrån ingångsvärden i form av fart, propellervarvtal, bladform och bladvinkel har CTD Marine, Lennart Berghult Computational Turbomachinery Design i Zürich, via en datorbaserad flödesanalys (Computation Fluid Dynamics, CFD) fastställt Stormfågelns propulsiva verkningsgrad. CTD Marine har endast använt värden och beräknat verkningsgraden vid ett läge; de belastningar drivlinans mekanism utsätts för vid maximal belastning, vilket sker i full fart (58 knop). Vid denna fart är verkningsgraden 62 procent. Det innebär att vi idag inte kan fastställa en kurva över verkningsgraden i olika farter. Med utgångspunkt från de uppmätta värdena i samband med mätningarna av bränsleförbrukningen har dock CTD Marine tagit fram en sannolik kurva för Stormfågelns propulsiva verkningsgrad. En viktig utgångspunkt för denna kurva är att prototypbåtens bränsleförbrukning i princip är konstant i fartsegmentet 22 till 58 knop (totalt 4,1 liter per distansminut). CFD-analysen visar att Stormfågelns propellerblad har en förbättringspotential (se faktaruta sidan 13) och den optimala verkningsgraden beräknas kunna öka från dagens 62 till sannolikt drygt 70 procent. Det senare motsvarar verkningsgraden för traditionellt ytskärande propellrar, vilket CTD Marine menar är möjligt för Stormfågeln att uppnå baserat på i CFD-analysen visad optimeringspotential samt med tanke på Stormfågelns propellerblad är resultatet av antaganden i designarbetet och i avsaknad av adekvata designverktyg. 8

9 Kurvan till höger visar Stormfågelns antagna propulsiva verkningsgrad. Antagandet har CTD Marine baserats på den fastställda verkningsgraden vid 58 knop med dagens propellerbladsdesign i kombination med en sannolik optimeringspotential. Vid de elektroniska mätningarna av bränsleförbrukningen i oktober 2008 kördes Stormfågeln i 58 knop, med pikar i 59 knop. Konsumtionen var konstant cirka 4,1 liter per distansminut i fartområdet 22 till 58 knop. En optimal kurva över Stormfågelns propulsiva verkningsgrad visar att verkningsgraden ligger kring 65 procent vid 20 knop och över 70 procent vid 60 knop. Då kurvan är baserad på vissa antaganden bör det dock poängteras att kurvan inte är exakt. För att fasställa en mer exakt kurva krävs en CFD-analys baserad på optimerade blad, där verkningsgraden beräknas för olika farter. Dessa verifierande beräkningar ingår som en del i de kommande planerade analyserna (del 4 i analysprogrammet). Overall Propulsive Cofficient Vessel Speed (Black et al 2006) Med den antaget optimala kurvan för Stormfågelns propulsiva verkningsgrad kan en rad intressanta jämförelser göras med konkurrerande system och med utgångspunkt från dessa fastställa kommersiellt intressanta segment för Stormfågelns koncept. Jämförelserna på följande sidor avser den propulsiva verkningsgraden hos vanligt förekommande propellersystem. Jämförelserna omfattar inte möjligheten att optimera bränsleförbrukningen i olika farter. Denna möjlighet utgör en stor konkurrensfördel för Stormfågelns koncept. Med Stormfågeln är det i alla farter möjligt att vrida bladen till ett läge där man får bäst verkningsgrad på propellern. Om vi kör i en förhållandevis låg fart, till exempel 30 knop, tar vi endast ut en begränsad effekt ur motorerna. Motorerna har lägst specifik bränsleförbrukning vid ett specifikt varvtal för denna effekt. Vrider man bladen kan man ställa in lämpligt motorvarv. De ideala varvtalen för moterna och propellern är dock olika. För att få optimal låg bränsleförbrukning måste man därför kompromissa mellan idealt propeller- och motorvarvtal. Med Stormfågeln är det möjligt att ställa in denna optimala kompromiss och därmed få optimal låg bränsleförbrukning, oavsett hur båten är lastad. En sådan anpassning är inte möjlig på installationer med vattenjetaggregat eller propellrar med fasta blad (så kallad fixed pitch). Med dessa system blir det vad det blir för respektive fart och varvtalet bestäms av propellerns aktuella vridmoment. De innebär i sin tur att man endast kan optimera propellern för en fart. I alla andra farter är det omöjligt att påverka bränsleförbrukningen. 9

10 Stormfågeln jämfört med konventionell propeller: Kommersiellt intressant för fartområden över 30 knop Diagrammet visar en jämförelse mellan Stormfågelns antagna kurva för sin propulsiva verkningsgrad (röd) och kurvan för en konventionell undervattensgående propeller (gul). Den senare kurvan är publicerad av ITTC (The International Towing Tank Conference) med referens till Black et al ITTC är en internationell förening med ansvar för att prediktera marina installationers hydrodynamiska prestanda via fysisk och numerisk modelering. Overall Propulsive Cofficient Vessel Speed (Black et al 2006) Som framgår av kurvan har en konventionell propeller högre verkningsgrad vid farter under 25 knop. Vid farter över 30 knop faller verkningsgraden dramatiskt. Tilläggas kan även att bihangsmotståndet från axlar och axelbärare ökar drastiskt vid högre farter Stormfågelns ytskärande propulsor saknar bihangsmotstånd. Jämförelsen visar att Stormfågeln skulle kunna vara intressant för segment som opererar över 30 knop. Det handlar då till exempel om personfärjor samt militära och paramilitära applikationer som kustbevakningsfartyg. Stormfågeln kan även vara intressant för rena transportbåtar, som exempelvis matarbåtar för handelsfartyg och oljeriggar, samt för varutransporter som med en bränsleeffektiv drift vill kunna konkurrera med vägtransporter. Verkningsgraden i denna jämförelse avser den framdrivningskraft propellern alstrar. Baserat på resultaten från mätningarna av Stormfågelns prototypbåts bränsleförbrukning konstaterade Ocke Mannerfelt Design i november 2008 att Stormfågelns drivlina och skrov är 10 procent mer effektivt än den senaste drevtekniken i kombination med ett väldesignat skrov med ventilerad stegbotten och 35 procent mer effektiv än en konventionell rak axelinstallation. Jämförelsen visar att Stormfågelns koncept är starkt och ligger i linje med den senaste teknologin, men det är något av att jämföra päron med äpplen. Den senaste drevtekniken är inte anpassad för större fartyg och en rak axelinstallation normalt inte för farter över 30 knop. Båten Misago (Stormfågel på japanska) är en high-speed-motor-yacht som IF Design ritat med Stormfågelns drivlina och skorv. Mer intressant är att jämföra Stormfågelns koncept med de system som normalt används för större båtar och fartyg i fartområdet över 30 knop dvs traditionella system för ytskärande propellrar och vattenjet. 10

11 Stormfågeln jämfört med traditionell ytskärande propeller: Samma eller bättre verkningsgrad men inga akilleshälar Diagrammet visar en jämförelse mellan Stormfågelns antagna kurva för sin propulsiva verkningsgrad (röd) och kurvan för en konventionell ytskärande propeller (grön). Den senare kurvan är publicerad av ITTC (The International Towing Tank Conference) med referens till Black et al ITTC är en internationell förening med ansvar för att prediktera marina installationers hydrodynamiska prestanda via fysisk och numerisk modelering. Stormfågelns ursprungliga propellerblad har modifierats i omgångar enligt metod baserad på analyser av mätdata, enklare beräkningar samt trial and error. Propellerbladen är ännu inte optimerade i sin nuvarande form och storlek. Genomförd CFD har indikerat en ytterligare förbättringspotential. Overall Propulsive Cofficient Vessel Speed (Black et al 2006) Det är inga dramatiska skillnader mellan Stormfågelns förväntade propulsiva verkningsgrad och den för en traditionell ytskärande propeller. Visserligen är verkningsgraden högre för Stormfågeln i fartområdet upp till 40 knop, vilket beror på Stormfågelns möjlighet att vrida bladen. Men de stora skillnaderna mellan de båda systemen är att Stormfågeln löst de akilleshälar den traditionella ytskärande tekniken dras med: Stora svårigheter att nå planingsläge Problem att köra båten i konstant fart i fartområdet nära planingströskeln båten faller lätt ur planingsläge Dålig backförmåga En av styrkorna med Stormfågelns koncept är således de vridbara bladen, som nyttjas: vid backläge via reversering för hög manöverbarhet, vid övergång i planingsläge genom anpassning av motor-/propellervarvtal (Stormfågeln når planingsläge på några få båtlängder) samt vid planing i olika farter för anpassning till optimalt motor-/propellervarvtal. CFD-analyserna visar även att de pulserande krafterna på Stormfågelns propellerblad är förhållandevis låga. Dessa krafter, som uppstår då bladen ständigt går mellan luft och vatten och vatten och luft, kan förorsaka skador och/eller brott på propellerbladen och utgör ytterligare en akilleshäl med den traditionella ytskärande propellertekniken. Sett till Stormfågelns förmåga att nå planingsläge, behålla planing i fartområdet nära planingsläge, den höga manöverbarhet vid back och de förhållandevis låga pulserande krafterna på propellerbladen framstår Stormfågelns koncept som mycket starkt i förhållande till den traditionella ytskärande propellertekniken. 11

12 Stormfågeln jämfört med vattenjet: Överlägsen verkningsgrad i de flesta fartområden och lägre underhållskostnader Diagrammet visar en jämförelse mellan Stormfågelns antagna kurva för sin propulsiva verkningsgrad (röd) och kurvan för vattenjet (blå). Den senare kurvan är publicerad av ITTC (The International Towing Tank Conference) med referens till Black et al ITTC är en internationell förening med ansvar för att prediktera marina installationers hydrodynamiska prestanda via fysisk och numerisk modelering. Overall Propulsive Cofficient Vessel Speed (Black et al 2006) Vattenjetens propulsiva verkningsgrad kan optimeras genom att dimensionera intaget till en optimerad fart. I denna optimala fart är den propulsiva verkningsgraden hög. I alla andra fartsegment under och över optimeringsfarten sjunker verkningsgraden, vilket i dessa sekvenser ger relativt sett höga bränslekostnader och därmed ökad negativ miljöpåverkan. I sammanhanget bör poängteras att den optimerade farten för vattenjet vanligen är satt till mellan 30 och 40 knop. Det finns även indikationer på att verkningsgraden för vattenjet tenderar att falla i farter över 40 knop. Teoretiskt, vilket The International Towing Tank Conferences kurva ovan bygger på, kan dock en vattenjet optimeras för Stormfågelns toppfart runt 60 knop. Det utgör också utgångspunkten för denna jämförelse mellan Stormfågelns koncept och vattenjet. Stormfågeln har stora fördelar i jämförelse med vattenjeten. Stormfågelns verkningsgrad är i högre i alla fartsegment, förutom i den fart som är optimal för vattenjeten. Till skillnad från traditionella ytskärande propellrar och Stormfågelns koncept har vattenjeten i princip endast en hög verkningsgrad, och därmed även bränsleekonomi, vid sin optimeringsfart. Trots det har vattenjeten idag en stark ställning inom färjesegmentet och som applikation för militära och paramilitära båtar Den traditionella ytskärande propellerteknikens akilleshälar (se sidan 11) är en avgörande anledning till att vattenjeten allmänt ses som ett bättre alternativ. Sekvens från CFD-analys av Stormfågelns propulsor för faställande av propulsiv verkningsgrad. Men även vattenjeten har sina akilleshälar: Stormfågelns propulsor är inte känslig för kavitation, vilket dock kan utgöra ett stort problem för vattenjeten och som påverkar dess prestanda och potentiella underhållsbehov. Vid designen av en vattenjet anpassas konstruktionen till vilka laster som påverkar aggregatet vid en optimal fart samt att man i denna fart undviker 12

13 Sekvens från CFD-analys av Stormfågelns propulsor för faställande av propulsiv verkningsgrad. kavitation. Kavitation kan vara förödande både när det gäller verkningsgrad och livslängd. Det senare eftersom kavitation i en vattenjet skapar skadlig erosion. Enkelt uttryckt innebär det att vattenjeten ur underhållssynpunkt normalt är känslig för farter och laster som ligger utanför den optimala farten och beräknad last. Det kan till exempel utgöra en kostsam begränsning för rederier, som inte kan optimera sin last (varor och/eller personer). Vattenjeten river även upp stenar och grus från botten, vilket såväl har en negativ påverkan på miljön som på underhålls- och stilleståndskostnaderna. Även skrovformen på en vattenjet måste anpassas för att undvika luftinblandning i det anströmmande vattnet mot vattenjeaggregatet. Ett modernt effektivt skrov med ventilerad stegbotten är till exempel i hög grad olämpligt för vattenjet. Stormfågelns propulsor är inte behäftad med denna problematik. I jämförelse med vattenjeten uppvisar således Stormfågeln stora fördelar. Stormfågelns propulsiva verkningsgraden är högre i alla fartområden, förutom i vattenjetens optimeringsfart. Även i den fart som Stormfågelns prototypbåt idag är optimerad för (runt 60 knop) är Stormfågelns verkningsgrad nära nog i paritet med en vattenjet optimerad för samma fart. Vidare menar CTD Marine i sin utvärdering av IMES hållfasthets- och livstidsanalyser att Stormfågelns underhållscykler är mer fördelaktiga än vad dagens vattenjetapplikationer kan uppnå och i nivå med robusta konventionella propellersystem för fartyg. Fakta CFD-analys propulsiv verkningsgrad Baserat på ingångsvärden i form av fart, propellervarvtal, bladform och bladvinkel har CTD Marine i Zürich fastställt Stormfågelns propulsiva verkningsgrad. Ingångsvärdena är hämtade från maximal belastning på propulsorn med dess propellerblad och mekanism. I detta fall vid farten 58 knop. verktyg. I vidareutvecklingen av bladens design har Stormfågeln endast haft tillgång till en uppsättning blad, vilket självklart utgjort en begränsande faktor. Enligt CTD Marine talar därför mycket för att även Stormfågelns propeller via adekvat optimering kan nå över 70 procent i propulsiv verkningsgrad. Enkelt uttryckt utgörs den propulsiva verkningsgraden av effektförhållandet mellan den effekt som tillförs in till propellern (vridmomentet multiplicerat med varvtalet) och den effekt propellern levererar (thrust multiplicerat med fart). Den genomförda CFD:n, Computation Fluid Dynamics, har i dessa beräkningar tagit hänsyn till tre medier och är därför mycket komplex och avancerad. Förutom att propulsorn arbetar i gränskiktet mellan ett vatten- och luftskikt, uppstår även kavitation när propellerbladen rör sig genom vattnet. Det ger det tredje mediet vattenånga, som uppstår då trycket blir så lågt att vattnet kokar. Stormfågelns propulsiva verkningsgrad fastställdes till 62 procent vid 58 knops fart, vilket väl överensstämmer med de antagande som gjordes samband med bränsleförbrukningstesterna i oktober CTD Marine framhåller i sin rapport att det finns en rad sannolika optimeringsmöjligheter, som om de genomförs kommer att öka verkningsgraden ytterligare. En traditionell ytskärande propeller med väldesignade blad når upp till en verkningsgrad över 70 procent vid optimal fart. Stormfågelns blad är, för att citera CTD Marine, resultatet av antaganden i designarbetet och i avsaknad av adekvata design- En indikation på optimeringspotentialen är det tryck som CFD-analysen hittade på propellerbladets sugsida, vilket ger en motverkande kraft enkelt uttryck pressas båten bakåt av detta tryck och minskar därmed den propulsiva verkningsgraden. Via en redesign av bladet är det enligt CFD Marine möjligt att flytta detta negativa tryck till bladets trycksida och därmed öka verkningsgraden. Vidare finns sannolikt ytterligare potential i en optimal anpassning av bladens storlek. Arean på bladen har successivt förändrats, och vid ett tillfälle bladprofilen, och testats genom trial and error. Om nuvarande storlek och utseende är det rätta är omöjligt fastställa. Vad vi med säkerhet kan säga är att de är mer effektiva sin nuvarande design än tidigare versioner. Om verkningsgraden skulle öka genom en redesign av bladform och bladprofil kan endast fastställas endera via ytterligare CFD-analyser eller genom att gjuta upp en serie nya bladuppsättningar. Av flera skäl framför allt ekonomiska är CFD-analyser att föredra. Även dessa måste genomföras via trial-and-error-metoden, vilka finns med i de planerade programmet för verifieringen av Stormfågelns prestanda. 13

14 YTTERLIGARE VERIFIERINGAR I ETT NÄSTA STEG Utvärderingen i denna lägesrapport visar att Stormfågelns koncept är starkt i de segment som opererar i fartområdena över 30 knop samt att Stormfågeln har klara fördelar i jämförelse med de system som normalt väljs för dessa segment. Bolaget Stormfågeln befinner sig i ett finansiellt läge där det är av största vikt att knyta till sig en eller flera OEM-partners, som tillsammans med bolaget kan ta ut Stormfågelns koncept på marknaden. För att ha en så stark argumentation som möjligt i diskussionerna med dessa potentiella partners kommer bolaget att gå vidare med ytterligare verifierande tester, som varit planerade sedan tidigare: Dynamisk hållfasthets- och livstidsberäkningar av propulsorns propellerblad och mekanism Syftar till att fastställa livstiden för propulsorn och dess delar samt för att ta fram förslag på detaljerade konstruktions- och materialförbättringar. Utförs av IMES, Institute of Mechanical Systems vid Zürich University of Applied Sciences. Optimeringsanalyser av propellerbladen Syftar till att optimera den propulsiva verkningsgraden. Baseras på de fakta som kommit fram i samband med den genomförda CFD-analysen, vilken indikerade en stor optimeringspotential. Jämförande analyser med konkurrerande drivsystem och skrov Baserat på optimeringen av propellerbladen tas via en CFD-analys en fastställd kurva fram för Stormfågelns propulsiva verkningsgrad. Med utgångspunkt från denna kurva görs en fördjupad och säkerställd jämförelse mellan konkurrerande system (traditionell propellerteknik, ytskärande propellerteknik och vattenjet). Vidare görs via CFD-verktyget jämförande analyser av Stormfågelns samlade effektivitet (drivlina och skrov) med konkurrerande drivsystem och skrov på modellnivå. 14

15 Östgötagatan 93 SE Stockholm Phone Fax Web