Gå til innholdet

Halefinnebevegelse kan revolusjonere hurtigbåtmarkedet

Publisert av Steinar Kvam .

Halefinnebevegelse kan revolusjonere hurtigbåtmarkedet
Av: Steinar Kvam
steinar.kvam@ntnu.no

Doktorgradsstipendiat John Martin Kleven Godø mener han har knekket koden som kan overføre delfiners og hvalers halefinnebevegelser til framdrift av hurtiggående fartøy.

Ideen, kalt «Flapping Foil» ble klekket ut og raffinert under arbeidet med mastergradsoppgaven ved Institutt for marin teknikk på NTNU. Nå fortsetter han med utviklingen i sitt doktorgradsarbeid sammen med NTNU Technology Transfer AS.

Fra www.tekniskukeblad.no

Motivasjonen er å gjøre båttransport mer miljøvennlig. En delfins halefinne har en virkningsgrad på 90 prosent, mens en propell kun har 50-60 prosent virkningsgrad.

Ifølge beregninger Erik Ianssen i Selfa har gjort, bruker seks hurtigbåter i Sør-Trøndelag like mye drivstoff som alle bussene i regionen til sammen.


Sparer 30-50 prosent drivstoff

– Framdrift ved bruk av Flapping Foil kan redusere energibehovet for hurtigbåttransport med 30-50 prosent, sier Godø.

Professor Sverre Steen er veileder og er medoppfinner.

– Konseptet er et resultat av samtaler og diskusjoner Sverre Steen og jeg har hatt rundt tidligere arbeider gjort her på NTNU, sier John Martin Godø til TU.

Patenter er søkt for måten finner (foiler) kan beveges og styres slik at fartøyet både får framdrift og skroget løftes ut av vannet. Det betyr langt mindre motstand og dermed redusert energibehov.

- Vi har i utgangspunktet sett på hurtiggående katamaraner fordi miljøgevinsten åpenbart er størst i det segmentet. Men teknologien kan også benyttes på andre skrogtyper og fartssegmenter, sier Godø.

Foilene beveger seg med relativt lav frekvens selv for å oppnå 30 knop. Det er forholdet mellom størrelse på flap, amplitude (hastighet og lengde på utslag) og kraft som avgjør bruksområde for Flapping Foil-teknologien. I prinsippet kan teknologien brukes på alle typer hurtiggående båter.


Teknologi-kombinasjon

Professor Sverre Steen sier at verken hydrofoil eller et flap-system er noe nytt, men det er kombinasjonen. Det er en utfordring å få til den mekaniske løsningen.

I et vanlig fartøy vil en stempelmotor omgjøre opp-og-ned-bevegelsen i en stempelmotor til rotasjon av en aksling med propell. I Flapping-Foil-systemet er ideen å bruke en dieselmotor til å drive en generator og bruke elektromotorer til å bevege flap-foilene. Det er også mulig å få til direkte drift fra dieselmotorene, men man må uansett  ha en mekanisme for å konvertere rotasjonsbevegelsen til motorakslingen til den vertikale bevegelsen av foilene.

– Flere har forsøkt å få til en kombinasjon av foil og flap, men ikke lykkes. Jeg har tro på at vi skal få det til. Det store spørsmålet er hvor effektivt det er og til hvilken kostnad, sier Steen.


Fysikkens forbilder

Selv om naturen er forbilde, er det ikke snakk om å kopiere halefinnebevegelser til delfiner og hvaler, eller fuglevinger.

– Vi har forenklet det veldig. I dyreriket er finner og vinger fleksible og bøyelige i flere retninger og bevegelsene følger ikke sinusbølger eller harmonisk opp-og-ned-bevegelse, sier Godø.

Han forklarer fysikken bak fremdriftssystemet slik: Hver gang en fugl tar et tak vil den både skape kraft fremover og oppover. En fugl vil ha varierende kraft i vertikal retning. Det er lite hensiktsmessig for en båt, derfor benyttes to foiler i motfase slik at vertikal kraft er konstant.



Persienne-flap

Under arbeidet med masteroppgaven, som han fullførte våren 2015, laget han en liten modell fra rester på laben til Marintek. En persienne-del ble lånt fra en venn og montert som flap-foiler.

– Jeg fikk satt modellen sammen litt hals over hode og demonstrert at det virker, selv om foilene ble litt overdimensjonert. Det ga løft i lav hastighet, men setter en stopper for maksfart, sier Godø.

Som doktorgradsstipendiat ved Institutt for marin teknikk går det meste av tida med til å videreutvikle konseptet i tillegg til noe undervisning.


Partner-jakt

Godø får hjelp fra NTNU Technology Transfer (TTO) med å løfte teknikken over til kommersialisering. Der er Fredrik Storflor Moen i gang med å forberede kommersialisering av Flapping Foil.

– Vi er på jakt etter samarbeidspartnere som kan utfylle på en del tekniske områder slik at vi får løftet konseptet videre, sier Moen.

Godø og NTNU TTO har samarbeidet med et design- og ingeniørselskap for å lage et konseptfartøy. Det vil ha en hastighet på 30-40 knop, være 40 meter lang og ha plass til 200-300 passasjerer. For manøvrering til kai har den thrustere i baug og akter.


Styringssystem fra 90-tallet

De to bakre foilene gir framdrift og løft, mens den forre bare gir løft, samtidig som den har styreflater omtrent som de man kan se på en flyvinge. Disse kontrolleres av et dataprogram, og kompenserer for bølgebevegelser samtidig som de brukes til styring av båten.


Et liknende hydrofoilsystem ble utviklet av Fjellstrand og Marintek på begynnelsen av 90-tallet, og funger fortsatt. Dette systemet gir kun løft og ikke fremdrift, og er i daglig bruk på to FoilCat som seiler utenfor Hong Kong.

Foilsystemet den gang ble svært kostbart, blant annet på grunn av materialene som ble benyttet. Nå kan billigere og lettere materialer, som karbonfiber, erstatte kostbart og tungt spesialstål. Også sensor- og styringssystemer har hatt enorm utvikling siden 90-tallet, og kan i dag gjøres relativt billig med teknologi som er kjent fra fly- og droneindustriene. Med et aktivt styresystem kan et hydrofoilfartøy operere med langt bedre komfort enn dagens hurtigbåter i dårlig vær.



Styringssystem fra 90-tallet

De to bakre foilene gir framdrift og løft, mens den forre bare gir løft, samtidig som den har styreflater omtrent som de man kan se på en flyvinge. Disse kontrolleres av et dataprogram, og kompenserer for bølgebevegelser samtidig som de brukes til styring av båten.

Et liknende hydrofoilsystem ble utviklet av Fjellstrand og Marintek på begynnelsen av 90-tallet, og funger fortsatt. Dette systemet gir kun løft og ikke fremdrift, og er i daglig bruk på to FoilCat som seiler utenfor Hong Kong.

Foilsystemet den gang ble svært kostbart, blant annet på grunn av materialene som ble benyttet. Nå kan billigere og lettere materialer, som karbonfiber, erstatte kostbart og tungt spesialstål. Også sensor- og styringssystemer har hatt enorm utvikling siden 90-tallet, og kan i dag gjøres relativt billig med teknologi som er kjent fra fly- og droneindustriene. Med et aktivt styresystem kan et hydrofoilfartøy operere med langt bedre komfort enn dagens hurtigbåter i dårlig vær.


Demo i 2018

Sverre Steen sier at en realistisk tidsplan er å få laget en demonstrator i løpet av to år.

– Om det blir en modell som fjernstyres eller en skalamodell med personer, gjenstår å se, sier Steen.

Godø ser helst at de får en modell som størrelsesmessig har plass til mennesker om bord.

– For troverdighetens skyld er det best om vi kan demonstrere den med potensielle partnere og kunder om bord, sier Godø.


Verft og kompetanse

Det er foreløpig ikke etablert et eget selskap for å bringe Flapping Foil videre.

– Et eget AS kan bli aktuelt på et senere tidspunkt for å få inn kapital og kanskje ansette noen, sier Moen.

Det viktigste er imidlertid å få kontakt med for eksempel verft og eller rederi. Godø og Moen har nettopp fått kontakt med aktører som kan bidra med elektromotorkompetanse, og vært i kontakt med verft og rederi for råd om videre utvikling. 

– Godø og jeg er begge sivilingeniører og kan mye om skrog og hydrodynamikk, men er klare på at vi trenger samarbeid med etablerte aktører for å utvikle andre deler av konseptet, som kan være vel så viktige for sluttkunden, sier Moen.


Nullutslipp

For ikke å ta for mange teknologisteg i ett og samme konsept, vil Flapping Foil-fartøyet være dieselelektrisk i første omgang.

På sikt kan nullutslipp med batteridrift være relevant siden 30-50 prosent redusert effektbehov løser problemet med rekkevidde, som har vært utfordringen frem til nå.