Nytt baugkonsept kan nesten halvere driftsforbruket om bord

Denne saken ble først publisert 5. mai 2022.

– Det høres utrolig ut, men er mulig å få til.

Roar Moen er utdannet flyingeniør, men har for lengst tatt steget fra vinger og vindtunnel til modelltanker for skrog og kunstige bølger. Ingeniøren forteller om et nytt baug- og akterkonsept som kan redusere motstanden fra vannet med 40 til 50 prosent.

Det skal også gi tilsvarende kutt i drivstofforbruk, utslipp, stamping og rulling. Nyskapingen heter Flowbow, og er snart klar for kommersialisering. Baugen hindrer at ressurskrevende baugbølger bygger seg opp, ved å trekke vannet ned under skroget.

Mye av motorkapasiteten

– En standard baug skyver vannet til hver side, ikke sant? sier Moen.

Ved marsjhastighet vil bølgedannelsen fra mange deplasementsskrog – altså tradisjonelle skrog som fortrenger vann – legge beslag på mellom 70 og 80 prosent av motorkapasiteten. Tradisjonelt har baugbølgene og den turbulente strømmen akterut blitt motvirket med tynne skrog, og i nyere tid med den karakteristiske, butte bulbbaugen som fungerer best ved lavere hastigheter ved å lage motfasebølger.

Baugbølgene vil uansett komme, bare hastigheten er høy nok. En feil grunntanke, mener designeren og drar en analogi fra flyverden.

– Den gangen man skulle bryte lydmuren, måtte man glemme alt man hadde lært om strømlinjeform. Sjokkbølgen som kommer gir mye motstand, så den måtte reduseres mest mulig. Løsningen var spisse forkanter i flykropp og vinge.

Moen hadde tankegangen om ikke å skape bølger i bakhodet – «men med litt annen design, da!» – når han skulle få bort motstanden fra vannet.

– Jeg kom frem til at vannet ikke måtte dyttes sideveis, men under skroget.

Bølgene øker nemlig i takt med øket hastighet. Det er en virkelighet som kun har bedret seg med fem til ti prosent på 100 år, og som også omfatter halvplanende skrog, forteller han.

Store deler av fiskeflåten har marsjhastigheter der det meste av motstanden mot skroget utgjøres av nettopp baugbølger. Med potensielt kutt i drivstofforbruk, kan Moens patenter langt på vei innfri den norske flåtens klimaforpliktelser, som innebærer kutt på 50 prosent frem mot 2030. Stikkord er froude-verdier, operasjonskondisjon og et tankesett hentet fra luftfartsindustrien.

– Med grunnutdannelse som flyingeniør ser jeg kanskje skrog med litt andre briller!

Litt som en vinge, med andre ord. «Ganske klumpete», sier oppfinneren om innretningen som leder vannet over seg selv og under skroget, nok til at det ikke bygger seg opp en baugbølge. Designeren presiserer at det ikke er snakk om noen variant av hydrofoil-teknologien, som løftet hurtiggående skrog opp av sjøen.

– Nei, fartøyet hever seg ikke.

Høyere marsjhastighet

Flowbow gjør i tillegg at fartøyet hever seg langt mindre enn et ordinært skrog, som typisk akselererer opp og ned i bølgedalene. Det betyr også langt bedre komfort om bord.

– Det blir veldig stabilisert, baugen beveger seg mindre, og fartøyet kan holde høyere marsjhastighet i sjø.

Akkurat nå er Moen i ferd med å sluttføre skrogtesting av baugen på et enskrogs arbeidsfartøy, opprinnelig med et skrog fra fartøydesignerne i Moen Marin i Trondheim. Her regner designeren med å redusere motstanden med rundt 45 prosent.

Byggestart og kommersialisering blir etter planen allerede i løpet av sommeren, og dette blir det første av flere samarbeid med ulike båtprodusenter. Moen er også i dialog med blant andre Salt Ship Design, GOT Skogsøy og Marin Design.

– Jeg har en lang sommer foran meg!

Leter etter reder

Naval Consult er et annet av designselskapene som ser med interesse på Moens design.

– Det er snakk om ideer som vi ikke har sett før, for å si det slik, sier administrerende direktør Erlend Hagen.

Han røper at han i starten tok konseptet med en klype salt. Den tiden er forbi. Nå ønsker designerne å finne en match mellom en fremoverlent reder og et passende båtprosjekt.

– Det å lage noe veldig annerledes vil typisk møte skepsis, og så vi ønsker å gå litt i dybden overfor et rederi.

I denne podkasten kan du høre Naval Consult-sjefen og Kent Damgaard ved Karstensens Skibsværft i samtale med rederne Geir Lundberg og Bjørn Kjellby samt journalist Kjersti Kvile.

Tåler mer bredde

Hagen forteller at han jobber med ulike prosjekter der Flowbow kan være en mulighet, uten at han vil røpe detaljer. For designeren er det spesielt én egenskap han vil trekke frem.

– Den største fordelen vi ser er at en båt som normalt vil gå mellom ni og ti knop, vil kunne øke marsjfarten til dels betydelig uten at det straffer seg på drivstofforbruk.

En annen «bivirkning» er at skroget kan bli bygget bredere, uten at det går ut over motstanden i sjøen. Det gir også muligheter til større volum, eller til å korte ned båtlengde og på den måten spare byggkostnader.

– Vi tror at dette kan passe godt på fiskefartøy, spesielt med lengde mellom 25 og 35 meter, og på paragrafbåter.

I dag er det tre ansatte ved Rasmussen Maritime Design som jobber med Flowbow. Med på laget har designeren kapital fra Rasmussengruppen, der administrerende direktør Dag Rasmussen selv har kunnskap og forståelse for fagfeltet.

Modulmodeller

Testingen har i stor grad vært gjort med selvbygde, tredelte modeller i plast. Rasmussen Maritime Design har selv utstyr til å måle skyvekraft og effekt ved ulike hastigheter og med og uten Flowbow. Bilder fra forsøkene viser tydelig hvordan 80 prosent av det opprinnelige skroget beholdes, mens baug og hekk erstattes av spesialmoduler – Flowbow og Flowstern – som demper både bølger forut og turbulens akterut.

– Vi bruker mye Gopro! sier Moen.

Det er her det såkalte froude-tallet kommer inn i bildet. Dette er en fast faktor, som forteller skipsingeniører om forholdet mellom lengde og fart, uavhengig om det er en skalamodell eller et fullskala fartøy.

– Et froude-tall på 0,3 tilsvarer en hastighet på 6 knop på en 11-metring. En enkel formel – meter i sekundet delt på roten av 9,81 ganget med lengden på skroget. I meter, forklarer Moen.

Etter hvert som hastigheten øker, vil baugbølgen bli større og bølgelengden øke og strekke seg bakover langs skroget. Ved en hastighet med froude-nummer på 0,4 vil bølgen være like lang som fartøyet. 0,4 er derfor ansett som den maksimale hastigheten til et deplasementsskrog. I hastigheter over dette vil bølgetoppen komme opp bak akterstevnen, og fartøyet vil miste nødvendig oppdrift.

– Skroget blir kjørende i en «oppoverbakke», og motstanden øker kraftig.

Flowbow vil motvirke baugbølgen og bølgedalen langs skroget, slik at det også er mulig å gå over skrogets tradisjonelle maksimalfart. Det gjør også at den i praksis ikke er aktuell på fartøy over 50 meter, fordi hastigheten på slike fartøystørrelser stort sett er lav.

– Jo kortere skrog, jo høyere froude-verdi opereres det på.

Flowstern er særlig aktuell om bord på halv- og helplanende båter, siden den reduserer den problematiske bølgen akterut.

Moens baug er avhengig av froude-verdier fra mellom 0,26 og 0,3 for å gi lavere motstand enn en ordinær baug.

– De fleste sjarker opererer på mellom åtte og fjorten knop, og da er vi inne i et hastighetsområde der konseptet gir stor gevinst, sier designeren.

Økende utgifter til drivstoff har i praksis gjort at mange speedsjarker opererer på deplasementshastigheter. Flowbow og Flowstern kan gjøre det mulig å holde marsjfart på 12 til 15 knop med god drivstofføkonomi.

Åtte år gammel idé

Underveis har Moen testet et utall skrog fra arbeidskatamaraner og kjente fiskeskrog, alle nedskalert til hendige modeller tilpasset testriggene til Sintef Ocean og Marintek. Det er her han har fått utført både slepetester og databeregninger av både Flowbow og Flowstern.

– Vi har også testet baugen på en 90 meter lang ferge.

Tanken om å flytte mer vann under baugen fikk han for rundt åtte år siden, og han har jobbet heltid med å virkeliggjøre konseptet de siste seks årene. Mye av tiden har også gått med til patentprosesser i 40 land.

– Et columbi egg?

– Ja, det er rart at det ikke har vært gjort før, jeg fatter det egentlig ikke. Grunntanken er jo enkel, men skipsdesignere i stor grad akseptert at bølgedannelse og bølgemotstand er en uunngåelig konsekvens av at skroget går gjennom vannet. Slik behøver det ikke være.

Selv om baugen ikke er anvendelig på absolutt alle typer fartøy, tror Moen at det kan gi stor gevinst på både fritidsbåter og arbeidsbåter. Og altså fiskefartøy.