Jakten på utsläppsfria fartyg har gett bärplanstekniken ett kraftigt uppsving. Men trots det växande intresset har forskare saknat tillförlitliga metoder för att mäta hur hydrofoiler faktiskt fungerar i verkliga förhållanden. Nu har forskare vid RISE och Chalmers utvecklat en ny testmetod som gör det möjligt att analysera krafter och rörelser med betydligt högre precision än tidigare.

När ett fartyg utrustas med hydrofoiler lyfts skrovet upp ur vattnet under färd. Resultatet blir dramatiskt lägre vattenmotstånd, högre energieffektivitet och mindre svallvågor. Tekniken har använts sedan 50-talet, men har fått ett rejält uppsving på senare tid, inte minst tack vare utvecklingen av eldrivna fartyg.

– Förr använde man tekniken för att kunna köra så fort som möjligt. Då satsade man på att bygga robusta system av stål som inte var så känsliga att manövrera. Men det krävde mycket energi och stora starka motorer. Med de elektrifierade och automatiserade system som byggs idag ligger fokuset på att spara energi och systemen är lätta och tunna. De är betydligt känsligare och kräver ett helt annat datoriserat kontrollsystem för att fungera, säger Alex Shiri, forskare på RISE som lett innovationprojektet Safe and Sustainable Sea Transport Through Development of Test Method for Foiling Craft som gjorts inom Trafikverkets branschprogram Hållbar sjöfart som Lighthouse driver.

För elektriska fartyg är varje sparad kilowattimme viktig. Och genom att minska motståndet kan hydrofoiler öka räckvidden och minska behovet av tunga batterier. Därför satsar flera företag, däribland svenska Candela och Artemis Technologies, på foilande fartyg för allt från pendelfärjor till arbetsbåtar.

Men det är inte enkelt. Hydrofoiler arbetar i en komplicerad miljö där krafter från vatten, vågor och fartygets rörelser samverkar. Prestandan påverkas bland annat av hur djupt foilen befinner sig under vattenytan, vinkeln och hastigheten. Att simulera allt detta i datorer är både tidskrävande och osäkert. Samtidigt har traditionella provningsanläggningar varit anpassade för konventionella fartygsskrov, inte för hydrofoiler.

– Målet med projektet har varit att utveckla en metod som industrin kan använda sig av när de utvecklar sin foilteknik. Därför utvecklade och byggde vi en testrigg, specialdesignad för hydrofoiling, vid RISE Maritime/SSPA:s provningsränna i Göteborg. Denna gör det möjligt att mäta samtliga relevanta krafter och moment samtidigt som foilens djup, vinkel och position kan kontrolleras med hög precision.

En viktig nyhet är att riggen även kan användas för tester i vågor, något som är avgörande eftersom foilande fartyg måste fungera i verkliga sjöförhållanden och inte bara i lugnt vatten.

– Syftet är att kunna validera resultaten från datorsimuleringar när ny foilingteknik utvecklas. Genom att jämföra simuleringar med verkliga mätdata kan konstruktörerna justera och förbättra sina lösningar. Det kommer att vara till stor hjälp för dem. Idag finns ingen etablerad standard för hur hydrofoiler bäst ska utformas och integreras i ett fartyg. Många frågor återstår att besvara: Var ska hydrofoilerna placeras? Vid vilka hastigheter fungerar de optimalt? Hur ska de styras och regleras? Är det bäst med en eller flera hydrofoiler, och hur påverkar de i så fall varandra? Den nya testmiljön ger forskare och utvecklare möjlighet att undersöka sådana frågor mer systematiskt, säger Alex Shiri.

I projektet testades relativt stora, kommersiellt tillgängliga hydrofoiler i kolfiber i stället för små modellskalor. Bärplansbåtsbyggaren Aston Harald bidrog till exempel med en specialbyggd foilande forskningsplattform i kolfiber. Den 1,8 meter långa modellbåten används nu av RISE/SSPA för fortsatta studier av hydrofoilers prestanda, styrsystem och autonoma funktioner. Projektet ger därmed inte bara en ny testmetod utan också en praktisk plattform för att utveckla framtidens energieffektiva foilande fartyg.

Rapporten Safe and Sustainable Sea Transport Through Development of Test Method for Foiling Craft har författats av Alex Shiri (RISE) och  Arash Eslamdoost (Chalmers).
I samarbete med KTH, SSRS och Aston Harald.

Bild: Candela