Foiling vs. flytende; Forstå forskjellene mellom hydrofoilbåter og andre båter

En deplasementsbåt er en av de eldste typene skrogkonstruksjoner. Den beveger seg gjennom vannet ved å skyve det til side, i motsetning til planende båter som ligger på toppen. Disse båtene er kjent for sin effektivitet og lavere hastighet. En vanlig regel innen marin design er å knytte hastigheten til en deplasementsbåt til lengden, ofte uttrykt som skroghastighet. Dette estimatet angir den maksimale hastigheten et deplasementsskrog effektivt kan oppnå uten å øke motstanden og drivstofforbruket betydelig. For eksempel kan en båt på 6 meter oppnå rundt 6 knop, mens en båt på 7 meter kan oppnå litt under 7 knop.

Utover skroghastigheten krever økt fart betydelig mer kraft, og båten blir ineffektiv når den klatrer i hekkbølgen i stedet for å skjære gjennom vannet. Et kjennetegn ved mange tradisjonelle deplasementsbåter er at de har smalere og grunnere skrog. Kanoer og enkelte robåter er gode eksempler på dette, og de har lengre vannlinjer som gjør dem mer effektive.

Tradisjonelle fortrengningsbåter bruker vanligvis konvensjonelle fremdriftsmetoder som padleåre, årer og seil, selv om de også kan være motordrevne. Eksempler på dette er de fleste seilbåter, lektere, husbåter og andre fartøy som beveger seg sakte.

Planende motorbåter finnes i ulike former og størrelser, hver og en skreddersydd for spesifikke formål. De er utstyrt med forskjellige motorer for fritids- og næringsvirksomhet. Når en planende båt akselererer, presser det flate eller halv-V-formede skroget vannet nedover. I henhold til Newtons tredje lov (for enhver handling er det en lik og motsatt reaksjon) skaper denne handlingen en oppadgående kraft som løfter skroget over vannoverflaten.

Denne mekanismen gjør at båten kan kjøre i høyere hastigheter enn en deplasementsbåt. Men den krever også en betydelig mengde kraft. En 25 fots motorbåt bruker for eksempel 15 ganger mer energi per kilometer enn en vanlig bil. Planende båter ble populære først etter at kraftige bilmotorer ble tilpasset marin bruk etter andre verdenskrig. I dag dominerer denne båttypen markedet, med alt fra fiskebåter til cruisere og racerbåter.

Rask transport på vann, med stort energibehov, er en av de mest forurensende og kostbare transportformene på jorden.

Hydrofoil-teknologien er ikke ny. Hydrofoiler kombinerer noen av de beste aspektene ved både deplasementsbåter (effektivitet) og planende båter (fart). De fungerer imidlertid etter et unikt prinsipp som gjør at de oppnår større effektivitet og hastighet.

De har røtter tilbake til begynnelsen av 1900-tallet, da oppfinnere som Alexander Graham Bell og Casey Baldwin eksperimenterte med overflatebrytende design. Under andre verdenskrig brukte flere nasjoners militære styrker eksperimentelle hydrofoilbåter på grunn av deres fart og smidighet. I etterkrigstiden har hydrofoil-konstruksjoner blitt brukt på en rekke områder, fra militæret til vannsport.

Hemmeligheten bak deres effektivitet ligger under vannet. Hydrofoilbåter genererer en oppadgående kraft når de akselererer, noe som utligner vekten og gjør at skroget stiger opp over vannet. Det reduserer luftmotstanden og gjør at båten kan holde høy fart. Dette fluiddynamiske prinsippet, som ligner på et flys startmekanisme, skiller hydrofoilbåter fra konvensjonelle båter.

Passasjerer i hydrofoilbåter opplever betydelig redusert støy og vibrasjoner, noe som gir en mer komfortabel og mindre forstyrrende reise.

Hydrofoil-båtskrog reduserer vannmotstanden betydelig og muliggjør høyere hastigheter sammenlignet med tradisjonelle skrogdesign. Store, tradisjonelle deplasementsbåter skjærer gjennom vannet, mens mindre fritidsbåter utnytter skrogformen og motorkraften til å delvis løfte seg selv for å redusere luftmotstanden.

V-formede skrog er konstruert for å håndtere røffe farvann mer effektivt enn flatbunnede skrog ved at de skjærer gjennom bølgene. Dette gir en mer komfortabel kjøretur i høyere hastigheter.

Hydrofoilformer har endret seg over tid. På begynnelsen av 1900-tallet var det først og fremst den italienske ingeniøren Enrico Forlanini som utviklet hydrofoilbåter med stigeramme. De etterlignet formen til en stige og gjorde det mulig for båten å skape løft proporsjonalt med hastigheten. Stigekonstruksjoner ble brukt i noen militære prototyper og andre bruksområder utover 1900-tallet, men de ble aldri vanlige.

Hydrofoiler varierer i form og størrelse, og kategoriseres hovedsakelig i to familier: V- og T-formede foiler. V-formede foiler danner vanligvis en V- eller U-form under båtens bredde for å stikke hull i vannoverflaten, og hever seg over vannoverflaten når de er foilbårne. Dette gir selvstabilisering når det gjelder rullebevegelser.

T-formede foiler er helt nedsenket under vannet, og har vanligvis en horisontal vinge i stedet for den buede vingen man ser hos V-formede hydrofoiler. Dette gjør at de påvirkes mindre av bølger og derfor er mer stabile på sjøen. De er også mer effektive, ettersom de gir mindre luftmotstand. T-formede foiler er imidlertid ikke selvstabiliserende. Anfallsvinkelen på hydrofoilene må justeres kontinuerlig etter skiftende forhold. Det krever inngripen fra sensorer og datamaskiner om bord. Candela C-8 er en elektrisk hydrofoilbåt som utnytter denne teknologien.

Innenfor disse to familiene finnes det mange forskjellige varianter og design for en rekke ulike formål. Seilbåter i America's Cup-klassen bruker ulike konstruksjoner for å forbedre svingegenskaper, fart og stabilitet, mens fritidsbåter ofte prioriterer konstruksjoner som gir bedre sjøegenskaper og komfort.

Manuell og automatisk innrulling av hydrofoil blir stadig vanligere i moderne hydrofoilbåter, noe som gir kapteinen større fleksibilitet i driften. Det gjør det også enklere å utføre vedlikehold og gir mindre bekymring for skjær og grunne områder. Båter som C-8 er et godt eksempel på denne inntrekkbare funksjonen.

Foilbåter oppnår høyere hastigheter og overlegen ytelse i forhold til motorkraften, selv i urolig farvann, på grunn av effektiviteten. Ved å redusere luft- og vannmotstanden med opptil 80 % gir hydrofoiler høyere hastigheter og bedre stabilitet mot bølger.

Denne reduksjonen i luftmotstand sikrer en jevnere og mer effektiv drift, noe som gjør hydrofoilbåter overlegne når det gjelder å navigere under ulike vannforhold.

En av de viktigste fordelene med hydrofoilbåter er at de kan holde høye hastigheter i hardt vær, fordi de rett og slett flyr over bølgene. Dette er grunnen til at USA og andre mariner var pionerer i bruken av T-formede hydrofoilbåter, noe som førte til raske patruljebåter som Pegasus-klassen, som kunne krysse i 48 knop. Hydrofoilbåter er i stand til:

• Løfter seg over vannoverflaten med en hastighet på 11-22 knop, avhengig av vingens profil og andre faktorer
• Oppnår og opprettholder høyere hastigheter enn konvensjonelle båter, gitt samme effekt
• Opprettholder toppfarten selv under mindre enn ideelle sjøforhold
• Reduserer luftmotstanden betydelig

Denne teknologien gjør at hydrofoilbåter, inkludert de raskeste produksjonsseilbåtene, kan utmerke seg når det gjelder fart og effektivitet.

Når konvensjonelle planende båter akselererer, øker luftmotstanden på skroget på grunn av økt vanndeplasement og overflatefriksjon. Siden hydrofoilbåter løfter seg over vannoverflaten, kan økt hastighet ha motsatt effekt: De blir mer effektive ved høye hastigheter sammenlignet med langsomme deplasseringshastigheter. Dette skyldes at skroget har minimal kontakt med vannet, noe som gir mindre friksjon og dermed mindre luftmotstand. Det gjør at hydrofoilbåter kan kjøre i høye hastigheter samtidig som de bruker mindre energi, noe som gjør dem mer økonomiske og gir en jevnere kjøring.

Hydrofoilbåter gir betydelige fordeler når det gjelder drivstoffeffektivitet:

• Redusert luftmotstand, noe som gir lavere drivstofforbruk
• Opptil 80 % reduksjon i energiforbruket sammenlignet med vanlige båter

Hydrofoiler, spesielt helt nedsenkede varianter, kan øke stabiliteten til en båt betydelig. Siden skroget har mindre kontakt med bølgene, blir resultatet mindre reaksjon på bølgeforholdene. Hydrofoilbåter kontrollerer hiv, rulling, pitch og giring.

Delvis nedsenkede V-foiler holder seg stabile i roll og opprettholder flyhøyden automatisk. Fullt nedsenkede foiler krever derimot et aktivt kontrollsystem for å stabilisere seg.

Hydrofoil-teknologien har vært brukt historisk og forventes å bli stadig mer utbredt på grunn av fordelene med hensyn til hastighet og effektivitet.

Militæret:

Under hele den kalde krigen ble hydrofoil-teknologi utforsket på grunn av fordelene med fart, stillhet og stabilitet for militære fartøyer. USA og Sovjetunionen investerte mye i hydrofoil-teknologi, noe som resulterte i fartøyer som Boeing Pegasus-klassen og den sovjetiske Sarancha-klassen. Disse båtene var kvikke og hadde en høyere gjennomsnittsfart enn andre skip, samtidig som de hadde overlegen sjøegenskaper.
Selv om mange av disse skipene ble satt i drift fra 60- til 80-tallet, er det få som fortsatt er i tjeneste i dag. De italienske skipene i Sparviero-klassen tjenestegjorde både i den italienske marinen og i de japanske maritime selvforsvarsstyrkene. Noen tidligere sovjetiske fartøyer er også fortsatt i tjeneste i ulike moderne land.

Sport:

I årenes løp har hydrofoilbåter blitt stadig mer populære innen vannsport, særlig blant dem som ønsker større fart. Hydrofoilbåter har ofte hatt verdensrekorden i vannfart, og Paul Larsens Vestas Sailrocket har for tiden verdensrekorden i seilfart.

Fritids- og kommersielle aktiviteter:

Hydrofoiling brukes i økende grad kommersielt og i rekreasjonsøyemed, særlig i surfebrett, også elektriske, som gjør det mulig å surfe på stille vann. Det voksende markedet omfatter også elektriske vannsykler for tråkking over vann og hydrofoilende kajakker for høyere hastigheter, noe som gir en ny opplevelse på vannet.

På den annen side har hydrofoil-teknologien også funnet veien til sjøtransport. Den egner seg for eksempel godt til fergedrift der høy hastighet og god komfort er avgjørende. Elektriske hydrofoilferger som Candela P-12 gir økt stabilitet, effektivitet, lengre batterirekkevidde og høyere hastighet sammenlignet med ferger som ikke bruker hydrofoil. Turistdestinasjoner som Sør-Italia, som er avhengige av turisme, bruker hydrofoil-ferger som et raskere alternativ for å reise mellom kystnære steder.

Hydrofoil-fartøyer har unike egenskaper når det gjelder å navigere under ulike vannforhold:

Navigasjon på grunt vann:

Moderne hydrofoilbåter kan navigere effektivt på grunt vann ved å heve foilene, noe som reduserer risikoen for å gå på grunn. Foilene kan trekkes inn for å forhindre skader under slike forhold, noe som gir sikker drift uten behov for dypt vann.

Effektivitet på dypt vann:

På dypt vann kan moderne hydrofoilbåter forlenge foilene helt ut. Denne sømløse overgangen mellom grunt og dypt vann gjør det mulig for moderne hydrofoilbåter å ta seg inn i havner, og gjør det enkelt å vedlikeholde båtene uten de begrensningene som eldre båter med faste foiler har.

Fremtiden for båtlivet ser lovende ut med fremskritt innen hydrofoil-teknologi. Den maritime bransjen ser for seg at hydrofoil-teknologien vil bli standard på alle fartøyer, inkludert ferger, på grunn av energibesparelser og hastighetsforbedringer.

Veksten i hydrofoilmarkedet vil øke tilgjengeligheten og gjøre det rimeligere for fritids- og yrkesbrukere. Elektrisk hydrofoil-teknologi, med selskaper som Candela i spissen, er i ferd med å bli en viktig trend i båtbransjen. Ved å utnytte elektrisk kraft kan hydrofoilbåter oppnå høye hastigheter samtidig som de produserer null utslipp. Dette minimerer karbonavtrykket og reduserer miljøpåvirkningen. Elektriske fremdriftssystemer er også mer stillegående enn båter med konvensjonelle motorer, noe som minimerer forstyrrelsen av det marine livet.

Når man investerer i en hydrofoilbåt, må man ta hensyn til kostnadene. Billettprisene for hydrofoilbåter er vanligvis høyere enn for tradisjonelle ferger på grunn av drivstofforbruket, spesielt med turbindrevne foilere som Boeing 929 Jetfoiler. Passasjerene synes imidlertid at merprisen er berettiget på grunn av raskere reisetid og overlegen komfort sammenlignet med vanlige ferger. Med effektive, elektrisk drevne foilerferger som Candela P-12 vil driftskostnadene faktisk reduseres i stedet for å øke.

Hydrofoilbåter krever en startinvestering, og de har ofte frontfolier, skrog og dekk i karbon. De gir imidlertid langsiktige driftsbesparelser gjennom energieffektivitet og redusert vedlikehold. For eksempel koster en Candela C-8 elektrisk hydrofoilbåt fra 330 000 euro uten ekstrautstyr. Med driftskostnader som er 95 % lavere enn for båter som går på fossilt drivstoff, sparer kjøperne tusenvis av kroner på drivstoff, noe som gir et langsiktig besparelsespotensial.

Foilende båter er både imponerende funksjonelle og bærekraftige. Designet spenner fra sovjetiske Raketas' romskip-estetikk fra 1950-tallet til elegante, moderne stiler som gjenspeiler avansert teknologi. Disse båtene ligner ofte racerbiler eller jagerfly, og fremhever et futuristisk utseende i tråd med fart og effektivitet.

Mange moderne hydrofoiler bruker karbonfiber for å oppnå lav vekt og en stiv struktur.

Markedet for hydrofoilbåter for fritidsbruk og kommersiell bruk er fortsatt ungt, og mange selskaper har begynt å tilby disse produktene. Mange av dem er også elektriske, ettersom den økte effektiviteten nå gjør det mulig å oppnå stor ytelse med et batteri av rimelig størrelse. For første gang utfordrer hydrofoilbåter konvensjonell skrogdesign.

Hydrofoilbåter er ikke tilgjengelige i alle kategorier. Men for avanserte motorbåter kan de tilby sammenlignbare ytelser som konvensjonelle planende hurtigbåter, men med betydelig lavere driftskostnader, ca. 95 % lavere på grunn av deres effektivitet.

Hvordan oppnår hydrofoilbåter høye hastigheter?

De oppnår høye hastigheter ved å generere løft ved hjelp av undervannsvinger eller hydrofoiler. Dette løfter skroget over vannoverflaten og reduserer luftmotstanden, noe som gjør at båten kan nå høyere hastigheter.

Hva gjør hydrofoilbåter mer drivstoffeffektive?

Foilbåter er mer drivstoffeffektive på grunn av den reduserte luftmotstanden fra hydrofoilene. Dette fører til høyere hastigheter og opptil 80 % reduksjon i forbruket av drivstoff/energi.

Hvordan gir hydrofoilbåter en jevnere tur?

Det gjør de ved å heve skroget over vannlinjen, noe som reduserer bølger og turbulens og gir bedre passasjerkomfort. Dette skaper også minimalt med kjølvann, noe som gir en jevn kjøretur med redusert forstyrrelse av det marine miljøet.

Er hydrofoilbåter allsidige?

Ja, de er allsidige og kan brukes i alt fra fergetrafikk til fiske, og de navigerer sømløst på både grunt og dypt vann.

Er hydrofoilbåter dyre?

Siden foilende båter ofte er konstruert av karbonfiber og har avanserte foilkontrollsystemer, faller de inn i premiumkategorien av båtliv. Når de først er kjøpt, gir de imidlertid langsiktige kostnadsbesparelser gjennom drivstoffeffektivitet og redusert vedlikehold. For eksempel starter innkjøpsprisen på Candela C-8 på 330 000 euro, uten ekstrautstyr. Men det koster rundt 10 euro for et fullt batteri, som gir mer enn 50 nautiske mil. En konvensjonell planende båt med to utenbordsmotorer ville kostet 200 euro for å kjøre samme distanse - eller 20 ganger dyrere i drift.