Samma bärplansteknik som revolutionerat segelsporten ska få även passagerarfärjor kan ”flyga fram” över ytan, med betydande klimatvinster som följd. Det menar forskare från Chalmers tekniska högskola.
Samtidigt som elektrifieringen av personbilar är långt kommen, drivs idag världens passagerarfärjor nästan uteslutande av fossila bränslen.
Problemet är att batteriernas kapacitet inte räcker till för fartyg som kör längre distanser. Men snart kan eldrivna passagerarfärjor som ”flyger” över vattenytan vara en realitet. Ett forskarlag vid Chalmers har skapat en mätmetod för att vidareutveckla bärplan, som kan öka eldrivna fartygs räckvidd betydligt och minska fossildrivna fartygs bränsleförbrukning med 80 procent.
Bärplan lyfter båtskrovet likt vingar
Forskarna har koncentrerat sig på de så kallade bärplan som likt vingar lyfter upp båtskrovet över vattenytan och låter fartyget färdas med betydligt mindre vattenmotstånd. Samma teknik har under senare år revolutionerat seglarsporten, där bärplanen får elitseglarnas båtar att flyga fram över vattenytan i mycket höga hastigheter.
– För att kunna elektrifiera färjor måste vattenmotståndet minska rejält. Med den här metoden kan vi vidareutveckla designen på bärplanen så att de minskar motståndet med upp till 80 procent, vilket i sin tur ökar batteridrivna färjors räckvidd markant. På så vis skulle eldrivna färjor kunna trafikera även längre rutter i framtiden, säger forskningsledaren Arash Eslamdoost, docent i tillämpad hydrodynamik på Chalmers.
Även för fartyg som idag drivs av fossila bränslen skulle klimatvinsten kunna bli betydande, då man med liknande bärplansteknik skulle kunna minska bränsleförbrukningen med så mycket som 80 procent.
Mätte hur bärplan beter sig i vattnet
I centrum för forskningsprojektet står den mätteknik som forskarna använt för att på detaljnivå kunna förstå hur bärplanen beter sig i vattnet – när till exempel belastningen eller hastigheten ökar eller när placeringen av bärplanet förändras.
Med hjälp av den insamlade datan från experimenten har forskarna utvecklat och utvärderat en metod som kan simulera och med stor precision förutse hur bärplanen skulle bete sig under en rad olika förhållanden. Metoden är unik i sitt slag och kan nu användas för att utveckla designen på bärplan för exempelvis eldrivna passagerarfärjor.
Studien har genomförts i samarbete med den Rise-ägda forskningsanläggningen SSPA – en av få i sitt slag i världen – där Laura Marimon Giovannetti arbetar som forskare och projektledare. Hon har själv tävlat på elitnivå för både det brittiska och det italienska seglarlandslaget. Och är idag är forsknings- och utvecklingsrådgivare till Sveriges olympiska kommitté och det svenska landslaget – med siktet inställt på att ta laget till prispallen i OS 2024.
Banar väg för bärplan på eldrivna färjor
Laura Marimon Giovannetti ser många användningsområden för den mätmetod som forskarlaget tagit fram:
– Under America’s Cup i San Fransisco Bay 2013 var det första gången man kunde se en 20 meters segelbåt ”lära sig flyga” med bärplan i tävlingen. Och sedan dess har vi sett en enorm ökning av segelbåtar med bärplan. Med vår nya metod och kunskap kommer vi att kunna förena en rad olika områden – som marin arkitektur, materialutveckling, flygteknik och förnybar energi.
– Bärplanen ska vara så effektiva som möjligt, vilket med andra ord innebär att de ska kunna ta så mycket vikt som möjligt under så låg hastighet som möjligt, med minsta möjliga motstånd. Vårt nästa mål är att använda den här metoden i vidareutvecklingen av effektivare bärplan för framtidens färjor, säger Arash Eslamdoost.
Bärplansteknik inget nytt under solen
Även om forskarnas metod är ny, är bärplanstekniken i sig inget nytt. Den utvecklades redan under 60- och 70-talen. Men då låg fokus på att få båtar att färdas i så hög hastighet som möjligt och bärplanen bestod av stål, som är både tungt och har högre underhållskostnader. Dagens moderna bärplan är gjorda av kolfiber, ett mycket lättare och styvare material. Kolfibern kan bibehålla sin form också under hög belastning och materialet kan anpassas efter förväntad belastning. En del av forskningsprojektet gick därför ut på att till fullo förstå hur just kolfibermaterialets struktur beter sig under vatten vid en rad olika driftsförhållanden. Forskarlagets utvecklade metod i kombination med vår tids moderna teknologi banar nu väg för möjligheten att använda kolfiberbärplanen på större passagerarfartyg.
Vetenskaplig artikel:
Fluid-Structure Interaction of a Foiling Craft ( Laura Marimon Giovannetti, Ali Farousi, Fabian Ebbesson, Alois Thollot, Alex Shiri och Arash Eslamdoost)Journal of Marine Science and Engineering
Kontakt:
Arash Eslamdoost, docent i tillämpad hydrodynamik vid institutionen för mekanik och maritima vetenskaper, Chalmers tekniska högskola, arash.eslamdoost@chalmers.se
Laura Marimon Giovannetti, forskare och teknisk projektledare, SSPA, Laura.MarimonGiovannetti@sspa.se
