InSvivia-konseptet tegnet som et stort containerskip som i teorien skal kunne gå i 80 knop. Det er ifølge ekspertisen uoppnåelig.

SKIPSPATENT

Ivan (22) har utviklet ultrakjapp skrogteknologi - skal sende skip opp i 80 knop

Med en fjerdedel av drivstofforbruket sammenlignet med et ordinært containerskip i 20 knop.

Det er teorien til oppfinneren og gründer Ivan Nilsen.

Eksperter på hydrodynamikk er ikke entydig entusiastiske til konseptet, og mener det er urealistisk og  neppe kommersielt gjennomførbart.

Ivan Nilsen har startet selskapet InSvivia for å utvikle teknologien videre og etter hvert bygge en pilot.

3D-print og slepetank på loftet

Han håper nå å få investorer med på laget slik at konseptet kan realiseres.

For fire år siden kjøpte han en 3D-printer, bygget prototyper og en slepetank hjemme på loftet. I fjor høst fikk han patent.

Patentet gjelder en del av skroget, som ligger under vannflaten,  som skal minske friksjonen i vann.

Et Swath-skrog (small waterplane area twin hull) har to nedsenkede pongtonger med et smalere parti gjennom vannlinjen.

Dette gir redusert bølgemotstand samtidig som det skjærer seg upåvirket gjennom bølgene og unngår krengning.  

InSvivias skrogkonsept.
InSvivias skrogkonsept. Foto: InSvivia

– Bieffekten er økt våt overflate og friksjon som gjør Swath-skrog lite attraktivt i stor skala. Dette har vi en løsning på. Høy fart er ofte forbundet med høy motstand, men ikke i dette tilfellet. Tvert imot må man opp i fart for å redusere motstanden, akkurat som en liten båt må opp i fart for å oppnå vannplaning, sier Nilsen.

Luft og kavitasjon

Nøkkelen er skrueformede skrogdeler som roterer mens det «smøres» med luft. Framdriften besørges av vannjet.

– To kompressorer høster luft fra luftmotstanden og forsyner skroget med et tjuemillimeters luftlag. Det roterende skrogets dreiemoment skal stabilisere skipet og fører luftkavitasjonen gjennom kontrollerte spiralriller. Forskjellen på luftsmøring av skrog og kombinering av luft med kavitasjon er at det blir mer effektivt og mindre komplekst med kavitasjon. Det er en vanlig misoppfatning at høy fart betyr mer kompleksitet, sier Nilsen.

Et 400 meter langt skip med 16.500 TEU-containere bruker 13 dager fra Shanghai i Kina til Los Angeles i USA.

I teorien vil et containerskip bygget og konstruert med den nye patenterte teknologien, ta turen i 80 knop (ca. 150 km/h) på 2,5 dager, og bruke 74 prosent mindre drivstoff. 

Ifølge oppfinneren skal det patenterte spiralskrogets dreiemoment gi en stabilisert kavitasjon som kansellerer friksjonen og gir marsjhastigheter på 80 knop.

Containerskip er bare ett eksempel av mange mulige bruksområder.

De første tester av teknologien gjorde han i et hjemmebygget basseng på loftet.

Modelltest på loftet av roterende spiralskrog.

En modelltest på Stad Towing Tank på et tidlig stadium gikk ikke helt som forventet på grunn av unøyaktig modell, men ga Nilsen grunnlag for videre optimalisering. 

Nå har han fått gjort tester og analyser med CFD (computational fluid dynamics) som han mener bekrefter hovedidéene.

Selvlært

Spiralskroget sett undenfra.
Spiralskroget sett undenfra. Foto: InSvivia

Ivan Nilsen er bare 22 år, men har vært opptatt av hydrodynamikk siden guttedagene. Han har studert andre skrognyvinninger med interesse.

Et japansk konsept, Resonance-Free Swath, ledet av fire professorer, har utviklet et 230 meter langt  superkavitasjonsskip.

Ivan Nilsen ble først kjent med dette konseptet lenge etter at han begynte sitt arbeid. Nå ser han at japanerne får problemer med stabilitet, som hans skip med roterende skrog ikke vil ha.

– Drivstoffreduksjonen består hovedsakelig av fire deler. Den største er kansellering av friksjon, etterfulgt av minimal bølgemotstand og minimal tilleggsmotstand i grov sjø, hvor de to sistnevnte for øvrig gjelder Swath-skrog generelt. Den fjerde delen av redusert motstand består av vektreduksjon, forklarer Nilsen.

Tolket analyser selv

Selskapet CFD Marine ble engasjert til å foreta analyser. Pengene tok slutt før Nilsen fikk sluttrapport, men han har selv tolket datamaterialet og trukket konklusjonen at de roterende skrogene har en potensiell luftfraksjon på 97 prosent på testmodellene.

– Det gjør at vi minimaliserer friksjonen mot skroget på samme måte som undervannsraketter kalt Skhval Torpedo. Dette kombinert med minimalt vannlinjeareal lar oss redusere den totale motstanden med 74 prosent sammenlignet med et tradisjonelt mono-skrog, forklarer Nilsen.

Ifølge Nilsen vil en elektrisk motor drevet av hovedmotoren gi thrust på turbinene på omkring 10 prosent av totalt kraftbehov, som skal være det optimale punktet, ifølge CFD-analysene.

– Når vi økte thrusten på turbinene gikk vinningen opp i spinningen, mens når vi reduserte det ble motstandsøkningen større enn kraftreduksjonen. Dette var dermed det optimale punktet vi fant, sier Nilsen.

Internasjonalt patent

I 2013 utarbeidet han i samarbeid med Håmsø Patentbyrå første patentsøknad, men trakk den tilbake i 2014 for å levere inn en ny etter nye teknologiske utviklinger.

I november i fjor fikk han meddelt patent nr. 20141389 for «Skrog for et fartøy». Patentet er også klart for internasjonal patentering.

Nå har han ett år på seg til å få medinvestorer på banen så han har råd til å utvikle ideen videre, blant annet med bygging av en prototyp.

SWATH-løsningen betyr problemer med stabilitet i liten fart og ved kai. Det løses med senkeskrog mellom spiralskrogene.
SWATH-løsningen betyr problemer med stabilitet i liten fart og ved kai. Det løses med senkeskrog mellom spiralskrogene. Foto: InSvivia

– Vi trenger investorer som tør å ta store steg og revolusjonere bransjen for at den skal komme inn på rett kjøl, sier Nilsen.

Trege og konsernvative

Ivan Nilsen oppfatter både skipsverftene og rederne som konservative og lite lystne på utfordringer.

– Dagens teknologi henger igjen fra vikingtiden. Det er fremdeles en klump som skal skyves gjennom vannet. Enkelte skipsbyggere er nærmest allergiske mot ny teknologi og høye hastigheter, sier Nilsen med ungdommelig friskhet.

Høy fart på sjøen har blitt sett på som det mest miljøfiendtlige man kan tenke seg. Motstanden i vannet øker eksponentielt og gjør det ekstremt energikrevende når fart og masse når kritiske grenser.

Det luftspylte, roterende skroget snur opp ned på problemstillingen, ifølge Ivan Nilsen.

Nilsen mener høy fart er miljøsvaret for en mer bærekraftig skipssektor.

– Med fem ganger økt hastighet kan antall skip reduseres til en fjerdedel fordi man transporterer fire ganger så mye last over tid. De siste årene har det vært en trend mot å redusere hastigheten for å spare drivstoff, men resultatet er at flere velger flytransport istedenfor og forurensningen går opp. Hastigheten må opp og ikke ned. Det er fremtiden, sier Nilsen.

Futuristisk design på skrogkonseptet med roterende pongtonger.
Futuristisk design på skrogkonseptet med roterende pongtonger. Foto: InSvivia

Avvisende professor

NTNU-professor Sverre Steen gir ikke teknologien store sjanser, til tross for patentet.

– Det å få patent betyr bare at det er originalt, ikke at det er brukbart eller fordelaktig, sier Steen til TU.

Han mener CFD-analysen i Nilsens egen rapport ikke støtter teorien.

– Så langt det er mulig å trekke noen konklusjoner fra beregningsresultatene i rapporten, er det ingen besparelse i motstand. Rapporten er dessuten full av fundamentale misforståelser når det gjelder å holde orden på begreper som kraft, effekt, rotasjonshastighet osv. Min konklusjon er at dette har jeg liten tro på, skriver Steen i en epost til TU.

DNV GL: Spennende med nye tanker

DNV GL har også tatt en titt på patentet og bakgrunnsmateriale fra Ivan Nilsen. Selskapet er ikke fullt så avvisende som professor Sverre Steen.

I en uttalelse på vegne av DNV GL, skriver Eivind Ruth PhD., Principal Specialist, Hydrodynamics and Stability:

«Hovedideen bak konseptet er å bytte ut vann med luft nær skroget for å redusere friksjonsmotstanden. Dette er en reell fysisk effekt som i dag er best kommersialisert med luftputefartøy. Konseptet er foreløpig i en veldig tidlig fase og det er mange uavklarte potensielle utfordringer. Det vil overraske stort hvis denne typen fartøy kan bygges og driftes kommersielt.»

Olav Rognebakke, leder for DNV GLs avdeling Hydrodynamikk og Stabilitet, er likevel ikke helt avvisende, selv om det er en del huller i argumenteringen.

Blant annet mener han at referanseforhold i negativ retning er undervurdert, og de positive elementer dratt i overkant positiv retning.

– Det er prisverdig at noen kommer opp med slike nye spreke konsepter. Selv om det er en lang vei fram kan det bringe inne noen nye tanker, sier Rognebakke.

Slik er konseptet:

SWATH (small waterplane area twin hull) med to roterende, stjerneformete spiralskrog (turbiner). Dyser fyller kavitasjonsrommene med luft. Minsker friksjon ved å redusere vannlinjeareal og minimaliserer bølgemotstand.

Rotasjonen sørger for stabilitet med høy toleranse for potensiell påvirkning i fart. For å oppnå stabilitet i lav fart og ved lasting og lossing, er skipet utstyrt med et senkeskrog som løfter skipet opp til redusert dybde og økt vannlinjeareal.

Luftkompressorer i front av skipet mottar luft fra luftmotstanden og komprimerer den til økt densitet og hastighet før den leverer den videre til luftsystemet i turbinene (spiralskrog).  

Ved å bruke SWATH-prinsippet og 12 meter mellom plattform og undervannskroget. På den måten reduserer vi bøyekreftene med 99 % sammenlignet med et tradisjonelt skip. Et tradisjonelt skip kan ha opptil 100.000 m2 i vannlinjen mot 600m2 i InSvivias konseptskip.

Ivan Nilsen har fått patent på konseptet med roterende skrog med luftspyling.
Ivan Nilsen har fått patent på konseptet med roterende skrog med luftspyling. Foto: InSvivia

Kommentarer (22)

Kommentarer (22)