JP2004042688A - Rudder angle control system of ship having two rudders - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は二枚舵を有する船舶の舵角制御システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、二枚の舵を備えた船の舵角制御システムとしては、例えば図9に示すように、一基の推進プロペラの後方に推進プロペラ軸心に対して対称の位置に一対の左舷舵11pと右舷舵11sを設けた二枚舵システム、もしくは二基の推進プロペラの後方にそれぞれ一枚の左舷舵11pと右舷舵11sを設けた二枚舵システムがあり、オートパイロット操舵装置12は、二枚の舵11p,11sが同調して作動するように、また、外舷方向と内舷方向に同じ最大転舵角度まで作動するように制御していた。
【0003】
すなわち、オートパイロット操舵装置12の自動操舵系12aあるいは手動舵輪操舵系12bから舵角命令信号δiが発せられると、この信号δiは左舷舵11pを制御するための左舷制御増幅器13pおよび右舷舵11sを制御するための右舷制御増幅器13sに同時にそのまま入力される。これにより、左右舷制御増幅器13p、13sはそれぞれ、左舷舵11pを作動させる左舷舵取機14pの左舷油圧ポンプユニット15pと右舷舵11sを作動させる右舷舵取機14sの右舷油圧ポンプユニット15sに作動命令を与え、左右舷舵取機14p、14sおよび左右舷舵11p、11sは同時に同じ方向に回転し始める。
【0004】
左舷舵11pの移動量は左舷舵角フィードバック信号δfpとして左舷制御増幅器13pに、また、右舷舵11sの移動量は右舷舵角フィードバック信号δfsとして右舷制御増幅器13sにそれぞれフィードバックされる。それぞれの信号がδfp=δi、δfs=δiとなれば制御増幅器13p、13sはそれぞれ舵取機油圧ポンプユニット15p、15sの作動を止めさせ、左右舷舵11p、11sはオートパイロット操舵装置12の自動操舵系12aあるいは手動舵輪操舵系12bの命令した舵角δiに保持される。
【0005】
また、バウスラスターを装備した船では、バウスラスターは独立して単独に制御されていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、従来のオートパイロット操舵装置による舵角制御システムにおいては、二枚の舵が同調して作動させられるために、舵角が大きくなると、左舷舵と右舷舵の間の推進プロペラ後流の偏流の相互干渉作用が生じ、効果的に舵力を発生させることができないという問題があった。
【0007】
また、外舷方向への最大転舵角度は同時に内舷方向に対する最大転舵角度となるため、舵の作動角度範囲が必然的に大きくなるが、舵取機には機構上の制約があるため、最大転舵角度を制限せざるを得ず、従って大きな舵力を得ることができないという問題があった。
【0008】
さらに、舵を二枚設けた場合には、二枚の舵をそれぞれ外舷方向に転舵すれば船の進行に対する制動力が発生するから、船の急速停止(クラッシュアスターン)操縦のときにこの特質を利用できるにもかかわらず、従来のオートパイロット操舵装置においてはかかる制御は行われていなかった。
【0009】
船の急速停止(クラッシュアスターン)操縦の場合、主機関の逆転操作あるいは推進プロペラ軸減速装置に設けたクラッチの逆転操作により、推進プロペラの回転方向を逆転させることで、前進状態の船を停止させ、さらに後進状態に移行させている。
【0010】
この際、主機関への燃料を遮断してもなお、大きな慣性力により船体は前進を続け、推進プロペラは遊転する。この状態で推進プロペラを逆転操作すると推進系に過負荷を生じるので、慣性による船体の前進速度すなわち推進プロペラの自由回転速度がある値にまで自然低下してから、主機関の逆転操作あるいは減速装置のクラッチ逆転操作を行っている。
【0011】
このため、船に後進推力を与えることができるようになるまでに長時間を要し、従ってその間、船は極めて長距離を惰力により前進航走し続けることになり、衝突の危険が大きくなるほか、危険回避のため操船者に多大の労苦を強いることになるという問題があった。
【0012】
さらに、主機関がディーゼル機関で推進プロペラが固定ピッチの場合は、主機関を許容最低回転数であるデッドスロー(極微速)以下に下げることができず、担当に高い船速が残ってしまうという問題があるが、舵を二枚設けた場合には、二枚の舵をそれぞれ外舷方向に転舵してその転舵角度を制御することにより、舵の外舷方向に可能な最大角度によって規定される範囲内で、船速をディーゼル主機関のデッドスローに相当する速力以下の任意の船速に減速し、かつ方向も制御することができるにもかかわらず、従来のオートパイロット操舵装置においてはかかる制御は行われていなかった。
【0013】
さらに、バウスラスターを装備した船では、従来、バウスラスターと舵はそれぞれ独立した別個の作動となっているため、船首部を横移動させるバウスラスターの操作と船尾部を横移動させる舵の操作を総合的に調和させて目的通りの船全体の横移動を行わせるには操縦者の熟練と大きな心的負担を要していた。
【0014】
本発明は上記した課題を解決するものであり、二枚舵を有する船舶において、船の旋回あるいは回頭操縦時に舵を大舵角に制御するときでも二枚の舵による推進プロペラ後流の偏流の相互干渉の影響を受けにくくして効果的に舵力を発生させることができ、また、最大転舵角度が大きいにもかかわらず舵取機の必要作動角度範囲を小さくすることができ、さらに、船の急速停止(クラッシュアスターン)操縦のとき、二枚の舵を船の進行に対する制動力として利用して、船の急速停止距離を大幅に短縮することを可能にすることができ、さらに、二枚の舵を利用してディーゼル主機関の許容最低回転数に相当する船速以下に減速し、かつ方向も制御することを可能にすることができ、さらに、バウスラスターを装備した船では、船体の横移動時に各舵とバウスラスターとを関連づけて作動させることを可能にするオートパイロット操舵装置による舵角制御システムを提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項1に係る本発明の二枚舵を有する船舶の舵角制御システムは、一基の推進プロペラの後方に推進プロペラ軸心に対して対称の位置に一対の舵を設けてオートパイロット操舵装置で各舵の舵角を制御する二枚舵システム、もしくは二基の推進プロペラの後方にそれぞれ一枚の舵を設けてオートパイロット操舵装置で各舵の舵角を制御する二枚舵システムにおいて、オートパイロット操舵装置が各舵の外舷方向への最大転舵角度を内舷方向への最大転舵角度よりも大きく操作する制御機能を有するものである。
【0016】
上記した構成により、船の旋回あるいは回頭操縦時に二枚の舵を同じ舷方向へ最大転舵角度に回転させるとき、すなわち、例えば取舵の場合、左舷舵は左舷方向に最大転舵角度まで、また右舷舵は左舷方向に左舷舵の最大転舵角度よりも小さい最大転舵角度までそれぞれ回転させるとき、左舷舵と右舷舵による推進プロペラ後流の偏流の相互干渉作用の影響を受けることが少なくなり、効果的に舵力を発生させることができ、また舵取機の必要作動角度範囲を小さくすることができる。
【0017】
請求項2に係る本発明の二枚舵を有する船舶の舵角制御システムは、オートパイロット操舵装置は、急速停止時に各舵を操舵する急速停止操縦機能回路および急速停止操縦機能回路を起動する急速停止押釦を有し、急速停止操縦機能回路は各舵をそれぞれ外舷方向へ最大転舵角度に操作する制御機能を有するものである。
【0018】
上記した構成により、船の急速停止時のクラッシュアスターン操縦(急速停止操縦)のとき、オートパイロット操舵装置の急速停止押釦を押して急速停止操縦機能回路を起動させ、左舷舵と右舷舵をそれぞれ外舷方向に最大転舵角度に転舵させることにより、船の進行に対する制動力を発生させることができる。従って、船が急速に減速されるために、短時間で船を前進操縦から後進操縦へ移行させることができ、船の停止距離を著しく短縮させることができる。
【0019】
請求項3に係る本発明の二枚舵を有する船舶の舵角制御システムは、オートパイロット操舵装置は、急速停止時に各舵を操舵する急速停止操縦機能回路を有し、急速停止操縦機能回路はクラッシュアスターン操縦において主機関操縦システムから発信する燃料供給遮断の信号を受けて各舵をそれぞれ外舷方向へ最大転舵角度に操作する制御機能を有するものである。
【0020】
上記した構成により、船のクラッシュアスターン操縦のとき、オートパイロット操舵装置の急速停止押釦を押すなどの特別な操作を行わずとも、クラッシュアスターン操縦において主機関操縦システムが発信する信号を受けて急速停止操縦機能回路が起動して自動的に左舷舵と右舷舵をそれぞれ外舷方向に最大転舵角度に転舵させることにより、船の進行に対する制動力を発生させることができる。従って、船が急速に減速されるために、短時間で船を前進操縦から後進操縦へ移行させることができ、船の停止距離を著しく短縮させることができる。
【0021】
請求項4に係る本発明の二枚舵を有する船舶の舵角制御システムは、オートパイロット操舵装置は、船の旋回あるいは回頭運動を制御する手動舵輪操舵系と舵による船の減速運動を制御するブレーキ力制御系を有し、手動舵輪操舵系による制御とブレーキ力制御系による制御とを関連づけて二枚の舵を制御する制御機能を有するものである。
【0022】
上記した構成により、主機関がディーゼル機関で推進プロペラが固定ピッチの場合でも、二枚の舵をそれぞれ外舷方向に転舵して、かつ、その角度を調節することにより、舵の外舷方向に可能な最大角度によって規定される範囲内で船速をディーゼル主機関の許容最低回転数(デッドスロー)に相当する速力以下の任意の船速に減速し、かつ、その状態において左右の舵の角度を調節することにより、船の方向も制御することができる。
【0023】
請求項5に係る本発明の二枚舵を有する船舶の舵角制御システムは、オートパイロット操舵装置は、船体の横移動時に各舵とバウスラスターとを関連づけて作動させる横移動操縦機能回路を有するものである。
【0024】
上記した構成により、船の横移動操縦のとき、横移動制御レバーを左右舷いずれかの方向に操作することにより、二枚の舵は、船尾を横に移動させる舵角の組み合わせになるように自動的に制御されるとともに、バウスラスターは同じ方向に横推力を発生するように運転され、船を横に移動させることができる。従って、舵による船尾部の横移動とバウスラスターによる船首部の横移動を別個に調整しながら操作する必要がなくなるから、船の横移動操縦が極めて容易になり、操縦者の負担を著しく軽減することができる。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1において、二枚舵システムは、オートパイロット操舵装置1、左舷舵3pの回転操作に用いる左舷舵取機4p、右舷舵3sの回転操作に用いる右舷舵取機4s、左舷舵取機4pを駆動する左舷油圧ポンプユニット6p、右舷舵取機4sを駆動する右舷油圧ポンプユニット6sからなる。左舷舵3pおよび右舷舵3sはそれぞれ、外舷方向には外舷最大転舵角度δMまで、また内舷方向にはδMよりも小さい内舷最大転舵角度δTまでとれるように構成する。
【0026】
舵角制御システムをなすオートパイロット操舵装置1は、自動操舵系1a、手動舵輪操舵系1b、クラッシュアスターン舵角制御演算器1c、ブレーキ力制御系1d、左舷舵取機4pの作動を制御する左舷舵角制御演算器2pおよび左舷制御増幅器5p、右舷舵取機4sの作動を制御する右舷舵角制御演算器2sおよび右舷制御増幅器5sからなり、左舷舵角制御演算器2pと右舷舵角制御演算器2sで舵角制御演算器2を構成している。
【0027】
左舷フィードバック装置7pは左舷舵3pの実際の回転量を検出して左舷制御増幅器5pにフィードバックするものであり、右舷フィードバック装置7sは右舷舵3sの実際の回転量を検出して右舷制御増幅器5sにフィードバックするものである。左舷舵3pおよび右舷舵3sはそれぞれ外舷方向には外舷最大転舵角度δMまで回転可能で、内舷方向にはδMよりも小さい内舷最大転舵角度δTまで回転可能な構造を有している。外舷最大転舵角度δMおよび内舷最大転舵角度δTの設定は、左舷舵3pおよび右舷舵3sの構造で規制せずに左舷舵角制御演算器2pと右舷舵角制御演算器2sで設定することも可能である。
【0028】
舵角制御演算器2の左舷舵角制御演算器2pおよび右舷舵角制御演算器2sはそれぞれ、オートパイロット操舵装置1の自動操舵系1aあるいは手動舵輪操舵系1bから発せられる舵角命令信号δiを変数とする関数f(δi)からなる左右舷制御信号δp、δsを出力し、その信号をそれぞれ左舷制御増幅器5pおよび右舷制御増幅器5sに与える機能回路を有するものである。
【0029】
この関数f(δi)は、舵形式、船尾構造等により異なり、最適関数式とするように設定する。例えば、左舷舵3pおよび右舷舵3sを同じある舷方向に転舵するとき、二枚の舵の間の推進プロペラ後流の偏流による水流の相互干渉作用の影響を受ける度合いが少なくて、かつできるだけ大きい舵角にすることにより、効果的に舵力を発生できるようにするという観点から、左舷側への転舵(取舵)の場合には、左舷舵3pに対して外舷最大転舵角度δMまで舵角命令信号δiに等しい左舷制御信号δpを与え、右舷舵3sに対して内舷最大転舵角度δTまでδs=δi−(δM−δT)δi 2/δM 2なる右舷制御信号δsを与える。また、右舷側への転舵(面舵)の場合には、左舷舵3pに対して内舷最大転舵角度δTまでδp=δi−(δM−δT)δi 2/δM 2なる左舷制御信号δpを与え、右舷舵3sに対して外舷最大転舵角度δMまで舵角命令信号δiに等しい右舷制御信号δsを与える。この関係をグラフに示したものが図2である。
【0030】
オートパイロット操舵装置1のクラッシュアスターン舵角制御演算器1cは、左舷制御増幅器5pに対して左舷舵3pが左舷方向に外舷最大転舵角度δMをとるように命令信号を与え、右舷制御増幅器5sに対して右舷舵3sが右舷方向に外舷最大転舵角度δMをとるように命令信号を与える機能回路を有するものである。
【0031】
また、クラッシュアスターン舵角制御演算器1cの急速停止押釦PBは、そのON操作によって、リレーRYによりオートパイロット操舵装置1の自動操舵系1aあるいは手動舵輪操舵系1bからの左舷制御増幅器5pおよび右舷制御増幅器5sへの入力信号を自動的に遮断する機能回路を有するものである。
【0032】
次に、オートパイロット操舵装置1のブレーキ力制御系1dは、その命令信号δjにより、左舷制御増幅器5pに対しては左舷舵3pが左舷方向に、また、右舷制御増幅器5sに対しては右舷舵3sが右舷方向にそれぞれ中立位置から外舷最大転舵角度δMまでの範囲内において同じ角度を取るようにする機能回路を有するものである。
【0033】
舵角制御演算器2は、ブレーキ力制御系1dの情報と手動舵輪操舵系1bの情報とを関連づけて情報演算処理を行う機能回路を有している。
図3は、以上説明したオートパイロット操舵装置1の操縦スタンド1′の一実施例を示すもので、手動にて操作するのは、手動舵輪操舵系1bの舵輪1b′、ブレーキ力制御系1dのレバー1d′、クラッシュアスターン舵角制御演算器1cの急速停止押釦PBである。
【0034】
以下、上記した構成における作用を説明する。始めに船の旋回あるいは回頭操縦について説明する。
(操作例1)
オートパイロット操舵装置1の自動操舵系1aあるいは手動舵輪操舵系1bの舵輪1b′から、例えば取舵の方向に舵角命令信号δiを発する。ブレーキ力制御系1dのレバー1d′はゼロ位置のままである。
【0035】
このとき、左舷舵3pの操作に関して、左舷舵角制御演算器2pから舵角命令信号δiに等しい左舷制御信号δpが左舷制御増幅器5pに与えられる。左舷制御増幅器5pは左舷油圧ポンプユニット6pを制御して左舷舵取機4pを操作することで左舷舵3pを取舵方向に作動させる。左舷舵3pが実際に回転した量は左舷フィードバック装置7pによって検出されて左舷制御増幅器5pにフィードバックされる。このフィードバック量が制御信号δpに等しくなった時点で、左舷制御増幅器5pは左舷油圧ポンプユニット6pの作動を停止させる。この操作によって左舷舵3pは舵角命令信号δiに等しい舵角に、かつ外舷最大転舵角度δMを超えない舵角に保持される。
【0036】
他方、右舷舵3sの操作に関して、右舷舵角制御演算器2sからδs=δi−(δM−δT)δi 2/δM 2なる制御信号δsが右舷制御増幅器5sに与えられる。この制御信号δsにより右舷制御増幅器5s、右舷油圧ポンプユニット6s、右舷舵取機4sが左舷舵3pの場合と同様に作動し、右舷舵3sは右舷制御信号δsに等しい舵角、すなわち左舷舵3pの舵角よりも小さい舵角に、かつ内舷最大転舵角度δTを超えない舵角に保持される。
【0037】
したがって、左舷舵3pと右舷舵3sとの間にはΔ=δp−δs=(δM−δT)δi 2/δM 2なる角度差が存在することになり、この結果、左舷舵3pと右舷舵3sとの間の推進プロペラ後流の偏流による水流の相互干渉作用は避けることができ、二枚の舵にそれぞれ効果的に舵力を発生させることができる。
【0038】
面舵方向に舵角命令信号δiが発せられた場合は、取舵方向の場合と左右が逆になるだけで、同じ作用を行うため、説明は省略する。
(操作例2)
比較的小舵角の範囲においては、二枚の舵の間の推進プロペラ後流の偏流による水流の相互干渉作用の影響が小さいことに鑑み、舵角制御演算器2p、2sにおける制御信号δp、δsの関数演算を簡単化することができる。
【0039】
例えば、左舷側への転舵(取舵)の場合に、左舷舵3pの操作に関して、外舷最大転舵角度δMまでの範囲で舵角命令信号δiに等しい左舷制御信号δpを与え、右舷舵3sの操作に関しては舵角命令信号δiが内舷最大転舵角度δTよりも小さい範囲においてはδs=δiなる右舷制御信号δsを与え、舵角命令信号δiが内舷最大転舵角度δTよりも大きい範囲においてはδs=δT(一定)なる右舷制御信号δsを与える。
【0040】
また、右舷側への転舵(面舵)の場合に、左舷舵3pの操作に関して、舵角命令信号δiが内舷最大転舵角度δTよりも小さい範囲においてはδp=δiなる左舷制御信号δpを与え、舵角命令信号δiが内舷最大転舵角度δTよりも大きい範囲においてはδp=δT(一定)なる左舷制御信号δpを与える。右舷舵3sの操作に関して、外舷最大転舵角度δMまで舵角命令信号δiに等しい右舷制御信号δsを与える。この関係をグラフに示したものが図4である。
【0041】
上述した操作において、左舷舵3pと右舷舵3sとの間には内舷最大転舵角度δTよりも小さい舵角範囲では角度差はなく、それ以上の舵角範囲ではΔ=δp−δs=δi−δTなる角度差が存在することになり、比較的小舵角の範囲においては二枚の舵3p、3sによる水流の相互干渉作用の影響は多少増加するが、舵角制御演算器2p、2sの構成をより簡単にすることができる。
【0042】
次に、船の急速停止を行う場合の作用を説明する。
(操作例3)
船を急速停止させる場合にはクラッシュアスターン操縦モードに入る。クラッシュアスターン操縦では、前進運転中の主機関への燃料が遮断された時点で、オートパイロット操舵装置1のクラッシュアスターン舵角制御演算器1cの急速停止押釦PBを押すことにより、リレーRYにより自動操舵系1aあるいは手動舵輪操舵系1bから左舷制御増幅器5pおよび右舷制御増幅器5sへの入力信号を自動的に遮断し、左右舷制御増幅器5p、5sをクラッシュアスターン舵角制御演算器1cの制御支配下に移行させる。
【0043】
クラッシュアスターン舵角制御演算器1cは、左舷制御増幅器5pに対しては左舷舵3pを取舵一杯に転舵する制御信号を出し、右舷制御増幅器5sに対しては右舷舵3sを面舵一杯に転舵する制御信号を出す。左右舷舵3p、3sの実際の舵角がそれぞれ取舵、面舵一杯に達すれば、それぞれの舵角フィードバック信号を受けて左右舷制御増幅器5p、5sは左右舷油圧ポンプユニット6p、6sを停止させることで、左右舷舵3p、3sがそれぞれ取舵および面舵一杯の位置に保持される。
【0044】
この状態で、左右舷舵3p、3sは船体の惰力前進に対する大きな制動力を発生させて船の前進を急減速させるとともに、推進プロペラの遊転が短時間のうちに、推進プロペラ逆転運転あるいは推進プロペラ軸減速装置の逆転クラッチ投入が可能な回転速度にまで急減速する。このため、船を急速停止するクラッシュアスターン操縦モードに入ってから短時間のうちに船を後進操縦に移行させることができ、この間の船の惰力航走距離を大幅に短縮することができる。従ってこの間の船の衝突の危険を大きく回避できるほか、危険回避のための操船者にかかる負担を著しく軽減することができる。
【0045】
なお、推進プロペラの逆転運転を開始してから、船が慣性前進状態から停止に至った時点でオートパイロット操舵装置1のクラッシュアスターン舵角制御演算器1cを制御系から切り離し、普通、手動舵輪操舵系1bに切り替えて、左右舷舵3p、3sの制御に移行させる。
【0046】
図5は本発明の他の実施の形態を示すものである。図5において、クラッシュアスターン舵角制御演算器1cには、主機関操縦システム8からの信号ラインが接続されており、クラッシュアスターン操縦モードに入ったときに、主機関への燃料供給遮断の信号ICAおよび推進プロペラの逆転運転を開始してから一定時間経過後にそのことを発信する信号IPRが主機関操縦システム8から信号ラインを通してクラッシュアスターン舵角制御演算器1cに入力される。
【0047】
上記した構成により、船がクラッシュアスターン操縦モードになれば信号ICAを受けてリレーRYにより自動操舵系1aあるいは手動舵輪操舵系1bから左舷制御増幅器5pおよび右舷制御増幅器5sへの入力信号を自動的に遮断し、左右舷制御増幅器5p、5sをクラッシュアスターン舵角制御演算器1cの制御支配下に移行させる。以後は先の操作例3と同様にして、左右舷舵3p、3sをそれぞれ取舵、面舵一杯に転舵して船の惰力前進に対する制動力を与え、船が後進操縦モード、すなわち推進プロペラの逆転運転に移行して一定時間後に船の前進が止まれば、信号IPRを受けて自動的にオートパイロット操舵装置1のクラッシュアスターン舵角制御演算器1cでの制御を遮断し、手動舵輪操舵系1bでの制御に移行する。
【0048】
次に、船の減速航行を行う場合の作用を説明する。
(操作例4)
船をディーゼル主機関の許容最低回転数(デッドスロー)に相当する速力以下の速力に減速させる場合、先ず、直進の場合について説明すると、オートパイロット操舵装置1の手動舵輪操舵系1bの舵輪1b′は中立位置に置いて、ブレーキ力制御系1dのレバー1d′を引く。そうすれば、左舷制御増幅器5pに対しては左舷舵3pを左舷方向にレバー1d′の角度に応じた角度に転舵する制御信号を出し、右舷制御増幅器5sに対しては右舷舵3sを右舷方向に同じ角度に転舵する制御信号を出す。これら制御信号によってそれぞれ左右舷油圧ポンプユニット6p、6sが作動し、舵角フィードバックが働いて、左右舷舵3p、3sはそれぞれ外舷方向に同じ角度で、ブレーキ力制御系1dのレバー1d′の角度に応じた大きさの舵角位置に保持される。
【0049】
この状態では推進プロペラの後流により舵3p、3sに同じ抗力が発生するから、推進プロペラによる前進推力は舵3p、3sの抗力により減殺され、その分だけ船の速力を減少させることができる。二枚の舵3p、3sに作用する抗力は同じ大きさであるから、また、各舵には揚力も発生するが、これら揚力は同じ大きさで反対方向であり、揚力同士で相殺されるから、いずれも船の直進に影響を及ぼさない。
【0050】
減速の度合いを更に大きくするためには、ブレーキ力制御系1dのレバー1d′を更に大きな角度まで引く。すると左右舷舵3p、3sのそれぞれ外舷方向に同じ角度だけ転舵される角度が大きくなり、舵3p、3sに発生する抗力が更に大きくなって、推進プロペラによる前進推力が更に大きく減殺され、船は更に大きく減速される。
【0051】
この減速航行において船を旋回させる場合は、オートパイロット操舵装置1の手動舵輪操舵系1bの舵輪1b′を旋回したい方向に、必要な旋回の程度に応じて回す。これにより、舵角制御演算器2は、ブレーキ力制御系1dからの信号δjと手動舵輪操舵系1bからの信号δiを関連づけて、船の減速を維持しつつ船尾に所定の横力を与えるような舵3p、3sのそれぞれの舵角を演算し、左右舷舵角制御演算器2p、2sにより左右舷舵3p、3sをそれぞれの舵角になるように作動させる。
【0052】
上記横力は二枚の舵3p、3sの揚抗力特性、舵回転中心間距離、舵のバランス比などの因子により左右されるので、設計段階において予め、模型試験あるいはシミュレーション計算により、各舵角の組み合わせと横力および併せて縦力との関係を把握する必要がある。一実施例として、図6は、ブレーキ力制御系1dのレバー1d′の操作角度と手動舵輪操舵系1bの舵輪1b′の操作角度に対する各舵3p、3sの作動角度との関係を示したものである。
【0053】
図7〜図8は、船がバウスラスターを装備する場合について、本発明の他の実施の形態を示すものである。先に図1〜図6において説明した技術と基本的に同様の作用を行う部材については、同一番号を付して説明を省略する。
【0054】
図7〜図8に示すように、オートパイロット操舵装置1には横移動制御系1eを設ける。横移動制御系1eは、その横移動制御用レバー1e′により命令信号δkが舵角制御演算器2に入力されると、演算により左右舷舵角制御演算器2p、2sに対しては、左右舷舵3p、3sを命令信号δkの大きさと方向に応じた横推力を発生する舵角の組み合わせになるように命令信号を与え、それと同時にバウスラスター9に対して命令信号δkの大きさと方向に応じた横推力を発生する運転になるように命令信号を与える。
【0055】
従って、船尾部における左右舷舵3p、3sに作用する横推力と船首部におけるバウスラスター9に作用する横推力とにより、船を横移動させることができる。
【0056】
なお、この状態においてバウスラスター9のみを、あるいは舵3p、3sのみを逆方向の横推力を発生させるような操作手段を加えることもできる。この場合、船をその場でスピン運動させることができる。
【0057】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、二枚舵を有する船舶において、オートパイロット操舵装置は、旋回あるいは回頭操縦時には、二枚の舵による推進プロペラ後流の偏流の相互干渉作用の影響を受けることなく効果的に舵力を発生させることができるように二枚の舵を制御でき、舵取機の必要作動角度範囲を小さくすることができる。また、船の急速停止(クラッシュアスターン)操縦時には、二枚の舵によって船の惰力前進に対する制動力を与えて船の停止に至るまでの航走距離を著しく短縮させることができる。また、主機関がディーゼル機関で推進プロペラが固定ピッチの場合でも、船速をディーゼル主機関の許容最低回転数(デッドスロー)に相当する速力以下の任意の船速に減速し、方向も制御することができる。さらに、バウスラスターを装備した船においては、オートパイロット操舵装置における1本の操作レバーで極めて容易に船の横移動操縦ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態における二枚舵を有する船舶の舵角制御システムの回路説明図である。
【図2】同二枚舵を有する船舶の舵角制御システムの操作例1における旋回操縦時の舵角命令信号と各舵の操舵量との関係を示す図である。
【図3】同二枚舵を有する船舶の舵角制御システムの操縦スタンドの外形を示す鳥瞰図である。
【図4】同二枚舵を有する船舶の舵角制御システムの操作例2による旋回操縦時の舵角命令信号と各舵の操舵量との関係を示す図である。
【図5】本発明の他の実施の形態における二枚舵を有する船舶の舵角制御システムの回路説明図である。
【図6】同二枚舵を有する船舶の舵角制御システムの舵輪操作とブレーキ力制御レバー操作に対する舵の転舵位置の一実施例を示す説明図である。
【図7】本発明のさらに他の実施の形態における二枚舵を有する船舶の舵角制御システムの回路説明図である。
【図8】同二枚舵を有する船舶の舵角制御システムの操縦スタンドの外形を示す鳥瞰図である。
【図9】従来の二枚舵を有する船舶の舵角制御システムの回路説明図である。
【符号の説明】
1 オートパイロット操舵装置
1′ 操縦スタンド
1a 自動操舵系
1b 手動舵輪操舵系
1b′ 舵輪
1c クラッシュアスターン舵角制御演算器
1d ブレーキ力制御系
1d′ レバー
1e 横移動制御系
1e′ レバー
2 舵角制御演算器
2p 左舷舵角制御演算器
2s 右舷舵角制御演算器
3p 左舷舵
3s 右舷舵
4p 左舷舵取機
4s 右舷舵取機
5p 左舷制御増幅器
5s 右舷制御増幅器
6p 左舷油圧ポンプユニット
6s 右舷油圧ポンプユニット
7p 左舷フィードバック装置
7s 右舷フィードバック装置
8 主機関操縦システム
9 バウスラスター
PB 急速停止押釦
RY リレー
δM 外舷最大転舵角度
δT 内舷最大転舵角度
δi 舵角命令信号
δj ブレーキ制御信号
δk 横移動制御信号
δp 左舷制御信号
δs 右舷制御信号
ICA 主機関燃料供給遮断信号
IPR 推進プロペラ逆転信号
δfp 左舷舵角フィードバック信号
δfs 右舷舵角フィードバック信号[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a rudder angle control system for a ship having two rudders.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, as a rudder angle control system for a ship having two rudders, for example, as shown in FIG. 9, a pair of
[0003]
That is, when the steering angle command signal δi is issued from the
[0004]
The moving amount of the
[0005]
On ships equipped with bow thrusters, the bow thrusters were controlled independently and independently.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the rudder angle control system using the conventional autopilot steering device, since the two rudders are operated in synchronization with each other, when the rudder angle increases, after the propulsion propeller between the port rudder and the starboard rudder, There is a problem that mutual interference between the drifts of the flow occurs, and the steering force cannot be generated effectively.
[0007]
In addition, the maximum steering angle in the outboard direction is also the maximum steering angle in the inboard direction at the same time, so the operating angle range of the rudder is inevitably large. However, there has been a problem that the maximum steering angle must be limited, and thus a large steering force cannot be obtained.
[0008]
Furthermore, when two rudders are provided, turning each of the two rudders to the outboard direction generates a braking force against the progress of the ship. In spite of the fact that this characteristic can be used, such control has not been performed in the conventional autopilot steering device.
[0009]
In the case of quick stop (crash astern) maneuvering of a ship, the forward propeller is stopped by reversing the main engine or reversing the clutch provided in the propeller shaft reduction gear to reverse the rotation direction of the propeller. And the vehicle is shifted to the reverse state.
[0010]
At this time, even if the fuel to the main engine is shut off, the hull continues to move forward due to the large inertial force, and the propelling propeller idles. If the propulsion propeller is operated in reverse in this state, an overload occurs in the propulsion system.Therefore, after the forward speed of the hull due to inertia, that is, the free rotation speed of the propeller, naturally decreases to a certain value, the reversal operation of the main engine or the reduction gear Clutch reverse operation.
[0011]
For this reason, it takes a long time to be able to apply reverse thrust to the ship, and during that time, the ship continues to coast forward for a very long distance by inertia, increasing the risk of collision. In addition, there was another problem that a great deal of labor was required for the ship operator to avoid danger.
[0012]
Furthermore, if the main engine is a diesel engine and the propeller has a fixed pitch, the main engine cannot be lowered below the allowable minimum speed of dead throw (extremely slow speed), leaving high ship speed in charge. Although there is a problem, when two rudders are provided, each of the two rudders is steered to the outboard direction and the turning angle is controlled, so that the maximum possible angle of the rudder in the outboard direction is obtained. Despite being able to reduce the boat speed to any speed below the speed corresponding to the dead throw of the diesel main engine and to control the direction within the specified range, in the conventional autopilot steering device, No such control was performed.
[0013]
Furthermore, on ships equipped with bow thrusters, the bow thrusters and rudders have been operated independently and conventionally, so the bow thrusters that move the bow horizontally and the rudders that move the stern horizontally move. In order for the entire ship to traverse as intended in a comprehensive harmony, the skill and great mental burden of the pilot were required.
[0014]
The present invention is to solve the above-mentioned problem, and in a ship having two rudders, even when controlling the rudder to a large rudder angle during turning or turning operation of the ship, the drift of the wake of the propelling propeller due to the two rudders is reduced. It is possible to effectively generate a steering force by being less susceptible to mutual interference, and to reduce the required operating angle range of the steering gear despite the large maximum turning angle. When maneuvering a ship quickly (crash astern), the two rudders can be used as a braking force against the progress of the ship, making it possible to greatly reduce the quick stop distance of the ship. By using two rudders, it is possible to reduce the speed to below the ship speed corresponding to the minimum permissible rotation speed of the diesel main engine and to control the direction.In addition, on ships equipped with bow thrusters, Hull lateral movement And to provide a steering angle control system according to autopilot steering device that allows to operate in association with each rudder and bow thruster to.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, a rudder angle control system for a boat having two rudders according to the present invention according to claim 1, comprises a pair of propulsion propellers disposed behind a propulsion propeller at a position symmetrical with respect to a propulsion propeller axis. A two-rudder system in which a rudder is provided and the rudder angle of each rudder is controlled by an autopilot steering device, or one rudder is provided behind each of two propulsion propellers, and the rudder angle of each rudder is set by the autopilot steering device In the controlled two-rudder system, the autopilot steering device has a control function of operating the maximum steering angle of each rudder in the outward direction larger than the maximum steering angle in the inboard direction.
[0016]
With the above-described configuration, when turning two rudders to the maximum steering angle in the same direction at the time of turning or turning maneuvering of the ship, that is, for example, in the case of steering, the port rudder changes to the maximum steering angle in the port direction, and When the starboard rudder is rotated in the port direction to the maximum steering angle smaller than the maximum steering angle of the port rudder, respectively, the influence of the mutual interference of the drift of the wake of the propeller by the port rudder and the starboard rudder is reduced. Thus, the steering force can be generated effectively, and the required operating angle range of the steering gear can be reduced.
[0017]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a rudder angle control system for a boat having two rudders, wherein the autopilot steering device includes a quick stop steering function circuit for steering each rudder at the time of a quick stop and a rapid stop steering function circuit for activating the quick stop steering function circuit. It has a stop push button, and the quick stop steering function circuit has a control function of operating each rudder to the maximum steering angle in the outward direction.
[0018]
With the above configuration, at the time of crash astern maneuver (quick stop maneuver) at the time of a quick stop of the ship, the quick stop push button of the autopilot steering device is activated to activate the quick stop maneuvering function circuit, and the port rudder and the starboard rudder are respectively released. By turning the ship to the maximum turning angle in the sideward direction, a braking force against the progress of the ship can be generated. Therefore, since the ship is rapidly decelerated, the ship can be shifted from the forward maneuver to the reverse maneuver in a short time, and the stopping distance of the ship can be significantly reduced.
[0019]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a rudder angle control system for a ship having two rudders, wherein the autopilot steering device has a quick stop steering function circuit for steering each rudder at the time of a quick stop. In the crash astern maneuver, the vehicle has a control function of operating each rudder to a maximum steering angle in the direction of the outboard side in response to a fuel supply cutoff signal transmitted from the main engine maneuvering system.
[0020]
With the above-described configuration, when performing crash astern maneuvering of a ship, without performing a special operation such as pressing a quick stop push button of an autopilot steering device, upon receiving a signal transmitted by a main engine steering system in crash astern maneuvering. The quick stop maneuvering function circuit is activated to automatically steer the port rudder and the starboard rudder to the respective outboard directions to the maximum steering angle, thereby generating a braking force against the progress of the ship. Therefore, since the ship is rapidly decelerated, the ship can be shifted from the forward maneuver to the reverse maneuver in a short time, and the stopping distance of the ship can be significantly reduced.
[0021]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a rudder angle control system for a ship having two rudders, wherein the autopilot steering device controls a decelerating motion of the ship by a manual rudder steering system for controlling turning or turning motion of the ship and a rudder. It has a brake force control system, and has a control function of controlling the two rudders by associating the control by the manual steering control system with the control by the brake force control system.
[0022]
With the configuration described above, even when the main engine is a diesel engine and the propelling propeller has a fixed pitch, the two rudders are each steered to the outboard direction, and by adjusting the angles, the rudder outboard direction is adjusted. The boat speed is reduced to any speed below the speed corresponding to the minimum permissible rotation speed (dead throw) of the diesel main engine within the range specified by the maximum angle possible, and the left and right rudder By adjusting the angle, the direction of the ship can also be controlled.
[0023]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a rudder angle control system for a boat having two rudders, wherein the autopilot steering device has a lateral movement steering function circuit for operating each rudder and bow raster in association with each other when the hull is laterally moved. Things.
[0024]
With the above-described configuration, by operating the lateral movement control lever in one of the port and starboard directions during the lateral movement of the ship, the two rudders are combined with a combination of the rudder angles for laterally moving the stern. Being automatically controlled, the bow thruster is operated to produce lateral thrust in the same direction, allowing the ship to move sideways. Therefore, since it is not necessary to separately adjust the lateral movement of the stern part by the rudder and the lateral movement of the bow part by the bow raster, the lateral movement of the ship becomes extremely easy, and the burden on the operator is significantly reduced. be able to.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In FIG. 1, the two-wheel steering system includes an autopilot steering device 1, a
[0026]
The autopilot steering device 1 forming the steering angle control system controls the operations of the
[0027]
The
[0028]
The steering angle control
[0029]
This function f (δi) Differs depending on the rudder type, stern structure, etc., and is set so as to be an optimal function formula. For example, when the
[0030]
The crash astern rudder
[0031]
Also, the quick stop push button P of the crash astern steering
[0032]
Next, based on the command signal δj, the brake force control system 1d of the autopilot steering device 1 causes the
[0033]
The steering angle control calculator 2 has a functional circuit for performing information calculation processing by associating information of the brake force control system 1d with information of the manual
FIG. 3 shows an embodiment of the steering stand 1 'of the autopilot steering apparatus 1 described above. The manual operation is performed by the
[0034]
Hereinafter, the operation of the above configuration will be described. First, the turning or turning operation of the ship will be described.
(Operation example 1)
From the
[0035]
At this time, regarding the operation of the
[0036]
On the other hand, regarding the operation of the
[0037]
Therefore, between the
[0038]
Rudder angle command signal δ in rudder directioniIs issued, the left and right sides are reversed from those in the steering direction, and the same operation is performed.
(Operation example 2)
In the range of the relatively small steering angle, in consideration of the small influence of the mutual interaction of the water flows due to the drift of the wake of the propeller between the two rudders, the control signals δp, The function operation of δs can be simplified.
[0039]
For example, in the case of turning (steering) to the port side, regarding the operation of the
[0040]
In the case of steering to the starboard side (facing rudder), the steering angle command signal δ for the operation of the port rudder 3p.iIs the maximum steering angle δTΔp = δ in a range smaller thaniAnd a steering angle command signal δiIs the maximum steering angle δTΔp = δ in the range larger thanT(Constant) port control signal δp. Regarding the operation of the
[0041]
In the above-described operation, the port-side maximum steering angle δ is provided between the
[0042]
Next, the operation when the ship is stopped quickly will be described.
(Operation example 3)
To stop the ship quickly, enter crash astern maneuvering mode. In the crash astern maneuver, when the fuel to the main engine during forward operation is cut off, the quick stop push button P of the crash astern steering
[0043]
The crash astern rudder angle
[0044]
In this state, the left and
[0045]
After the reverse operation of the propulsion propeller is started, the crash astern steering
[0046]
FIG. 5 shows another embodiment of the present invention. In FIG. 5, a signal line from the main
[0047]
With the above arrangement, if the ship enters the crash astern maneuvering mode, the signal ICAReceiving relay RYAutomatically cuts off input signals from the
[0048]
Next, an operation in the case where the ship performs decelerated navigation will be described.
(Operation example 4)
When the ship is decelerated to a speed lower than the speed corresponding to the minimum permissible rotational speed (dead throw) of the diesel main engine, first, the case of going straight will be described. First, the
[0049]
In this state, the same drag is generated at the
[0050]
To further increase the degree of deceleration, the lever 1d 'of the braking force control system 1d is pulled to a larger angle. Then, the angle at which the left and
[0051]
When turning the ship in this deceleration navigation, the
[0052]
Since the lateral force depends on factors such as the lift-drag characteristics of the two
[0053]
7 and 8 show another embodiment of the present invention in a case where a ship is equipped with a bow thruster. Members that perform basically the same operations as the techniques described above with reference to FIGS. 1 to 6 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
[0054]
As shown in FIGS. 7 and 8, the autopilot steering device 1 is provided with a lateral movement control system 1e. When the command signal δk is input to the steering angle control computing unit 2 by the lateral movement control lever 1e ', the lateral movement control system 1e calculates the left and right steering angle
[0055]
Therefore, the ship can be laterally moved by the lateral thrust acting on the
[0056]
In this state, it is also possible to add an operation means for generating reverse thrust only in the
[0057]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in a ship having two rudders, the autopilot steering device is affected by the mutual interference of the drifts of the wake of the propelling propeller due to the two rudders when turning or turning. It is possible to control the two rudders so that the rudder force can be generated effectively without causing the required steering angle range of the steering gear to be reduced. In addition, when maneuvering the ship quickly (crash astern), the two rudders apply braking force against the coasting advance of the ship, so that the cruising distance until the ship stops can be significantly reduced. In addition, even when the main engine is a diesel engine and the propelling propeller has a fixed pitch, the boat speed is reduced to any speed below the speed corresponding to the minimum allowable rotation speed (dead throw) of the diesel main engine, and the direction is controlled. be able to. Further, in a ship equipped with bow thruster, the lateral movement of the ship can be controlled very easily with one operating lever in the autopilot steering device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram illustrating a rudder angle control system for a boat having two rudders according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a steering angle command signal and a steering amount of each rudder at the time of turning steering in an operation example 1 of the rudder angle control system for a boat having the two rudders.
FIG. 3 is a bird's-eye view showing an outer shape of a control stand of the rudder angle control system for a ship having the two rudders.
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a steering angle command signal and a steering amount of each rudder at the time of turning steering according to a second operation example of the rudder angle control system for a ship having the two rudders.
FIG. 5 is a circuit diagram of a rudder angle control system for a boat having two rudders according to another embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing one embodiment of a rudder turning position with respect to steering operation and brake force control lever operation of a boat rudder angle control system having the two-wheel rudder.
FIG. 7 is a circuit diagram of a rudder angle control system for a boat having two rudders according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a bird's-eye view showing an outer shape of a steering stand of the rudder angle control system for a boat having the two rudders.
FIG. 9 is a circuit diagram of a conventional rudder angle control system for a boat having two rudders.
[Explanation of symbols]
1 Autopilot steering system
1 'steering stand
1a Automatic steering system
1b Manual steering system
1b 'steering wheel
1c @ Crash astern steering angle control calculator
1d braking force control system
1d 'lever
1e lateral movement control system
1e 'lever
2 steering angle control calculator
2p port rudder angle control calculator
2s starboard steering angle control calculator
3p port rudder
3s starboard rudder
4p port port steering
4s starboard steering gear
5p port control amplifier
5s starboard control amplifier
6p port port hydraulic pump unit
6s starboard hydraulic pump unit
7p port port feedback device
7s starboard feedback device
8. Main engine operation system
9 Bow Raster
PBQuick stop push button
RYRelay
δM最大 Maximum steering angle on outboard
δT最大 Maximum steering angle on inboard
δiRudder angle command signal
δj brake control signal
δk lateral movement control signal
δp port control signal
δs starboard control signal
ICAMain engine fuel supply cutoff signal
IPRPropulsion propeller reverse signal
δfpPort rudder angle feedback signal
δfsStarboard steering angle feedback signal
Claims (5)
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