DE102009032577A1

DE102009032577A1 - Verfahren zur Verminderung einer Vertikalbewegung eines Wasserfahrzeugs

Info

Publication number: DE102009032577A1
Application number: DE102009032577A
Authority: DE
Inventors: Luitpold Miller; Qinghua Dr. Zheng; Florian Dr. Dignath
Original assignee: Howaldtswerke Deutsche Werft GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Marine Systems GmbH
Priority date: 2009-07-10
Filing date: 2009-07-10
Publication date: 2011-01-20
Also published as: EP2275342B1; ES2528054T3; KR20120065461A; KR101310247B1; PL2275342T3; EP2275342A1

Abstract

Bei dem Verfahren zur Verminderung einer Vertikalbewegung eines Wasserfahrzeugs wird zunächst ein Vertikalbewegungsresonanzbereich für Bewegungszustände des Wasserfahrzeugs bestimmt, dann während der Fahrt der Bewegungszustand des Wasserfahrzeugs zumindest teilweise erfasst und ermittelt, ob dieser im Vertikalbewegungsresonanzbereich liegt, wonach dann, wenn festgestellt wird, dass dieser im Vertikalbewegungsresonanzbereich liegt, die Fahrgeschwindigkeit des Wasserfahrzeugs und/oder der Kurs geändert wird, bis der Vertikalbewegungsresonanzbereich verlassen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verminderung einer Vertikalbewegung eines Wasserfahrzeugs.
Bei Wasserfahrzeugen, beispielsweise bei Frachtschiffen, aber auch bei Unterseebooten, ist es erforderlich, die Schiffsstabilität während der Fahrt zu gewährleisten. Es ist bekannt, dass bei bestimmten Seegangsbedingungen Schwingungsbewegungen des Wasserfahrzeugs mit vertikalem Bewegungsanteil angeregt werden können, insbesondere Rollschwingungen. Derartige Vertikalbewegungen führen im Resonanzfall zu stark erhöhten Abweichungen von der Solllage des Wasserfahrzeugs. So treten beispielsweise bei parametererregten Rollschwingungen bisweilen Rollwinkel größer als 20° auf. Insbesondere bei Unterseebooten können aufgrund der massengeometrischen Eigenschaften des Schiffrumpfes starke parametererregte Rollbewegungen auftreten. So sind bei Unterseebooten sogar Rollwinkel von mehr als 40° bekannt geworden.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit welchem die Vertikalbewegung eines Wasserfahrzeugs vermindert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung angegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient der Verminderung einer Vertikalbewegung eines Wasserfahrzeugs. Hierzu wird zunächst ein Vertikalbewegungsresonanzbereich für Bewegungszustände des Wasserfahrzeugs bestimmt. Dann wird während der Fahrt der Bewegungszustand des Wasserfahrzeugs zumindest teilweise erfasst und ermittelt, ob dieser im Vertikalbewegungsresonanzbereich liegt.
Unter einer Bestimmung des Vertikalbewegungsresonanzbereichs im Sinne dieser Erfindung kann zum einen eine Bestimmung dieses Vertikalbewegungsresonanzbereichs vor Fahrtantritt des Wasserfahrzeugs zu verstehen sein. Zum anderen kann hierunter jedoch auch eine, insbesondere wiederholte bzw. kontinuierliche, Bestimmung des Vertikalbewegungsresonanzbereichs während der Fahrt zu verstehen sein. Der Vertikalbewegungsresonanzbereich kann erfindungsgemäß allerdings auch implizit bestimmt werden, indem festgestellt wird, ob ein Aufklingen der Vertikalbewegung erfolgt, d. h. ohne den Resonanzbereich vorab zu bestimmen, wird durch Beobachtung der Bewegung des Wasserfahrzeugs festgestellt, ob die Bewegung resonanztypische Merkmale aufweist. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn sich die dynamischen Eigenschaften des Wasserfahrzeugs verändern z. B. durch unterschiedliche Beladungszustände oder Umbauten.
Wenn festgestellt wird, dass der Bewegungszustand des Wasserfahrzeugs im Vertikalbewegungsresonanzbereich liegt, wird gemäß der Erfindung die Fahrgeschwindigkeit und/oder der Kurs des Wasserfahrzeugs geändert, bis der Vertikalbewegungsresonanzbereich verlassen ist. Auf diese Weise können Vertikalbewegungen vermindert bzw. ihr Anwachsen vermieden werden. Die verminderte Vertikalbewegung erhöht die Fahrsicherheit enorm. So wird ein Kentern des Wasserfahrzeugs sowie ggf. das Verrutschen bzw. der Verlust von Ladung sicher vermieden. Zudem erhöht sich bei verminderter Vertikalbewegung der Fahrkomfort für die Besatzung.
Ist der Vertikalbewegungsresonanzbereich verlassen, so werden bevorzugt der ursprünglich vorgesehene Kurs und die ursprünglich vorgesehene Geschwindigkeit für das Wasserfahrzeug wieder eingenommen. Auf diese Weise muss von dem geplanten Fahrtverlauf nur kurzzeitig abgewichen werden, so dass sich bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch die vorgesehene Gesamtfahrtdauer allenfalls unwesentlich ändert.
Unter einer Vertikalbewegung im Sinne dieser Erfindung ist jede Dreh- bzw. Versatzbewegung um bzw. entlang einer Hauptträgheitsachse des Wasserfahrzeugs zu verstehen, die einen vertikalen Bewegungsanteil aufweist. So fallen beispielsweise die Hub- sowie die Stampfbewegung unter die Vertikalbewegung.
Insbesondere bildet die Rollbewegung des Wasserfahrzeugs die Vertikalbewegung und ein Rollbewegungsresonanzbereich den Vertikalbewegungsresonanzbereich. Auf diese Weise werden gerade Rollbewegungen vermindert, die Fahrsicherheit und Fahrkomfort besonders häufig gefährden.
Bevorzugt wird bzw. werden bei dem Verfahren der Kurs und/oder die Fahrgeschwindigkeit des Wasserfahrzeugs abhängig von der zuvor ermittelten Ausbreitungsgeschwindigkeit und/oder der Ausbreitungsrichtung der Wasserwellen geändert. Auf diese Weise können beispielsweise bestimmte Begegnungsfrequenzen der Wasserwellen mit dem Wasserfahrzeug vermieden werden, bei welchen ein großer Anteil der Bewegungsenergie des Seegangs in die Vertikalbewegung einkoppeln kann.
Vorzugsweise wird bei dem Verfahren zumindest durch Ermittlung der Begegnungsfrequenz der Wasserwellen mit dem Wasserfahrzeug festgestellt, ob der Bewegungszustand des Wasserfahrzeugs im Vertikalbewegungsresonanzbereich liegt. So können Wasserwellen insbesondere dann Vertikalbewegungen im Vertikalbewegungsresonanzbereich anregen, wenn die Begegnungsfrequenz der Wasserwellen mit dem Wasserfahrzeug nahe einer Resonanzfrequenz einer Vertikalbewegungsresonanz liegt. Die Begegnungsfrequenz der Wasserwellen mit dem Wasserfahrzeug kann beispielsweise gemessen werden, indem periodische Bewegungen des Wasserfahrzeugs selbst erfasst werden, etwa durch Messung der Stampfbewegung des Wasserfahrzeugs.
Bevorzugt wird bei dem Verfahren der Vertikalbewegungsresonanzbereichs durch Ermittlung zumindest einer Resonanzfrequenz der Vertikalbewegung bestimmt. Insbesondere stellt der Vertikalbewegungsresonanzbereich ein Frequenzintervall dar, welches die Resonanzfrequenz einschließt. Alternativ oder zusätzlich kann der Vertikalbewegungsresonanzbereich durch einen ganzzahligen Bruchteil, beispielsweise der Hälfte, bzw. durch ein ganzzahliges Vielfaches der Resonanzfrequenz der Vertikalbewegung bestimmt sein. Ferner ist der Vertikalbewegungsresonanzbereich in bevorzugten Weiterbildungen des Verfahrens durch eine oder mehrere Frequenzen gebildet, welche mit zumindest einer Resonanzfrequenz der Vertikalbewegung in einem rationalen Verhältnis stehen.
In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ggf. die Phase der dem Wasserfahrzeug begegnenden Wasserwellen relativ zu schwingungsartigen Vertikalbewegungen des Wasserfahrzeugs durch Kurs- bzw. Fahrgeschwindigkeitsänderungen des Wasserfahrzeugs geändert. Beispielsweise können schwingungsartige Vertikalbewegungen des Wasserfahrzeugs bei geeigneter Phase durch den Seegang gedämpft werden.
Zweckmäßigerweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Bewegungszustand des Wasserfahrzeugs zumindest teilweise erfasst, indem zumindest eine Komponente des Ortes und/oder der Orientierung des Wasserfahrzeugs und/oder ihre – insbesondere erste – zeitliche Ableitung bestimmt wird. In bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung wird alternativ oder zusätzlich zumindest eine weitere, insbesondere die zweite, zeitliche Ableitung der Komponente bestimmt. Unter der Bestimmung der vorgenannten Größen kann erfindungsgemäß zum einen eine rechnerische Bestimmung zu verstehen sein, etwa derart, dass eine zeitliche Ableitung der zu bestimmenden Größen zeitlich integriert wird. Eine alternative rechnerische Bestimmung kann derart erfolgen, dass die zu bestimmende Größe selbst eine zeitliche Ableitung einer erfassten Größe darstellt und aus dem zeitlichen Verlauf dieser erfassten Größe errechnet wird. Zum anderen kann unter Bestimmung auch eine Messung zu verstehen sein, beispielsweise mittels Sensoren wie Beschleunigungssensoren oder Rollratenmessern. Besonders bevorzugt wird der Bewegungszustand des Wasserfahrzeugs erfasst, indem zumindest zwei der oben genannten Komponenten zueinander in Beziehung gesetzt werden. Idealerweise werden dazu der Verlauf des Rollwinkels und die Vertikalposition des Wasserfahrzeugs miteinander verknüpft.
Bevorzugt werden zur zumindest teilweisen Erfassung des Bewegungszustandes des Wasserfahrzeugs und/oder der Ausbreitungsrichtung und/oder -geschwindigkeit der Wasserwellen Daten eines satellitengestützten Navigationssystems herangezogen. Somit können die erfassten Daten zum Bewegungszustand des Wasserfahrzeugs bzw. der Bewegung der Wasserwellen beispielsweise ins erdfeste Koordinatensystem transformiert werden. Auf diese Weise kann der Einfluss von Kurs- und/oder Geschwindigkeitsänderungen des Wasserfahrzeugs aus den Daten zum Bewegungszustand des Wasserfahrzeugs bzw. zur Bewegung der Wasserwellen herausgerechnet werden. Beispielsweise können dann diese Daten mit einem geeigneten Filter verarbeitet werden, dessen Zeitkonstante nicht durch Zeitskalen, auf welchen Kursänderungen geschehen, nach oben begrenzt ist. Beispielsweise kann eine Filterung auf langen Zeitskalen zweckmäßig sein, um eine möglichst genaue Bestimmung der Ausbreitungsrichtung der Wasserwellen zu erreichen.
Zweckmäßigerweise erfolgt bei dem Verfahren die Änderung von Kurs und/oder Fahrgeschwindigkeit des Wasserfahrzeugs mittels zumindest einer Maschine und/oder zumindest eines Aktors des Wasserfahrzeugs selbsttätig. Beispielsweise handelt es sich bei diesen Aktoren um das oder die Seitenruder oder Querstrahlruder. Bevorzugt werden sämtliche verfügbaren Aktoren und/oder die Maschine des Wasserfahrzeugs zu diesem Zweck eingesetzt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung wird bei dem Verfahren die Vertikalbewegungsdämpfung erhöht, sofern der Bewegungszustand des Wasserfahrzeugs innerhalb des Vertikalbewegungsresonanzbereichs gelegen ist. Beispielsweise wird die Vertikalbewegungsdämpfung über ein unterlagertes Regelungsverfahren erhöht, welches der Vertikalbewegung entgegenwirkt.
Zweckmäßigerweise wird die Vertikalbewegungsdämpfung mittels zumindest einer oder mehrerer Einrichtungen aus der Gruppe Maschine, seitlich angebrachte Flossen zur Rollstabilisierung, Seitenruder, Tiefenruder beispielsweise geteilte, gegenläufig bewegte Tiefenruder und/oder ggf. weitere Aktoren erhöht. Diese Aktoren müssen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht allein zur Dämpfung der Vertikalbewegung zur Verfügung stehen, sondern können zugleich auch zur Änderung von Kurs und/oder Fahrgeschwindigkeit des Wasserfahrzeugs wie oben beschrieben eingesetzt werden. Dazu werden ggf. die Ansteuerungen der Maschine bzw. der Aktoren – beispielsweise zur Einstellungen von Ruder-/Flossenwinkeln, Maschinenleistung, etc. – zwecks Änderung von Kurs bzw. Fahrgeschwindigkeit des Wasserfahrzeugs sowie zwecks Vertikalbewegungsdämpfung geeignet überlagert. Beispielsweise kann die Dämpfung durch die Maschine bzw. durch die Aktoren in Regelkreisen berücksichtigt werden, welche zur Änderung von Kurs bzw. Fahrgeschwindigkeit des Wasserfahrzeugs ausgebildet sind. Umgekehrt können die Ansteuerungen zur Änderung von Kurs bzw. Fahrgeschwindigkeit auch in unterlagerten Regelkreisen zur Dämpfung der Vertikalbewegung mittels der Maschine bzw. der Aktoren erfolgen. Beispielsweise können die jeweiligen Ansteuerungen in einer entsprechenden Regelung addiert werden.
Vorteilhafterweise wird bei dem Verfahren die Stärke der Erregung der Vertikalbewegung bei einem Bewegungszustand des Wasserfahrzeugs innerhalb des Vertikalbewegungsresonanzbereichs durch die Änderung der Stampfamplitude des Wasserfahrzeugs verringert, vorzugsweise durch ein unterlagertes Regelungsverfahren, welches der Stampfbewegung entgegenwirkt. Relevant ist dies insbesondere in dem Fall, in welchem der Vertikalbewegungsresonanzbereich durch einen Rollbewegungsresonanzbereich gebildet ist. Gerade Stampfbewegung und Rollbewegung koppeln untereinander häufig stark, so dass Stampfbewegungen bei entsprechender Frequenz Rollbewegungen resonant treiben können. Ferner bevorzugt wird bei einem Bewegungszustand des Wasserfahrzeugs innerhalb des Vertikalbewegungsresonanzbereichs die Stärke der Erregung der Vertikalbewegung durch die Änderung des Gierwinkels des Wasserfahrzeugs verringert, vorzugsweise durch eine unterlagerte Regelung.
Zweckmäßigerweise wird die Stampfamplitude mittels zumindest eines Tiefenruders des Wasserfahrzeugs beeinflusst.
Geeigneterweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Bewegungszustand des Wasserfahrzeuges über eine Trägheitsplattform ermittelt.
Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Verminderung der Vertikalbewegung eines Unterseebootes ausgeführt. Gerade bei Unterseebooten können bei Überwasserfahrt insbesondere parametererregte Rollschwingungen in verstärkter Form auftreten, da ihr Schiffsrumpf regelmäßig nicht zur Vermeidung von Rollbewegungen optimiert ist. Vielmehr weisen Unterseeboote für das Rollverhalten ungünstige massengeometrische Verhältnisse auf. Diese ungünstigen Umstände werden durch das erfindungsgemäße Verfahren geeignet kompensiert.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zur Ausführung des Verfahrens wie zuvor beschrieben. Die Vorrichtung weist Mittel zur Erfassung zumindest eines Teils des Bewegungszustandes des Wasserfahrzeugs auf. Ferner sind Mittel zur Steuerung des Kurses und/oder der Fahrgeschwindigkeit des Wasserfahrzeugs vorgesehen. Zudem ist eine elektronische Regeleinrichtung vorhanden, welche zum Vergleich des Bewegungszustandes des Wasserfahrzeugs mit einem Vertikalbewegungsresonanzbereich und zur Änderung des Kurses und/oder der Fahrgeschwindigkeit des Wasserfahrzeugs in Abhängigkeit vom Ergebnis dieses Vergleichs ausgebildet ist.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 schematisch ein Signalschaltbild einer Regelung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und
2 schematisch ein Signalschaltbild einer alternativen Regelung.
Das in den Signalschaltbildern dargestellte Verfahren vermindert die Rollbewegung eines Schiffes. Beispielsweise handelt es sich dabei um ein Kreuzfahrtschiff, ein Frachtschiff oder ein Unterseeboot. Ferner kann das beschriebene Verfahren in entsprechender Weise auch zur Verminderung der Stampfbewegung eingesetzt werden.
Bei dem Verfahren wird zunächst der Bewegungszustand des Schiffes erfasst. Hierzu sind Sensoren vorgesehen, welche den Bewegungszustand des Schiffes hinsichtlich seiner sechs Freiheitsgrade vermessen, d. h. die Lage des Schiffes in den drei Raumrichtungen sowie die Orientierung des Schiffes werden mittels der Sensoren bestimmt. Darüber hinaus werden die zeitlichen Ableitungen der vorgenannten Größen ermittelt, d. h. es werden die Geschwindigkeit des Schiffes entlang der drei Raumrichtungen sowie die Winkelgeschwindigkeiten der Drehbewegungen des Schiffes um seine Hauptträgheitsachsen bestimmt. Die Bestimmung dieser zeitlichen Ableitungen geschieht entweder durch eine direkte Messung über eigens zu diesem Zweck vorgesehene Sensoren oder aber rechnerisch aus jeweils zeitlich aufeinander folgend gemessenen Werten von Position und/oder Orientierung des Schiffes. Beispielsweise können die Eingangsdaten zur Position bzw. zur Orientierung des Schiffes auch aus der zeitlichen Integration der zeitlichen Ableitungen von Position und Orientierung des Schiffes gewonnen werden. Über Beschleunigungssensoren werden ferner die zweiten zeitlichen Ableitungen der Position und der Orientierung des Schiffes gemessen, so dass die Beschleunigung des Schiffes entlang der drei Raumrichtungen sowie die Winkelbeschleunigungen um die Hauptträgheitsachsen des Schiffes Bestandteil der Eingangsdaten sind.
Der vorgenannte Satz von Eingangsdaten bildet einen Zustandsvektor x, der den Bewegungszustand des Schiffs beschreibt. Zusätzlich werden bei dem Verfahren Positionsdaten aus den Daten eines satellitengestützten Navigationssystems, wie beispielsweise dem Global Positioning System (GPS), bestimmt. Diese Positionsdaten bilden einen weiteren Satz von Eingangsdaten, der in einem Vektor GPS zusammengefasst ist.
Die beiden vorgenannten Sätze von Eingangsdaten x und GPS werden einer Filtereinrichtung 1 zugeführt. In der Filtereinrichtung 1 werden die Datensätze x und GPS geeignet gefiltert und somit von Störungen befreit. Ferner stehen der Filtereinrichtung 1 über weitere Sensoren ermittelte, redundante Daten zu den Eingangsdaten x und GPS zur Verfügung, mit welchen die Filtereinrichtung 1 Mittelwertbildungen zu den Eingangsdaten vornimmt. Die derart durch Filterung bzw. Mittelung bereinigten Eingangsdaten stehen als Datensätze x ~ und GP ~ S zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung.
Auf ähnliche Weise werden in einer zweiten Filtereinrichtung 2 von weiteren, unterlagerten Regeleinrichtungen vorgegebene Sollgrößen für Aktoren des Schiffes bereinigt. Diese Sollgrößen umfassen u. a. die Solldrehzahl einer Maschine n, den Sollwinkel einer Seitenruderfläche δ₁, im Falle eines Unterseebootes den Sollwinkel des Tiefenruders δ₂ sowie Sollgrößen weiterer Aktoren. Die Filtereinrichtung 2 stellt die bereinigten Sollgrößen n ~ , δ ~ ₁ und δ ~ ₂ zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung.
In der Auswerteinrichtung 3 wird anhand eines oder mehrerer definierter Kriterien die Nähe des bereinigten Bewegungszustands x ~ zum Zustand einer parametererregten Rollschwingung ermittelt. Die Nähe des Bewegungszustands zum Rollresonanzzustand wird durch einen als Resonanzlevel RL bezeichneten Datensatz gekennzeichnet.
In einer zweiten Auswerteinrichtung 4 werden aus dem bereinigten Bewegungszustand x ~ die Ausbreitungsrichtung der Wasserwellen relativ zum Schiff, die Wellenausbreitungsgeschwindigkeit sowie weitere charakteristische Größen der Wellenanregung bestimmt. Diese Parameter werden in einem Datensatz zusammengefasst, der hier als Wellenanregung q_w bezeichnet ist. Ferner werden der Auswerteinrichtung 4 die bereinigten GPS-Daten GP ~ S übergeben, auf deren Basis die Wellenanregung q_w in ein erdfestes Koordinatensystem transformiert wird, so dass der Einfluss von Kurs und Geschwindigkeit des Schiffes herausgerechnet wird. In diesem erdfesten Koordinatensystem wird die Wellenanregung q_w gefiltert. Insbesondere erlaubt diese Filterung eine erhöhte Genauigkeit bei der Bestimmung der Ausbreitungsrichtung der Wasserwellen.
Der Resonanzlevel RL, der bereinigte Bewegungszustand des Schiffes x ~ sowie die Wellenanregung q_w werden einer Regeleinrichtung 6 übergeben, die den Resonanzlevel RL daraufhin überprüft, ob der Bewegungszustand des Wasserfahrzeugs x ~ eine kritische Nähe zur parametererregten Rollschwingung aufweist, d. h. ob der Bewegungszustand innerhalb eines Rollresonanzbereichs gelegen ist. Falls der Bewegungszustand des Wasserfahrzeugs im Rollresonanzbereich liegt, wird mittels eines Regelgesetzes die Geschwindigkeit sowie der Gierwinkel des Schiffes derart geändert, dass der Abstand des Bewegungszustands x ~ zum Zustand der parametererregten Rollschwingung wächst. Eine geeignete Vorgabe zur Änderung des Gierwinkels hängt dabei wesentlich von der Wellenanregung q_w ab, insbesondere von der Ausbreitungsrichtung der Wasserwellen. Bei dem Regelgesetz stellt damit der Bewegungszustand x ~ die Regelgröße dar. Die Sollgrößen zur Geschwindigkeits- und Gierwinkeländerung sind durch Sollgrößen O1 für die Maschine sowie Sollgrößen O2 für ein Seitenruder gebildet, welche den bereits an Bord vorhandenen, unterlagerten Aktorreglern 7 und 8 zur Bedienung dieser Aktoren zugeführt werden. Auch den weiteren Aktoren werden durch die Regeleinrichtung 6 Sollgrößen O5 vorgegeben.
Resonanzlevel RL und bereinigter Bewegungszustand x ~ werden zudem einer weiteren Regeleinrichtung 5 übermittelt. Die Regeleinrichtung 5 ermittelt zunächst anhand des Resonanzlevels RL, ob der Bewegungszustand des Schiffes x ~ derart nah an einem Zustand einer parametererregten Rollschwingung liegt, dass die Schiffsbewegung gedämpft werden muss. Sofern dies der Fall ist, werden auf Basis des Bewegungszustandes x ~ gemäß einem Regelgesetz Sollwerte für Aktoren des Schiffes berechnet, welche zur Dämpfung eingesetzt werden. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind dies z. B. Sollgrößen O3 für die Seitenflossen. Zudem ermittelt die Regeleinrichtung 5 Sollgrößen O4 für weitere direkt auf das Roll- und Stampfverhalten des Schiffes wirkende Aktoren, im Falle von Unterseebooten beispielsweise die Tiefenruder.
Die zuvor beschriebenen Aktorsollgrößen
, δ ~ ₁, δ ~ ₂ werden in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel intern in den Reglern 5 und 6 berücksichtigt. Alternativ (2) können die Sollgrößen O1, O2, ..., O5 für die Aktoren auch in den unterlagerten Aktorreglern 7, 8 und 9 hinzu addiert werden, wobei die Filterung der Aktorsollgrößen n ~ , δ ~ ₁, δ ~ ₂ über die Filtereinrichtung 2 vollständig separat erfolgen kann.
Bezugszeichenliste

x: gemessener Bewegungszustand des Schiffes
x~: bereinigter Bewegungszustand des Wasserfahrzeugs
GPS: GPS-Daten
GP~S: bereinigte GPS-Daten
RL: Resonanzlevel
qw: Wellenanregung
n: Solldrehzahl Maschine
δ1: Sollwinkel Seitenruder
δ2: Sollwinkel Tiefenruder Seitenruder
n~: bereinigte Solldrehzahl Maschine
δ~1: bereinigter Sollwinkel Seitenruder
δ~2: bereinigter Sollwinkel Tiefenruder
O1: Sollgrößen Maschine
O2: Sollgrößen Seitenruder
O3: Sollgrößen Seitenflossen
O4: Sollgrößen Tiefenruder
O5: Sollgrößen
1: Filtereinrichtung
2: Filtereinrichtung
3: Auswerteinrichtung
4: Auswerteinrichtung
5: Regeleinrichtung
6: Regeleinrichtung
7: Unterlagerter Aktorregler
8: Unterlagerter Aktorregler
9: Unterlagerter Aktorregler

Claims

Verfahren zur Verminderung einer Vertikalbewegung eines Wasserfahrzeugs, bei welchem zunächst ein Vertikalbewegungsresonanzbereich für Bewegungszustände (x) des Wasserfahrzeugs bestimmt wird, bei dem dann während der Fahrt der Bewegungszustand (x) des Wasserfahrzeugs zumindest teilweise erfasst wird und ermittelt wird, ob dieser im Vertikalbewegungsresonanzbereich liegt, wonach dann, wenn festgestellt wird, dass dieser im Vertikalbewegungsresonanzbereich liegt, die Fahrgeschwindigkeit des Wasserfahrzeugs und/oder der Kurs geändert wird bis der Vertikalbewegungsresonanzbereich verlassen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem Rollbewegung die Vertikalbewegung bildet und der Vertikalbewegungsresonanzbereich durch einen Rollbewegungsresonanzbereich gebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem Kurs und/oder Fahrgeschwindigkeit des Wasserfahrzeugs abhängig von der zuvor ermittelten Ausbreitungsgeschwindigkeit und/oder Ausbreitungsrichtung der Wasserwellen geändert wird bzw. werden.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei welchem zumindest durch Ermittlung der Begegnungsfrequenz der Wasserwellen mit dem Wasserfahrzeug festgestellt wird, ob der Bewegungszustand (x) des Wasserfahrzeugs im Vertikalbewegungsresonanzbereich liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem der Vertikalbewegungsresonanzbereich durch Ermittlung zumindest einer Resonanzfrequenz der Vertikalbewegung bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Bewegungszustand (x) des Wasserfahrzeugs zumindest teilweise erfasst wird, indem zumindest eine Komponente des Orts und/oder der Orientierung des Wasserfahrzeugs und/oder ihre, insbesondere erste, zeitliche Ableitung bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem zur zumindest teilweisen Erfassung des Bewegungszustandes (x) des Wasserfahrzeugs und/oder der Ausbreitungsrichtung und/oder -geschwindigkeit der Wasserwellen Daten (GPS) eines satellitengestützten Navigationssystems herangezogen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Änderung von Kurs und/oder Fahrgeschwindigkeit des Wasserfahrzeugs mittels zumindest einer Maschine und/oder zumindest eines Aktors des Wasserfahrzeugs selbsttätig erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem bei einem Bewegungszustand (x) des Wasserfahrzeugs innerhalb des Vertikalbewegungsresonanzbereichs die Vertikalbewegungsdämpfung erhöht wird, vorzugsweise über ein unterlagertes Regelungsverfahren, welches der Vertikalbewegung entgegenwirkt.
Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem die Vertikalbewegungsdämpfung mittels zumindest einer oder mehrerer der folgenden Einrichtungen erhöht wird: Maschine, Seitenflossen, Seitenruder, Tiefenruder und/oder weiterer Aktoren des Wasserfahrzeuges.
Verfahren nach Anspruch 8 und 10, bei welchem bei einem Bewegungszustand (x) des Wasserfahrzeugs innerhalb des Vertikalbewegungsresonanzbereichs ein oder mehrere Aktoren und/oder eine oder mehrere Maschinen des Wasserfahrzeugs zugleich sowohl zur Änderung von Kurs und/oder Fahrgeschwindigkeit des Wasserfahrzeugs als auch zur Erhöhung der Vertikalbewegungsdämpfung eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem bei einem Bewegungszustand (x) des Wasserfahrzeugs innerhalb des Vertikalbewegungsresonanzbereichs die Stärke der Erregung der Vertikalbewegung durch die Änderung der Stampfamplitude des Wasserfahrzeugs verringert wird, vorzugsweise durch ein unterlagertes Regelungsverfahren, welches der Stampfbewegung entgegenwirkt.
Verfahren nach Anspruch 12, bei welchem die Stampfamplitude mittels zumindest eines Tiefenruders des Wasserfahrzeugs beeinflusst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Vertikalbewegungsresonanzbereich während der Fahrt des Wasserfahrzeugs, insbesondere wiederholt, neu bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Bewegungszustand (x) des Wasserfahrzeugs mittels einer Trägheitsplattform ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches zur Verminderung der Vertikalbewegung eines Unterseebootes ausgeführt wird.
Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit Mitteln zur Erfassung zumindest eines Teils des Bewegungszustandes (x) des Wasserfahrzeugs, mit Mitteln zur Steuerung des Kurses und/oder der Fahrgeschwindigkeit des Wasserfahrzeugs und mit einer elektronischen Regeleinrichtung, welche zum Vergleich des Bewegungszustandes des Wasserfahrzeugs mit einem Vertikalbewegungsresonanzbereich und zur Änderung des Kurses und/oder der Fahrgeschwindigkeit des Wasserfahrzeuges in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs ausgebildet ist.