DE1071521B - - Google Patents
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Description
DEUTSCHESGERMAN
kl. 65 a1 11kl. 65 a 1 11
PATENTAMT ^^(2^PATENT OFFICE ^^ ( 2 ^
114394 XI/65 a1 114394 XI / 65 a 1
BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DERNOTICE THE REGISTRATION AND ISSUE OF THE
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur selbsttätigen Regelung des dynamischen Auftriebes von unter der Wasseroberfläche befindlichen Tragflächen eines Tragflügelbootes durch Änderung des Anstellwinkels der Tragflächen in Abhängigkeit von der in einer gewissen Entfernung vor dem Boot durch eine am Boot angebrachte Einrichtung gemessenen, auf das Boot bezogenen Höhe des Wasserspiegels.The present invention relates to a device for automatic control of dynamic lift of hydrofoil wings located below the water surface by changing the The angle of attack of the wings as a function of the distance in front of the boat a device attached to the boat, measured in relation to the boat's water level.
Bei Tragflügelbooten der angegebenen Art ist bei schneller Fahrt und bewegter See eine automatische Steuerung des durch die Tragflächen erzeugten Auftriebes zur Erhaltung der richtigen Höhenlage des Bootes über dem Wasser unerläßlich.In hydrofoils of the type specified, an automatic is used when driving fast and the sea is in motion Control of the lift generated by the wings to maintain the correct altitude of the Boat over the water is essential.
Eine der hierfür bekannten Einrichtungen tastet die Wasseroberfläche vor dem Boot durch einen Schwimmer ab, der am Ende eines gelenkig mit dem Bootskörper verbundenen Armes angebracht ist. Bei einer anderen bekannten Einrichtung wird ein senkrechter Meßstab verwendet, der am Ende eines starr mit dem Boot verbundenen, nach voraus ragenden Armes angebracht ist und dessen Eintauchtiefe durch von dem dynamischen Wasserdruck betätigte oder über das leitende Seewasser geschlossene Kontakte angezeigt wird. Diese bekannten Einrichtungen sind leicht Beschädigungen ausgesetzt und erhöhen den Fahrtwiderstand. Bei Kontakten kann durch Sprühwasser eine Fehlbetätigung erfolgen.One of the devices known for this purpose scans the surface of the water in front of the boat by means of a swimmer from, which is attached to the end of an arm articulated to the hull. At a Another known device is a vertical dipstick used, which is at the end of a rigid with the Boat connected, is attached to protruding arm and its immersion depth by from the dynamic water pressure activated contacts or contacts closed by the conductive seawater displayed will. These known devices are easily exposed to damage and increase driving resistance. In the case of contacts, incorrect actuation can occur due to spray water.
Bereits vorgeschlagen ist eine Einrichtung zur Steuerung des Anstellwinkels von Wassertragflügeln durch Messung der vor den Wassertragflügeln auftretenden Wellenhöhe, bei welcher für diese Messung an dem Bug angebrachte, an sich bekannte Antennenstäbe mit einer in Vorausrichtung gerichtet wirkenden, an sich ebenfalls bekannten funktechnischen Nahortungsvorrichtung, z. B. Hochfrequenz-Rückstrahlgerät oder -Feldmeßgerät, verwendet werden. Zur Anpassung an verschiedene Seegangsverhältnisse (Wellenhöhe und -länge) können die Antennenstäbe um eine quer zur Fahrtrichtung liegende, horizontale Achse schwenkbar sein. EineWirkungsrichtung der Meßeinrichtung senkrecht zur Wasseroberfläche ist diesem Vorschlag jedoch nicht zu entnehmen, da dann nicht mehr von einer Richtwirkung in Vorausrichtung die Rede sein könnte und eine mehr oder weniger schräg zur Wasserfläche verlaufende Wirkungsrichtung der am Bug angebrachten Antennenstäbe sich auch aus der besonders hervorgehobenen Notwendigkeit ergibt, die Anpassung des Tragflügelauftriebs an die Wellenhöhe vor dem Tragflügel rechtzeitig einzuleiten.A device for controlling the angle of attack of hydrofoils has already been proposed Measurement of the wave height occurring in front of the hydrofoils, at which for this measurement on the Antenna rods attached to the bow, known per se, with an antenna rod that acts in a forward direction also known radio localization device, z. B. high frequency reflector or Field meter. To adapt to different sea conditions (wave height and -length) the antenna rods can be pivoted about a horizontal axis that is transverse to the direction of travel be. However, a direction of action of the measuring device perpendicular to the water surface is this proposal not to be inferred, since then there could no longer be talk of a directional effect in the pre-alignment and a more or less inclined direction of action of the one attached to the bow Antenna rods also result from the particularly emphasized need to adapt the Initiate hydrofoil lift to the wave height in front of the hydrofoil in good time.
Gemäß der Erfindung ist ein an sich bekanntes funktechnisches Nahortungsgerät oder Feldmeßgerät oder Ultraschall-Sende- und -Empfangsgerät an einem starr über den Bug des Bootes hinaus nach vorn ragenden Arm nacfr unten, zur Wasseroberfläche hin gerichtetAccording to the invention is a known radio localization device or field measuring device or Ultrasonic transmitter and receiver on a rigidly protruding forward beyond the bow of the boat Arm down, directed towards the surface of the water
Einrichtung zur selbsttätigen Regelung des dynamischen Auftriebes von unter der Wasseroberfläche befindlichen TragflächenDevice for the automatic regulation of the dynamic buoyancy from under the water surface located wings
Anmelder:Applicant:
Industriebedarf G. m. b. H., Hamburg-Harburg, Bauhofstr. 8 AIndustrial supplies G. m. B. H., Hamburg-Harburg, Bauhofstr. 8 A
Adolf Salzer, Bremen, ist als Erfinder genannt wordenAdolf Salzer, Bremen, has been named as the inventor
und wirkend angeordnet und der damit laufend gemessene Abstand der Wasseroberfläche von dem Gerät dient direkt oder indirekt als Impuls für die Änderung des Anstellwinkels der Tragflächen.and acting, and the distance between the water surface and the device, which is continuously measured, is measured serves directly or indirectly as an impulse for changing the angle of attack of the wings.
Von den Vorteilen einer Messung der relativen Höhe des Wasserspiegels in einer gewissen Entfernung vor dem Boot mit Meßmitteln, die selbst mit dem Wasser nicht in Berührung kommen, werden nur das verzögerungs- und nachwirkungsfreie Ansprechen, die große Betriebssicherheit und der Fortfall von Beschädigungsmöglichkeiten im Seegang erwähnt. Die Messung des Abstandes zwischen einem durch einen Arm in geeignet gewähltem Abstand vor dem Bug in ausreichender Höhe gehaltenen Gerät und der Wasseroberfläche, d.h. im wesentlichen in senkrechter Richtung, gibt einen brauchbaren Anhalt über die Lage des' Bootes zu der zu durchfahrenden Wasserfläche. Durch selbsttätige Veränderung des Anstellwinkels der Unterwassertragflächen entsprechend dem gemessenen Abstände im +o Sinne der Einhaltung eines Normalabstandes paßt sich die Lage des Bootes auf dem ansteigenden und absteigenden Teil jeder größeren Welle gut der Neigung der Wasseroberfläche an, und das Boot steigt und fällt mit den Wellen.Of the advantages of measuring the relative height of the water level at a certain distance the boat with measuring devices that do not come into contact with the water, only the delayed and response-free response, the high level of operational reliability and the elimination of damage opportunities in the sea. The measurement of the Distance between one arm in a suitably chosen distance in front of the bow in sufficient Height held device and the water surface, i.e. essentially in a vertical direction, gives one useful information about the position of the 'boat in relation to the water surface to be crossed. By self-acting Change in the angle of attack of the underwater hydrofoils according to the measured distances in + o In order to maintain a normal distance, the position of the boat adapts to the ascending and descending one Part of each major wave follows the slope of the water well, and the boat rises and falls with the waves.
Die zur Veränderung des Anstellwinkels der Tragflächen dienenden Impulse werden vorzugsweise in der Weise gewonnen, daß als Meßelement eine Elektrode, z. B. in Stabform, benutzt wird, die gegenüber der Wasseroberfläche eine von dem Abstand beider abhängige elektrische Kapazität aufweist, die gemessen wird. Ein der Abweichung des Meßwertes von einem Normalwert entsprechender Impuls verändert dann den Anstellwinkel einer Tragfläche in solchem Sinne, daß bei Verringerung des Elektrodenabstandes von derThe pulses used to change the angle of attack of the wings are preferably used in the Way won that as a measuring element, an electrode, for. B. in the form of a rod is used, the opposite of the The water surface has an electrical capacitance that is dependent on the distance between the two, which is measured will. A pulse corresponding to the deviation of the measured value from a normal value then changes the Angle of attack of a wing in such a way that when the electrode distance is reduced from the
9β9 689/679β9 689/67
Wasseroberfläche der Auftrieb vergrößert wird und umgekehrt.The buoyancy of the water surface is increased and vice versa.
Außer durch Erzeugung eines elektrischen Feldes in der angegebenen Art kann der Abstand zwischen dem Meßelement und der Wasseroberfläche auch durch elektrische oder akustische Wellen gemessen werden. DieZeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung nach der Erfindung.In addition to generating an electric field in the specified manner, the distance between the Measuring element and the water surface can also be measured by electrical or acoustic waves. The drawing illustrates an embodiment of a device according to the invention.
Fig. 1 zeigt ein mit einer Einrichtung nach der Erfindung ausgerüstetes Tragflügelboot in Seitenansicht; Fig. 2 zeigt das Boot in Vorderansicht;1 shows a hydrofoil equipped with a device according to the invention in a side view; Fig. 2 shows the boat in front view;
Fig. 3 zeigt eine Schaltung zur Gewinnung eines Impulses durch Messung der Kapazität einer über Wasser befindlichen Elektrode;Fig. 3 shows a circuit for obtaining a pulse by measuring the capacitance of a Water-borne electrode;
Fig. 4 zeigt eine Einrichtung zur Erzeugung einer dem Impuls entsprechenden Verstellkraft für einen Tragflügel ;Fig. 4 shows a device for generating an adjusting force corresponding to the pulse for a Hydrofoil;
Fig. 5 zeigt einen in Fig. 4 in Seitenansicht dargestellten Strahlregler in Aufsicht.FIG. 5 shows a jet regulator shown in side view in FIG. 4 in a top view.
Fig. 1 und 2 zeigen ein Tragflügelboot mit dem Bootskörper 2, der sich bei Fahrt, wie dargestellt, in einem gewissen Abstand von der Oberfläche 1 des Wassers befindet und nur bei nicht oder langsam fahrendem Boot ins Wasser eintaucht. Drei nach unten ragende Beine 3, 4 sind starr mit dem Bootskörper 2 verbunden, von denen die zwei mit 3 bezeichneten am Bug auf Steuerbord- und Backbordseite angeordnet sind, während das dritte Bein 4 am Heck angebracht ist. An den Enden der Beine sind zwei vordere Tragflügel 5 und ein hinterer Tragflügel 6 angebracht. Das Ende des hinteren Beines 4 trägt einen Antriebspropeller 7 und ein Ruder 8. Die Tragflügel befinden sich ständig unter Wasser und erzeugen bei schneller Fahrt des Bootes Auftriebskräfte, die den Bootskörper aus dem Wasser heben. Diese Auftriebskräfte hängen von dem Anstellwinkel der Tragflügel ab. Der Anstellwinkel des hinteren Tragflügels 6 ist unveränderlich. Die Eintauchtiefe dieser Fläche regelt sich bei Fahrt von selbst entsprechend der Eintauchtiefe der vorderen Tragflügel. Die vorderen Tragflügel 5 sind zwecks Veränderung des Anstellwinkels a um waagerechte Achsen 9 schwenkbar. Die Verstellung jedes Flügels 5 erfolgt durch eine über ein Gelenk 10 mit dem Flügel verbundene Stange 11 mittels eines Betätigungsmechanismus 12, der selbsttätig entsprechend der Höhe des Wasserspiegels vor dem Boot gesteuert wird. Die Messung dieser Höhe erfolgt für jeden Tragflügel gesondert mittels je einer noch genauer zu beschreibenden Abstandsmeßeinrichtung 13, die einerseits mit dem mit Wasser in leitender Verbindung stehendem Bootskörper, andererseits über eine Leitung 14 mit einer Elektrode 15 verbunden ist, die am Ende eines auf der der Steuerbord- bzw. Backbordseite des Bugs angebrachten, nach voraus ragenden langen Armes 16 befestigt ist. Die Elektrode 15 ist in solcher Höhe in bezug auf den Bootskörper 2 angeordnet, daß auch bei eintauchendem Bootskörper und bei den größten vorkommenden Wellen stets ein gewisser Mindestabstand von der Wasseroberfläche gewahrt bleibt. Der Abstand d der Elektrode von der Wasseroberfläche 1 wird durch die davon abhängige elektrische Kapazität zwischen beiden gemessen. Die Einrichtung 10 bis 15 arbeitet in der Weise, daß durch Veränderung des Anstellwinkels α der vorderen Tragflügel die Elektroden 15 in einem annähernd gleichbleibenden Abstand über der Wasseroberfläche gehalten werden. Dabei bewirken kleinere Wellen, die unter dem Boot hindurchlaufen können, keine Verstellungen, während bei größeren Wellen entsprechende Auf- und Abwärtsbewegungen des Bootes erzeugt werden, wodurch die vorderen Trag-1 and 2 show a hydrofoil with the boat body 2, which is at a certain distance from the surface 1 of the water when driving, as shown, and only dips into the water when the boat is not moving or is moving slowly. Three downwardly projecting legs 3, 4 are rigidly connected to the hull 2 , of which the two labeled 3 are arranged on the bow on the starboard and port side, while the third leg 4 is attached to the stern. At the ends of the legs, two front wings 5 and one rear wing 6 are attached. The end of the rear leg 4 carries a drive propeller 7 and a rudder 8. The hydrofoils are constantly under water and generate buoyancy forces when the boat is moving fast, which lift the hull out of the water. These lift forces depend on the angle of attack of the wings. The angle of attack of the rear wing 6 cannot be changed. The immersion depth of this surface regulates itself when driving according to the immersion depth of the front wing. The front wings 5 can be pivoted about horizontal axes 9 in order to change the angle of attack a. Each wing 5 is adjusted by a rod 11 connected to the wing via a joint 10 by means of an actuating mechanism 12 which is automatically controlled according to the height of the water level in front of the boat. This height is measured separately for each wing by means of a distance measuring device 13 to be described in more detail, which is connected on the one hand to the hull in conductive connection with water and on the other hand via a line 14 to an electrode 15 which is connected to the end of one of the Starboard or port side of the bow attached, after long arm 16 protruding ahead is attached. The electrode 15 is arranged at such a height with respect to the hull 2 that a certain minimum distance from the water surface is always maintained even when the hull is submerged and when the largest waves occur. The distance d of the electrode from the water surface 1 is measured by the electrical capacitance between the two, which depends on it. The device 10 to 15 works in such a way that the electrodes 15 are kept at an approximately constant distance above the water surface by changing the angle of attack α of the front wing. Smaller waves that can pass underneath the boat do not cause any adjustments, while larger waves generate corresponding upward and downward movements of the boat, whereby the front carrying-
flächen ständig in annähernd gleichbleibender Tiefe unter der Wasseroberfläche gehalten werden. Insbesondere wird auf diese Weise auf dem ansteigenden Teil einer großen Welle ein Einschneiden des Bootskörpers in den Wellenberg und auf dem absteigenden Teil der Wellen ein Austauchen der Tragflügel aus dem Wasser vermieden. Bei von der Seite kommenden Wellen gleicht sich die Lage des Bootes durch Schrägstellung des Kurses zur Wellenfortschrittsrichtung dem Verlauf dersurfaces are kept at an almost constant depth below the surface of the water. In particular In this way, on the rising part of a large wave, there will be an incision in the hull of the boat In the wave crest and on the descending part of the waves, the wings emerge from the water avoided. In the case of waves coming from the side, the position of the boat is the same due to the inclined position of the Course to the wave progress direction the course of the
to Wasseroberfläche an. Beim Starten und Stoppen des Bootes erfolgt die Verstellung der Tragflügel zweckmäßig von Hand, und die automatische Steuereinrichtung wird nur oberhalb einer gewissen Mindestgeschwindigkeit wirksam gemacht, bei der sich das Boot aus dem Wasser gehoben hat.to water surface. When starting and stopping the boat, the adjustment of the wings is appropriate by hand, and the automatic control device is only above a certain minimum speed effective when the boat has lifted out of the water.
Eine der beiden Abstandsmeßeinrichtungen 13 ist in Fig. 3 dargestellt. Es sind zwei Schwingungsgeneratoren 20, 21 mit Elektronenröhren 22, 23 und Schwingkreisen 24, 25 vorgesehen. Der Schwingkreis 24 des Generators 20 ist fest auf eine Frequenz fx von 50 kHz abgestimmt. Der Schwingkreis 25 des Schwingungsgenerators 21 enthält eine Selbstinduktion 26 und eine Kapazität 27. Parallel zu der Kapazität 27 liegt die Kapazität der Elektrode 15 gegen die Wasserfläche 1, mit der ein Kondensator 28 in Reihe geschaltet ist. Dieser Reihenkondensator kann auch fortgelassen werden. Die Größe der Kapazität und damit die Schwingungsfrequenz /2 des Generators 21 hängt ab von dem Abstandet, der bei normaler Fahrt und glatter Wasseroberfläche den Wert dB hat. Die höchste und tiefste Lage des Wasserspiegels, mit der zu rechnen ist, sind bei 1' und 1" angedeutet. Die Größe der Kapazitäten 27, 28 ist im Verhältnis zu der veränderlichen Größe der Kapazität der Elektrode so gewählt, daß die Schwingungsfrequenz des Generators 21 stets unterhalb der des Generators 20 liegt. Beim größten Wert des Abstandes d beträgt f2 49,9 kHz, beim kleinsten 49,0 kHz.One of the two distance measuring devices 13 is shown in FIG. Two oscillation generators 20, 21 with electron tubes 22, 23 and oscillating circuits 24, 25 are provided. The resonant circuit 24 of the generator 20 is permanently tuned to a frequency f x of 50 kHz. The oscillating circuit 25 of the oscillation generator 21 contains a self-induction 26 and a capacitance 27. In parallel with the capacitance 27, there is the capacitance of the electrode 15 against the water surface 1, with which a capacitor 28 is connected in series. This series capacitor can also be omitted. The size of the capacity and thus the oscillation frequency / 2 of the generator 21 depends on the spacing, which has the value d B during normal travel and a smooth water surface. The highest and lowest position of the water level, is to be reckoned with, 'are at 1 and indicated 1 ". The size of the capacitances 27, 28 of the capacitance of the electrode is selected so in proportion to the variable quantity that the oscillation frequency of the generator 21 is always below that of the generator 20. With the largest value of the distance d , f 2 is 49.9 kHz, with the smallest value 49.0 kHz.
Durch zwei Kopplungsspulen 30, 31 werden die Schwingungen der beiden Generatoren 20, 21 einem Mischer 32 zugeführt, der eine Mischröhre mit Nfederfrequenzfilter und gegebenenfalls eine Regelschaltung zur Aufrechterhaltung einer konstanten Amplitude der am Ausgang auftretenden niederfrequenten Differenzfrequenz enthält. Diese Differenzfrequenzzl/=/, — /^ kann nach obigem zwischen 100 bis 900 Hz liegen. Die niederfrequente Ausgangsspannung des Mischers 32 wird einem einen Kondensator 33 und einen Widerstand 34 enthaltenden Kreise zugeführt. Der Kondensator 33 ist so bemessen, daß sein Wechselstromwiderstand stets groß gegen den Wert des Widertsandes 34 ist, so daß dieser von einem der Ausgangsfrequenz / des Mischers proportionalen Strom durchflossen wird. Die auf diese Weise erzeugte Wechselspannung wird von einem Gleichrichter 35 mit Belastungswiderstand 36 und Glättungskondensator 37 gleichgerichtet. Die am Kondensator 37 erhaltene Gleichspannung ist ein Maß für den augenblicklichen Wert des Abstandes d. The oscillations of the two generators 20, 21 are fed through two coupling coils 30, 31 to a mixer 32 , which contains a mixer tube with a spring frequency filter and, if necessary, a control circuit to maintain a constant amplitude of the low-frequency differential frequency occurring at the output. According to the above, this difference frequency zl / = /, - / ^ can be between 100 and 900 Hz. The low-frequency output voltage of the mixer 32 is fed to a circuit containing a capacitor 33 and a resistor 34. The capacitor 33 is dimensioned so that its alternating current resistance is always large compared to the value of the resistor 34 , so that a current proportional to the output frequency / mixer flows through it. The alternating voltage generated in this way is rectified by a rectifier 35 with a load resistor 36 and a smoothing capacitor 37 . The DC voltage obtained at the capacitor 37 is a measure of the instantaneous value of the distance d.
IEin Tiefpaßfilter 38 befreit die Gleichspannung von den durch kleine Wellen erzeugten Schwankungen, so daß nur die durch größere Wellen erzeugten langsameren Schwankungen übrigbleiben.A low-pass filter 38 removes the fluctuations produced by small waves from the DC voltage, so that only the slower fluctuations produced by larger waves remain.
Die schwankende Gleichspannung wird entsprechend Fig. 4 einem Gleichspannungsverstärker 39 und anschließend einem Drehmagnetsystem 40 zugeführt. Dieses besteht aus einem Feldmagneten 42 mit einer Wicklung 41 und einem drehbar gelagerten, Z-förmigen Anker43, der bei zunehmendem Magnetstrom im Pfeilsinne entgegen der Wirkung einer Feder 44 gedreht wird. Dabei verstellt er über eine Achse 45 und eineAccording to FIG. 4, the fluctuating DC voltage is fed to a DC voltage amplifier 39 and then to a rotary magnet system 40. This consists of a field magnet 42 with a winding 41 and a rotatably mounted, Z-shaped armature 43, which is rotated in the direction of the arrow against the action of a spring 44 as the magnetic current increases. He adjusted about an axis 45 and one
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE (1) | DE1071521C2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1212437B (en) * | 1961-02-27 | 1966-03-10 | North American Aviation Inc | Height control device for hydrofoil boats |
DE1267128B (en) * | 1962-07-06 | 1968-04-25 | United Aircraft Corp | Device for the automatic control and stabilization of hydrofoil boats |
WO2011076431A3 (en) * | 2009-12-23 | 2012-01-19 | Klaus Enzmann | Watercraft |
-
1958
- 1958-02-11 DE DE1958I0014394 patent/DE1071521C2/de not_active Expired
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WO2011076431A3 (en) * | 2009-12-23 | 2012-01-19 | Klaus Enzmann | Watercraft |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE1071521C2 (en) | 1960-06-09 |
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