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Höhenregeleinrichtung für Tragflügelboote - Die Erfindung bezieht
sich auf eine selbsttätige Höhenregeleinrichtung für Tragflügelboote, die eine Berührung
des Bootskörpers mit dem Wasser und ein Ausbrechen der Tragflügel aus der Wasseroberfläche
verhindern soll, mit einem Höhenmesser, mit einer Bezugshöhensignalquelle, mit einer
an die Ausgänge des genannten Höhenmessers und der genannten Signalquelle angeschlossenen
Summiereinrichtung, mit einer an den Ausgang der Summiereinrichtung angeschlossenen
Tragflügelsteuervorrichtung und mit einem zwischen den genannten Höhenmesser und
der genannten Tragflügelsteuervorrichtung geschalteten Tiefpaßfilter.
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Es besteht die Notwendigkeit, bei Tragflügelbooten mit -einem
oberhalb der Wasseroberfläche befindliehen Bootskörper das gesamte Fahrzeug so zu
halten, daß die unter der Wasseroberfläche befindlichen Tragflächen nicht ausbrechen,
was insbesondere bei bewegter See vorkommen kann. Zu diesem Zweck muß durch eine
Höhenregeleinrichtung das Nachfahren oder Konturieren der Wellenform gesteuert werden.
Damit die Vertikalbeschleunigung des Fahrzeuges auf einen tragbaren Wert begrenzt
wird, ist es außerdem erwünscht, das Nachfahren der Wellenform dem jeweiligen Seezustand
anzupassen.
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Es sind Regelsysteme bekannt, die in Abhängigkeit von einem Höhenmesser
oder einer Sonde, der bzw. die Änderungen in der relativen Höhe der Wasseroberfläche
feststellt, um ein geeignetes Signal zur entsprechenden Korrektur der Stellung der
Tragflächen zu erzeugen. Derartige Regelsysteme können jedoch nur bewirken, daß
die Tragflächen des Fahrzeuges untergetaucht bleiben und der Bootskörper außerhalb
des Wassers gehalten wird. Das Fahrzeug ist jedoch in jedem Falle vollständig der
Wellenbewegung ausgeliefert.
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Zur selbsttätigen Regelung des dynamischen Auftriebs eines Tragflügelbootes
ist auch bereits vorgeschlagen worden, eine Höhensteuereinrichtung zu verwenden,
die neben einem Höhenmesser, dem zugehörigen Stellmotor und einem Tiefpaßfilter
zur Begrenzung der von kleinen Wellen ausgeübten Wirkungen auch eine Einrichtung
zur Erzeugung eines Höhenwertsignals aufweist. Letzteres wird dabei auf einen festen
Normalabstand zwischen Boot und See bei ruhiger See eingestellt.
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Um eine optimale Anpassung der Höhenänderungen des Fahrzeugs beim
Nachfahren der Wellenform bei unterschiedlichem Seezustand zu ermöglichen und dadurch
die im Hinblick auf die Konstruktion des Bootes und auf den Reisekomfort gegebene
Grenze der auftretenden Vertikalbeschleunigung möglichst in engen Grenzen zu halten,
hat sich die Erfindung zur Aufgabe gesetzt, eine Einrichtung zur Erzeugung eines
einstellbar.enHöhenwertsignals oder Bezugshöhensignals zu schaffen, das zur Regelung
des Nachfahrens oder Konturierens der Wellenform ausgenützt wird.
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Die Einrichtung besteht erfindungsgemäß darin, daß die eingangs erwähnte
Signalquelle zum Verändern des Bezugshöhensignals einstellbar ist und daß die Regeleinrichtung
umfaßt einen zwischen die genannte Signalquelle und die genannte Summiereinrichtung
geschalteten Bezugssignalbegrenzet, der für das genannte Bezugssignal einen oberen
und einen unteren Grenzwert festsetzt, wobei der höchste obere Grenzwert der Tragflügelstützenlänge
entspricht, und weiter umfaßt einen Wellenhöhensucher in Form eines Hochpaßfilters,
der zwischen den genannten Höhenmesser und den genannten Begrenzer geschaltet ist
und die genannten oberen und unteren Grenzwerte in Abhängigkeit von der Wellenhöhe
derart verändert, daß bei der Wellenhöhe 0 der Abstand der Grenzwerte der
Tragflügelstützenlänge entspricht und bei einer Wellenhöhe gleich der Stützenlänge
der Abstand gleich 0 ist, und daß dem den Tragflächenstellmotor zugeführten
Höhenregelsignal zur Dämpfung der durch die Höhenregelung hervorgerufenen Vertikalbewegung
ein aus einem Vertikalbeschleunigungsmesser stammendes, der Vertikalbeschleunigung
oder
-geschwindigkeit proportionales Signal als Dämpfungsgröße aufgeschaltet ist.
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Eine solche Einrichtung hat gegenüber den bekannten und bisher vorgeschlagenen
Höhenregeleinrichtungen den Vorteil, daß die Vertikalbeschleunigung beim Nachfahren
der Wellenforin für unterschiedlichen Seezustand immer auf dem niedrigsten Wert
gehalten und die Wellenkontur nur im unbedingt notwendigen Maß nachgefahren wird,
ohne daß der Bootskörper eintaucht oder die Tragflächen ausbrechen. Die Einrichtung
nach der Erfindung gewährleistet also für sich ändernde Seezustände eine jeweils
angepaßte Einstellung.
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Die Erfindung wird in der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit
den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 zwei Tragflächenfahrzeuge
bei einem Seezustand von extrem kleiner Wellenlänge und -höhe, F i g. 2 ein
Tragflächenfahrzeug bei einem Seezustand von extrem großer Wellenhöhe und -länge,
F i g. 3 zwei Tragflächenfahrzeuge bei einem Seezustand von dem Maximum an
zulässigerWellenhöhe und relativ kleiner Wellenlänge, F i g. 4 die oberen
und unteren Grenzen des Sollwertes für einen Tragflächenhöhenregelkreis in
Ab-
hängigkeit von den Grenzen, die durch die Geometrie des Bootes und durch
den Seezustand gegeben sind, F i g. 5- ein Tragflächenfahrzeug bei einem
Seezustand von besonders großer Wellenhöhe und relativ großer Wellenlänge,.
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Fig. 6A ein Blockschaltbild eines Tragflächenhöhenregelkreises,
F i g. 6 B ein Blockschaltbild eines anderen Tragflächenhöhenregelkreises,
F i g. 7 die Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des auf den Seezustand
ansprechenden zweiseitigen Begrenzergliedes in dem Blockschaltbild der F i
g. 6.
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- In den Zeichnungen beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf
gleiche Teile.
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In F i g. 1 sind das erste und zweite Tragflächenfahrzeug
11 bzw. 12 in einer See mit kleiner Wellenlänge und -höhe dargestellt, um
den Bereich der möglichen Höhe zu zeigen, in dem der Bootskörper eines Tragflächenfahrzeuges
oberhalb der Wasseroberiläche betrieben werden kann. In ruhigem Wasser
(d. h. unter den Bedingungen des Seezustandes Null) sind die Grenzen durch
die Länge einer Stütze 13 gegeben, die die Tragflächen 14 mit dem Bootskörper
15 verbindet. Die untere Grenze besitzt einen Kleinstwert, der sich dem Wert
Null nähert, während die obere Grenze einen Maximalwert gleich der Länge der auch
als Strebe bezeichneten Stütze aufweist, verringert um den geringen Betrag, der
für das Eintauchen der Tragflächen erforderlich ' ist. Die obere Grenze wird
im folgenden als Stützenlänge bezeichnet. Wenn die Wellenhöhe der See größer wird,
verringert sich der Bereich der zulässigen Höhenwerte oberhalb des Wassers. Wenn
die relative Geschwindigkeit oder Frequenz der Wellen in bezug auf das Fahrzeug
groß ist ira Vergleich zur dynamischen Ansprechgeschwindigkeit des Fahrzeuges einschließlich
des Regelkreises, hält der Höhenregelkreis die Höhe des Bootskörpers oberhalb des
mittleren Spiegels 16 des Wassers ' konstant. Die sich daraus ergebende
Bahn des Fahrzeugschwerpunktes ist durch die gestrichelte Linie 17 angedeutet.
Die zulässige minimale Höhe des Bootskörpers oberhalb des mittleren Wasserspiegels
und die zulässige minimale Tiefe der Tragflächen unterhalb des mittleren Wasserspiegels
(d. h. die maximale Höhe des Bootskörpers oberhalb des Wassers) nehmen notwendigerweise
beide zu, wenn die Wellenhöhe bei gleicher Länge zunimmt, um einen Zusammenstoß
des Bootskörpers mit der See und ein Ausbrechen der Tragflügel zu vermeiden.
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In F i g. 2 ist ein Tragflächenfahrzeug 11 in einer
See dargestellt, die eine große Wellenhöhe und -länge aufweist (d. h. Wellen
hoher Spitzen und tiefer Täler, die eine geringe horizontale Geschwindigkeitskomponente
relativ zum Fahrzeug längs der Richtung der Fahrzeugspitze aufweisen). Wenn die
Geschwindigkeit oder Frequenz des Seezustandes derart in den Grenzen der dynamischen
Ansprechgeschwindigkeit des Fahrzeuges liegt, wird durch die, Wirkung des Höhenregelkreises,
der bestrebt ist, den Bootskörper in einer konstanten Höhe oberhalb des Wassers
zu halten, das Fahrzeug veranlaßt, der Oberfläche der Wellen zu folgen. Die sich
daraus ergebende Oberflächenbahn des Fahrzeugschwerpunktes ist durch die gestrichelte
Linie 18 angedeutet.
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Wenn, die Bewegung der See bei diesem Zustand als im wesentlichen
sinusförmig mit nur einer vorherrschenden Frequenz angenommen wird, dann kann die
vertikale Bahn als Funktion der Zeit durch die Gleichung h(t) =
H - sin (cot + 0) (1)
ausgedrückt werden. Dabei ist H die
vertikale Höhe oberhalb des mittleren Wasserspiegels (d. h. die Hälfte der
Wellenhöhe) für das betrachtete Zeitintervall, o.) die Frequenz der Wellenfront
in bezug auf die Spitze des Fahrzeuges in Schwingungen pro Sekunde, t das Zeitintervall
in Sekunden, (9 eine Konstante der Phasenverschiebung, die von dem Betrachtungszeitpunkt
abhängt.
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Die Beschleunigung des Fahrzeuges in vertikaler Richtung kann durch
die zweite Ableitung der Größe h (t) ausgedrückt werden.
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Z = o)2 - H- sin (co t (2) Aus dem Vorstehenden ist
ersichtlich, daß die Beschleunigung sich direkt mit der Wellenhöhe und dem Quadrat
der Frequenz (d. h. der relativen Seegeschwindigkeit) ändert. Mit anderen
Worten gesagt, ergibt das Aufrechterhalten einer stetig konstanten Höhe oberhalb
einer Wasserfläche mit einem Seezustand keine vertikale B8schleunigung in bezug
auf die Wellenfläche des Wassers. Sie ergibt jedoch eine vertikale Beschleunigung
des Fahrzeuges in bezug auf einen Newtonschen Trägheitsbezugspunkt (d. h.
die mittlere Linie des Flüssigkeitsspiegels).
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In Fig. 3 ist das erste und zweite Tragflächenfahrzeug
11 bzw. 12 in einer See relativ kurzer Wellenlänge dargestellt, die die maximal
zulässige Wellenhöhe aufweist. Die Frequenz der Wellenbewegung liegt hier nicht
innerhalb des Frequenzganges der dynamischen Kennlinien (Trägheitsverhalten) des
Fahrzeugs. Die Figur zeigt die Vergrößerung der unteren Grenze und die Verkleinerung
der oberen Grenze für den Bereich der zulässigen Werte für die Höhenre
' gelung,wenn sich derSeezustandverschlechtert * In einer derartig
schnellen See, bei der die Holizontalgeschwindigkeit der Wellen in bezug auf
das
Fahrzeug im Vergleich zur dynamischen Ansprechgeschwindigkeit des Fahrzeuges einschließlich
der Regeleinrichtung groß ist, ist der maximal zulässige Seezustand oder die größte
zulässige Wellenhöhe gleich der Länge der Streben 13. Wenn der Fahrzeugschwerpunkt
einer Oberflächenbahn oberhalb des mittleren Wasserspiegels 19 folgt, muß
der Bootskörper 15 einen minimalen Abstand 20 in vertikaler Richtung haben,
um ein Auftreffen zu vermeiden, während die Tragflächen 14 einen minimalen vertika#en
Abstand 21 benötigen, um ein Ausbrechen zu verhindern. Ferner ist der mittlere Höhensollwert
h, oberhalb des mittleren Wasserspiegels 19, der den bei * den Bedingungen
der unteren Grenze zur Vermeidung von Stößen des Bootskörpers und der oberen Grenze
zur Vermeidung des Ausbrechens der Tragflächen bei dem maximalen Seezustand genügen
kann, eine Höhe gleich der halben Länge der Streben 13. Mit anderen Worten,
für den Fall, daß sich der Zustand einer schnellen See vergrößert, nähern sich die
oberen und unteren Grenzen für die Höhenregelung, und der Bereich der zulässigen
Werte dazwischen wird kleiner.
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In F i g. 4 ist die Hüllkurve des zulässigen Bereiches der
Werte für die Höhenregelung in einer schnellen See dargestellt. Dabei sind die obere
und untere Grenze als Funktion der Wellenhöhe 2H gezeichnet. Sie umfassen jede der
beiden Grenzbedingungen der in den F i g. 1 und 3 dargestellten Seezustände.
Für den Seezustand Null ist die untere Grenze Null und die obere Grenze gleich der
Strebenlänge h"", der Strebe 13. Die beiden Grenzen verengen sich in linearer
Abhängigkeit von der Wellenhöhe bis zum Punkt 2H = h",.
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Wenn die Geschwindigkeit einer hochgehenden See geringer ist und im
Spektrum des Reglerzeitverhaltens liegt (s. F i g. 2), ergibt das mit der
Höhenregelung verbundene Nachfahren der Wasseroberfläche hohe Beschleunigungswerte
g. Vom Gesichtspunkt baulicher Erwägungen aus und im Hinblick auf den Komfort
der Reisenden ist es erwünscht, das Beschleunigungsverhalten zu begrenzen, wobei
gleichzeitig sowohl Stöße des Bootskörpers gegen die Wellen wie auch ein Ausbrechen
der Tragflächen verhindert werden soll.
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Der maximale Betrag für die Höhenänderung des Fahrzeugs hK relativ
zu einer Bezugshöhe beim Nachfahren der Wellenform kann aus der maximal zulässigen
Vertikalbeschleunigung g, ausgedrückt im Verhältnis zur Erdbeschleunigung,
der Wellenlänge A
des Seezustands, der Wassergeschwindigkeit V des Fahrzeuges,
der Wellengeschwindigkeit c und dem Winkel -r zwischen der Richtung des Fahrzeuges
und dem Geschwindigkeitsvektor der Wellen berechnet werden.
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In F i g. 5 ist ein Tragflächenfahrzeug 11 in einer
See von besonders großer Wellenlänge und großer Wellenhöhe dargestellt, wobei die
Frequenz der Wellenbewegung innerhalb des Frequenzganges der dynamischen Kennlinien
des Fahrzeuges liegt. Die Höhenänderung beim Nachfahren der Oberfläche, die für
den Fahrzeugschwerpunkt durch die gestrichelte Linie 21 dargestellt ist, zeigt die
Wirkung der Beschleunigungsregelung, die im Zusammenwirken mit dem Höhenregelkreis
verwendet wird. Die sich ergebende doppelte Amplitude der Höhenänderung
Ah, in bezug auf eine Bezugshöhe ist kleiner als die Wellenhöhe 2H
dargestellt. Die Begrenzung der Höhenänderung und die verringerten Normalbeschleunigungen
werden mit einer Verringerung des Abstandes erkauft, der das Ausbrechen und Bootskörperstöße
verhindern soll.
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Als Grenzfall ist für eine gegebene Reihe von Fahrzeugkennlinien,
für eine bestimmte Länge und gewünschte Grenze der Beschleunigungswerte
g eine Kombination von Seezustand, Wellenhöhe und Geschwindigkeit möglich,
für die die zusammengehörenden Kennlinien der Höhenregelung mit Beschleunigungsbegrenzung
nicht übereinstimmend erfüllt werden können. Das Fahrzeug kann die Wellenkontur,
auch in seiner Schwingung gedämpft, nicht nachfahren, ohne die Beschleunigungsgrenze
zu überschreiten. In einem solchen Fall kann ein Signal der maximal zulässigen Beschleunigung
g als Schaltsignal verwendet werden, um nach überschreitung den Höhenregelkreis
auszuschalten und den Gashebel für den Fahrzeugmotor oder den Hauptantrieb zurückzunehmen,
so daß die Fahrzeuggeschwindigkeit auf kleinere Werte abgesenkt wird, als für die
Tragflächenwirkung notwendig ist. Dadurch kann das Fahrzeug als normales Fahrzeug
mit einem vom Wasser getragenen Bootskörper weiterbetrieben werden.
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In F i g. 6 A ist ein Blockschaltbild eines Tragflächenhöhenregelkreises
dargestellt. Von einer einstellbaren Quelle 30 eines Höhensollwertsignals
wird ein einstellbares Bezugshöhensignal h, auf einen veränderlichen zweiseitigen
Begrenzer 31 gegeben. Der Begrenzer 31 überträgt das Signal unbeeinflußt,
oder er ändert die Amplitude des Signals, je nachdem, ob es erforderlich
ist zu verhindern, daß die Signale eine bestimmte obere Grenze überschreiten oder
unter eine untere Grenze abfallen. Das übertragene Signal, das& für eine gewünschte
Höhe oberhalb des Wassers kennzeichnend ist, wird als nächstes in einer Summiereinrichtung
33 mit der Ausgangsgröße eines Höhenmessers 32 verglichen, so daß
ein Signal entsteht, das die Regelabweichung von der gewünschten Höhe anzeigt. Der
Höhenmesser 32 ist vorzugsweise eine höhenempfindliche Einrichtung mit einer
flachen Frequenzkennlinie bei hohen Frequenzen ebenso wie bei niedrigen Frequenzen
einschließlich der Frequenz Null aus Gründen, die später ersichtlich werden. Mit
anderen Worten, der Höhenmesser sollte einen flachen Frequenzgang für Frequenzen
von Null bis zu den höchsten Wellenfrequenzen haben, denen der Höhenregelkreis ausgesetzt
sein soll.
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Die Höhenregelabweichung oder die Signaldifferenzausgangsgröße der
Summiereinrichtung 33 wird auf einen Tragflächenstellmotor 34 gegeben, der
die Lage der Tragflächen einstellt, um die Höhe des Fahrzeuges so zu variieren,
daß die Höhenregelabweichung verringert wird (d. h. sich dem Nullwert nähert).
Der Stellmotor kann ein in üblicher Weise elektrisch betriebenes hydraulisches Gerät
sein.
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Zwischen der Summiereinrichtung 33 und dem Ausgang des Höhenmessers
32 ist ein Tiefpaßfilter 35 eingeschaltet. Der Zweck des Filters
35 besteht darin, das Ansprechen auf eine schnelle See zu dämpfen und eine
Störgrößensättigung des Tragflächenregelkreises zu vermeiden, die durch hochfrequente
Komponenten der Ausgangsgröße des Höhenmessers 32 zustande kommen könnte.
Ein solches Filter kann alternativ auch zwischen dem Stellmotor 34 und dem Ausgang
der Summiereinrichtung 33
vorgesehen sein, um den gleichen Zweck zu erreichen
(vgl. die Darstellung in F ig. 6B).
Die oberen und unteren Grenzen
des Höhensollwertsignals, die durch den Begrenzer 31 vorgegeben werden, sind
in Abhängigkeit von einer Führungsgröße veränderlich, die über die Leitung
36 auf den Begrenzer 31 gegeben wird. Die Führungsgröße auf der Leitung
36 wird vom Ausgang eines Wellenhöhensuchers 37 geliefert, der mit
dem Ausgang des Höhenmessers 32 abhängig verbunden ist, um ein für die Wellenhöhe
kennzeichnendes Signal zu schaffen. Dadurch werden die oberen und unteren Grenzen
des zweiseitigen Begrenzers 31 veranlaßt, sich in Abhängigkeit vom Seezustand
zu ändern, wobei die Elemente 31, 32, 35, 36 und 37 so ausgebildet
sind, daß die Abhängigkeit in übereinstimmung mit den Beziehungen steht, die in
F i g. 4 dargestellt sind. Das Feststellen der Wellenhöhe durch das Element
37 erfolgt mit Hilfe eines Hochpaßfilters, der eine untere Grenzfrequenz
hat, die etwa gleich der oberen Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters 35 ist.
In Fällen, in denen zur Beeinflussung des Begrenzers 31 ein Gleichstromsignal
erforderlich ist, wird auch ein üb-
licher Gleichrichter im Zusammenwirken
mit dem Hochpaßfllter verwendet, der zum Wellenhöhensucher 37 gehört. Der
Eingang des Suchers 37 könnte alternativ mit dem Ausgang der Summiereinrichtung
33 abhängig verbunden sein, um dieselbe Wirkung zu erhalten (vgl. die Darstellung
in F i g. 6 B).
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Die Begrenzung der Vertikalbeschleunigung g wird im Zusammenwirken
mit der Höhenregelung mit Hilfe der Ausgangsgröße eines Beschleunigungsmessers
38 erreicht, die derart auf den Stellmotor 34 für die Tragflächen gegeben
wird, daß die Vertikalbeschleunigung des Fahrzeuges verringert wird. Der Beschleunigungsmesser
ist vorgesehen, um eine Anzeige für das Anheben oder die VertikAbeschleunigungen,
die das Schiff erfährt, zu schaffen. Das übereinstimmende Ansprechen des Stellmotors
34 sowohl auf die Normalbeschleunigung als auch auf Höhenregelabweichungssignale
würde die Verringerung der stationären Höhenregelabweichung auf ein Minimum verhindern.
Deshalb ist ein Integrator 39 abhängig zwischen den Ausgang der Summiereinrichtung
33
und den Eingang des Stellmotors 34 parallel geschaltet, um die stationäre
Höhenregelabweichung Ah, auf ein Minimum zu verringern. Der Integrator kann
als üblicher integrierender Verstärker oder als motorisch angetriebenes Potentiometer
ausgebildet sein, das eine Ausgangsgröße liefert, die das Zeitintervall der Ausgangsgröße
der Sununiereinrichtung 33 darstellt. Die beschriebene ParaHelverbiiidung,
die in F i g. 6 A
dargestellt ist, wird bevorzugt verwendet, um die dynamisch
entstabilisierende Wirkung eines Integrators in einem Stellmotorrückführungskreis
zu verhindern, während gleichzeitig die stationäre Höhenabweichung auf ein Minimum
gebracht wird.
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Es ist festzuhalten, daß in einer langsamen See (d. h. bei
geringer Horizontalgeschwindigkeit oder niedriger Frequenz der Wellen [F i
g. 2]) die Höhenabweichungsausgangsgröße der Summiereinrichtung
33 relativ zur Oberfläche der Wellen gemessen wird, während die Ausgangsgröße
der Vertikalbeschleunigung des Beschleunigungsmessers 38 relativ zu einem
Trägheits- oder Newtonschen Bezugspunkt gemessen wird. In einer schnellen See
(d. h. für den Fall, daß die Wellengeschwindigkeit eine Frequenz ergibt,
die größer ist als die Ausgangsfrequenz des Tiefpaßfilters [s. auch F i
g. 3]) erfolgt jedoch die Messung der Höhenabweichung in Abhängigkeit
von einem mittleren Wasserspiegel analog zu einem Trägheitsbezugspunkt. Infolgedessen
könnte die Summe der Signale für die Höhe und die Vertikalbeschleunigung
am Eingang des Stellmotors 34 kennzeichnend für eine neutrale stabile oder bestenfalls
in zweiter Ordnung gedämpfte Abhängigkeit sein. Deshalb ist ein Ausgleichsmittel
40 zwischengeschaltet, um die Ausgangsgröße des Beschleunigungsmessers
38 so zu formen, daß eine Ausgangsgröße erhalten wird, die eine Funktion
sowohl der Vertikalbeschleunigung als auch des ersten Integrals der Vertikalbeschleunigung,
d. h. der Vertikalgeschwindigkeit, ist. Da das erste Integral der Vertikalbeschleunigung
eine Komponente der Vertikalgeschwindigkeit darstellt, dient solch ein erstes Integral
dazu, eine zusätzliche Dämpfung des untergedämpften schwingenden Kreises oder Höhenregelkreises
zweiter Ordnung zu liefern. Eine derartige Größenumformung, um eine Ausgangsgröße
zu erhalten, die sowohl die Beschleunigung wie auch das erste Integral der Beschleunigung
anzeigt, kann durch übliche elektrische Netze erhalten werden. Sie sind deshalb
nur schematisch durch das Element 40 angedeutet. Für ein Gleichstrombeschleunigungssignal
können diese Mittel einen hochwirkenden Verstärker mit kapazitiver Rückführungsimpedanz
und einer Reiheneingangsimpedanz umfassen, die aus einem Widerstand und einer Kapazität
in Parallelschaltung besteht.
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Ein Beschleunigungsmeßschalter 41 ist mit dem Ausgang des Beschleunigungsmessers
38 derart abhängig verbunden, daß ein Stellsignal in Abhängigkeit von Beschleunigungen,
die einen vorgegebenen Wert überschreiten, entsteht. Solche Signale ergeben sich
bei einem Seezustand, bei dem Wellenhöhe und Wellengeschwindigkeit so kombiniert
sind, daß ein übermäßiges . Nachfahren der Oberfläche durch Fahrzeuge mit
einem Höhenregelkreis veranlaßt wird, Die Stellsignale werden auf den Tragflächenstellmotor
34 und den Motorgashebelstellmotor 42 des Antriebsmotors gegeben. Sie veranlassen,
daß die Tragflächenwirkung durch eine Verringerung der Fahrzeuggeschwindigkeit unwirksam
wird. Das Fahrzeug wird dann nicht mehr in flügelgestützter Fahrt betrieben, sondern
wie ein übliches Wasserfahrzeug.
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In F ig. 6B ist ein Blockschaltbild eines anderen Regelkreises dargestellt.
Er besteht im wesentlichen aus den gleichen Elementen wie der in F i g. 6 A,
je-
doch mit folgenden Unterschieden: In dem Kreis der F i g. 6 B ist
jedes der Elemente 35 und 37 an Stelle einer Verbindung mit dem Ausgang
des Elementes 32 mit dem Ausgang des Elementes 33 verbunden. Da das
Bezugshöhensignal oder auch Sollwertsignal des Elementes 30 in den F i
g. 6 A und 6 B nur ein begrenztes Frequenzspektrum. enthält (das Signal
ist im wesentlichen ein Gleichstromsignal), hat es keine Einwirkung auf den Ausgang
des Wellenhöhensuchers 37, noch wird das Sollwertsignal selbst durch den
Tiefpaßfilter 35 beeinflußt. Deshalb ist der Kreis nach F 1 g. 6 B
dem Kreis nach F i g. 6 A wirkungsmäßig insoweit gleichwertig, als die Komponenten
des Spektrums der Ausgangsgröße des Elementes 32 am Ausgang der Summiereinrichtung
33 nicht wesentlich geändert werden, bevor sie durch die Elemente
35
und 37 übertragen werden.
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In F i g. 7 ist ein Beispiel für einen Begrenzer im Schaltbild
dargestellt. Ein einstellbares Höhensollwertsignal wird von einer Signalquelle
30 geliefert, die
aus einem von Hand eingestellten, von Gleichstrom
gespeisten Potentiometer 50 gebildet wird. Das Signal wird auf den Eingang
51 eines veränderlichen zweiseitigen Gleichstrombegrenzers 31 gegeben.
Der Gleichstrombegrenzer besteht aus einem ersten Widerstand 52 und einer
ersten Diode 53, die in Reihe zwischen die Eingangsklemme 51 und die
Ausgangsklemme 54 geschaltet sind, wobei ein Ende des ersten Widerstandes mit der
Eingangsklemme verbunden ist und eine Elektrode der ersten Diode an die Ausgangsklemme
angeschlossen ist. Ein zweiter Widerstand 55
und eine zweite Diode
56 sind in Reihe zwischen die Ausgangsklemme 54 und Erde geschaltet. Dabei
ist ein Ende des zweiten Widerstandes mit der Erde verbunden und eine Elektrode
der zweiten Diode an die Ausgangsklemme angeschlossen. Die Anode der ersten Diode
ist mit der Kathode der zweiten Diode verbunden. Ein dritter Widerstand
57 und eine dritte Diode 58 sind in Reihe zwischen eine Eingangsklemme
59 für einen Begrenzerregelkreis und die Ausgangsklemme 54 geschaltet. Dabei
ist das eine Ende des Widerstandes mit der Regelklemme 59 verbunden, und
die dritte Diode ist entgegengerichtet zur Diode 53 an die Ausgangsklemme
54 gelegt.
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Mit der Eingangsklemme 59 ist ein Vergleichskreis
60 üblicher Form abhängig verbunden. Der Kreis ist ferner an eine Vorspannungsquelle
mit der Spannung - V, angeschlossen, die einen Maximalwert für die obere
einstellbare Grenze entsprechend der Länge der Strebe 13 in F i
g. 1 darstellt. Der Ausgang des Vergleichskreises 60 ist zwischen
der zweiten Diode 56 und dem zweiten Widerstand 53 angeschlossen,
so daß die Diode eine negative Vorspannung erhält. Der Vergleichskreis kann aus
einem summierenden Verstärker bestehen, zu dem Mittel zum Wechseln des Vorzeichens
gehören, wie sie notwendig sind, um in geeigneter Weise eine negative Vorspannung
zu erhalten. Auf die Eingangsklemme 59 des einstellbaren zweiseitigen Begrenzers
31 wird ein Gleichstromsignal mit umgekehrten Vorzeichen zur Spannung
- V, am Element 60 gegeben, das für den Seezustand kennzeichnend ist.
Ein solches Signal wird dadurch erhalten, daß die Ausgangsgröße des Höhenmessers
32 auf einen Wellenhöhensucher 37
gegeben wird und der Ausgang des
Wellenhöhensuchers 37 mit der Eingangsklemme 59 mit Hilfe einer Signalleitung
36 verbunden ist.
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Der Höhenmesser 32 kann von irgendeinem geeigneten empfindlichen,
auf die Höhe ansprechenden Fühler gebildet werden, der einen flachen Frequenzgang
für die Wellenfrequenzen hat, denen ein Tragflächenfahrzeug-Höhenregelkreis ausgesetzt
sein kann. Solche Fühler können aus bekannten Radaranordnungen oder auf Schallwirkungen
beruhenden Einrichtungen bestehen.
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Der Wellenhöhensucher 37 kann aus einem Hochpaßfilter und einem
Gleichrichter bestehen und so geeicht sein, daß ein Gleichstromsignal erhalten wird,
das die Wellenhöhe durch bekannte Mittel anzeigt.
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Für die in F i g. 7 gezeichnete Ausführungsform des Begrenzers
37 können beispielsweise folgende Werte für die Größen des Stromkreises verwendet
werden: gleiche Widerstandswerte für den ersten ohmschen Widerstand 52 und
den dritten ohmschen Widerstand 57, einen Widerstandswert für den zweiten
Widerstand 55 von einem Zehntel dessen, was für entweder das Element
52 oder 57 verwendet wird ' eine negative Vorspannung von
10 V für 17, am Element 60 entsprechend einer Strebenlänge von
3,05 m, ein Übertragungsfaktor für den Wellenhöhensucher von 1 V
je 0,61 m Wellenhöhe (d. h. Entfernung zwischen Wellenberg und Wellental)
und ein Verstärkungsfaktor von - 1 in dem Summierverstärker 60.
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Beim Betrieb der als Beispiel dargestellten Ausführungsform des Begrenzers
31, der in F i g. 7 dargestellt ist, kann die Ausgangsklemme 54 keine
Signale aufrechterhalten, die an der Eingangsklemme 51 oberhalb der negativen
Vorspannung der Diode 56 (die von dem Element 60 stammt) eingegeben
werden. Dies kommt daher, daß die negative Vorspannung für den Fall, daß sie durch
das Eingangssignal an der Klemme 51 -überwunden wird, einen Kurzschluß der
Diode 56 über den verhältnismäßig geringen Widerstandswert des Widerstandes
55 nach Erde gestattet. Deshalb schafft das Element 60 zusammen mit
den Elementen 55 und 56 eine obere Grenze für ein Ausgangssignal,
das an der Klemme 54 erscheint.
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Eine solche obere Grenze wird in Abhängigkeit von einer Vergrößerung
des Führungssignals verringert, das an der Klemme 59 als Ergebnis eines zunehmenden
Seezustandes erscheint. Eine solche Vergrößerung der Regelung kann z. B. (erstens)
die Folge einer Vergrößerung der relativen Wellengeschwindigkeit oder Frequenz von
einer niedrigen Frequenz auf eine Frequenz im Durchlaßbereich des Hochpaßfilters
des Wellenhöhensuchers 37 sein oder (zweitens) eine Folge der Vergrößerung
der Wellenhöhe oder (drittens) auf beides zurückzuführen sein. Wenn sich der Führungssignalpegel
am Ausgang 59, ausgehend vom Wert Null, vergrößert, wodurch der negativen
Spannung V, am Eingang des Elementes 60 entgegengewirkt wird, verringert
sich der Ausgangspegel des Elementes 60. Wenn sich der Ausgangspegel des
Elementes 60 verringert, verringert sich die Vorspannung der Diode
56, wodurch die obere Grenze für Ausgangssignale an der Klemme 54 herabgesetzt
wird.
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Die Ausgangsklemme 54 in F i g. 7 kann keine Signale auf einem
Pegel unterhalb des Potentials der Diode 58 aufrechterhalten, da durch ein
solches Potential eine negative Vorspannung fär die Diode 53
gebildet wird,
so daß eine übertragung des Sollwertsignals von der Eingangsklemme 51 zur
Ausgangsklemme 54 verhindert wird. Statt dessen erscheint das an der Diode
58 auftretende Potential an der Klemme 54. Deshalb schaffen die Elemente
57 und 58 eine untere Grenze für ein Ausgangssignal, das an der Klemme
54 erscheint. Wenn sich der Führungssignalpegel an der Klemme 59 erhöht,
vergrößert sich die negative Vorspannung der Diode 53. Dadurch wird die untere
Grenze des Ausgangssignals 54 angehoben.
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Da sich in Abhängigkeit von einer Vergrößerung der Führungssignalamplitude
(d. h. des Ausgangssignals des Wellenhöhensuchers 37) sowohl die obere
Grenze verringert wie die untere Grenze erhöht, wird ersichtlich, daß der zulässige
Bereich der Ausgangssignale an der Klemme 54 des Begrenzers 31 sich in dem
Maße verringert, in dem sich der Seezustand vergrößert.