DE1236966B

DE1236966B - Automatic, passive, mechanical control system for stabilizing the movements of a hydrofoil

Info

Publication number: DE1236966B
Application number: DEA48888A
Authority: DE
Inventors: John Kent Roper
Original assignee: ATLANTIC HYDROFOILS Inc
Current assignee: ATLANTIC HYDROFOILS Inc
Priority date: 1964-04-14
Filing date: 1965-04-09
Publication date: 1967-03-16

Description

Automatisches, passives, mechanisches Steuersystem zum Stabilisieren der Bewegungen eines Tragflügelbootes Die Erfindung bezieht sich auf ein automatisches, passives, mechanisches Steuersystem zum Stabilisieren der Bewegungen eines Tragflügelbootes von der Art, bei dem Klappen, die an dem waagerechten Tragflügel und an der vertikalen Stütze vorgesehen sind, die den Tragflügel mit dem Bootskörper verbindet, durch ein mechanisches Gestänge verbunden sind, um beim Angreifen unausgeglichener Kräfte an einer Klappe, die diese verschwenken, auf die andere Klappe eine Kraft auszuüben, um diese andere Klappe in eine Lage zum Ausgleichen der auf beide Klappen ausgeübten Kraft zu bewegen.Automatic, passive, mechanical control system for stabilization the movements of a hydrofoil The invention relates to an automatic, passive, mechanical control system for stabilizing the movements of a hydrofoil of the flap type on the horizontal wing and on the vertical one Support are provided that connects the hydrofoil to the hull through a mechanical linkage connected to when attacking unbalanced forces to exert a force on one flap that swivels them, around this other flap in a position to compensate for the exerted on both flaps Force to move.

Es sind bereits automatisch arbeitende einfache Tragflügelsteuersysteme bekannt, die alle Vorteile eines Stabilisierungssteuersystems für einen unter Wasser befindlichen Tragflügel aufweisen ohne die Kompliziertheit, die Unkosten und die verwickelte Wartung, die ein elektronisch-mechanisches Autopilotsystem erfordert. Bei diesen bekannten Ausführungen ist eine Steuerklappe an dem unter Wasser liegenden Tragflügel mechanisch mit einer vertikalen Rückseitenklappe an der senkrechten Strebe verbunden, die den unter Wasser liegenden Tragflügel an dem Bootkörper abstützt. An einer Klappe angreifende unausgeglichene Kräfte, die ein Verschwenken dieser Klappe hervorrufen, bewirken, daß an der anderen Klappe eine Kraft angreift, die sie in eine Stellung bewegt, in der die auf beide Klappen einwirkenden Kräfte ausgeglichen werden.They are already simple, automatic wing control systems known to have all of the benefits of a stabilization control system for an underwater present airfoil without the complexity, expense and expense intricate maintenance that requires an electro-mechanical autopilot system. In these known designs, a control flap is located on the underwater Mechanical wing with a vertical rear flap on the vertical strut connected, which supports the submerged hydrofoil on the boat body. Unbalanced forces acting on a flap that cause it to pivot Cause flap, cause that a force acts on the other flap that it moves into a position in which the forces acting on both flaps are balanced will.

Bei den genannten älteren Systemen weist die vertikale Klappe die Form eines stromlinienförmigen Flügels auf und ist an der Hinterkante der stromlinienförmigen vertikalen Strebe angeordnet, so daß "jede ihrer Seiten eine stromlinienförmige Verlängerung der betreffenden Seitenfläche dieser Strebe bildet. Wenn diese Klappe mit dem Wasserstrom zusammentrifft und schwenkt, ist eine Seite direkt der positiven Kraft des Wasserstroms und die andere Seite einem Sog oder negativem Druck ausgesetzt. der durch den Tangentialstrom des Wassers entlang dieser Seitenfläche hervorgerufen wird. Bei gewissen höheren Bootsgeschwindigkeiten jedoch kann sich dieser Tangentialstrom des Wassers unregelmäßig und unterbrochen von der Oberfläche der Klappe losreißen und Luft zwischen den Wasserstrom und diese Oberfläche einführen. Der Druck auf dieser Oberfläche wechselt dann durch diese Lufteinführung von negativ zu positiv und ändert dadurch die Ausrichtung der vertikalen Klappe aus der Stellung, für die sie konstruiert ist, wenn Wasser an ihrer Oberfläche tangential entlangfließt. Diese Umlenkung bewirkt durch das mechanische Gestänge einen Wechsel der Ausrichtung der unter Wasser liegenden Tragflügelklappe, und das Boot wird in Abhängigkeit von der Zahl der vertikalen Klappen am Boot durch das Abreißen des Stromes zum Schlingern oder Stampfen gebracht.In the older systems mentioned, the vertical flap has the Shape of a streamlined wing and is at the trailing edge of the streamlined vertical strut arranged so that "each of its sides is a streamlined one Forms extension of the relevant side surface of this strut. If this flap meets with the flow of water and swings, one side is directly positive Force of the water flow and the other side subjected to suction or negative pressure. caused by the tangential flow of the water along this side surface will. At certain higher boat speeds, however, this tangential flow can develop of the water irregularly and intermittently tear loose from the surface of the flap and introduce air between the water stream and this surface. The pressure on this surface then changes from negative to positive as a result of this air introduction and thereby changes the orientation of the vertical flap from the position for which it is constructed when water flows tangentially along its surface. These The mechanical linkage causes the deflection to change the orientation of the submerged hydrofoil, and the boat will depend on the Number of vertical flaps on the boat caused by the current being torn to lurch or pounding.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die bekannte Einrichtung derart abzuändern, daß die beschriebene Instabilität vermieden wird.It is the object of the invention to modify the known device in such a way that that the instability described is avoided.

Die Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die vertikale Klappe des Steuersystems eine ausgeprägte Unterbrechung des Profils der vertikalen Strebe bildet, derart, daß sich an der einen Seite der vertikalen Klappe teilweise begrenzt durch die Strebe eine sich zur Luft über der Wasseroberfläche öffnende Lufttasche ausbildet, während an der entgegengesetzten Seite der Klappe die Stromfäden dieser Seite der Strebe «eitergeleitet werden.The object is achieved according to the invention in that the vertical Flap of the control system a pronounced interruption in the profile of the vertical Strut forms so that on one side of the vertical flap partially limited by the strut one opening to the air above the water surface Air pocket forms, while the stream filaments are on the opposite side of the flap on this side of the strut.

Die Erfindung verwendet somit die allgemeine Arbeitsweise der genannten früheren Ausführungen, aber sie sieht eine belüftete vertikale Klappe vor. Diese Einrichtung einer Belüftung an einer der Klappenoberflächen ermöglicht es, daß das Wasserfahrzeug ohne das Stampfen und Schlingern betrieben werden kann, das bei einem Wasserfahrzeug mit vertikaler Klappe in symmetrischer stromlinienförmiger Profilausrichtung mit der vertikalen Strebe auftreten kann, wie es bei den bekannten Ausführungen der Fall ist. Die belüftete vertikale Klappe der Erfindung sorgt zu jeder Zeit, wenn die vertikale Klappe unter Wasser ist, für eine Lufttasche oder ein Luftkissen auf der Oberfläche der vertikalen Klappe dort, wo zu erwarten ist, daß das Abreißen auftritt. Diese Lufttasche bildet einen eher konstanten als unregelmäßigen Beiwert und ist leicht in das mechanische Tragflächensteuersystem einzuplanen.The invention thus employs the general operation of the aforesaid earlier designs, but it provides a ventilated vertical flap. These Establishing a vent on one of the flap surfaces enables the Watercraft can be operated without the pounding and rolling that one Watercraft with a vertical flap in a symmetrical, streamlined profile alignment can occur with the vertical strut, as in the known designs the case is. The ventilated vertical flap of the invention provides anytime the vertical flap is under water, for an air pocket or an air cushion on the surface of the vertical flap where it can be expected that tearing occurs. This air pocket forms a constant rather than an irregular one Coefficient and is easy to incorporate into the mechanical wing control system.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß an beiden Seiten der Hinterkante der Strebe jeweils eine Klappe schwenkbar befestigt ist. Die Verwendung nur einer vertikalen Klappe, die im allgemeinen nur nach einer Seite der Stützstrebe schwenkt und von der nur eine Fläche dem positiven Druck des Wasserstromes ausgesetzt ist, ruft ein Biegemoment hervor, das eine Wirkung auf diese Strebe ausübt. Bei höheren Bootsgeschwindigkeiten wird dieses Biegemoment große Kräfte auf die vertikale Strebe ausüben, die konstruktiv ausgeglichen werden müssen. Wo eine ungerade Zahl von vertikalen Streben und damit verbundenen Klappen an dem Tragflügelboot verwendet wird, wird das Biegemoment außerdem versuchen, das Boot zu wenden, und muß ebenfalls ausgeglichen werden. Die Verwendung von zwei vertikalen Klappen, die an jeder vertikalen Strebe so ausgerichtet sind, daß sie nach einander gegenüberliegenden Seiten der Strebe schwenken, erleichtert diese beiden Probleme dadurch, daß sich die beiden Biegemomente gegeneinander an jeder Strebe aufheben. Zusätzlich schafft die Verwendung der zwei genannten Klappen ein Luftkissen an der inneren Oberfläche jeder vertikalen Klappe, und das Abreißproblem ist gelöst.Another feature of the invention is that on both sides the rear edge of the strut has a flap attached to it so that it can pivot. The usage only one vertical flap, which generally only faces one side of the support strut pivots and of which only one surface is exposed to the positive pressure of the water flow causes a bending moment that has an effect on this strut. at higher boat speeds, this bending moment will put great forces on the vertical Exercise striving that must be balanced constructively. Where an odd number used by vertical struts and associated flaps on the hydrofoil the bending moment will also try to turn the boat and must also be balanced. The use of two vertical flaps attached to each vertical Brace are oriented so that they are facing opposite sides of the Pivoting the strut eases both of these problems by letting the two become Cancel bending moments against each other on each strut. In addition, the use creates of the two mentioned flaps an air cushion on the inner surface of each vertical Shut up, and the tear-off problem is solved.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist, daß die vertikale Klappe wenigstens zwei ausgeprägte Abschnitte aufweist, wobei die Hinterkante jedes Abschnitts etwa am unteren sich gegen die Strebe verjüngenden Ende in einer Höhe oberhalb des Tragflügels endet, die größer ist als die Mindesteintauchtiefe bei der dem jeweiligen Abschnitt zugehörigen Fahrtgeschwindigkeit. Dadurch kann die selbstausgleichende Steuerung des Tragflügelbootes bei mehr als einer Fahrtgeschwindigkeit aufrechterhalten werden. Gegenwärtige Tragflügelboote mit einem selbstausgleichenden unter Wasser liegenden Steuersystem erzielen ein solches Gleichgewicht nur innerhalb weniger Punkte einer vorberechneten Fahrtgeschwindigkeit.Another feature of the invention is that the vertical flap at least has two distinct sections, the trailing edge of each section approximately at the lower end tapering towards the strut at a height above the wing ends, which is greater than the minimum immersion depth in the respective section associated driving speed. This allows the self-balancing control of the hydrofoil can be maintained at more than one speed. Current hydrofoils with a self-balancing submerged Tax system achieve such a balance only within a few points of one precalculated driving speed.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind an Hand der Zeichnungen beschrieben. Darin zeigt F i g. 1 eine Seitenansicht, die eire Tragflügelsystem darstellt, zu der eine belüftete Klappe gehört, die an einer senkrecht an einem Tragflügelboot befestigten Stützstrebe angeordnet ist, F i g. 2 den Schnitt entlang der Linie 2-2 in F i g. 1, F i g. 3 eine Seitenansicht eines Tragflügelsteuersystems, zu dem zwei belüftete Klappen gehören, die an einer Stützstrebe angeordnet sind, F i g. 4 den Schnitt entlang der Linie 4-4 in F i g. 3 und F i g. 5 eine Seitenansicht eines Tragflügelsteuersystems, zu dem eine belüftete Klappe gehört, die wie in F i g. 1 angeordnet, aber zusätzlich für eine selbstausgleichende hydrodynamische Auftriebsfunktion bei einer Vielfalt von Fahrgeschwindigkeiten konstruiert ist.Embodiments of the invention are described with reference to the drawings. In it, F i g. 1 is a side view illustrating an airfoil system which belongs to a ventilated flap that is perpendicular to a hydrofoil attached support strut is arranged, F i g. 2 the section along the line 2-2 in Fig. 1, Fig. 3 is a side view of an airfoil control system that includes two include ventilated flaps which are arranged on a support strut, FIG. 4 den Section along line 4-4 in FIG. 3 and F i g. 5 is a side view of a A hydrofoil control system that includes a vented flap as shown in FIG. 1, but also for a self-balancing hydrodynamic lift function is designed at a variety of travel speeds.

In den Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszahlen in allen Ansichten übereinstimmende Bauteile darstellen, ist in F i g. 1 ein unter Wasser befindlicher Tragflügel 10 dargestellt, der an einer vertikalen Tragstrebe 11 angebracht ist, die wiederum mit ihrem oberen Abschnitt an dem Körper eines Wasserfahrzeugs 12 befestigt ist. Die Strebe 11 endet mit ihrer Hinterkante in einer etwa ebenen Fläche 11 a, auf der eine vertikale Klappe 14 befestigt ist, die um eine Strebekante 15 am Ende der Seite 13 schwenkt. An der Unterkante des unter Wasser befindlichen Tragflügels 10 ist eine horizontale Steuerklappe 16 schwenkbar angebracht. Ein allgemein mit 17 bezeichnetes mechanisches Gestänge verbindet die vertikale Klappe 14 und die horizontale Klappe 16. In the drawings, in which like reference numerals represent corresponding components in all views, FIG. 1 shows an underwater hydrofoil 10 which is attached to a vertical support strut 11, which in turn is fastened with its upper section to the body of a watercraft 12. The strut 11 ends with its rear edge in an approximately flat surface 11 a, on which a vertical flap 14 is attached, which pivots about a strut edge 15 at the end of the page 13 . A horizontal control flap 16 is pivotably attached to the lower edge of the underwater wing 10. A mechanical linkage, generally designated 17, connects the vertical flap 14 and the horizontal flap 16.

In F i g. 1 ist die vertikale Klappe 14 teilweise im Wasser eingetaucht dargestellt. Dieses Eintauchen bedeutet Betrieb des Bootes bei geringer Geschwindigkeit, und die hydrodynamische Belastung auf der Klappe 14 verursacht einen vollständigen Ausschlag der unter Wasser liegenden Tragflügelklappe 16 nach unten. Dieser vollständige Ausschlag der Klappe 16 bewirkt, daß ein hoher Auftriebskoeffizient durch den unter Wasser liegenden Tragflügel entwickelt werden muß, und es wird eine große hydrodynamische Hubkraft entwickelt, so daß das Boot sich selbst aus dem Wasser zu heben strebt. Während die Geschwindigkeit des Bootes erhöht wird, werden zwei Eigenschaften entwickelt. Erstens wird der erforderliche Auftriebskoeffizient zum Tragen des Bootes geringer, und zweitens beginnt das Boot sich zu heben, so daß der Bootskörper aus dem Wasser herausgehoben wird. Wenn sich das Boot hebt, hebt sich die senkrechte Klappe 14, die Eintauchtiefe wird reduziert und ihre hydrodynamische Belastung wird herabgesetzt. Die erhöhte Belastung auf der unter Wasser liegenden Klappe 16 bewirkt, daß ihr eigener Ausschlag verringert wird, und erreicht außerdem durch ein Gestängesystem 17, daß die vertikale Klappe 14 ihren Klappenwinkel erhöht, bis ein Momentausgleichszustand zwischen den Belastungen der vertikalen Klappe und der horizontalen Klappe erreicht ist. Dieser Vorgang setzt sich fort, d. h., wenn sich das Boot schneller bewegt, werden die Belastungen der Tragflügelklappe 16 erhöht, das Boot hebt sich, wobei die Wirksamkeit der senkrechten Klappe 14 verringert wird, bis das Boot eine ausgeglichene Fahrhöhe erreicht, bei der die vertikale Klappe völlig aus dem Wasser ragt und die Tragflügelklappe keinen Ausschlag mehr aufweist, wobei ihre weitere Bewegung durch einen mechanischen oberen Anschlag 18 verhindert wird.In Fig. 1, the vertical flap 14 is shown partially submerged in the water. This immersion means operating the boat at low speed and the hydrodynamic loading on the flap 14 causes the submerged hydrofoil flap 16 to deflect completely downward. This full deflection of the flap 16 causes a high coefficient of lift to be developed by the submerged hydrofoil, and a large hydrodynamic lifting force is developed so that the boat tends to lift itself out of the water. As the speed of the boat increases, two properties are developed. Firstly, the coefficient of lift required to support the boat becomes lower and, secondly, the boat begins to rise so that the hull is lifted out of the water. When the boat rises, the vertical flap 14 rises, the immersion depth is reduced and its hydrodynamic load is reduced. The increased load on the submerged flap 16 causes its own deflection to be reduced, and also achieves through a linkage system 17 that the vertical flap 14 increases its flap angle until a moment of equilibrium between the loads on the vertical flap and the horizontal flap is reached is. This process continues, that is, as the boat moves faster, the loads on the hydrofoil flap 16 are increased, the boat rises, reducing the effectiveness of the vertical flap 14 until the boat reaches a balanced ride height at which the vertical The flap protrudes completely out of the water and the wing flap no longer shows any deflection, its further movement being prevented by a mechanical upper stop 18.

Weitere Anstiege der Fahrhöhe des Bootes werden dann durch den hydrodynamischen Vorgang gesteuert, der eine Verringerung der Tragflügelhöhe bewirkt, wenn der unter Wasser liegende V-förmige Tragflügel sich der freien Wasserfläche nähert. Wenn sich das Boot aus irgendeinem Grund in Richtung auf die freie Wasseroberfläche bewegt, dann wird die vertikale Klappe 14 betätigt, die einen Ausschlag der Tragflügelklappe 16 bewirkt, was wiederum ein Ansteigen der hydrodynamischen Hubkraft zur Folge hat und daher bewirkt, daß sich das Boot wieder in einen Ausgleichszustand hebt.Further increases in the ride height of the boat are then caused by the hydrodynamic Controlled process that causes a decrease in the wing height when the under V-shaped hydrofoils lying in the water approach the free water surface. If moves the boat towards the open water surface for any reason, then the vertical flap 14 is actuated, which causes a deflection of the wing flap 16 causes, which in turn results in an increase in the hydrodynamic lifting force and therefore causes the boat to rise again into an equilibrium condition.

Die vertikale Klappe 14 ist derart ausgebildet und angeordnet, daß eine Lufttasche auf einer Seite der vertikalen Klappe 14 entsteht, wobei die andere Seite die Stromfäden des Wasserstroms weiterleitet und damit einer positiven Kraft ausgesetzt ist. Diese Kraft ist ständig vorhanden und bei gleichen Voraussetzungen konstant. Sie kann daher leicht als konstanter Beiwert in die dynamische Empfindlichkeit des Tragflügelsteuersystems eingerechnet werden. Diese Lufttasche wird dadurch geschaffen, daß die vertikale Klappe 14 so angebracht wird, daß ihr Profil eine ausgeprägte Unterbrechung des Profils der vertikalen Strebe 11 bildet, wodurch nur die Seite 14a dieser Klappe dem an der Strebe 11 entlangstreichenden Wasserstrcm unterworfen ist. Der Wasserstrom entlang der Seite 20 der Strebe 11 reißt an der Strebenkante 21 ab, wie in F i g. 2 gezeigt. Die Stromfäden nähern sich erst hinter oder am hinteren Ende 14e der Klappe 14 den Stromfäden von der Seite 13. Auf diese Weise befindet sich an der Seite 14 b der Klappe 14 ständig eine Luftschicht. Die Klappe 14 kann auch in nicht dargestellter Weise an der Vorderkante 21 der Strebe 11 angelenkt werden, so daß sich entlang einer Seite dieser Strebe nach hinten erstreckt; oder sie kann so angelenkt werden, so daß sie sich in irgendeiner beliebigen Lage entlang einer Seite dieser Strebe nach hinten erstreckt. In beiden Fällen wird die Klappe 14 asymmetrisch zur Längsachse 19-19 der vertikalen Strebe 11 befestigt, und eine Seite dieser Klappe ist ständig mit einer anliegenden Luftschicht versehen.The vertical flap 14 is designed and arranged such that an air pocket is created on one side of the vertical flap 14, the other Page forwards the threads of the water flow and thus a positive force is exposed. This power is always present and under the same conditions constant. It can therefore easily be used as a constant coefficient in the dynamic sensitivity of the Hydrofoil control system are included. This air pocket is created by that the vertical flap 14 is attached so that its profile is a pronounced Interruption of the profile of the vertical strut 11 forms, making only the side 14a of this flap is subjected to the stream of water stroking along the strut 11 is. The water flow along the side 20 of the strut 11 breaks at the strut edge 21 as shown in FIG. 2 shown. The stream threads only approach behind or at the rear End 14e of flap 14 is the stream filaments from side 13. In this way there is always a layer of air on the side 14 b of the flap 14. The flap 14 can also articulated to the front edge 21 of the strut 11 in a manner not shown so that this strut extends rearwardly along one side; or it can be hinged so that it can be moved along in any position one side of this strut extends backwards. In both cases the flap will 14 attached asymmetrically to the longitudinal axis 19-19 of the vertical strut 11, and one The side of this flap is constantly provided with an adjacent layer of air.

Die oben beschriebene belüftete Klappe 14, die einen geringeren Druckunterschied zwischen den beiden Klappenseiten aufweist als stromlinienförmig die Strebe fortsetzende Klappen, übt jedoch nicht das gleiche Biegemoment auf die Strebe 11 aus. Die konstruktive Verstärkung der vertikalen Tragstrebe ist daher wesentlich geringer. Außerdem sind die Strömungscharakteristiken um die Strebe und die belüftete Klappe herum so verändert, daß die Auslenkung der belüfteten Klappe einen geringeren hydrodynamischen Widerstand an der Tragstrebe mit sich bringt.The ventilated flap 14 described above, which has a smaller pressure difference has between the two flap sides as a streamlined continuation of the strut Fold, but does not exert the same bending moment on the strut 11. The constructive one Reinforcement of the vertical support strut is therefore much less. Also are changes the flow characteristics around the strut and vented flap so that that the deflection of the ventilated flap has a lower hydrodynamic resistance brings with it on the support strut.

Die belüftete Klappe 14 kann die in F i g. 3 gezeigte, im allgemeinen rechtwinklige Klappenform aufweisen, aber es hat sich herausgestellt, daß eine sich nach unten verjüngende Form, wie bei der Klappe 14 in F i g. 1 gezeigt, deutliche Vorteile aufweist. Wenn sich das Tragflügelboot mit einer Fahrgeschwindigkeit bewegt, bei der die Klappe 14 aus dem Wasser herausragt, wirken kleine Wellen, die nicht hoch genug sind, um den Bootskörper zu berühren, nur auf den unteren schmalen Bereich der Klappe 14 ein; das Tragflächenboot wird nur relativ unbedeutend ansprechen, wie es bei Wellen, die die Steuerung des Tragflügels nicht verändern, sein soll. Höhere Wellen greifen an der gesamten Fläche der Klappe 14 an, und das Tragflügelboot folgt im wesentlichen der Wellenform und hebt sich über diese Wellen. Die verjüngte Klappe 14 hat einen weiteren Nutzen, da ihr unterer schmaler Bereich dazu neigt, den kurzen Schlag, der sich an der Spitze vieler Wellen findet, zu ignorieren. Dieser allmähliche Empfindlichkeitsanstieg der Klappe 14 infolge ihrer zunehmenden Gestalt (die linear oder gekrümmt sein kann) schwächt das Ansprechen des Tragflügelbootes i auf alle Wellen wesentlich ab, indem sie vorsieht, daß die Wellen an der Klappe 14 in allmählich zunehmendem Maße angreifen. Ein weiteres Mittel, um dieses Ansprechen auf Wunsch zu verändern, ist das Verbiegen der Klappe 14 in verschiedene Formen. i In der Darstellung gemäß F i g. 1 ist die Klappe 16 an der Hinterkante des Tragflügels 10 schwenkbar befestigt. Bei für sehr hohe Geschwindigkeiten konstruierten Tragflügelbooten jedoch kann eine derartige Befestigung bewirken, daß der Wasserstrom entlang der Oberfläche 22 dieses Tragflügels von der Fläche 16 a der Klappe 16 abreißt, wenn diese Klappe nach unten geschwenkt wird. Eine Sogplatte 23, die unter der Klappe 14 an der Strebe 11 befestigt ist, verhindert, daß Luft zur Fläche 16a geleitet wird. aber zwischen der Fläche 16a und dem angrenzenden Wasserstrom wird sich Wasserdampf bilden. Die Kavitation an der Klappe 16 beeinflußt die Strömungseigenschaften an dem gesamten Tragflügel 10 und macht den Tragflügel als Hubmittel viel wirkungsloser. Eine Möglichkeit zum Verhüten dieses Abreißproblems ist die Beseitigung der Klappe 16 an der Hinterkante des Tragflügels 10 und statt dessen die Verwendung des gesamten Tragflügels als Klappe. indem er bei 24 (in Strichpunktlinien im hydrodynamischen Druckmittelpunkt des Tragflügels 10) an der vertikalen Strebe 11 schwenkbar befestigt wird. Infolge seiner großen Oberfläche braucht der Tragflügel 10 dann nur geringfügig geschwenkt zu werden, um dieselbe Hubkraft hervorzurufen, die durch Schwenken einer Klappe 16 um einen größeren Betrag erreicht würde. Aus diesem Grund wird eine Kavitation nicht eintreten.The ventilated flap 14 can be the one shown in FIG. 3, but it has been found to have a downwardly tapering shape, such as that of the valve 14 in FIG. 1 has clear advantages. When the hydrofoil is moving at a speed at which the flap 14 protrudes out of the water, small waves that are not high enough to contact the hull only act on the lower narrow area of the flap 14 ; the hydrofoil will respond only relatively insignificantly, as it should be with waves that do not change the control of the hydrofoil. Higher waves attack the entire surface of the flap 14 and the hydrofoil essentially follows the wave shape and rises above these waves. The tapered flap 14 has another benefit in that its lower narrow area tends to ignore the short flare found at the top of many waves. This gradual increase in the sensitivity of the flap 14 due to its increasing shape (which may be linear or curved) substantially attenuates the hydrofoil i's response to all waves by providing that the waves attack the flap 14 in a gradually increasing manner. Another means of changing this response, if desired, is to flex the flap 14 into various shapes. i In the illustration according to FIG. 1, the flap 16 is pivotably attached to the trailing edge of the wing 10. In hydrofoils designed for very high speeds, however, such a fastening can cause the water flow along the surface 22 of this hydrofoil to tear away from the surface 16 a of the flap 16 when this flap is pivoted downwards. A suction plate 23, which is attached to the strut 11 under the flap 14, prevents air from being conducted to the surface 16a . but water vapor will form between surface 16a and the adjacent water stream. The cavitation on the flap 16 affects the flow properties on the entire wing 10 and makes the wing much less ineffective as a lifting means. One way to prevent this tear-off problem is to remove the flap 16 at the trailing edge of the wing 10 and instead use the entire wing as a flap. by being attached to the vertical strut 11 so as to be pivotable at 24 (in dash-dotted lines in the hydrodynamic pressure center point of the wing 10). As a result of its large surface area, the wing 10 then only needs to be pivoted slightly in order to produce the same lifting force that would be achieved by pivoting a flap 16 by a greater amount. For this reason, cavitation will not occur.

Das in F i g. 1 gezeigte Gestänge 17 besteht aus einer Schubstange 25, einem Dreieckhebel 26 und einer Schubstange 27. Die senkrechte Schubstange 25 ist an ihrem einen Ende 25a an der Klappe 16 und mit ihrem anderen Ende 25b an einer Ecke 26a des Dreieckhebels 26 schwenkbar befestigt. Eine Ecke 26b dieses Hebels ist an der vertikalen Strebe 11 angelenkt, und eine Ecke 26c ist mit einem Ende 27a einer Schubstange 27 gelenkig verbunden. Das andere Ende 27b der Schubstange 27 ist an der Klappe 14 schwenkbar befestigt. Wenn ein Wasserstrom die vertikale Klappe 14 kreuzt und ihr Verschwenken bewirkt, schwenkt wiederum der Dreieckhebel 26 um die Ecke 26b und übersetzt diese Schwenkbewegung der Klappe in eine Auf- und Abbewegung der Schubstange 25 und in eine Schwenkbewegung der Klappe 16. Der Ausschlag der einen Klappe kann auf jedes gewünschte Verhältnis des Ausschlags der anderen Klappe durch bloßes Ändern der Stellungen der Schwenkpunkte 26 a oder 26 c relativ zu dem festen Anlenkpunkt 26b verändert werden.The in Fig. The linkage 17 shown in FIG. 1 consists of a push rod 25, a triangular lever 26 and a push rod 27. The vertical push rod 25 is pivotably attached at its one end 25a to the flap 16 and at its other end 25b to a corner 26a of the triangular lever 26. A corner 26b of this lever is articulated to the vertical strut 11, and a corner 26c is articulated to one end 27a of a push rod 27. The other end 27b of the push rod 27 is attached to the flap 14 so as to be pivotable. When a stream of water crosses the vertical flap 14 and causes it to pivot, the triangular lever 26 again pivots around the corner 26b and translates this pivoting movement of the flap into an up and down movement of the push rod 25 and a pivoting movement of the flap 16. The deflection of one flap can be changed to any desired ratio of the deflection of the other flap by simply changing the positions of the pivot points 26 a or 26 c relative to the fixed pivot point 26 b.

Die Schubstange 27 kann durch eine steife Feder, wie beispielsweise bei 28 in F i g. 5 gezeigt, ersetzt werden, wobei diese Feder bei den meisten Geschwindigkeiten als starrer Hebel wirkt, sich aber zusammendrücken läßt, wenn die Klappe 14 hohen Wasserdrücken in Verbindung mit sehr hohen Bootsgeschwindigkeiten ausgesetzt ist. Bei derart hohen Geschwindigkeiten, wenn die Klappe 14 dem Wasser ausgesetzt ist, würden normalerweise die großen Kräfte auf dieser Klappe, die eine scharfe Schwenkung bewirken, auf den schwenkbaren Tragflügel oder auf die Klappe 16 übertragen werden und eine unerwünscht große Hubkraft auf das Boot ausüben. Dadurch, daß die Feder 2$, wenn sie den mit hohen Bootsgeschwindigkeiten verbundenen großen Kräften unterworfen ist, zusammengedrückt wird, nimmt sie die Schwenkbewegung der Klappe 14 auf und verhindert dadurch, daß diese hohe Hubkraft auf das Boot ausgeübt wird.The push rod 27 can by a rigid spring, such as at 28 in FIG. 5, this spring can be replaced at most speeds acts as a rigid lever, but can be compressed when the flap 14 high Exposed to water pressures associated with very high boat speeds. At such high speeds, when the flap 14 is exposed to the water, would normally the great forces on this flap causing a sharp pivot effect, are transferred to the pivotable wing or to the flap 16 and exert an undesirably large lifting force on the boat. By the fact that the spring $ 2 when subjected to the great forces associated with high boat speeds is, is compressed, it takes up the pivoting movement of the flap 14 and thereby prevents this high lifting force from being exerted on the boat.

In F i g. 3 ist eine Ausführung der vorliegenden Erfindung dargestellt, bei der zwei vertikale Klappen 14 an der Strebe 11 befestigt sind und um Kanten 15 bzw. 15a dieser Strebe in entgegengesetzten Richtungen schwenken. Bei gewissen Formen von Tragflügelbooten, bei denen eine vertikale Stützstrebe am vorderen Abschnitt und zwei am hinteren Abschnitt des Bootskörpers angebracht sind, wirkt eine einzige vertikale Steuerklappe, die an der vorderen Strebe befestigt ist und nur nach einer Seite schwenkbar ist, als ein zweites unerwünschtes Ruder und neigt dazu, das Tragflügelboot zu wenden. Bei diesen Formen von Tragflügelbooten sowohl als auch bei anderen Formen, die zwei vertikale am vorderen Abschnitt des Bootskörpers befestigte Stützstreben und nur eine am hinteren Abschnitt angebrachte Ruderstrebe aufweisen, erzeugen die auf die einzelne vertikale an jeder dieser Streben befestigte Steuerklappe wirkenden Kräfte große Biegemomente an jeder Strebe, die konstruktiv ausgeglichen werden müssen, um ein Verziehen der Strebe zu verhindern. Gegeneinander schwenkende Klappen 14, die sich an gegenüberliegenden Seiten der Längsachse 19-19 der Strebe 11 nach hinten erstrecken, erzeugen entgegengesetzte Biegemomente an der Strebe 11, die sich gegenseitig im wesentlichen aufheben, wenn die Seiten 14a dem Wasserstrom ausgesetzt sind. Aus diesem Grund wird kein Drehmoment auf das Tragflügelboot ausgeübt, und die Strebe 11 und ihre Befestigung am Bootskörper brauchen nicht konstruktiv verstärkt zu werden. Die Klappen 14 können vielmehr an jedem beliebigen Punkt der Strebe 11 befestigt werden, um sich an entgegengesetzten Seiten dieser Strebe nach hinten zu erstrecken, ebenso wie an der Vorderkante 21 oder jeweils an entsprechenden Punkten entlang den Seiten 13 und 20. Die Klappen 14 sind belüftet, wobei die Seiten 14b ständig Lufttaschen aufweisen, wenn die Seiten 14a dem Wasserstrom ausgesetzt sind.In Fig. 3 shows an embodiment of the present invention, with two vertical flaps 14 are attached to the strut 11 and pivot about edges 15 and 15a of this strut in opposite directions. In certain forms of hydrofoil that have a vertical support strut on the front section and two are attached to the rear section of the boat hull, acts a single vertical control flap attached to the front strut and can only be swiveled to one side, as a second undesirable rudder and tends to turn the hydrofoil. With these forms of hydrofoil as well as with other shapes, the two vertical at the front portion of the Support struts attached to the hull and only one attached to the aft section Have rudder struts that produce on the individual vertical on each of these struts attached control flap forces large bending moments on each strut that must be structurally compensated to prevent distortion of the strut. Mutually pivoting flaps 14, which are located on opposite sides of the Longitudinal axis 19-19 of the strut 11 extend backwards, creating opposite ones Bending moments on the strut 11, which cancel each other out if the sides 14a are exposed to the flow of water. Because of this, there is no torque exerted on the hydrofoil, and the strut 11 and its attachment to the hull do not need to be reinforced constructively. The flaps 14 can rather any point of the strut 11 can be attached to opposite To extend sides of this strut backwards, as well as on the leading edge 21 or at corresponding points along sides 13 and 20, respectively. The flaps 14 are ventilated, with the sides 14b constantly having air pockets when the sides 14a are exposed to the flow of water.

Das in F i g. 3 gezeigte Gestänge 29 ist allgemein von derselben Art und Wirkungsweise wie das in F i g. 1 gezeigte Gestänge 17. Ein Dreieckhebel 30 ist mit seinem Schwenkpunkt 30a an einem hervorstehenden Teil 31 angelenkt, das an der Strebe 11 starr befestigt ist. Eine Ecke 30b dieses Dreieckhebels ist an einer Schubstange 32 angelenkt, die wiederum mit der unter Wasser liegenden Klappe 16 .elenkig verbunden ist. Eine horizontale Stange 33 st an einer Ecke 30c des Dreieckhebels 30 fest ancebracht, und die Enden dieser Stange sind an den Enden von Schubstangen 34 bzw. 35 angelenkt. Die entgegengesetzten Enden der Schubstangen 34 und 35 sind wiederum mit horizontalen Ansätzen 36 bzw. 37 der Klappen 14 gelenkig verbunden. Wenn die Klappen 14 dem Wasserstrom ausgesetzt sind, schwenken sie gegen die Längsachse 19-19 der Strebe 11, und das Gestänge 29 überträgt diese Schwenk-5ewegung auf die Klappe 16. Die Schubstangen 34 und 35 können durch steife Federn ersetzt werden, die nur unter hohem Druck zusammendrückbar sind. Die Klappen 14 können abgeschrägt sein, und die unter Wasser liegende Klappe 16 kann entfallen, wenn der gesamte Tragflügel 10 an der Strebe 11 schwenkbar befestigt ist, was bereits alles im Zusammenhang mit F i g. 1 erläutert wurde.The in Fig. Linkage 29 shown in FIG. 3 is generally of the same type and mode of operation as that in FIG. Linkage 17 shown in FIG. 1. A triangular lever 30 is articulated with its pivot point 30a to a protruding part 31 which is rigidly attached to the strut 11. One corner 30b of this triangular lever is hinged to a push rod 32, which in turn is articulated to the flap 16, which is underwater. A horizontal rod 33 is fixedly attached to a corner 30c of the triangular lever 30, and the ends of this rod are hinged to the ends of push rods 34 and 35, respectively. The opposite ends of the push rods 34 and 35 are in turn articulated to horizontal lugs 36 and 37 of the flaps 14, respectively. When the flaps 14 are exposed to the flow of water, they pivot against the longitudinal axis 19-19 of the strut 11, and the linkage 29 transmits this pivoting movement to the flap 16. The push rods 34 and 35 can be replaced by stiff springs that are only below are compressible under high pressure. The flaps 14 can be beveled, and the submerged flap 16 can be omitted if the entire wing 10 is pivotally attached to the strut 11, which is already all in connection with FIG. 1 was explained.

In F i g. 5 ist eine Klappe 140 schwenkbar an der Strebe 11, genau wie in F i g. 1, befestigt und durch das Gestänge 17 an der Klappe 16 angelenkt, wie in F i g. 1 gezeigt mit Ausnahme der zusätzlichen Feder 28, wie sie oben beschrieben wurde. Die Klappe 140 unterscheidet sich von der Klappe 14 in F i g. 1 jedoch darin, daß sie so konstruiert ist, daß das Tragflügelboot bei zwei grundsätzlich verschiedenen Fahrgeschwindigkeiten mit selbstausgleichender Steuerung fahren kann. Bei einem Tragflügelboot mit Klappen 14, die rechteckig oder dreieckig ausgebildet sind, wie in den F i g. 1 und 2 dargestellt, ist das Boot so konstruiert, daß es mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit fährt, bei der die Klappen 14 vollständig oberhalb der Wasseroberfläche liegen. Diese berechnete Fahrgeschwindigkeit des Bootes kann nur innerhalb eines Bereiches von mehreren Prozent nach oben oder nach unten geändert werden. Gewisse Tragflügelboote müssen jedoch mit Geschwindigkeiten fahren können, die um mehrere hundert Prozent variieren, und es ist erwünscht, bei diesen Fahrgeschwindigkeiten eine selbstausgleichende Kontrolle über das Boot zu haben und außerdem die Höhe des Bootes relativ konstant über der Wasseroberfläche einzuhalten, so daß das Boot bei geringeren Geschwindigkeiten nicht übermäßig von Wellen beeinflußt wird, die am Bootskörper anschlagen.In Fig. 5, a flap 140 is pivotable on the strut 11, just as in FIG. 1, attached and hinged to the flap 16 by the linkage 17 , as shown in FIG. 1 with the exception of the additional spring 28 as described above. The flap 140 differs from the flap 14 in FIG. 1, however, in that it is designed so that the hydrofoil can travel at two fundamentally different travel speeds with self-balancing control. In the case of a hydrofoil with flaps 14 which are rectangular or triangular, as shown in FIGS. 1 and 2, the boat is designed to travel at a predetermined speed with the flaps 14 completely above the surface of the water. This calculated speed of the boat can only be changed upwards or downwards within a range of several percent. However, certain hydrofoils must be able to travel at speeds that vary by several hundred percent, and it is desirable to have self-balancing control of the boat at these speeds and also to maintain the height of the boat relatively constant above the water surface so that the boat at lower speeds are not unduly affected by waves hitting the hull of the boat.

Die in F i g. 5 gezeigte Klappenform, die zwei ausgeprägte etwa maßstäblich gezeichnete Abschnitte 38 und 39 aufweist, erzielt diese relativ konstante Höhe, wobei die Linie 40-40 den Wasserspiegel bei einer Fahrgeschwindigkeit von etwa 20 Knoten und die Linie 41-41 bei einer Fahrgeschwindigkeit von etwa 60 Knoten darstellt. Der Unterschied zwischen diesen beiden Höhenlinien ist im Vergleich zur Höhe der Strebe 11 gering. Nachdem auch der Abschnitt 38 im Vergleich zu dem Abschnitt 39 eine kleine Fläche aufweist, hat er eine geringe Wirkung auf die selbstausgleichende Kontrolle des Bootes bei 20 Knoten. Zwei Faktoren beeinflussen den Unterschied in der Fahrhöhe des Bootes bei unterschiedlichen Fahrgeschwindigkeiten; nämlich die äußere Winkelverschiebung des Abschnitts 38 zum Abschnitt 39 und die horizontalen Längen des Abschnitts 39. Wenn einer oder beide dieser Faktoren ansteigen, kann dieser Unterschied in der Fahrhöhe 40-40 zu 41-41 natürlich verringert werden, nämlich wenn der Abschnitt 39 ein wirksamerer Klappenabschnitt wird. In F i g. 5 z. B. kann der Abschnitt 39 gegenüber dem Abschnitt 38 versetzt sein, um mit der Längsachse 19-19 der Strebe 11 einen anderen Winkel einzunehmen als der Abschnitt 38. Die Form der Klappe 1.4 in F i g. 5 kann tatsächlich eine Vielzahl von ausgeprägten Abschnitten für mehrere Fahrgeschwindigkeiten aufweisen, und jeder Abschnitt kann eine Vielfalt von Formen annehmen in Abhängigkeit von Tier gewünschten Empfindlichkeitskurve.The in F i g. 5, which has two pronounced sections 38 and 39, roughly drawn to scale, achieves this relatively constant height, with line 40-40 representing the water level at a speed of about 20 knots and line 41-41 at a speed of about 60 knots represents. The difference between these two contour lines is small compared to the height of the strut 11. Since section 38 also has a small area compared to section 39, it has little effect on the self-balancing control of the boat at 20 knots. Two factors affect the difference in ride height of the boat at different speeds; namely, the external angular displacement of section 38 to section 39 and the horizontal lengths of section 39. If either or both of these factors increase, this difference in ride height 40-40 to 41-41 can of course be reduced, namely if section 39 is a more effective one Flap section is. In Fig. 5 z. For example, the section 39 can be offset with respect to the section 38 in order to assume a different angle than the section 38 with the longitudinal axis 19-19 of the strut 11. The shape of the flap 1.4 in FIG. Indeed, Figure 5 may have a plurality of distinct sections for multiple travel speeds, and each section may take a variety of shapes depending on the animal sensitivity curve desired.

Claims

Claims: 1. Automatic, passive, mechanical control system for stabilizing the movements of a hydrofoil of the type in which flaps provided on the horizontal hydrofoil and on the vertical support connecting the hydrofoil to the hull are connected by a mechanical linkage are, when attacking unbalanced forces on a flap, which pivot them, exert a force on the other flap in order to move this other flap into a position for balancing the force exerted on both flaps, characterized in that the vertical flap (14, 140) forms a pronounced interruption in the profile of the vertical strut (11) , such that on one side (14b) of the vertical flap (14, 140) partially delimited by the strut (11) one extends to the air the water surface opening air pocket forms, while on the opposite side (14a) of the flap, the flow threads of this side of the strut (11) wide can be derived.

2. Control system according to claim 1, characterized in that the rear edge of the strut (11) is an approximately flat surface (11a) on which the vertical flap (14, 140) is pivotably mounted, and extends from one side of this surface (11a ) extends backwards.

3. Control system according to claim 1, characterized in that on both A flap (14) is pivotably attached to each side of the rear edge of the strut (11) is.

4. Control system according to claim 3, characterized in that the mechanical linkage consists of a first push rod (32), an intermediate triangular lever (30) and a second and third push rod (34, 35), one end of the first push rod (32 ) with the horizontal flap (16), the other end of the first push rod (32) is pivotably connected to a first corner of the triangular lever (30) that the triangular lever (30) is pivotably connected to the vertical strut (11) at a second corner is that one end of the second and third push rod (34, 35) are pivotally connected at a third corner with the triangular lever (30), and that the other ends of these second and third push rod (34, 35) each with the vertical flaps ( 14) are articulated.

5. Tax system according to a of the preceding claims, characterized in that in the mechanical linkage A spring (28) is switched on between the vertical (140) and horizontal flap (16) is, which is only deformable under high pressure and over which the force path between the flaps running.

6. Control system according to one of the preceding claims, characterized in that the vertical flap (14) has a rear edge which tapers downwards against the strut (11).

7. Control system according to claim 1 to 5, characterized in that the vertical flap (140) has at least two salient sections (38, 39), the rear edge of each section approximately at the lower end tapering towards the strut (11) at a height ends above the wing (10), which is greater than the minimum immersion depth at the travel speed associated with the respective section (38, 39). B.

Control system according to claim 7, characterized characterized in that the vertical flap (140) has an upper (38) and lower portion (39), between which there is a gap, the lower section has a smaller area than the upper one.

9. Control system according to one of the preceding claims, characterized by a horizontal plate (23) which is attached to the vertical strut (11) below the vertical flap (14, 140) in order to prevent air from entering the area of the horizontal flap (16) or the wing (10) is introduced.

10. Control system according to claims 1 to 9, characterized in that the entire wing (10) on the vertical strut (11) is articulated pivotably about a transverse horizontal axis (24), whereby the wing itself serves as a horizontal flap. Considered publications: U.S. Patent Nos. 2,749,871, 3,092,062.