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Anordnung zur Stabilisierung von Tragflügelbooten Die Erfindung bezieht
sich auf eine Anordnung zur Stabilisierung der Lage von Tragflügelbooten bei einer
flügelgestützten Fahrt, die mit einem Steuerflächen aufweisenden, bei der flügelgestützten
Fahrt die Wasseroberfläche durchschneidenden Haupttragflügel ausgerüstet sind, dessen
Auftrieb bei der flügelgestützten Fahrt durch die Größe der im Wasser eingetauchten
Fläche des Haupttragflügels bestimmt ist, so daß sich von selbst eine Gleichgewichtslage
einstellt, die ferner mit vollständig im Wasser eingetauchten, ebenfalls Steuerflächen
tragenden Hilfstragflügeln ausgerüstet sind und bei denen während der flügelgestützten
Fahrt die Steuersignale für die Steuerflächen der Tragflügel aus der Abweichung
der Bootslage von vorgegebenen Zustandsparametern abgeleitet werden.
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Tragflügelboote lassen sich nach der Anordnung ihrer Tragflügel einteilen,
von der auch in hohem Maß ihre Seegängigkeit abhängt. Es sind hier drei Hauptklassen
bekannt. 1. Tragflügelboote mit Tragflügeln, die während der flügelgestützten Fahrt
ständig untergetaucht bleiben, 2. Tragflügelboote, deren Tragflügel bei der flügelgestützten
Fahrt die Wasseroberfläche durchschneiden, 3. Tragflügelboote mit Haupt- und Hilfstragflügeln,
deren Haupttragflügel bei der flügelgestützten Fahrt die Wasseroberfläche durchschneiden,
deren Hilfstragflügel dagegen im Wasser eingetaucht bleiben. Weitere Unterschiede
ergeben sich daraus, ob die Tragflügel ein- oder zweiteilig ausgeführt sind und
wie die Stellung der Tragflügel in bezug auf den Schwerpunkt des Tragflügelbootes
gewählt ist. Die Erfindung soll auf Tragflügelboote der dritten Art angewendet werden,
die mit unterteilten Haupttragflügeln ausgerüstet sind.
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Jede Anordnung der Tragflügel bedingt ein bestimmtes Stabilitätsverhalten
des Tragflügelbootes, das sich durch besondere Stabilisierungs- und Steuerungsanordnungen
beeinflussen bzw. verbessern läßt. Da aber Tragflügelboote heute noch nicht ausreichend
erforscht sind, ist es noch nicht möglich, für eine vorgegebene Tragflügelkonfiguration
das optimale Steuer- und Stabilisierungssystem anzugeben, insbesondere auch deshalb,
weil dazu der beabsichtigte Einsatzzweck des Bootes berücksichtigt werden muß, ob
also das Boot in Binnengewässern oder auf offener See verwendet werden soll.
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Es ist bekannt, die Steuerungs- und Stabilisierungsmöglichkeiten von
Tragflügelbooten mit Hilfe von Steuerflächen zu verbessern, die an den Tragflügeln
angebracht sind. Solche Steuerflächen wurden auch schon zur Stabilisierung von Verdrängungsschiffen
benutzt. Ebenso ist es bekannt, als Äquivalent einen Teil oder alle Tragflügel als
Ganzes schwenkbar zu machen. Durch eine entsprechende Verstellung der Steuerflächen
wird die Bootslage stabilisiert.
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Es ist bekannt, Steuersignale zur Verstellung von Steuerflächen der
Tragflügel über Meßfühler abzuleiten, die die Abweichungen der Bootslage von vorgegebenen
Lagen feststellen. Dazu sind schon Beschleunigungsmesser und Kreiselplattformen
verwendet worden, mit denen die einzelnen Bootsparameter oder deren erste oder zweite
Differentialquotienten gemessen worden sind. Weiterhin sind sogenannte operative
Schaltkreise vorgeschlagen worden, mit denen die aus Beschleunigungsmessern kommenden
Signale in angenäherter Form integriert, d. h. in Geschwindigkeitssignale ungewandelt
werden können und die gleichzeitig Nullpunktsschwankungen des Beschleunigungsmessers
beseitigen sowie z. B. bei Wendemanövern auftretende Bechleunigungen niedriger Frequenz
ausschalten. Eine allgemeine Lösung der Frage, wie die so gewonnenen Meßgrößen in
Steuersignale umzusetzen sind, ob also ein Steuersignal beispielsweise nur aus einem
ersten oder nur aus einem zweiten Differentialquotienten oder aus einer Mischung
zweier Ableitungen einer Meßgröße abgeleitet werden soll, steht insbesondere im
Hinblick auf die vielen möglichen Tragflügelanordnungen für Tragflügelboote noch
aus. Eine weitere, allgemeine Frage ist bisher ebenfalls noch nicht beantwortet
worden, nämlich die, ob für die Aussteuerung oder Stabilisierung einer bestimmten
Bootsbewegung, wie
beispielsweise der Stampf- oder der Rollbewegung,
die dazu notwendigen Signale an die Steuerklappen der vorderen, der hinteren oder
an die Steuerklappen beider Tragflügel geführt werden müssen.
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Nach allgemeiner Ansicht läßt sich mit einem Tragflügelboot mit ständig
eingetauchten Tragflügeln die ruhigste Fahrt erreichen, sofern man ein umfangreiches
Stabilisierungssystem benutzt. Ein solches Stabilisierungssystem ist bekannt. Es
werden darin mehrere Beschleunigungsmesser und Kreisel sowie ein Höhenmesser verwendet,
um die Bootslage, die Bootsbewegung sowie die Konturen der Wasseroberfläche vor
dem Boot festzustellen. Von diesen Meßfühlern werden Signale abgenommen, verarbeitet,
miteinander gemischt und dann sowohl an die vorderen als auch an die hinteren Steuerklappen
geführt.
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Nachteilig bei dieser Bootsgattung ist, daß sie in der flügelgestützten
Fahrt kein Eigenstabilitätsverhalten aufweist, so daß das Steuer- und Stabilisierungssystem
sehr aufwendig sein muß. Der Vorteil dieser Boote besteht dagegen darin, daß sie
mit einem passend dimensionierten Steuer- und Stabilisierungssystem in mindesten
90% aller Fälle auch auf offener See betrieben werden können.
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Boote, deren Tragflügel bei der flügelgestützten Fahrt die Wasseroberfläche
durchschneiden, weisen dagegen ein Eigenstabilitätsverhalten auf. Das liegt daran,
daß die Hubkraft bzw. der Auftrieb, der auf das Boot einwirkt, durch die Größe der
Fläche der Tragflügel bestimmt ist, die sich im Wasser befinden, so daß sich von
selbst eine Gleichgewichtslage einstellt. Ein solches Boot muß naturgemäß Änderungen
der Wasseroberfläche folgen und verhält sich in einer Kopfsee merklich anders als
in einer ablaufenden See. Demzufolge ist die Fahrt eines solchen Bootes weniger
ruhig als die Fahrt eines Bootes mit vollständig eingetauchten Tragflügeln. Die
Verwendung solcher Boote ist daher bisher auf Binnengewässer und geschützte Meeresgebiete
beschränkt geblieben. Für Boote mit Tragflügeln, die das Wasser durchschneiden und
mit einem zusätzlichen, vollständig eingetauchten Hilfstragflügeln gilt das gleiche.
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Ziel der Erfindung ist eine Anordnung zum Stabilisieren der Lage von
Tragflügelbooten, die mit einem zweiteilig ausgeführten, das Wasser durchschneidenden,
Steuerflächen tragenden Haupttragflügel sowie mit einem vollständig eingetauchten,
ebenfalls mit Steuerflächen ausgerüsteten Hilfstragflügel ausgerüstet sind, mit
dem Zweck, die Seegängigkeit des Bootes bzw. die Ruhe seiner Fahrt durch eine Stabilisierung
und/oder Dämpfung der Roll-, Stampf- und Hubbewegung zu verbessern.
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Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die zur Aussteuerung
oder Stabilisierung der Vertikalbewegung der Schiffslängsachse parallel zur Horizontalen
sowie der Rollbewegung notwendigen, aus diesen Bewegungen abgeleiteten Signale nur
in den Steuerkanal für die Steuerflächen der Haupttragflügel eingesteuert sind,
während die zur Aussteuerung oder Stabilisierung der Stampfbewegung des Bootes notwendigen,
aus dieser Stampfbewegung abgeleiteten Signale nur in den Steuerkanal für die Steuerflächen
der vollständig untergetauchten Hilfstragflügel eingesteuert sind.
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Mit dieser Verteilung, insbesondere der Signale zum Aussteuern der
Vertikalbewegung und des Stampfens auf die Steuerkanäle der Verstellflächen, ist
es möglich, die Stampfbewegung auszusteuern. Es hat sich nämlich gezeigt, daß, wenn,
wie es für Boote mit voll eingetauchten Tragflächen, wie oben angegeben, bekannt
ist, die Steuergrößen für die Vertikal-und Stampfstabilisierung zunächst gemischt
und dann den Klappen aller Tragflügel zugeführt werden, die Stabilisierung gegen
die Stampfbewegung verlorengeht. Der besondere Vorteil der vorgeschlagenen Verteilung
der Steuergrößen erklärt sich daraus, daß durch die allgemeine Lage des Haupttragflügels
in der Nähe des Schwerpunktes der Ausgleich der Vertikalbewegungen hier am stärksten
zur Wirkung kommt, während die an den Steuerflächen des Hilfstragflügels durch die
Lage des Flügels bezüglich des in der Nähe des Schwerpunktes gelegenen Stampfzentrums
entstehenden großen Momente vorteilhaft zur Stampfstabilisierung ausgenutzt werden
können.
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Die Stabilisierung der Rollachse wird in weiterer Ausbildung der Erfindung
dadurch erreicht, daß die Signale zur Aussteuerung oder Stabilisierung der Rollbewegung
in an sich bekannter Weise aus dem Rollwinkel und/oder der Rollwinkelgeschwindigkeit
abgeleitet werden und die Steuerbord- und Backbordsteuerflächen in entgegengesetzter
Richtung verstellen. Zum Austrimmen der Krängung können diesen Signalen, wie es
bereits für eine andere Einrichtung zur Stabilisierung eines anderen Tragflächenboottyps
vorgeschlagen wurde, noch einstellbare, konstante Größen addiert werden.
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Zur Stabilisierung der Vertikalbewegung der Schiffslängsachse parallel
zur Horizontalen wird die Vertikalbeschleunigung in an sich bekannter Weise von
Beschleunigungsmessern gemessen. Die erhaltenen Signale werden in Ausbildung der
Erfindung zu den Signalen zur Aussteuerung oder Stabilisierung der Rollbewegung
und/oder der Krängung des Bootes in einer Additionsstufe, die desgleichen in der
genannten Einrichtung bereits vorgeschlagen wurde, addiert.
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Die Signale zur Stabilisierung gegen die Stampfbewegung werden in
an sich bekannter Weise über einen Kreisel aus der Stampfwinkelgeschwindigkeit abgeleitet.
Die Steuerklappen an den achtern Tragflügeln werden dabei gemeinsam bewegt und dienen
ausschließlich der Stabilisierung des Stampfens. Im Zusammenhang damit hat sich
herausgestellt, daß als Gegenkopplungssignale zwar aus dem Stampfwinkel und der
Stampfwinkelgeschwindigkeit hergeleitete Signale verwendet werden können, daß aber
bei Verwendung von beiden gleichzeitig die erzielte Wirkung nur unwesentlich besser
ist als bei Verwendung eines der beiden Signale zur Gegenkopplung allein.
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Weitere Merkmale im Rahmen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
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Im folgenden wird die Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen
an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
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F i g. 1 zeigt ein Tragflügelboot, das Tragflügel verwendet, die bei
der flügelgestützten Fahrt die Wasseroberfläche durchschneiden; F i g. 2 ist eine
Vorderansicht des Bootes aus Fig.1; F i g. 3 zeigt schematisch ein Steuersystem
zur Erhöhung der Stabilität um die Längsachse des Fahrzeugs; F i g. 4 ist ein Blockschaltbild
des Steuersystems für die Achterflügel; F i g. 5 ist ein Blockschaltbild und zeigt
das Steuersystem für die vorderen Tragflügel.
Die F i g. 1 und 2
zeigen ein typisches Boot, das mit vorderen Haupttragflügeln 10 und 12 ausgerüstet
ist. Die Tragflügel sind gepfeilt und doppel-V-förmig ausgebildet. Ein Teil der
unteren Tragflügelabschnitte 14 und 16 ist als Steuerklappe ausgebildete Steuerfläche
ausgeführt. Die Klappen 14 und 16 können gemeinsam, d. h. beide gleichzeitig nach
oben oder nach unten bewegt werden. Sie lassen sich aber auch entgegengesetzt, d.
h. eine Klappe nach oben und die andere Klappe nach unten, bewegen. Der Hilfstragflügel
18 achtern am Boot ist vollständig im Wasser untergetaucht. Zur Steuerung der Anstellung
des Achterflügels kann der ganze Flügel drehbar gemacht sein. Es lassen sich aber
auch zwei Steuerklappen verwenden, die ähnlich wie die Höhenruder von Flugzeugen
sind. Aus Gründen der Beschreibung soll angenommen sein, daß der Achterflügel zwei
Steuerklappen 20 und 22 verwendet, jedoch ist es klar, daß auch ein drehbarer Achtertragflügel
verwendet werden kann. Drehbare Tragflügel und Steuerklappen sind derart gut bekannt,
daß sie nicht näher beschrieben zu werden brauchen. Die Tragflügel und die Klappen
sind den Tragflächen und den Steuerrudern von Flugzeugen analog.
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Die F i g. 3 zeigt in einer vereinfachten schematischen Darstellung
die Zusammensetzung des Steuersystems, das für eine Erhöhung der Stabilität um die
Längsachse des Fahrzeugs sorgt. Um die Vertikalbewegung der Schiffslängsachse parallel
zur Horizontalen des Fahrzeugs zu stabilisieren, ist ein Beschleunigungsmesser 30
für die Feststellung der Vertikalbeschleunigung vorgesehen, die bei dieser Bewegung
auftritt. Die Signale des Beschleunigungsmessers 30 werden einem elektronischen
Netzwerk 32 zugeführt, das einen Vorverstärker und einen Verzögerungskreis enthält,
um unerwünschte Eingangssignale zu entfernen und die Beschleunigungssignale in angenäherter
Form zu integrieren. Das verarbeitete Signal wird dann zwei Treiberverstärkern 34
und 36 zugeführt, die sich auf der Backbord- und der Steuerbordseite des Fahrzeugs
befinden. Die Verstärker betätigen Servoventile 38 und 40, die ihrerseits wieder
mechanische Stellglieder 42 und 44 betreiben. Diese Stellglieder verstellen die
Backbordsteuerklappe 14 und die Steuerbordklappe 16. Übertrager 46 und 48 stellen
die Stellung der Steuerklappen fest und geben ein Signal an die Verstärker zurück,
um die Eingangssignale für die Stellglieder wieder aufzuheben.
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Die Stampfbewegung des Fahrzeugs wird von einem Vertikalkreisel
50 festgestellt. Das Kreiselausgangssignat wird einem Verstärker
52 zugeführt, der das Kreiselsignal verarbeitet und ein Servoventil 54 betätigt,
das in der Servoschleife des Hilfstragflügels liegt. Wie in der Servoschleife für
die vorderen Tragflügel betätigt das Servoventil 54 ein mechanisches Stellglied
56, das die Achterklappen 20 und 22 so lange verstellt, bis das Gegenkopplungssignal,
das aus dem Übertrager 58 stammt und eine Information über die Stellung der hinteren
Klappen ist, das Eingangssignal wieder aufhebt. Die Achtersteuerklappen werden auf
diese Weise immer gemeinsam bewegt und stabilisieren das Fahrzeug nur gegenüber
seinem Stampfen.
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Die F i g. 4 zeigt den Steuerkanal im einzelnen, der auf Grund von
Signalen, die aus der Stampfwinkelgeschwindigkeit abgeleitet sind, die Achtersteuerklappen
betätigt. Wie aus der Figur zu entnehmen ist, sind vier Funktionen zur Beeinflussung
der Neigung der Achtersteuerklappen vorgesehen. Eine verläuft davon automatisch,
die anderen werden von Hand betätigt. Die automatische Funktion ist die Gegenkopplung
über das Stampfwinkelgeschwindigkeitssignal, das von einem Geschwindigkeitskreisel
60
festgestellt wird. Wenn hier auch die Stampfgeschwindikeit festgestellt
wird, so ist es doch offensichtlich, daß man dieses Signal auch mit einem Vertikalkreisel
erhalten kann, dessen Ausgangssignal differenziert wird. Das Stampwinkelgeschwindigkeitssignal
läuft durch einen Ein-Aus-Schalter 62 hindurch, der von dem Bootsführer bedient
wird. Dieser Schalter trennt diesen individuellen Stampfgeschwindigkeitskanal ab,
ohne den Rest des Systems nachteilig zu beeinflussen.
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Es sei nun angenommen, daß der Schalter 62 eingeschaltet ist. Dann
läuft das Stampfgeschwindigkeitssignal durch einen weiteren Ein-Aus-Schalter 64
hindurch, der der Hauptschalter des Systems ist und über ein Steuerrelais 66 geschaltet
wird, das der Bootsführer bedient. Auf dem Wege der Stampfgeschwindigkeitssignale
liegt dann noch ein weiterer Ein-Aus-Schalter 68, der von einem Relais 70 betätigt
wird, das anspricht, wenn die Achtersteuerklappen ausgefahren sind. Das Relais 70
ist nur in solchen Systemen enthalten, in denen an dem Hilfstragflügel Klappen vorgesehen
sind, und auch in solchen Fällen nur dann, wenn die Klappen einziehbar sind, also
ähnlich wie Flügelklappen bei Flugzeugen aufgebaut sind, die eingezogen werden können,
wenn sie nicht benötigt werden. Das Relais 70 schaltet den Schalter 68 nur auf »Ein«,
wenn die Steuerklappen durch einen Mechanismus vollständig ausgefahren sind, der
hier nicht gezeigt ist.
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Das Stampfwinkelgeschwindigkeitssignal wird dann einer einstellbaren
Verstärkungsregelung 72 zugeführt, in der die Verstärkung entweder von Hand oder
automatisch von Null bis zur zweifachen Sollverstärkung geregelt wird. Am Punkt
74 wird dieses Signal dann zu anderen Eingangssignalen addiert, die von einer
Handtrimmung stammen und noch beschrieben werden.
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Eine Längstrimmung 76, die von dem Bootsführer bedient wird und mit
Vorzug ein Potentiometer ist, gibt über eine Trimmungsverstärkungseinstellung 78
und über einen Ein-Aus-Schalter 80 ein Signal an die Achtersteuerklappen ab, das
die Neigung der Klappen beeinflußt. Der Schalter 80 wird durch das Klappenausfahrrelais
70 betätigt. Das Trimmungssignal wird durch einen Verzögerungskreis 82 um
beispielsweise 5 Sekunden elektrisch verzögert. Die beiden Achtersteuerklappen werden
nicht jede für sich, sondern zusammen um den gleichen Betrag getrimmt, da eine Einzeltrimmung
ein Drehmoment um die Gierachse erzeugen könnte. Die elektrische Verzögerung wird
deswegen eingeführt, um solche Einschwingvorgänge, die durch den Bootsführer hervorgerufen
werden, auf ein Mindestmaß zu beschränken. Das Signal für die Längstrimmung wird
am Punkt 74 mit dem Gegenkopplungssignal aus der Stampfgeschwindigkeit summiert.
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Zum Abheben werden die Achtersteuerklappen von einem einstellbaren
Netzwerk 84 mit Anstellsignalen versorgt. Diese Signale verursachen einen Anstellwinkel
der hinteren Steuerklappen zwischen 0 und 20°, wodurch während der Übergangsperiode
beim Abheben Hubkräfte hervorgerufen werden, um die Instabilitäten des Fahrzeugs
beim Anheben zu überwinden. Das Signal läuft über einen hinteren Abhebeschalter
86
sowie über einen Relaisschalter 88, der ein Ein-Aus-Schalter ist und durch die voll
ausgefahrenen Steuerklappen betätigt wird. Eine Schaltung 90, die die Ausschwingvorgänge
regelt und die intern zwischen 3 und 5 Sekunden einstellbar ist, ist in den Kreis
eingeschaltet, um ein plötzliches Wegnehmen des großen Abhebe-Anstell-Winkels gleich
nach dem Abheben zu verhindern. Dadurch werden Störungen in den übergängen in Längsrichtung
verhindert, die zu einem Bruchschaden führen könnten. Wird der Anstellwinkel der
Achtersteuerklappen vor dem Abheben schnell geändert, so ergeben sich daraus keine
Schwierigkeiten. Das Signal für den Abhebe-Anstell-Winkel wird ebenfalls am Punkt
74 mit aufsummiert.
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Nachdem die Signale für die Stampfgeschwindigkeit, für die Längstrimmung
und für den Abhebe-Anstell-Winkel aufsummiert worden sind, wird dieses Summensignal
zwei weiteren Punkten 92 und 94 zugeführt, wo es mit einem Signal vereinigt wird,
das von dem Ruder des Fahrzeugs stammt. Wenn der Bootsführer das Ruder bewegt, so
wird von einem Ruderübertrager 96 ein Signal erzeugt. Dieses Signal läuft durch
eine Verstärkungseinstellung 98, den Ein-Aus-Relaisschalter 100; der durch
das Ausfahren der Achterklappen- betätigt wird, sowie durch einen Begrenzer
102, der den Einfluß des Ruderrades beschneidet.
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Der Einfluß des Ruderrades auf die Steuerung wird aus folgendem Grund
beschnitten: Immer dann, wenn an irgendeinem der Steuerklappenpaare gemeinsame oder
unterschiedliche Signale aufsummiert werden, wird nämlich die Möglichkeit offenkundig,
daß die Wirkung eines Steuerkanals durch die Wirkung eines anderen Kanals beeinträchtigt
werden kann. Wenn beispielsweise der Bootsführer die Möglichkeit hat, die Steuerklappen
durch ein Ruderkommando in ihre entgegengesetzte Endausschläge zu bringen, so wird
während dieser Zeit die Wirksamkeit der Stabilisierungssteuerung für das Stampfen,
das Rollen und für die Vertikalbewegung merklich beeinträchtigt. Wenn also die eine
Steuerklappe ganz nach unten und die andere Steuerklappe ganz nach oben eingestellt
ist, so bewirkt ein Gegenkopplungssignal für die Vertikalbewegung oder für die Stampfwinkelgeschwindigkeit,
daß die eine Steuerklappe aus ihrem Endausschlag herausgedreht wird, während die
andere Steuerklappe nur fester an ihren Endanschlag gepreßt wird. Das Ergebnis sind
unsymmetrische Stabilisierungskräfte für die Vertikalbewegung oder für die Stampfwinkelgeschwindigkeit,
die ein Übergangsdrehmoment in der Rollachse hervorrufen können. Daher wird die
Wirkung der Rudersignale beschnitten, und zwar an den Rudersignaleingängen. Der
Bereich der Signale vom Ruderrad ist sowohl für die vorderen als auch für die hinteren
Steuerklappen innerhalb von einem Anstellwinkelbereich von ± 10 bis ±20° einstellbar.
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In der Blockschaltung 104 werden die Steuersignale für eine Regelschleife
in ihrer Phase umgedreht. An den Signaleingängen 92 und 94 der Regelschleifen für
die Klappenstellung werden diese Signale den zusammengesetzten Signalen der anderen
Stabilisierungs- und Trimmungsfunktionen hinzuaddiert.
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Da die beiden Regelschleifen für die Klappenstellung identisch sind,
wird nur eine davon im einzelnen beschrieben. Es soll aber bemerkt werden, daß zwei
solcher Schleifen notwendig sind. Das Signal an jedem Signaleingang 92 für die Regelschleife
der Klappenstellung wird in einem einstellbaren Begrenzer 106 beschnitten. Anschließend
wird es einem weiteren Summationspunkt 108 zugeführt, wo es zusammen mit den Ausgangssignalen
eines Kreises 110, der für die Nulltrimmung des Bootes Sorge trägt, sowie mit den
Signalen aus einem Gegenkopplungsübertrager addiert wird. Der Kreis 110 für die
Nulltrimmung sorgt nur für eine Trimmung der Steuerklappen. Der durch ihn hervorgerufene
Ausschlag ist auf einen Winkelbereich von ±3° beschränkt. Das Fehlersignal wird
in dem Treiberverstärker 112 verstärkt und demoduliert, um ein elektrohydraulisches
Servoventil 114 zu betätigen. Das Servoventil 114 läßt die hydraulische Flüssigkeit
einem Stellglied 116 zufließen, das mechanisch mit seiner entsprechenden Steuerklappe
20 verbunden ist. Gegenkopplungsübertrager 118 und 120 sind mechanisch mit
der Steuerklappe 20 verbunden. Sie geben wieder ein Signal rückwärts an den Eingang
des Treiberverstärkers 112 ab, und zwar über den Summationspunkt 108, wo dieses
Signal mit der Summe der Eingangssignale und der Nulltrimmungssignale verglichen
wird. Die Ausgangssignale der Gegenkopplungsübertrager sind so eingerichtet, daß
der Ausfall eines Signals am Eingang des Treiberverstärkers sich nur in einem 50%igen
Schlechterwerden des Frequenzverhaltens der geschlossenen Regelschleife bemerkbar
macht. Gleichzeitig wird aber die Schleifenverstärkung verdoppelt, so daß die gesamte
Wirksamkeit nur geringfügig beeinträchtigt wird.
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Die Ausgangssignale der beiden Gegenkopplungsübertrager 118 und 120
werden bei 122 demodullert und summiert, um einen Anzeiger für die Steuerklappenstellung
124 zu betreiben. Obwohl es nicht gezeigt ist, ist es offensichtlich, daß für die
Gegenkopplungsübertrager, die anderen Einheiten und auch für die Verstärker Strornversorgungen
vorhanden sein müssen.
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Das Klappenausfahrrelais 70 wird von dem Bootsführer über einen
Klappenausfahrschalter 126 betätigt. In gleicher Weise wird das Steuerrelais 66
von dem Bootsführer mit einem Ein-Aus-Schalter 128 bedient.
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Die F i g. 5 zeigt als Blockdiagramm das vollständige Steuersystem
für die vorderen Steuerklappen 14 und 16. Die Eingangssignale für die vorderen Klappen
bestehen aus einem Gegenkopplungssignal für die Vertikalgeschwindigkeit, einem von
Hand einzustellenden Signal für die Trimmung der Krängung sowie einem über Kreuz
eingesteuerten Steuersignal. Außerdem ist für die Stabilisierung noch ein besonderes
Rollsignal vorgesehen.
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In der F i g. 5 werden von einem Beschleunigungsmesser 150 Signale
festgestellt, die proportional den senkrechten Beschleunigungen sind, die vorn am
Boot auftreten. Diese Signale laufen über einen Aus-Schalter 152, der von dem Bootsführer
bedient wird und die Signale des Beschleunigungsmessers abschaltet. Das Signal läuft
dann über einen Bootssteuerschalter 154, der von dem Bootssteuerrelais 66 betätigt
wird, sowie über einen weiteren Ein-Aus-Schalter 156, der von dem Klappenausfahrrelais
158 für die vorderen Klappen betätigt wird. Der Schalter 156 ist nur dann eingeschaltet,
wenn die vorderen Klappen vollständig ausgefahren sind. Das Signal wird dann verarbeitet,
um die Wirkungen von festgestellten Gravitationskopplungen
auszuschalten
und in einem bereits vorgeschlagenen operativen Verstärker 160 in angenäherter Form
integriert. Der Zweck dieses operativen Verstärkers ist es, Nullpunktschwankungen
des Beschleunigungsmessers auszuschalten, Beschleunigungen niedriger Frequenzen
zu reduzieren, die bei lang andauerndem Wenden des Bootes auftreten können, sowie
aus den Beschleunigungen durch eine Integration in angenäherter Form Geschwindigkeitssignale
abzuleiten. Die Verstärkungen in den Gegenkopplungsschleifen für die Geschwindigkeit
und für den Beschleunigungsmesser sind so hoch, daß selbst hochwertige seismische
Beschleunigungsmesser Nullpunktverschiebungen aufweisen, die an den entsprechenden
Steuerflächen unerwünschte lang andauernde Stehsignale hervorrufen können. Dieses
Problem wird durch die Verwendung eines Verzögerungskreises umgangen. Die Ausgangssignale
des Beschleunigungsmessers werden verzögert und in einer angenäherten Form integriert,
um ein Signal für die vertikale Geschwindigkeit zu erhalten. Diese beiden Signale
(h' und h") werden summiert und in ihrer Verstärkung geregelt, um
für ein optimales Fahrverhalten die richtigen Verhältnisse von Geschwindigkeits-
und Beschleunigungsverstärkung einzustellen. Die Verzögerung ist einstellbar, und
zwar beispielsweise zwischen 3 und 7 Sekunden.
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Das Signal wird dann soweit als nötig bei 162 vorverstärkt, seine
Verstärkung in der einstellbaren Verstärkungsschaltung 164 geregelt und an
den Servoschleifen 166 und 168 für die vorderen Klappenstellungen aufsummiert.
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Das Signal für die Krängungstrimmung von Hand aus dem Blockkreis 170
sowie die über Kreuz eingesteuerten Steuersignale werden so verarbeitet, wie es
in der F i g. 4 beschrieben worden ist, bis auf den Unterschied, daß die beiden
Signale zuerst am Punkt 172 aufsummiert werden und ihre Phase für die Klappenstellungssteuerschleife
166 umgedreht wird, während die Signale der Klappenstellungssteuerschleife 168 direkt
zugeführt werden. Das nutzbare Signal das jeder der Gegnekopplungsschleifen für
die Klappenstellung zugeführt wird, ist begrenzt und wird an die Eingänge der Treiberverstärker
angelegt.
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Der Gegenkopplungskanal für die Rollstabilisierung ist genauso aufgebaut
wie der Gegenkopplungskanal, der als Steuersignale die Stampfwinkelgeschwindigkeit
verwendet. Die beiden Kanäle unterscheiden sich nur dadurch, daß das Signal aus
einem Rollkreisel, das proportional dem Rollwinkel ist, mit dem Trimmsignal für
die Krängungstrimmung am Punkt 172 addiert wird und anschließend mit unterschiedlicher
Phase den Regelschleifen für die Klappenstellung zugeführt wird.
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Die Bezugsziffern in F i g. 5, die mit den Bezugsziffern in F i g.
4 übereinstimmen, sollen anzeigen, daß die gleichen Schaltungen verwendet werden
können.
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Obwohl das Rollwinkelsignal, das in F i g. 5 gezeigt ist, als proportionales
Rollwinkelsignal beschrieben ist, dürfte es aus verschiedenen früheren Bemerkungen
klar sein, daß sich auch ein Signal verwenden läßt, das aus der Rollwinkelgeschwindigkeit
abgeleitet ist. Nun kann es bei bestimmten Fahrtmanövern günstig sein, das Signal,
das die Rollwinkelgeschwindigkeit anzeigt, zu »löschen«. Eine gute Kurvenlage erfordert
einen schnellen entgegengesetzten Ausschlag der Steuerklappen, wenn ein Ruderkommando
gegeben wird. Wenn nun ein hochverstärktes Rollwinkelgeschwindigkeitssignal direkt
mit einem über Kreuz eingesteuerten Rudersignal summiert wird, kann das Rollwinkelgeschwindigkeitssignal
das Rudersignal überdecken. Wenn ein großes Ruderkommando gegeben wird, so kann
nicht nur die Neigung auftreten, daß das Boot zu Beginn ausrollt; zusätzlich kann
der Fall auftreten, daß das Boot auf das Rudersignal nur wenig anspricht. Um eine
hohe Verstärkung im Rollwinkelgeschwindigkeitskanal aufrechtzuerhalten, und zwar
der Stabilität unter allen Seegangsbedingungen wegen und um gleichzeitig ein empfindliches
Rudersystem zu haben, kann das Rollwinkelgeschwindigkeitssignal in einer Schaltung
unterdrückt werden. Das läßt sich dadurch erreichen, daß man die Umdrehungsgeschwindigkeit
des Ruderrades feststellt, dieses Geschwindigkeitssignal zu Beginn verzögert und
das dabei entstehende Signal dazu verwendet, die Amplitude des Rollwinkelgeschwindigkeitssignals
zu verkleinern. Die Zeitdauer dieser Signalunterdrükkung bzw. Signalverminderung
kann über eine interne Einstellung geändert werden.