DE2045915B2 - Stabilisierungseinrichtung für ein Tragflügelboot - Google Patents

Description

Stützen eine mechanische Spannung hervor, noch ehe und ein entsprechender Winkel \, auf den sich die

der Bootsrumpf selbst auf Grund seiner großen TrUr,- Stütze 2 einstellt und die Kraft F oder F₁ unmittel-

heit eine Querneigung erfährt. Die erfindungsgemäß bar bei beginnendem Aufbau abbaut und damit tolg-

vorgesehene Zusatzeinrichtung erfaßt somit eine be- lieh auch das von dieser Zentrifugalkraft erzeugte

vorstehende Querneigung des Tragflügelbootes bc- 5 Quermoment eliminiert.

_rej_ts bei deren Entstehen und ruft sofort eine den Doch bildet die um das Gelenk mit der Achse

Störkräften entgegenwirkende Stabilisierungskraft I-I frei schwenkbare Stütze 2 praktisch gegenuber

hervor. Ein großer Teil des von der Wellenbewegung der Querströmungskomponente der Welle ein schwin

verursachten Rollmomentes wird somit eliminiert, ehe gendes System mit eigener Masse, Trägheit und mit

es eine Querneigung des Tragflügelbootes hervor- io einem eigenen Dämpfungsfaktor, das die von der

rufen kann. Da somit die Hauptstabilisierungsein- Querströmungskomponente ,. empfangenen ^lmPu'^se

richtung nur noch die von der Zusatzeinrichtung elt- verändern und sich daher unter verschiedenen Win-

minierten Restmomente ausgleichen muß, kann das kein einstellen kann, die von_dem sich aus den

Tranflügelboot mit einer bedeutend größeren Aus- Geschwindigkeitskomponenten ν und ν ergebenden

tauchhöhe als bisher ausgelegt werden! 15 Winkel χ abweichen. Es ist auch möglich, daß die

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind vertikale Stütze 2 sich entsprechend dem WinKeι \

in den Unteransprüchen angegeben. einstellt, aber mit nicht geeigneten Ansprechzeiten,

Ar Hand der Zeichnungen werden Ausführungs- wodurch die Kräfte F und F. nicht vollständig,

formen der Erfindung näher erläutert. Es zeigt " sondern nur teilweise ausgeglichen werden Das oben

Fi<T 1 einen Querschnitteines in der Höhe« der ₂₀ beschriebene System kanr als offenes ^j^"^{1 öe}-

Wasserlinie X-X fahrenden Tragflügelbootes, zeichnet werden und ist dah ■. Störungen und Fhasen-

Fi « 2 eine Seitenansicht des^Tragflügelbootes mit verschiebungen verschiedener ^rt ausgesetzt.

finer fängs der Achse I-I schwenkbar an dem Rumpf Ein typischer Störungsfall liegt beispielsweise dann

befestigten Stütze, vor, wenn - wie in der F i g. 3 gezeig. - ein Trag-

Fic"3 einen Schnitt durch die um die Achse I-I ^₅ flügel einer zufälligen und mchtsymmetriscn an-

schw-nkbare Stütze längs der Linie III-1II in Fig. 2. greifenden Kraft T ausgesetzt ist, die mit einem

Fi» 4 eine schematische Darstellung der Addition Hebelarm N bezüglich der Fahrtrichtung Y-Y aur

der Geschwindigkeitskomponenten ν + 7 des Trag- den Tragflügel einwirkt. Das sich ergebendeMor-

flüeelboots, moment TN bezüglich der Gelenkachse stellt die

F i σ 1 einen Schnitt längs der Linie V-V in 30 Stütze 2 auf einen von der Querstromungskompo-

FiV"" nente7 des Wassers oder den Kräften F und F

F i σ 6 und 7 eine an dem Bootsrumpf befestigte. unabhängigen Neigungswinkel ein, so daß ein aur

aber mit einer vertikalen Steuerklappe versehene den Bootsrumpf einwirkendes Querneigungsmomeni

^StUF^Zi^£c,^U8 und 9 Darstellungen eines Tragflügelboots 35 Um die oben beschriebenen Nachteile zu vermit vollständig getauchten Tragflügeln in Seiten- meiden, ist es erforderlich, die Schwenkwinkel aer Sch? und Draufsicht. " Stütze 2 ausschließlich in Abhängigkeit von der Quer-

W°nn wie in der Fig. 1 schematisch dargestellt Strömungskomponente der Welle ,· oder von den \on worden 'ist, der Rumpf 1 durch eine äußere Kraft dieser abhängigen Faktoren, wie z-B- «-r ^Kra" ^ iOuerströmungskomponente der Welle) gegenüber 40 dem dynamischen Druck oder schließlich der stro der horizontalen Wasserlinie X-X um einen Win- mungsrichtung der Welle zu steuern Dies kann kel /; geneigt wird, kann das Gewicht Q, d. h. der auf dadurch erreicht werden, daß unmittelbar die Quer das in Betracht gezogene Tragflächenpaar einwir- Strömungskomponente der Weh« ,· oder eirin. kende Gewichtsanteil, in die Kräfte F₁ und O₁ zer- dieser abhängiger Faktor mittels -^beliebigen Wt werden 45 dazu geeigneten Geräts gemessen wird oder die von

^rBei mit dem Bootsrumpf fest verbundenen Stüt- der Kraft F hervorgerufenen mechanischen Belastunzen 2 erzeugt die Kraft F₁ ein Moment MS = F₁Z. gen ermittelt werden, wobei die Kraft F eine hkik Wenn die vertikalen Stützen 2 in der Nähe des Bugs tion der Querströmungskomponente der We'.c '■ Jt, längs der verbalen Achse I-I schwenkbar am Diese Meßwerte werden dann zu einer Stellgroße Bootsrumpf 1 befestigt sind, wie es in Fig. 2 und 3 50 umgewandelt die von «neni mechanuchen, ekkgeze.gt wird, so können sie frei um dieses Gelenk trischen, elektronischen, hydrau ^s^Jⁿ' P^neU schwingen Die Kraft F₁ erzeugt dabei kein Quer- malischen oder gemischten Sys em mit geschlossenem ne gungsmoment, sondern versetzt das Tragflügel- Regelkreislauf derart verarbeitet werdenu daß die 000t seitwärts mit einer Geschwindigkeit 7. Wie aus Erregungskräfte der ^«^X^^J*,^ 3er Fig. 4 ersichtlich ist, bestimmt die Zusammen- ₅₅ Welle eliminiert <werden, indem de Stutze 2 unter setzung der Geradeausgeschwindigkeit ν des Trag- geeignetem, auf die Hauptachse des Prohls bezoge flügelbocts und der Geschwindigkeit 7 der Seiten- nem Wi ,kel λ bezüglich der Fahrtrichtung Y Ϊ cn bewegung des Tragflügelboots die resultierende Ge- gestellt wird.

schwindigkeit ν + 7 und damit den sehr spitzen Zur Veranschaulichung eines aer vieien ucim_t,

Neigungswinkel λ, auf den sich die schwenkbare 60 die geeignet sind, den geschlossenen Regelkreislauf

Stütze 2 gegenüber der Fahrtrichtung Y-Y einstellt zu realisieren, ist in Fig. 5 ein Querschnitt durch

und dadurch die Wirkung der Kraft F, aufhebt. die Stütze längs der Linie V-V der F i g. 2 dar-

Zieht man ferner eine beliebige horizontale Quer- gestellt.

neigungskraft in Betracht, beispielsweise die zur Seite Wenn infolge der Einwirkung der Querkomponente

hin gerichtete Zentrifugalkraft bei Kurvenfahrt des 65 der Welle 7 sich die Kraft F aufbauen will, tritt eine

Bootsrumpfs, d. h. eine Bewegung mit der Geschwin- Durchbiegung der Stütze 2 auf, die mechanisch

digkeit 7 an, se ergeben sich wie im bereits geschil- bereits in ihren infinitesimalen Werten durch dieVer-

rWtpn Pnll pine, resultierende Geschwindigkeit ν + 7 setzung einer im Innern am unteren Ende fest mit

der flossenartig ausgebildeten Stütze 2 verbundenen und am oberen Ende frei querbewegbaren Lamelle 12 erfaßbar ist. Die Versetzung ist durch die Pfeilung I/ charakterisiert.

Die infinitesimale Versetzung Aj steuert das fest mit der Stütze 2 verbundene hydraulische Steuerventil 11, das über hydraulische Verbindungsleitungen einen Kolben-Zylinder-Antrieb 10 betätigt, der die Pfeilung Aj ausgleicht und somit den Steuerfluß vom Steuerventil auf Null stellt und den Vorgang abschließt. Sobald also eine Neigung zum Aufbau einer Kraft Γ vorhanden ist, wird diese folglich durch die Schwenkbewegung der Stütze 2 um die Achse I-I ausgeglichen.

Diese Winkeldrehung der Stütze 2, die sich entsprechend einem Winkel λ einstellen wird, der gleich dem sich aus der Zusammensetzung der Geschwindigkeiten ν und 7 im betrachteten Augenblick ergebenden Winkel ist. erfolgt durch eine Drehkraft, die vom Kolben-Zylinder-Antrieb 10 auf die Stütze 2 übertragen wird.

Die Stärke der Quergeschwindigkeit der Welle 7 kann beispielsweise auch direkt durch den Einbnu eines Meßfühlers beliebiger Bauart in einem dazu geeigneten eingetauchten Teil der Stütze 2 gemessen werden. Das erhaltene Meßsignal wird dann zur oben beschriebenen Servoeinrichtung oder zu einem anderen gleichartigen Gerät geleitet.

Die durch die Kraft F oder durch die von der Quergeschwindigkeit der Welle 7 ausgeübten Drücke oder durch jede andere von der Quergeschwindigkeit der Welle 7 abhängigen Größe auf die Stütze ausgeübten mechanischen Beanspruchungen können zu einem beliebigen, eine Dehnung, eine Beschleunigung, eine Versetzung oder etwas ähnliches anzeigenden elektrischen Signal umgewandelt werden, das. in geeigneter Weise verstärkt, die Eingangsfunktion eines automatischen geschlossenen Regelkreises zur Regelung des Einstellwinkels der Stütze 2 bilden kann.

Die Beseitigung der Querneigungsmomente durch Regelung des Drehwinkels um die Achse I-I kann auch durch die Regelung der Drehwinkel von an Gelenken befestigten Stützen 2 eliminiert werden, bei denen die Gelenkachsen an jeder beliebigen Stelle längs der Sehnenachse der flossenartigen Stütze 2 oder an Längsachsen vorgesehen sind, die parallel zu den Sehnennchsen verlaufen.

Weiterhin kann die Gelenkachse I-I vor der flossenartigen Stütze, in Stützenmitte, hinter oder seitlich an der Stütze verlaufen.

Bei einer anderen Ausführungsform der Stabilisierungsvorrichtung kann die Beseitigung der Querneigungsmomente dadurch erzielt werden, daß die Kraft F durch die Steuerkraft vertikaler Steuerklappen 13 an den Stützen 2 (s. Fig. 6 und 7) oder durch Einblasen von Luft, Wasser oder einem anderen geeigneten Mittel mit Hilfe eines beliebigen Geräts, das eine kontrollierte Auftriebsveränderung der Stütze bewirkt, ausgeglichen werden. Bei dieser Ausführungform ist die flossenartige Stütze 2 starr mit dem Bootsrumpf verbunden.

Die oben beschriebene Stabilisierungsvorrichtung kann allgemein auf jedes Tragflügelboot angewendet werden, das mit vollständig eingetauchten oder mit teilweise eingetauchten Tragflügeln versehen ist. Eine kombinierte Ausführungsform kann auch nach vorn schwenkbare, in ihrer Lage geregelte und achtern normale flossenartige Stützen oder umgekehrt aufweisen.

Weiterhin können von den Stützen des Tragflügelboots nur eine oder mehrere über einen geschlossenen Regelkreislauf in ihrer Lage gesteuert werden.

In den Fig. 8 und 9 ist als Beispiel ein Tragflügelboot dargestellt, das vorn zwei geregelte, schwenkbare, flossenartige Stützen 2 und achtern eine einfache vertikale Flosse aufweist, die einen Z-Antrieb oder die Zuleitungen eines Rückstoßantriebs aufnehmen kann. Angenommen, daß auf den geregelten, schwenkbaren vorderen Stützen 60% des Gesamtgewichts lasten, muß das Tragflügelboot mit einem Ouerstabilisierungssystem bekannter Bauart versehen sein, das lediglich die von der achtern angeordneten festen Stütze verursachten Querneigungsmomente auszugleichen hai,

Es folgt daraus, daß bei gleichem gesamtem Aufrichtmoment sich das Tragflügelboot um 60 °/o höher heben kann, als es bei den Tragflügelbooten der bisher bekannten Bauart der Fall ist. Es ist weiterhin klar, daß nach Beseitigung der Krängungskräfte, wie der Kraft F, bei gleicher, aber auch bei größerer Austauchhöhe ein höherer Fahrkomfort und eins geringere Beanspruchung des Bootsrumpfes erzielt wird.

Da das System geringere Aufrichtmomente erfordert, kann ferner der in der Fig. 1 dargestellte Abstand B zwischen den Tragflügeln 3 auf ein Mindestmaß verringert werden, um dadurch auch die durch die vertikalen Bahnbewegungen verursachten Erregerkräfte zu reduzieren. Diese Erregerkräfte werden fast vollständig eliminiert, wenn nur eine einzige, schwenkbare, geregelte, flossenartige Stütze in der Bootsmitte angeordnet ist.

Schließlich ist es möglich, da man den AbstanJ B auf die gewünschten Werte verkleinern kann, Bootsrümpfe mit einem äußerst günstigen Verhältnis von Länge und Breite zu bauen, während bei den bekannten Tragflügelbooten zur Vergrößerung des Aufrichtmoments der Abstand B vergrößert und damit das Verhältnis zwischen Länge und Breite des Rumpfes verringert worden ist, was oft einen negativen Einfluß auf die Fahreigenschaften des Tragflügelboots hat

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

an die Steuereinrichtung abgeben (deutsche Auslege- Patentansprüche: schrift 1269 914). Es ist ferner bekanntgeworden, auf der Wasseroberfläche gleitende, am Tragflügel-

1. Stabiüsierungseinrichtung zur Beseitigung boot gelenkig angebrachte Fühlerarme zur Messung der durch den Seegang hervorgerufenen Längs- 5 der Wellenbewegung und somit der Längs- und Quer- und Querneigungen eines Tragflügelbootes mit neigungen des Tragflügelbootes zu verwenden und vollständig getauchten, über Stützen mit dem deren Signale in eine Steuereinrichtung zur Beseiti-Bootsrumpf verbundenen Tragflügeln, dadurch gung der Querneigungen einzugeben (Zeitschrift gekennzeichnet, daß eine Zusatzeinrich- Motorboat and Yachting vom 16. Juni 196⁷, S. 60 tung zur Beseitigung von Querneigungen bei io sowie deutsche OfTenlegungsschrift 1 506 260). Bei deren Entstehen vorgesehen ist, die eine Meß- diesen Meßeinrichtungen werden die von den Fühlereinrichtung, die an jeder Stütze (2) eine Wirkung armen abgegebenen Signale über mechanische Steuerder durch die Querströmungskomponente einer gestänge an die Steuereinrichtung abgegeben.
Welle hervorgerufene mechanische Spannung Als Steuereinrichtung werden üblicherweise an den ermittelt, und die eine Steuereinrichtung aufweist, 15 Tragflügeln angeordnete Steuerklappen verwendet, die mit jeder Stütze (2) eine der Querströmungs- Es ist auch bereits bekanntgeworden, zusätzlich an komponente der Welle entgegengerichtete Kraft den Stützen Steuerklappen vorzusehen (deutsche erzeugt. Auslegeschrift 1157 956). Eine weitere bekannte

2. Stabilisierungsvorrichtung nach Anspruch 1, Möglichkeit zur Stabilisierung des Tragflügelbootes dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung 20 besteht darin, die Stützen gelenkig am Bootsrumpf eine mechanisch-hydraulische Vorrichtung (10, anzubringen, wobei die Stützen entweder um eine 11, 12, Fig. 5) zur Messung der von der Quer- zur Bootsachse parallele oder senkrechte Achse geschwindigkeit der Strömung hervorgerufenen schwenkbar sind (deutsche Auslegeschrift 1 157 956 Durchbiegung (/) der Stütze (2) und zur Steue- bzw. britische Patentschrift 572 413). Schließlich ist rung eines Steuerventils (11) aufweist, das Signale 25 es bereits bekanntgeworden, die Roll- und Stampfzur Änderung der Quermomente des Stützelemen- bewegung des Tragflügelbootes durch Ausstoßen von tes an einen Kolbenzylinder-Antrieb (10) der Luft oder Wasser zu beseitigen (deutsche Auslege-Steuereinrichtung abgibt. schrift 1 284 865).

3. Stabilisierungsvorrichtung nach Anspruch 1 Bei der Auslegung solcher bekannter Stabiüsie- oder 2, dadur.h gekennzeichnet, daß die Meß- 30 rungseinrichtungen sind zwei an sich widersprücheinrichtung einen Dehnungsmesser zur Messung liehe Einflüsse zu berücksichtigen. Einerseits ist man der von der QuergeschwindigL^'it der Strömung bestrebt, die Austauchhöhe des Tragflügelbootes so hervorgerufenen Verformung d^r Stützelemente groß wie möglich zu wählen, da hierdurch die Maaufweist. iiüvrierfähigkeit des Tragflügelbootes im Hinblick auf

4. Stabilisierungsvorrichtung nach einem der 35 den Wellengang verbessert wird. Eine Vergrößerung Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Austauchhöhe hat jedoch andererseits eine Verdie Steuereinrichtung eine Blaseinrichtung zur größerung der Querneigungen des Tragflügelbootes Auftriebsänderung der Stütze aufweist, die ent- zur Folge, da die durch die Orbifalbewcgungen der gegen der Richtung dtr Störkräfte ein Strömungs- Wellen hervorgerufenen Kräfte wegen der verlängermittel, vorzugsweise Luft oder Wasser, ausstößt. 40 ten Stützen über einen vergrößerten Hebelarm am

5. Stabilisierungsvorrichtung nach einem der Tragflügelboot angreifen. Bei der Vergrößerung des Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß hierdurch erforderlichen Stabilisierungsmomentes die Steuereinrichtung eine an einem Stützelement stößt man auf natürliche Grenzen, die einerseits durch angelenkte, um eine vertikale Achse drehbare die Abmessungen des Tragflügelbootes (insbesondere Steuerklappe (13) aufweist. 45 die Breite des Tragflügelbootes) und die hydrodyna-

6. Stabilisierungsvorrichtung nach einem der mischen Eigenschaften der Tragflügel bedingt sind.
Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Der Erfindung Liegt die Aufgabe zugrunde, eine mindestens eine der Stützen (2) frei schwenkbar Stabiüsierungseinrichtung der eingangs angegebenen um die vertikale Achse (l-l) am Bootsrumpf (1) Art zu schaffen, die eine größere Austauchhöhe des befestigt ist und die Steuereinrichtung trägt. 50 Tragflügelbootes als die bekannten Stabilisierungseinrichtung ermöglicht.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht,

daß eine Zusatzeinrichtung zur Beseitigung von

Querneigungen bei deren Entstehen vorgesehen ist,

55 die eine Meßeinrichtung, die an jeder Stütze eine

Wirkung der durch die Querströmungskomponente

Die Erfindung betrifft eine Stabilisierungseinrich- einer Welle hervorgerufenen mechanische Spannung g zur Beseitigung der durch den Seegang hervor- ermittelt, und die eine Steuereinrichtung aufweist, die ufenen Längs- und Querneigungen eines Trag- mit jeder Stütze eine der Querströmungskomponente ;elbootes mit vollständig getauchten, über Stützen 60 der Welle entgegengerichtete Kraft erzeugt,
dem Bootsrumpf verbundenen Tragflügeln. Gemäß der Erfindung wird somit eine von der Derartige Stabilisierungseinrichtungen bestehen mechanischen Spannung der Stütze abhängige Wirz allgemein aus einer Meßeinrichtung zum Messen kung gemessen, die beispielsweise eine mechanische Längs- und Querneigungen des Tragflügelbootes Verschiebung, Verschiebungsgeschwindigkeit, Ver-1 einer Steuereinrichtung zum Ausgleichen der 65 Schiebungsbeschleunigung, Druck- oder Zugspannung lgs- und Querneigungen. Als Meßeinrichtung der Stütze selbst oder eines mit der Stütze verbunden am häufigsten Kreiselsysteme eingesetzt, die denen Teils des Tragflügelbootes sein kann. Die :r eine signalverarbeitende Anlage Steuersignale Querströmungskomponente einer Welle ruft in der