DE2245550C3

DE2245550C3 - System zur automatischen Stabilisierung von Tragflügelschiffen

Info

Publication number: DE2245550C3
Application number: DE2245550A
Authority: DE
Inventors: Michail Michajlowitsch Korotkow
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-09-16
Filing date: 1972-09-16
Publication date: 1978-10-19
Also published as: DE2245550A1; DE2245550B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System zur automatischen Stabilisierung von Tragflügelschiffen bezüglich des Krängungs- und Trimmwinkels mit Hilfe von Kreiseln, deren Signale weiterverarbeitet werden zu Befehlssignalen, die die hydrodynamischen Steuerflächen der Tragflügel bewegen, wobei ein Ausfall im System eine Positionierung der Steuerflächen in ihrer Neutrallage bewirkt. Ein solches System ist aus der Zeitschrift »Hoveringcraft & Hydrofoil« vom Dezember 1967, Seiten 20 ff., bekannt.

Es wird hier ein ausfallneutrales Steuersystem beschrieben, welches in dem Sinne wirkt, daß bei einem Ausfall des Systems dessen Einwirkung auf die Steuerflächen neutralisiert wird. Dabei sind Kreiselgeber für die Bewegung des Schiffes um die verschiedenen Achsen vorhanden, deren Signale auf einen zentralen Prozeßrechner gegeben werden, von wo Befehle für die Betätigung für die hydrodynamischen Steuerflächen ausgegeben werden. Nachteilig ist dabei, daß ein Ausfall der zentralen Rechnereinheit nicht nur den Normalbetrieb der Steuerung und Stabilisierung, sondern auch seine ausfallneutrale Funktion in Frage stellt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein ausfallneutrales Steuersystem so auszubilden, daß es sich durch eine besondere Sicherheit Und Zuverlässigkeit seiner Funktion auszeichnet.

Ausgehend von der eingangs beschriebenen Ausbildung wird zur Lösung dieser Aufgabe gemäß der Erfindung eine automatische Verriegelungseinrichtung vorgeschlagen, die aus einem von einem externen Kreisel gesteuerten Grenzwertgeber besteht, der bei Überschreiten vorgegebener Werte der Krängungsund Trimmwinkel auf ein hydraulisches Steuerventil eines Hydraulikzylinders wirkt, der seinerseits eine mechanische Arretiervorrichtung der Steuerflächen der Tragflügel betätigt

Auf diese Weise ist ein vom eigentlichen Steuerungssystem unabhängiger Wirkungskanal für die Neutralisierung der Steuerungsflächen im Havariefall vorhanro den, der durch die Einfachheit seines Aufbaus und seine Unabhängigkeit von komplizierten Systemen eine besonders große Sicherheit der ausfallneutralen Funktion gewährleistet

In einer zweckmäßigen weiteren Ausbildung der Erfindung weist jede Arretiervorrichtung einen in -ortsfesten Führungen verschieblichen Keil auf, der in eine entsprechend ausgebildete Aufnahmeöffnung in der Betätigungsstange der jeweiligen Steuerfläche einschiebbar ist Bei einer solchen Ausbildung können die Steuerflächen aus beliebigen Lagen in die Neutrallage gezwungen und dort arretiert werden.

Es kann ebenso zweckmäßig sein, wenn jede Arretiervorrichtung einen doppelseitigen Drehnocken mit ortsfester Drehachse aufweist der in einer entsprechend ausgebildeten Nut in der Betätigungsstange der jeweiligen Steuerfläche zwischen einer unwirksamen und einer die Betätigungsstange sperrenden Stellung verdrehbar angeordnet ist Diese Arretiervorrichtung hat den Vorteil einer geringen Reibung
Verschiedenartige Ausfälle im automatischen Stabilisierungssystem, die das Schiff zur maximal vorgegebenen Ablenkung bringen, werden das Auslösen der automatischen Verriegelungsvorrichtung hervorrufen, die die steuerbaren Flügelteile in die NuIIagen führt und arretiert. D'e Anwendung eines solchen Systems sichert dem Schiff einen havarielosen Betrieb, da beliebige Ausfälle im Stabilisierungssystem nicht zu einer Krängungs- und Trimmlage führen werden, die für Fahrgäste und das Schiff selbst gefährlich wären.
Das vorgeschlagene autoinatascue Stabilisierungssystem gewährleistet einen havarielosen Betrieb, hat eine einfache Struktur, ein geringes Gewicht, niedrigen Preis und ist einfach zu bedienen.

Nachfolgend wird die Erfindung durch die Beschreibung von Ausführungsbeispieleri anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt

F i g. 1 grundsätzliches Schema des automatischen Stabilisierungsystems gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine Variante der Arretiervorrichtung mit beweglichem profiliertem Keil (Längsschnitt),

F i g. 3 eine Variante der Arretiervorrichtung mit doppelseitigem Drehnocken (Längsschnitt).

Der bequemeren Beschreibung halber ist das automatische Stabilisierungssystem, das in F i g. 1 dargestellt ist, nur für einen steuerbaren Flügelteil gezeigt, der als eine steuerbare Flügelklappe ausgebildet ist.

Eine Einheit (F i g. 1) der Fühlelemente, bestehend aus einem externen Kreisel 1, ist mit einem elektronischen Verstärker 2 verbunden, der aus einer Reihe von funktionalen Verstärkern bestehen kann und seinerseits mit einem hydraulischen Verteiler 3 (einem elektrohydrauiischen schiebergesteüerteii Verteiler) verbunden ist.

Der hydraulische Verteiler 3 steht mit einem Hydrauliksystem (nicht mit abgebildet) und mit den Hohlräumen eines hydraulischen JCraftzylinders 4 in Verbindung, dessen Kolbenstange 4a über eine mecha-

nische Zugstange 4b als Betätigungsstangen auf den steuerbaren Teil eines Tragflügels 5 einwirkt, welcher Teil als Steuerfläche 6 (mit dem Zeichen »<5« ist in F i g. 1 die Ablenkung der Steuerfläche 6 gekennzeichnet) ausgebildet ist

Ein Rückführungsgeber 7 ist mit der Steuerfläche 6 mechanisch und mit dem Eingang des elektronischen Verstärkers 2 elektrisch verbunden.

Eine automatische Verriegelungsvorrichtung 8 ist am Ausgang der Finheit 1 der Fühlelemente angeordnet und besteht aus elektronischen Relais 9 mit dem vorgegebenen Einstellwert θι, bei dem es ausgelöst wird, sowie einer Arretiervorrichtung 10, die von einem Hydraulikzylinder 11 betätigt wird, der mit einem hydraulischen Steuerventil 12 eines autonomen Hydrauliksystems (nicht abgebildet) hydraulisch verbunden ist

Die Arretiervorrichtung 10, die in Fig.2 und 3 dargestellt ist, kann konstruktiv in zwei Varianten ausgeführt werden.

In F i g. 2 ist die erste Variante dieser Arretiervorrichtung 10 dargestellt Sie besteht aus einem verschieblichen profilierten Keil 13. der sich in mit dem Schiffsrumpf 14 starr verbundenen Führunf ?n »1V,-M« verschiebt und mit einer profilierten Aufnahmeöffnung 15 zusammenwirkt, die in der Kolbenstange 4a des hydraulischen Kraftzylinders 4 der Steuerfläche 6 ausgeführt ist

In der Variante, die in Fig.3 dargestellt ist, besieht die Arretiervorrichtung 10 aus einem zweiseitigen Drehnocken 16 mit in bezug auf den Schiffsrumpf 14 fixierter Drehachse 0_t, der mittels eines Hebels 17 mit dem Hydraulikzylinder 11 verbunden ist

Der Drehnocken 16 ist in einer profilierten NuI 18 angeordnet, die in der als Betätigungsstange wirkenden Kolbenstange 19 des Hydraulikzylinders 4 der Steuerfläche 6 ausgeführt ist

Die Aufnahmeöffnung 15 (Fig.2) oder die Nut 18 (Fig. 3) kann sowohl in der Kolbenstange 4a (oder 19) des hydraulischen Kraftzylinders 4, wie auch in der sie fortsetzenden und mit ihr starr verbundenen Konstruktion, beispi" Isweise der mechanischen Zugstange 4b der Steuerfläche 6 (F i g. 2), oder in der die Kolbenstange 19 fortsetzenden Konstruktion (F i g. 3) ausgeführt werden.

Bei der konstruktiven Ausführung wird zweckmäßigerweise der Unterschied zwischen der Größe »a« der Eingangsseite der Aufnahmeöffnung 15 (Fig.2) und dem Spitzenteil »ίκ< des profiliei.en verschieb! ichen Keils 13 etwas größer als maximale Ablenkung »ΰ« der Steuerfläche 6 gewählt, die an der Anordnungsstelle der Arretiervorrichtung gemessen wird, was es gestaltet, die Steuerfläche 6 in die Nullage längs der Sehne »L-U< aus einem beliebigen Abweichungswinkel »ό« herauszuführen.

Der Winkel »λ« der profilierten Nut 18 (F i g. 3) seinerseits muß die Einstellmöglichkeit des Drehnokkens 16 bei einem beliebigen Winkel »ό« der Steuerflächen gewährleisten.

Sind mehrere Steuerflächen 6 vorhanden, so nimmt dementsprechend die Anzahl der elektroni«chen Verstärker 2, der hydraulischen Verteiler 3, der hydraulischen Kraftzylinder 4 und der Arretiervorrichtungen 10 mit den Hydraulikzylindern Ü und den Steuerventilen 12 zu»

Die Arbeit des automatischen Stabilisierungssystems geht auf die folgende Weise Vor sich.

Die Einheit der Fühlelemente bestimmt mit Hilfe einer kreiselstabilisierten Vertikale die Abweichung des Schiffes von der vorgegebenen KrängungS' und Trimmlage.

Nachdem die Signale von diesen Elementen im Verstärker 2 angekommen sind, formieren diese Signale zusammen mit den Signalen von den übrigen Gebern und dem Rückführungsgeber 7 nach dem gewählten Steuerungsgesetz das Summensignal zum Umlegen der Steuerfläche 6 des Tragflügels 5.

Hierbei wird die Richtung des Umlegens der Steuerfläche 6 hauptsächlich durch die Abweichungsrichtung des Schiffes von der wirkenden Störung bestimmt, und die Proportionalität des Umlegungswinkels der Größe der Schiffsabweichung wird mit Hilfe des Rückführungsgebers 7 gewährleistet

Das vom Verstärker 2 formierte Steuersignal gelangt in den hydraulischen Verteiler 3, der proportional der Größe dieses Signals die Fläche seiner Arbeitsfenster öffnet und das Oberströmen des Arbeitsmittels in die Hohlräume des hydraulischen Kraftzylinders 4 durchführt

Unter Druckeinwirkung des Arbeitsmittels wird die Kolbenslange 4a des hydraulischen Kraftzylinders 4 verschoben, wodurch das Umlege« der Steuerfläche 6 erfolgt

Der Rückführungsgeber 7 kontrolliert ständig die Größe des Ausschlagwinkels der Steuerfläche 6, wodurch die Proportionalität des Ausschlagwinkels zur Größi. des summarischen Steuersignals gewährleistet wird.

Die durch die Ablenkung der Steuerfläche 6 des Tragflügels 5 hervorgerufenen hvdrodynamischen Kräfte erzeugen Momente, die die vorgegebene Schiffslage bei einwandfrei arbeitendem automatischem Stabilisierungssystem stabilisieren.

Gleichzeitig mit der Gewährleistung der Arbeit des Hauptkanals gelangen elektrische Signale von der Einheit der Fühlelemente zum Eingang des elektronischen Relais 9, wo sie ständig mit der Größe des im voraus vorgegebenen Einstellwertes (Θι) verglichen werden, der den Grenzabweichungen des Schiffes von der Krängungs- und Trimmlage entspricht.

Beim Auftreten von Störungen im automatischen Snbilisierungssystem entstehen falsche Signale, die im besonderen zum Festklemmen der Steuerfläche 6 oder Umlegen derselben mit maximaler Geschv/indigkeit bis zu der Endlage führen, was mit einem Auswandern des Schiffes um Winkel begleitet wird, die die Abweichungsgröße bei normaler Arbeit des automatischen Stabilisierungssystems beträchtlich übersteigen.

In diesem Fall übersteigt das laufende Signal Θ2 der Schiffsabweichung den Einstellwert θι des Relais 9, dieses wird ausgelöst und schaltet das elektrische Steuerventil 12 ein, das den Durchtritt für die Arbeitsflüssigkeit von dem autonomen Hydrauliksystem zum Hydraulikzylinder 11 freigibt Dieser letztere üetatigt die Arretiervorrichtung 10, die die Steuerfläche 6 in die Nullage mii gleichzeitigem Arretieren derselben bringt.

Wird die Arretiervorrichtung 10 angewandt, die gemäß F i g. 2 ausgeführt ist, so verschiebt de' Hydraulikzylinder 11 den profilierten Keil 13 in den Führungen »M-M« in die Aufnahmeöffnung 15 in der Kolbenstange 4a, was hierdurch die Steuerfläche 6 in die Nullage überführt und diese arretiert.

Wird die Konstruktion gemäß Fig.3 ausgeführt, so dreht der Hydraulikzylinder 11 über den Hebel 17 den doppelseitigen Drdtnocken 16, der, indem er in die Nut 18 in der Kolbenstange 19 hineingeht, die Steuerfläche 6 in die Nullage herausführt und, indem er sich längs der

Achse der Kolbenstange 19 stellt* sie in dieser Lage mechanisch arretiert.

Gleichzeitig mit dem Auslösen des Relais 9 wird das automatische Stabilisierungssystem abgeschaltet und verriegelt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. System zur automatischen Stabilisierung von Tragflügelschiffen bezüglich des Krängungs- und Trimmwinkels mit Hilfe von Kreiseln, deren Signale weiterverarbeitet werden zu Befehlssignalen, die die hydrodynamischen Steuerflächen der Tragflügel bewegen, wobei ein Ausfall im System eine Positionierung der Steuerflächen in ihrer Neutrallage bewirkt, gekennzeichnet durch eine automatische Verriegelungseinrichtung, bestehend aus einem von einem externen Kreisel (1) gesteuerten Grenzwertgeber (9), der bei Oberschreiten vorgegebener Werte der Kxängungs- und Trimmwinkel auf ein hydraulisches Steuerventil (12) eines Hydraulikzylinders (11) wirkt, der seinerseits eine mechanische Arretiervorrichtung (10) der Steuerflächen (6) der Tragflügel betätigt

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Arretiervorrichtung (10) einen in ortsfesten Führungen (M-M) verschiebüchen Keil (13) aufweist, der in eine entsprechend ausgebildete Aufnahmeöffnung (15) in der Betätigungsstange (4a, Ab) der jeweiligen Steuerfläche (6) einschiebbar ist

3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Arretiervorrchtung (10) einen doppelseitigen Drehnocken (16) mit ortsfester Drehachse (Οι) aufweist, der in einer entsprechend ausgebildeten Nut (18) in der Betätigungsstange (19, Ab) der jeweiligen Steuerfläche (6) zwischen einer unwirksamen und einer die Betätigungsstange sperrenden Stellung ve^rdrehb?^r angeordnet ist.