DE2337995C3

DE2337995C3 - Steuersystem für ein Tragflügelboot

Info

Publication number: DE2337995C3
Application number: DE2337995A
Authority: DE
Inventors: Irving Alfred Bellevue Hirsch; Donald Ray Seattle Stark
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 1972-10-31
Filing date: 1973-07-24
Publication date: 1979-03-15
Also published as: NL183175B; US3886884A; ES414229A1; GB1381436A; JPS4980795A; FR2205220A5; JPS5337636B2; NL7305749A; IT980392B; SE399031B; BE798903A; DE2337995B2; DE2337995A1; NL183175C

Description

Back- und Steuerbordklappen auf dem hinteren Tragflügel versehen, so erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Betätigungseinrichtung ein erstes Paar hydraulischer Betätigungselemente zur Betätigung einer Backbord- und einer Steuerbordkhppe jedes Paares und ein zweites Paar hydraulischer Betätigungselemente zur Betätigung jeweils der anderen Klappe jedes Paares von Back- und Steuerbordklappen aufweist, und wenn ein erster hydraulischer Stellantrieb für die vorderen Klappen, eine erste Quelle eines in Druckmediums zum Betätigen des ersten Paares der hydraulischen Betätigungselemente, eine zweite Quelle eines Druckmediums zum Betätigen des zweiten Paares der hydraulischen Betätigungselemente und eine erste Pendelventileinrichtung vorgesehen ist, die den Stellan- i> trieb für die vorderen Klappen an entweder die erste oder die zweite Druckmediumquelle anschließt.

Das erfindungsgemäße Steuersystem sorgt für eine Folgesteuerung, die gewährleistet, daß das Boot sich in der richtigen Lage um die Rollachse befindet, bevor es die Drehung um die Gierachse beginnt; d. h. das Boot nimmt infolge der Steuerung den richtigen Rollwinkel vor der Kursänderung ein, wodurch die Möglichkeit einer viel glatteren Kursänderung bei allen Seebedingungen bei einem Minimum an auf Passagiere und Mannschaft einwirkenden Beschleunigungskräften im Vergleich zu bekannten Steuerungssystemen für Tragflügelboote gegeben ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt m

F i g. 1 eine Seitenansicht des Tragflügelbootes, das mit dem Steuersystem ausgerüstet ist,

F i g. 2 eine Bodenansicht des Tragflächenbootes nach F i g. 1, die die Stellungen von Klappen an den vorderen und den hinteren Tragflügeln des Bootes sowie die Lage j > verschiedener Bewegungsmeßfühler zeigt,

F i g. 3 eine schematische Darstellung einer hydraulischen Betätigungseinrichtung für Back- und Steuerbordklappen,

Fig.4 eine perspektivische Ansicht des Tragflügelbootes mit dem Steuersystem, wobei die Beziehungen von Stampf-, Roll- und Gierachse gezeigt ist,

F i g. 5 ein vereinfachtes Blockschaltbild des Steuersystems für das Tragflügelboot und die

Fig.6A—6C nebeneinanderliegend ein genaues ·)> Blockschaltbild des Steuersystems.

Wie aus F i g. 1 hervorgeht, weist das Tragflügelboot einen herkömmlichen Rumpf 10 auf, der mit einer Schraube oder dergleichen und einem Innenbordmotor (nicht gezeigt) zur herkömmlichen Verdrängungsfahrt ">» ausgerüstet sein kann. Am Rumpf 10 ist am Bug ein Steuerruder 12 an einem Zapfen drehbar und um eine senkrechte Achse schwenkbar befestigt, um das Boot bei seiner Tragflügelfahrt steuern zu können. Das Steuerruder 12 ist auch nach oben in Richtung des v> Pfeiles 14 von der Wasseroberfläche weg für die Verdrängungsfahrt schwenkbar. Am unteren Ende des Steuerruders 12 ist ein vorderer Tragflügel 16 (F i g. 2) getragen, der an seiner hinteren Kante Klappen 18 trägt, die miteinander verbunden sind und synchron w) arbeiten.

Im hinteren Teil des Bodens sind Streben 20 und 22 um eine Achse 21 drehbar mit dem Rumpf 10 verbunden. Die Streben 20 und 22 sind nach unten in die in F i g. 1 in ausgezogenen Linien dargestellte Stellung hi für die Tragflügelfahrt, oder nach hinten in Richtung des Pfeiles 24 in die gestrichelt dargestellte Stellung für die Verdrängungsfahrt schwenkbar. Zwischen den unteren Enden der Streben 20 und 22 erstreckt sich ein hinterer Tragflügel 26, der an seiner hinteren Kante zwei Steuerbordklappen 28 und 30 und zwei Backbordklappen 32 und 34 trägt Die beiden Steuer- und Backbordklappensätze arbeiten jeweils synchron, doch ist jede Ktappe jedes Satzes mit einem getrennten hydraulischen System sowie mit einem getrennten elektrischen Servosystem aus Redundanz- und Sicherheitsgründen ausgerüstet, so daß eine Klappe auch crbeiten kann, wenn das elektrische oder das hydraulische System für die andere Klappe ausfallen sollte.

Zwischen den Streben 20 und 22 und um die Achse 21 drehbar mit dem Rumpf verbunden befindet sich ein Gasturbinen-Wasserdüsen-Antriebsaggregat, das für den Vorschub des Bootes bei Tragflügelfahrt sorgt.

Sind das Steuerruder 12 und die Streben 20 und 22 zurückgezogen, so ist die Verdrängungsfahrt möglich. Wenn das Steuersystem inaktiv ist, bewirkt die Anordnung aus Streben und Tragflügen in der zurückgezogenen Stellung ein Verhalten des Boote; auf See, ähnlich wie es durch Kimmschwerte und Kiele hervorgerufen wird. Die Streben dämpfen das RoJlen und erhöhen die Richtungsstabilität des Bootes. Die Tragflügel erhöhen die Dämpfung des Stampfens des Bootes. Bei höheren Geschwindigkeiten geht das Boot bei Betätigung des automatischen Steuersystems in die Tragflügelfahrt über, wobei ein sensibleres Ansprechen auf den Zustand der See als bei einem kreiselstabilisierten herkömmlichen Boot gegeben ist.

Bei der Tragflügelfahrt sind sowohl das Steuerruder 12 mit seinem Tragflügel 16 als auch die Streben 20 und 22 mit ihrem Tragflügel 26 nach unten in die in F i g. 1 in ausgezogenen Linien gezeigte Stellung geschwenkt und darin gesichert. Damit das Boot von den Tragflügeln getragen wird, muß der Bootsführer die Tragflügeltiefe einstellen und den Gashebel verschieben. Dadurch beschleunigt das Boot, der Rumpf löst sich vom Wasser und steigt so lange, bis er bei der gewünschten Tragflügeltiefe stabilisiert wird. Das normale Landeverfahren besteht einfach darin, daß der Gashebel zurückgenommen wird, so daß das Boot mit dem Rumpf aufsetzen kann, wenn die Geschwindigkeit abnimmt.

Während der Tragflügelfahrt bei normalen Wasserbedingungen berührt der Rumpf die Wasseroberfläche nicht, und es treten auch keine Stöße gegen den Rumpf auf. Bei höherer See können gelegentlich zwei Typen von Rumpfstößen auftreten, und zwar einmal durch den Wellenkamm hoher Wellen, die der Rumpf ohne Auftriebsverlust der Tragflügel durchfurcht, und zum anderen beim Auftauchen des Tragflügels in einem Wellental. Der Tragflügel verliert den Auftrieb, bis der hydrodynamische Fluß wiederhergestellt ist, und der Rumpf kann gegen die Wellenoberfläche stoßen. Der Rumpf ist so konstruiert, daß er beide Stoßarten auf jeder Flughöhe und bei allen möglichen Orientierungen des Bootes schadlos auffängt. Bei Verwendung des Steuersystems sind die sich ergebenden vertikalen Bewegungen und Beschleunigungen für die Mannschaft oder die Passagiere nicht gefährlich.

Wie die Fig.2 zeigt, sind an dem Rumpf 10 Meßfühler befestigt, die die Bootsbewegung anzeigende elektrische Signale erzeugen, und zwar befindet sich am Bug des Bootes ein Ultraschall-Höhenmeßfühler 36, der ein der Höhe des Bugs über der Wasseroberfläche bei Tragflügelfahrt proportionales elektrisches Signal erzeugt. Ebenfalls am Bug des Bootes befindet sich ein vorderer Vertikalbeschleunigungsmesser 35, der ein elektrisches Signal proportional der vertikalen Be-

schleunigung erzeugt.

Im Rumpf 10 ist oberhalb des Steuerruders 12 ein Seitenbeschleunigungsmesser 38 eingebaut, der ein elektrisches Signal proportional der seitlichen Beschleunigung des Bootes erzeugt. Oben auf der Strebe 20 ist ein hinterer Steuerbord- Vertikalbeschleunigungsmesser 40 und auf der Strebe 22 ein hinterer Backbord-Vertikalbeschleunigungsmesser 42 aufgebaut. Ein vertikaler Kreise! 44 oder ein Paar vertikaler Kreisel ist im Boot eingebaut, vorzugsweise nahe dem Schwerpunkt, um Signale zu erzeugen, die proportional dein Winkel des Bootes zwischen der Senkrechten und der Stampfsowie der Rollachse sind. Schließlich befindet sich im vorderen Teil des Bootes ein Giergeschwindigkeitskreisel 45.

In der Fig.3 ist die hydraulische Betätigungseinrichtung der vorderen und hinteren Klappen gezeigt. Die hydraulische Betätigungseinrichtung liefert hydrauii sehe Leistung zur Betätigung der Klappen von zwei getrennten hydraulischen Leistungsquellen A und B, die von getrennten Aggregaten angetrieben werden. Die Betätigungselemente 52, 54 für die hinteren äußeren Klappen 28 und 32 und die vorderen Klappen werden normalerweise von der Quelle A betrieben, während die Betätigungselemente 56 und 58 für die hinteren inneren Klappen 30 und 34 und das Steuerruder 12 normalerweise von der Quelle B betrieben werden. Ein durch Handschalter im Führerhaus gesteuerte Pendelventileinrichtung 46 kann einen Stellantrieb 48 für die vorderen Klappen von der Quelle A auf die Quelle B im Falle eines Druckverlustes an der Quelle A umschalten.

Eine ähnliche Pendelventileinrichtung 49, die einem Stellantrieb 50 für das Steuerruder 12 verbunden ist, kann die Betätigungselemente 56, 58 von der Quelle B auf die Quelle A im Falle eines Druckverlustes an der Quelle B umschalten. Die Pendelventileinrichtung 46 und 49 sowie verschiedene hydraulische Betätigungselemente fürd ie inneren und äußeren hinteren Klappen bilden ein aufallsicheres Betätigungsystem für jedem möglichen Fehler in einer einzigen hydraulischen Betätigungseinrichtung.

Selbst wenn eine der beiden hydraulischen Quellen A oder B ausfallen sollte, arbeitet damit immer noch eine der Klappen sowohl auf der Backbord- als auch auf der Steuerbordseite. Normalerweise arbeiten die innere und die äußere Klappe auf jeder Seite des Bootes gleichzeitig und synchron, wobei die beiden Sätze in erster Linie aus Redundanz und Sicherheitsgründen vorgesehen sind.

Bewegungen des Bootes um die Roll-, die Stampf- und die Gierachse 60 bzw. 62 bzw. 64 sind am besten an Hand der F i g. 4 zu verdeutlichen. Jede Bewegung um die Rollachse 60 wird von dem vertikalen Kreisel 44 sowie von den hinteren Beschleunigungsmessern 40 und 42 ermittelt. Der Kreisel erzeugt ein der Größe oder dem Grad des Rollens proportionales Ausgangssignal, während die Beschleunigungsmesser 40 und 42 Signale erzeugen, die propotional der Winkelbeschleunigung um die Rollachse sind. Jede Bewegung um die Stampfachse 62 wird sowohl von dem vertikalen Kreisel 44 als auch von dem vorderen und den hinteren Beschleunigungsmessern 35, 42 und 40 ermittelt. Jede Bewegung um die Gierachse 64 wird sowohl von dem Giergeschwindigkeitskreisel 45 als auch von dem Seitenbeschleunigungsmesser 38 ermittelt

Beim Steuersystem wird die Höhe des Rumpfes über dem Wasser allein durch die vordere Klappe 18 gesteuert Um den Rumpf von der Wasseroberfläche abzuheben, wird die vordere Klappe nach unter gedreht, wodurch der von dem vorderen Tragflügel If erzeugte Auftrieb vergrößert wird und sich der Rumpl aus '^m Wasser hebt. Um die Stampfbewegung um die

·> Stampfachse 62 auszuschließen oder auf ein Minimum zu beschränken, werden sowohl die vorderen als auch die hinteren Klappen verwendet. Die vorderen und die hinteren Klappen arbeilen jedoch in entgegengesetzten Richtungen, um alle Stampfbedingungen zu korrigieren

H) Wenn sich z. B. der Bug des Bootes nach unten richtet dann wird die vordere Klappe 18 nach unten gedreht während die hinteren Klappen 28,34 nach oben gedreht werden, um ein Moment zu erzeugen, welches das durch Wellen oder dergleichen erzeugte Stampfmomenl

ίο ausgleicht. Eine Kompensation von Bewegungen um die Rollachse wird allein durch die hinteren Klappen 28—34 erreicht, doch bewegen sich in diesem Fall die Steuerbürdklappen in entgegengesetzter Richtung zu den Backbordklappen, um eine unerwünschte Rollbewegung zu korrigieren. Bei einer Kursänderung des Bootes sind die hinteren Klappen des Bootes anfangs se gestellt, daß sich das Boot um seine Rollachse neigt woraufhin das Steuerruder 12 gedreht wird, um dem zu folgen. Hierdurch wird, wie bereits erwähnt, ein viel besserer und glatterer Kursänderungsvorgang erreicht da die richtige Rollneigung erreicht wird, bevor jede merkliche Kursänderung des Bootes über das Ruder erfolgt.

Ein vereinfachtes Blockdiagramm des Steuersystem

μ geht aus der F i g. 5 hervor. Ein von einem Tiefensignalgenerator 68 erzeugtes Signal wird von der Brücke aul die Leitung 66 gegeben. Zusätzlich wird ein Kursänderungssignal auf der Leitung 70 vom Ruder 72 im Führerhaus abgenommen. Das Rudersignal kann, wie

S5 später genauer dargelegt wird, entweder vom Ruder selbst oder von einer Kurshalteschaltung abgeleitet werden. In letzteren Fall wird das Signal durch Vergleich .^|o\ tatsächlichen Kurses des Bootes mit einem Kompaskurs oder dgl. abgeleitet. Stimmen die beiden Kurse nicht überein, so wird ein Fehlersignal abgeleitet, um eine Kursänderung zu befehlen, bis der gewünschte und der tatsächliche Kurs übereinstimmten.

Aus Fig.5 ist zu ersehen, daß das Signal vom

Höhenmeßfühler 36, das der tatsächlichen Höhe proportional ist, mit dem gewünschten Höhensignal auf der Leitung 66 in einem Tiefenfehlerverstärker 74 verglichen wird. Wenn die beiden auf den Verstärker 74 gegebenen Signale nicht übereinstimmen, wird auf der Leitung 76 ein Signal erzeugt und auf eine Vorderklappen-Servovorrichtung 78 gegeben, wodurch sich die vordere Klappe 18 nach oben oder nach unten dreht je nachdem, ob sich der Rumpf heben oder senken soll. Wenn das Boot um seine Gierachse wenden soll, wird ein der Ruderposition »Null« proportionales Signal auf die Leitung 70 auf einen Rollsteuerungsverstärker 80 gegeben, wo es mit einem Signal auf der Leitung 82 vom vertikalen Kreisel 44 verglichen wird, das dem Rollwinkel um die Rollachse 60 (Fig.4) relativ zui Vertikalen proportional ist

Zu Beginn der Kursänderung und unter der Annahme daß die See glatt ist ist das Signal auf der Leitung 82 Null oder praktisch NuIL Der Rollsteuerungsverstärkei 80 vergleicht das Signal auf der Leitung 82 mit dem aul der Leitung 70, und wenn die beiden nicht gleich sind

wie bei den gerade beschriebenen Bedingungen, dann erscheint ein Ausgangssignal am Ausgang des Rollsteuerungsverstärkers 80 und wird auf Servomechanismen 84 und 86 für die inneren und äußeren

Backbordklappen gegeben. Gleichzeitig wird es in inverlierender Form an Servomechanismen 88 und 90 für die inneren und äußeren Steuerbordklappen gegeben. Die Folge ist, daß sich der eine Satz der hinteren Klappen nach unten und der andere Satz nach oben dreht, so daß sich das Boot um seine Rollachse neigt. Dieser Vorgang setzt sich fort, bis der vom Kreisel 44 festgestellte Rollwinke! ein Signal erzeugt, das das Rudersignal auf der Leitung 70 aufhebt.

Gleichzeitig wird jedoch das dem Rollwinkel proportionale Signal auf der Leitung 82 auch an eine Betätigungseinrichtung 92 des Steuerruders 12 angelegt. Dadurch dreht sich das Steuerruder 12, nachdem das Boot sich um seine Rollachse zu neigen beginnt, wodurch sich das Boot in die Richtung dreht, in die sich das Boot geneigt hat. Demnach neigt sich das Boot nach rechts aufgrund eines Signals vom Ruder 72, und das Steuerruder 12 dreht sich danach, um das Boot nach rechts zu steuern. Auf diese Weise ergibt sich eine viel glattere Kursänderung bei allen Seebedingungen bei einem Minimum an Bcschleunigungskräften für die Passagiere und die Mannschaft.

Mit anderen Worten arbeitet das Steuersystem derart, daß das Boot den richtigen Rollwinkel vor einer Kursänderung annimmt. Dies kann nicht geschehen, wenn das Steuerruder sofort gedreht wird, wie z. B. wenn sich das Boot nach links wegen der Seebedingungen neigt, während eine Rechtswende eingeleitet wird.

Wenn sich das Boot dreht, dann erzeugt der Giergeschwindigkeitskreisel 45 ein Signal auf der Leitung 94, das der Kursänderungsgeschwindigkeit um die Gierachse proportional ist, und das in der Betätigungseinrichtung 92 des Steuerruders 12 dazu verwendet wird, die Kursänderungsgeschwindigkeit zu begrenzen. Das gleiche gilt für den vorderen Seitenbeschleunigungsmesser 38, der ein Signal auf der Leitung 96 erzeugt, das der seitlichen Beschleunigung proportional ist Dieses Signal wird der Betätigungseinrichtung 92 des Steuerruders 12 zugeführt, um die seitliche Beschleunigung zu begrenzen. Wenn sich demnach das Boot in eine Stellung dreht, in der es breitseits /ur Richtung eines starken Windes und der Wellen steht, ermittelt der Giergeschwindigkeitskreisel 45 und der Seitenbeschleunigungsmesser 38 den Druck auf das Boot und begrenzen die Kursänderungsgeschwindigkeit. Nachdem die gewünschte Kursänderung ausgeführt ist und das Ruder 72 in die Mittel- oder Nullposition zurückgedreht ist, wird das Signal auf der Leitung 70 gleich Null, woraufhin die Stellungen der hinteren Klappen umgedreht werden, damit das Boot wieder in die vertikale Stellung in die Rollachse zurückkehrt An diesem Punkt geben die Ausgänge des vertikalen Kreisels 44 und der Leitung 82 auf Null zurück, das Steuerruder 12 ist in der Mitte angeordnet und das Boot ist wieder stabilisiert

Die verbleibenden Steueraktionen haben in erster Linie den Zweck, unerwünschtes Stampfen und Rollen auszuschließen oder auf ein Minimum zu beschränken. Demnach ermittelt der vordere Beschleunigungsmesser 35 die Beschleunigung am Bug nach oben oder nach unten, und erzeugt ein elektrisches Signal zur Steuerung der vorderen Klappe 18, um der Bewegung um die Stampfachse 62 (F i g. 4) entgegenzuwirken. Der Ausgang des vorderen Beschleunigungsmessers 35 wird jedoch in einem Integralverstärker 100 mit einem Signal *>5 kombiniert, das dem quadrierten Rollsignal proportional ist, wie es von der Schaltung 98 abgenommen wird, bevor das kombinierte Signal an einen Servomechanismus 78 der vorderen Klappe angelegt wird; der Grund dafür ist, daß bei einer Kursänderung und während das Boot um seine Rollachse geneigt ist sowie während des normalen Rollens bei schwerer See die Rollbewegung eine Komponente der vertikalen Beschleunigung erzeugt, die beachtet werden muß.

Ein dem Winkel des Bootes zur Stampfachse proportionales Signal wird vom vertikalen Kreisel 44 auf der Leitung 102 abgegeben. Dieses Signal gelangt auf einen Stampfsteuerungsverstärker 104, der ein Ausgangssignal erzeugt, welches sich als Funktion des Stampfwinkels gegen die Horizontale und der Änderungsgeschwindigkeit des Stampfwinkels ändert. Der Ausgang des Stampfsteuerungsverstärkers 104 gelangt dann auf alle Servoeinrichtungen der Klappen und auch in invertierter Form auf den Servomechanismus 78 der vorderen Klappen, um eine differentielle Steuerung zu erzielen. Dieses Signal wird zur Vergrößerung der Stabilität, zur Glättung der Fahrt bei unruhiger See und zur automatischen Stampf-Trimm-Steuerung verwendet.

Wenn angenommen wird, daß das Boot um seine Rollachse 60 rollt, wird ein Signal auf der Leitung 82 erhalten, welches wiederum auf den Rollsteuerungsverstärker 80 gegeben wird. Das Signal auf der Leitung 82 wird unter diesen Umständen zuerst in einer Richtung ansteigen, dann auf Null zurückgehen und darauf in der entgegengesetzten Richtung ansteigen, um erneut auf Null zurückzugehen, wenn das Boot von einer Seite auf die andere rollt. Hierdurch wird wiederum am Ausgang des Rollsteuerungsverstärkers ein Signal erzeugt, welches sich sowohl als Funktion des Rollwinkels als auch der Geschwindigkeit der Rollwinkeländerung ändert. Das Signal wird auf die Servomechanismen der hinteren Backbord- und Steuerbordklappen gegeben, um eine differentielle Wirkung zu erzielen, die der Rollbewegung entgegenwirkt. Es wird ein Signal der einen Polarität an die Servoeinrichtungen der Backbordklappen angelegt, während ein Signal umgekehrter Polarität an die Servoeinrichtungen der Steuerordklappen angelegt wird, um eine Drehung der entsprechenden Backbord- und Steuerbordklappen in entgegengpsetzten Richtungen zu erzielen und der Rollbewegung entgegenzuwirken.

Der Ausgang des Vertikalbeschleunigungsmessers 42 an Backbord wird auf die Servoeinrichtungen 84 und 86 sowohl der inneren als auch der äußeren Backbordklappe gegeben und verändert die Stellungen der hinteren Backbordklappen, um allen vertikalen Beschleunigungen oder dem Heben auf der Backbordseite entgegenzuwirken. In ähnlicher Weise wird der Ausgang des Vertikalbeschleunigungsmessers 40 an Steuerbord auf die Servoeinrichtungen 88 und 90 sowohl der inneren als auch der äußeren Steuerbordklappe gegeben, um die gleiche Wirkung zu erzielen und den vertikalen Beschleunigungen auf der Steuerbordseite des Bootes entgegenzuwirken.

Das vollständige Steuersystem ist in den Fig.6A—6C gezeigt, in denen Elemente, die solchen der F i g. 5 entsprechen, gleiche Bezugszeichen aufweisen. Die Klappen und das Steuerruder sind über eine gestrichelte Linie 106 mit einem die »Bootsbewegungen« darstellenden Block 108 verbunden, woraus hervorgeht, daß die Betätigung der Klappen und des Steuerruders Bewegungen hervorruft, die wiederum die Ausgänge der verschiedenen Meßfühler, wie des Kreisels, der Beschleunigungsmesser usw. verändern.

Der vordere vertikale Beschleunigungsmesser 35 ist

über einen Verstärker-Demodulator 110 mit einem Integralverstärker 100 verbunden, in dem das Signal mit einem Signal von der Schaltung 98 kombiniert wird, das dem Absolutwert des quadrierten Rollsignals proportional ist. Am Ausgang des Integralverstärkers 100 erscheint ein Signal, das sich als Funktion sowohl der Beschleunigung als auch der Geschwindigkeit der Hebebewegung der vorderen Strebe ändert. Dieses Signal wird über ein Maßstabnetzwerk 112 auf den Servomechanismus 78 der vorderen Klappe gegeben, der von strichpunktierten Linien umschlossen ist. Die Arbeitsweise des Servomechanismus für die vordere Klappe, die nachfolgend beschrieben wird, ist identisch mit der der Servomechanismen für die verbleibenden Klappen sowie für das Steuerruder 12.

Der für die Stampfbewegung maßgebliche Ausgang des vertikalen Kreisels 44 wird über einen Verstärker-Demodulator 114 auf den Stampfsteuerungsverstärkcr 104 gegeben, um ein Ausgangssignal auf der Leitung 116 zu erzeugen. Dieses Signal verändert sich als Funktion des Stampfwinkels gegen die Horizontale sowie der Stampfgeschwindigkeit. Das Signal wird über ein Maßstabnetzwerk 118 auf den Servomechanismus 78 für die vordere Klappe gegeben und auch in invertierter Form über ein Maßstabnetzwerk 120 an jeden der Servomechanismen für die Klappen 28—32 an dem hinteren Tragflügel gelegt. Wie bereits erwähnt, ist die Steuerwirkung derart, daß in Anwort auf eine Stampfbewegung die Klappe 18 an dem vorderen Tragflügel 16 in der einen Richtung gedreht wird, während die hinteren Klappen in der entgegengesetzten Richtung gedreht werden, um ein Moment zu erzeugen, das dem Stampfmoment entgegenwirkt, das z. B. durch rauhe See auf das Boot ausgeübt wird.

Wie aus Fig.6A hervorgeht, sind aus Redundanz- und Sicherheitsgründen zwei der Rollbwegung zugeordnete Ausgänge am vertikalen Kreisel 44 vorgesehen. Der eine Ausgang wird über einen Verstärker-Demodulator 122 zwei Differenzierverstärkern 80/4 und 80S zugeführt, während der andere Ausgang über einen Verstärker-Demodulator 124 den beiden Differenzierverstärkern 80/4 und 80ß zugeführt wird. Bei einer anderen Ausführung werden die beiden Ausgänge für die Rollbewegung an dem einen vertikalen Kreisel durch zwei getrennte vertikale Kreisel ersetzt.

Das Ruder 72 hat gleichermaßen zwei redundante und gleiche Ausgänge, von denen der eine über einen Verstärker-Demodulator 126 auf ein Filter 128 und der andere über einen Verstärker-Demodulator 130 auf einen Filter 132 gegeben wird. Der erhaltene gefilterte Ausgang des Filters 128 gelangt über die Leitung 134 an die beiden Differenzierverstärker 8OA und 80S. In ähnlicher Weise gelangt der Ausgang des Filters 132 über die Leitung 136 zu den Differenzierverstärkern SOA und 80 B.

Durch eine Kurshalteschaltung 138 kann bei Handsteuerung durch den Bootsführer ein Ausgangssignal erzeugt werden, das über einen Verstärker-Demodulator den beiden Differenzierverstärkern 80/4 und 80ß zugeführt wird. Die Kurshalteschaltung wird ausgeschaltet, wenn das Ruder von einer Bedienungsperson betätigt wird, um von Hand Kursänderungssignale zu erzeugen. Andererseits wird, wenn ein bestimmter Kurs des Bootes eingehalten werden soll, die Kurshalteschaltung eingeschaltet, wodurch, wenn der gewünschte Kurs z. B. genau Ost ist, die Kurshalteschaltung ein Ausgangssignal durch Vergleich mit der Kompaßeinstellung erzeugt, um eine Drehung des Bootes immer dann zu bewirken, wenn der gewünschte Kurs verlassen wird. Mit anderen Worten werden die Ausgänge der Kurshalteschaltung 38 und des Ruders 72 alternativ verwendet.

Der Ausgang des Backbord-Differenzierverstärkers 8OA wird über ein Maßstabnetzwerk 144 den Servomechanismen 86 und 84 der äußeren bzw. der inneren Klappe auf der Backbordseite zugeführt. In ähnlicher Weise wird der Ausgang des Steuerbord Differenzier-Verstärkers 80S über ein Maßstabsnetzwerk 146 den Servomechanismen 90 und 88 der äußeren bzw. der inneren Klappe auf der Steuerbordseite zugeführt. Diese Schaltungen haben identische Funktion und sind aus Redundanz- und Sicherheitsgründen vorgesehen.

Wenn demnach die eine oder die andere Schaltung ausfällt, ist immer noch einer der Klappensätze an Steuerbord oder an Backbord wirksam bei der Steuerung des Bootes. Wenn in ähnlicher Weise einer der beiden Ruder- oder Rollsignalkanäle ausfallen sollte, sind sowohl die Steuer- als auch die Backbordklappen für die Steuerung des Bootes wirksam.

Das Ausgangssignal vom hinteren Vertikalbeschleunigungsmesser 40 auf der Steuerbordseite gelangt über einen Verstärker-Demodulator 148 und ein Maßstabnetzwerk 150 auf die Servomechanismen 88 und 90 der inneren und äußeren Steuerbordklappen. In ähnlicher Weise ist der hintere Vertikalbeschleunigungsnicsser 42 auf der Backbordseite über den Verstärker-Demodulator 152 und ein Maßstabnetzwcrk 154 mit den beiden

⁾⁽⁾ Servomechanismen S4 und 86 für die inneren und äußeren Backbordklappen verbunden. Diese Signale werden zur Glättung der Fahrt bei unruhiger See verwendet, d. h. die vertikale Beschleunigung auf der Backbordseite bewirkt die Betätigung der Backbord-

^iS klappen, um der Beschleunigung entgegenzuwirken. Ähnlich betätigt die Beschleunigung auf der Steuerbordseite die Steuerbordklappen, um der Steuerbordbeschleunigung entgegenzuwirken. Die hinteren Steuerbord- und Backbord-Beschleunigungsmesser werden

^¹¹ nicht aus Redundanzgründen verwendet, da aber sowohl die Steuerbord- als auch die Backbordbeschlcunigung ermittelt und zur Steuerung der Klappen eingesetzt werden, wird eine glatte Fahrt erzielt.

Der Höhenmeßfühler 36 ist mit dem Verstärker 74 für Tiefenabweichungen über ein Signal auf der Leitung 156 von einem Verstärker-Demodulator 158, der mit dem Tiefenbefehl 68 gekoppelt ist, verbunden. Der Höhenmeßfühler 36 arbeitet nach dem Ultraschallverfahren. Sein Ausgang wird so gefiltert, oder integriert, daß das tatsächliche Höhcnsignal nicht mehr beträchtlich schwankt, wenn das Boot über rauhe See fährt und der tatsächliche Abstand zwischen dem Rumpf und der Wasseroberfläche sich sehr schnell aufgrund der Wellen darunter ändert. Der Ausgang des Verstärkers 74 wird

über ein Maßstabsnelzwerk 160 dem Servomechanismus 78 für die vordere Klappe zugeführt, wie oben dargelegt ist. Auf diese Weise erfolgt die Höhensteuerung vollständig durch die vordere Klappe 18.

Der Ausgang des Giergeschwindigkeitskreisels 45

wird über einen Verstärker-Demodulator 162 und ein Maßstabsnetzwerk 166 der Betätigungseinrichtung 92 für das Steuerruder 12 zugeführt. Auf diesen wird auch nach dem Durchgang durch den Verstärker-Demodulator 168 und das Maßstabsnetzwerk 170 ein Signal

erzeugt, das der vorderen seitlichen Beschleunigung proportional ist Schließlich werden die Ausgänge der beiden Verstärker-Demodulatoren 122 und 124, die dem Rollwinkel proportional sind, über ein Maßstabsnetz-

werk 172 der Betätigungseinrichtung 92 zugeführt. Wie erwähnt ist die Steuerwirkung derart, daß bei Drehung des Steuerruders die hinteren Klappen anfangs betätigt werden, um das Boot um die Rollachse zu neigen, woraufhin die Neigung von dem vertikalen Kreisel ermittelt wird, der Rollwinkelsignale erzeugt, die der Betätigungseinrichtung 92 zugeführt werden. Dadurch wird wiederum das Steuerruder 12 in Richtung der Neigung gedreht. Nachdem sich das Boot in die richtige Richtung gedreht hat und das Steuerruder wieder in seine mittlere oder Nullstellung zurückgedreht ist, bewirken die hinteren Klappen, d:;ß sich das Booi wieder in die aufrechte Stellung begibt, woraufhin die Rollausgangssignale auf Null zurückgehen und das Steuerruder wieder in seine miniere oder Nullstellung zurückkehrt.

Kennzeichnend für das Steuersystem ist, daß aucn dann, wenn das Ruder nicht gedreht wird, das Rollen des Bootes nicht nur die hinteren Klappen, sondern auch das Steuerruder 12 dadurch betätigt, daß die Ausgänge des Kreisels 44 mit eier Betätigungseinrichtung 92 verbunden sind. Auf diese Weise wird, wenn das Boot z. B. nach rechts durch Wind oder Wellen rollt, das Steuerruder betätigt, um das Boot nach links odor in den ankommenden Wind oder die Welle zu steuern, wobei die Rollwirkungauf ein Minimum beschränkt ist.

Die Betätigungseinrichtungen für alle Klappen und das Steuerruder sind identisch ausgebildet. So weist z. B. die Betätigungseinrichtung 78 für die vordere Klappe einen Verstärker 176 auf, der aus einem Rechenverstärker mit vier Eingängen aufweist, die mit einem seiner zwei Ausgänge über Widerstände verbunden sind. Bei dem Rechenverstärker handelt es sich vorzugsweise um einen integrierenden Verstärker mit kapazitiver Rückkopplung, um schnelle oder abrupte Absprechcharakteristiken zu verhindern. Im Fall der Betätigungseinrichtung 78 umfassen die fünf Eingänge zum Verstärker 176 die Signale auf den Leitungen 178,180,182,184 und 186. Das Signal auf der Leitung 178 verändert sich als Funktion sowohl des Stampfwinkels gegen die Horizontale als auch der Stampfgeschwindigkeit. Das Signal auf der Leitung 180 verändert sich als Funktion der Bootshöhe wie oben dargelegt. Das Signal auf der Leitung 182 wird über ein Maßstabsnetzwerk 188 vom Ausgang des Verstärker-Demodulators 114 abgenommen und verändert sich als Funktion des tatsächlichen Stampfwinkels.

Das Signal auf der Leitung 184 verändert sich als Funktion der Vorwärtsbcschleunigung, während das Signal auf der Leitung 186 ein Rückkopplungssignal proportional der tatsächlichen Klappenstellung ist. D. h., der Stellantrieb 48 für die vorderen Klappen 18 ist über eine mechanische Verbindung 190 mit der Klappe 18 verbunden. Dieselbe mechanische Verbindung 190 ist mit einem ersten Stellungswandler 192 verbunden, der auf der Leitung 194 ein Signal erzeugt, dessen Größe sich als Funktion der Winkelstellung der vorderen Klappen 18 verändert und dessen Polarität davon

ίο abhängt, ob die Klappe, bezogen auf die mittlere oder Nullstellung, nach oben oder nach unten gedreht ist. Dieses Signal wird über einen Rückkopplungsdemodulatur 1% und ein Mußstab^nctzwerk 198 auf den Eingang des Verstärkers 176 gegeben. Das Steuersy-

'■> stern umfaßt ein herkömmliches Servosystem, bei dem ein Ausgangssignal vom Verstärker 176 das Servoventil für die vordere Klappe im Stellantrieb 48 betätigt, um die Stellung der Klappe 18 zu verändern. Wenn die Stellung verändert ist, wird ein Rückkopplungssignal am Ausgang des Netzwerkes 198 erzeugt, das so lange ansteht, bis es das kombinierte Eingangssignal auf den anderen Eingangsleitungen 178—184, des den Sieuervorgang ausgelöst hat, ausgeglichen oder zu Null gebracht hat.

Wenn z. B. die Höhe des Bootes über der Wasseroberfläche vergrößert werden soll, dann wird ein Signal der einen Polarität (z. B. positiv) über die Leitung 180 auf den Eingang des Verstärkers 176 gegeben. Dadurch dreht sich die Klappe 18 nach unten und erzeugt dabei

^i(l ein negatives Signal auf der Leitung 186, das danach strebt, das positive Signal auf der Leitung 180 auszulöschen. Wenn die tatsächliche Höhe größer wird, dann nimmt das Abweichungssignal auf der Leitung 180 ab, wodurch eine Gegendrehung der Klappe 18 und eine

'"' Abnahme des Rückkopplungssignals auf der Leitung 186 entsteht, bis wieder ein Nullzustand erreicht ist, bei dem die Klappe in der Mitte angeordnet ist und die gewünschte Höhe erreicht ist. Bei diesem Vorgang wird angenommen, daß keine anderen Signale auf den Eingang des Verstärkers 176 gegeben werden. In der Praxis werden jedoch mehrere Signale gleichzeitig von den verschiedenen Eingängen zugeführt, von denen sich einige addieren und einige subtrahieren, und zwar abhängig von der Vorwärtsbeschleunigung, dem

·»'> Stampfwinkel und dergleichen. Wenn diese am Eingang des Verstärkers 176 kombiniert werden, dann bewirken sie eine gewünschte Neigung der vorderen Klappen, die danach strebt, alle die verschiedenen Fehlersignale zu kompensieren, die dem Steuersystem zugeführt werden.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

20 25 Patentansprüche:

1. Steuersystem für ein Tragflügelboot mit einem Steuerruder und mit Tragflügeln, die lenkbare, gegeneinander verstellbare Klappenanordnungen aufweisen, bei dem zur Kursänderung des Bootes eine entsprechende Neigung um die Rollachse erzeugt wird, gekennzeichnet durch einen Rollsteuerungsverstärker (80) für die Klappen (28, 30 bzw. 32,34), der die Klappen in Abhängigkeit von der vorgegebenen Kursänderung und der vom vertikalen Kreisel (44) angezeigten Neigung um die Rollachse (60) steuert, und durch eine direkte Verbindung der Betätigungseinrichtung (92) des Steuerruders (12) mit dem vertikalen Kreisel (44).

2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappen (28,30 bzw. 32,34) jeweils getrennte, voneinander unabhängige Energiequellen aufweisende Betätigungselemente (52,54, 56,58) aufweisen.

3. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rollsteuerungsverstärker (80) zwei Differenzierverstärker (80/4,80S; aufweist, die beide auf die vorgegebene Kursänderung und das vom vertikalen Kreisel (44) abgegebene elektrische Signal ansprechen, wobei das Ausgangssignal des einen Differenzierverstärkers (80A) die Backbordklappen (32, 34) und das Ausgangssignal des anderen Differenzierverstärkers (SOB) die Steuerbordklappen (28,30) steuert.

4. Steuersystem nach Anspruch 3, gekennzeichnet )o durch eine Einrichtung, die zwei identische und redundante Steuerrudersignale von der Brücke aus erzeugt und durch eine Einrichtung zur Erzeugung zweier identischer und redundanter Signale vom vertikalen Kreisel (44) und durch eine Einrichtung, >^r> die die beiden vom vertikalen Kreisel kommenden Signale und die beiden Steuerrudersignale an beide Differenzierverstärker (80/4,805^ legt.

5. Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der verti- w kale Kreisel (44) auch das durch eine Wellenbewegung verursachte Rollen des Bootes um die Rollachse erfaßt, und daß die Betätigungseinrichtung (92) des Steuerruders (12) letzteres sowohl bei einer solchen Wellenbewegung als auch bei einer ·γ> Neigung des Bootes um die Rollachse auf das Wendebefehlssignal ansprechend dreht.

6. Steuersystem nach Anspruch 2, mit getrennten Paaren von Back- und Steuerbordklappen auf dem hinteren Tragflügel, dadurch gekennzeichnet, daß ^r>< > die Betätigungseinrichtung ein erstes Paar hydraulischer Betätigungselemente (52, 54) zur Betätigung einer Backbord- und einer Steuerbordklappe jedes Paares und ein zweites Paar hydraulischer Betätigungselemente (56, 58) zur Betätigung jeweils der anderen Klappe jedes Paares von Back- und Steuerbordklappen aufweist, und daß ein erster hydraulischer Stellantrieb (48) für die vorderen Klappen, eine erste Quelle feines Druckmediums zum Betätigen des ersten Paares der hydraulischen f>u Betätigungselemente (52,54), eine zweite Quelle (B) eines Druckmediums zum Betätigen des zweiten Paares der hydraulischen Betätigungselemente (56, 58) und eine Pendelventileinrichtung (46) vorgesehen sind, die den Stellantrieb (48) für die vorderen t>^r> Klappen (18) an entweder die erste (A) oder die zweite (B)Druckmediumsquelle anschließt.

Die Erfindung betrifft ein Steuersystem für ein Tragflügelboot mit einem Steuerruder und mit Tragflügeln, die lenkbare, gegeneinander verstellbare Klappenanordnungen aufweisen, bei dem zur Kursänderung des Bootes eine entsprechende Neigung um die Rollachse erzeugt wird.

Ein bekanntes derartiges Steuersystem für ein Tragflügelboot (US-PS 31 37 260), das eine zentrische Klappe, die für den Auftrieb sorgt, sowie Steuerbord, und Backbordklappen aufweist, die entsprechend die Schrägstellung oder die Bewegung des Bootes um die Rollachse steuern, zeichnet sich durch eine sogenannte Steuerung für koordinierte Wenden aus. Bei Einleitung einer koordinierten Wende, die notwendigerweise sowohl eine Schrägstell- als auch eine Abdrehbewegung beinhaltet mittels dieses bekannten Steuersystems werden ein aus einer Subtraktionsvorrichtung herrührendes Ausgangssignal einem Ruderservomechanismus und ein zusätzliches Ausgangssignal einem Querruderservomechanismus eingegeben, wobei ein Umkehrungssignal dem kooperierenden Querruderservomechanismus eingegeben wird. Bei dieser Steuerung für eine koordinierte Wende vollziehen sich somit Schrägstellen und Abdrehen des Bootes gleichzeitig, was bei rauher See Schwierigkeiten bezüglich einer glatten Kursänderung hervorrufen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuersystem für ein Tragflügelboot dei eingangs erwähnten Art derart zu gestalten, daß durch Steigerung der Ansprecheigenschaften des Steuersystems auf Bedingungen einer rauhen See eine sichere und ruhigere Fahrt als bei bekannten Tragflügelbooten gewährleistet wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch einen Rollsteuerungsverstärker für die Klappen, der die Klappen in Abhängigkeit von der vorgegebenen Kursänderung und der vom vertikalen Kreisel angezeigten Neigung um die Rollachse steuert, und durch eine direkte Verbindung der Betätigungseinrichtung des Steuerruders mit dem vertikalen Kreisel.

Vorteilhafterweise weisen die Klappen jeweils getrennte, voneinander unabhängige Energiequellen aufweisende Betätigungseinrichtungen und die Rollsteuerungsverstärker zwei Differenzierverstärker auf, die beide auf die vorgegebene Kursänderung und das vom vertikalen Kreisel abgegebene elektrische Signal ansprechen, wobei das Ausgangssignal des einen Differenzverstärkers die Backbordklappen und das Ausgangssignal des anderen Differenzierverstärkers die Steuerbordklappen steuert.

Das Steuersystem zeichnet sich durch eine weitere vorteilhafte Einrichtung aus, die zwei identische und redundante Steuerrudersignale von der Brücke aus erzeugt und durch eine Einrichtung zur Erzeugung zweier identischer und redundanter Signale vom vertikalen Kreisel und durch eine Einrichtung, die die beiden vom vertikalen Kreisel kommenden Signale und die beiden Steuerrudersignale an beide Differenzierverstärker legt.

Weiterhin kann das Steuersystem derart vorteilhaft gestaltet sein, daß der vertikale Kreisel auch das durch eine Wellenbewegung verursachte Rollen des Bootes um die Rollachse erfaßt, und daß die Betätigungseinrichtung des Steuerruders letztere sowohl bei einer solchen Wellenbewegung als auch bei einer Neigung des Bootes um die Rollachse auf das Wendebefehlssignal ansprechend dreht.

Ist das Steuersystem mit getrennten Paaren von