DE2444178A1

DE2444178A1 - Automatisches steuersystem fuer ein tragflaechenboot

Info

Publication number: DE2444178A1
Application number: DE2444178A
Authority: DE
Inventors: Irving Alfred Hirsch
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 1974-01-23
Filing date: 1974-09-16
Publication date: 1980-06-12
Also published as: US4178871A; DE2444178C2

Description

Dr. RUSCHKE & P/
PATENTANW/

BERLIN -MÜN'

Tologramm-Aeresse: Quadratur Berlin ' uuaadratur München" TELEX: 183786 TELEX: 522767

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TZ.14/HER/dC

The Boeing Company, Seattle, Washington, USA -

Automatisches Steuersystem für ein Tragflächenboot

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuersystem und insbesondere ein Steuersystem für ein Tragflächenboot, bei dem Steuerflächen automatisch unter dem Einfluß von Signalen bewegt werden, die von den Bewegungen des Bootes abgeleitet werden, um das Boot zu steuern und zu stabilisieren.

Bei Tragflächenbooten wird der Bootskörper durch Tragflächen aus dem Wasser herausgehoben, die von Streben getra-

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gen werden und gewöhnlich durch das Wasser unter der Oberfläche bewegt werden. Unter der Annahme, daß eine ausreichende Geschwindigkeit erzielt worden ist, erzeugen die Tragflächen bei der Vorwärtsbewegung durch das Wasser genug Auftrieb, um den Bootskörper aus der Wasseroberfläche herauszuheben und somit den normalen Widerstand zu eliminieren, der üblicherweise durch ein durch das Wasser bewegtes Schiff angetroffen wird.

Üblicherweise sind vordere und hintere Tragflächen vorgesehen, die beide mit Steuerklappen versehen sind ähnlich denen, die bei Flugzeugen verwendet werden, obwohl in manchen Fällen die gesamten Tragflächen drehbar sind und als Steuerflächen benutzt werden. Ein weiteres wesentliches Steuerelement ist das Ruder, das in die Wasseroberfläche einsticht oder unterhalb der Wasseroberfläche eingetaucht ist und entweder vorne oder hinten an dem Tragflächenboot angeordnet ist, je nach Art und Ausführung desselben. Bei den meisten Tragflächenbooten werden die Klappen oder Steuerflächen hauptsächlich dazu benutzt, das Boot zum Steigen oder Sinken zu veranlassen und um die Quer- und Längsachse zu steuern. Sie können jedoch auch Im Zusammenhang mit dem Ruder verwendet werden, um das Schiff bei einer Richtungsänderung um die Längsachse zu krängen. Die Klappen werden

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auch'dazu verwendet, das Schiff während seiner Vorwärtsbewegung durch das Wasser zu stabilisieren, so daß Roll- oder Stampfbewegungen durch geeignete Gegenbewegungen der Klappen auf ein Minimum beschränkt werden können. Die im folgenden beschriebene Erfindung ist insbesondere bei Systemen dieser Art nützlich,' obwohl seine Verwendung nicht notwendigerweise auf dieses besondere System beschränkt ist.

Bei Tragflächensteuersystemen hat die Sicherheit den höchsten Vorrang. Bei den obenbeschriebenen Arten von Steuersystemen weist das Längssteuersystem Fühleinrichtungen zum Abfühlen von Bootsbewegungen um die Längsachse und Einrichtungen auf, die auf die von diesen Abfühleinrichtungen erzeugten Signale ansprechen, um die gewünschte Bewegung der Steuerflächen zu erzeugen, um einer Rollbewegung entgegenzuwirken und das Boot um die Längsachse zu stabilisieren. Falls dieses Längssteuersystem (roll control system) nicht richtig funktioniert oder versagt, kann ein Zustand sich einstellen, bei der die Bewegungen des Bootes unstabil werden und das Boot kann zunehmend stärkere Bewegungen ausführen, so daß es mit Geschwindigkeiten oder Winkelgeschwindigkeiten auf das Wasser aufschlagen kann, die das Personal oder das Boot gefährden und möglicherweise Beschädigungen an dem Boot verursachen können. Es ist deshalb wünschenswert, das Auftreten eines solchen Fehlers sofort aufzuspüren und das Boot zum Absteigen

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zu veranlassen, d.h. vom herausgehobenen Zustand in den Verdrängungszustand übergehen zu lassen bevor der potentiell gefährliche Zustand sich voll auswirken kann.

Es ist ein automatisches Schiffslandesystem entwickelt worden, bei dem die beiden von den zwei Längskreiseln erzeugten Signale verglichen werden; und wenn diese nicht gleich sind, wird ein Signal erzeugt, um den Landevorgang einzuleiten indem die vordere Klappe oder Steuerfläche gedreht wird, um das Boot schnell zu landen. Die übrigen Steuerflächen werden aber nicht während des Landevorganges beeinflußt.

Obwohl ein solches System zufriedenstellend sein mag hat es doch gewisse Nachteile, insbesondere für militärische Boote. Zuerst einmal wird kein Versuch bei jenem System gemacht, die Ursache des unsicheren Zustandes ins Gegenteil zu verkehren und in gewissen Fällen werden unkontrollierte Rollbewegungen verstärkt. Es ist daraufhinzuweisen, daß das Boot Rollwinkeln von mehr als 2o° und Rollgeschwindigkeiten von mehr als 15° pro see. ausgesetzt sein kann, weil die hinteren Steuerklappen, die die Rollbewegungen kompensieren, noch immer der Steuerung durch die Signale unterworfensind, die von den Längskreiseln (roll gyros) abgeleitet werden. Zweitens wird ein Tragflächenboot, das

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in sehr seichtem Gewässer operiert, den Bootskörper besonders weit herausgehoben haben und das Boot kann beim Auftreten von Rollfehlern potentiell gefährdet sein. Drittens wird bei einem solchen System das Boot so schnell wie möglich zur Landung gebracht. Demzufolge wird der Bootsrumpf sehr hart auf dem Wasser aufschlagen. Dies ist für die Passagiere sehr unangenehm und kann möglicherweise Verletzungen hervorrufen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die voranstehend beschriebenen Nachteile von bekannten Landesystemen für Tragflächenboote durch ein System vermieden, bei dem sämtliche Steuersignale für das Servosystem der Steuerflächen abgeschaltet werden, wenn die Ausgänge aus den beiden Längskreiseln (roll gyros) um einen bestimmten Betrag voneinander abweichen. Gleichzeitig wird das Boot durch sekundäre Hilfsrückkopplungskreise für jede der Steuerflächen weich zur Landung gebracht. Die Erfindung umfaßt außerdem noch Einrichtungen zum Ausschließen des Einleitens des Landevorganges bei großen, kurz andauernden vorübergehenden Zuständen, die in "beiden Rollsystemen auftreten können.

Gemäß der vorliegenden Erfindung sind insbesondere zwei Abfühlvorrichtungen vorgesehen, die Bewegungen des Bootes um seine Rollachse abfühlen und die Signale erzeugen, um die Steuerflächen wie gewünscht zu betätigen. Unter norma-

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len Bedingungen sind diese von den beiden Abfühlvorrichtungen kommenden Signale im wesentlichen identisch und die Steuerung des Bootes erfolgt über das normale Steuersystem. Falls ein Versagen oder eine Fehlfunktion in einem der beiden Kreiselsysteme (roll gyro system) auftritt, werden die Ausgangssignale aus den Kreiseln jedoch unterschiedliche Werte haben; dieser Unterschied wird verwendet, um das Versagen festzustellen. Zu diesem Zweck sind Einrichtungen vorgesehen, um die Signale von den beiden Kreiseln zu vergleichen; falls die Signale sich um mehr als einen vorbestimmten Wert unterscheiden, wird ein Signal erzeugt, um alle normalen Steuersignale von den Steuerflächenhilfsantrieben zu trennen. Zu dieser Zeit bewirkt ein Signal von einem zweiten Rückkopplungskreis für jedes der Servosysteme, die normalerweise durch die Steuersignale des normalen Betriebsablaufes übersteuert wtx den, daß die Klappen so eingestellt werden, daß die vorderen Klappen nach oben und die hinteren Klappen nach unten eingestellt sind, um das Boot weich und schnell zu landen.

Die obenbeschriebenen Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels ersichtlich, die im Zusammenhang zu sehen ist mit den beigefügten Zeichnungen, die ein Teil der vorliegenden Beschreibung bilden. In den Zeichnungen ist

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Fig. 1 eine Seitenansicht eines typischen Tragflächenbootes, bei dem das Steuersystem nach der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;

Fig. 2 eine Ansicht des Tragflächenbootes aus Fig. 1 von unten;

Fig. 3 ist ein schematisches Blockdiagramm des gesamten Steuersystems nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. k ein detailliertes Blockdiagramm des ersten und zweiten Servosystems für jede der beiden Steuerflächen des Tragflächenbootes, wobei die Art und Weise deutlich wird, in der der erste Steuerkreis unwirksam gemacht wird, um einen automatischen Landevorgang zu bewirken.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und insbesondere auf die Fig. 1 ist daraufhinzuweisen, daß das dargestellte Tragflächenboot einen konventionellen Rumpf 1o besitzt, der mit einem Propeller oder dergleichen und einem eingebauten Motor versehen sein kann, so daß es sich auf der Wasseroberfläche wie ein konventionelles Verdrängungsschiff bewegen kann. Mit dem Rumpf schwenkbar verbunden ist eine vordere Verstrebung oder ein Ruder 12, das um eine senkrechte Achse drehbar ist,

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um das 3oot im herausgehobenen Betriebszustand zu steuern. Das Ruder 12 kann auch nach oben in Richtung des Pfeiles verschwenkt werden, um nicht in das Wasser einzutauchen, wenn das Boot als normales Verdrängungsschiff benutzt v/ird. Am unteren Ende des Ruders 12 ist eine vordere Tragfläche 16 (Fig.2) angeordnet, die an ihrem rückwärtigem Ende Steuerflächen oder Klappen 18 trägt, die untereinander verbunden sind, um synchron zu arbeiten. Andererseits ist es auch möglich, die gesamte vordere Tragfläche für Steuerzwecke zu drehen. Somit "ist eine einzige Steuerfläche vorgesehen, die entweder eine Klappe oder gesamte Tragfläche sein kann.

Im hinteren Bereich des Bootes sind Streben 2o und 22 verschwenkbar mit dem Rumpf 1o verbunden, und zwar verschwenkbar um die Achse 21. Die Streben 2o und 22 können nach unten in die mit vollen Linien ausgezeichnete Stellung der Fig. für den herausgehobenen Betriebszustand geschwenkt werden, oder sie können nach rückwärts in Richtung der Pfeile 24 in die in gestrichelten Linien gezeichnete Position geschwenkt werden, wenn das Schiff als normales Verdrängungsschiff arbeitet. Zwischen den unteren Enden der Streben 2o und 22 erstreckt sich eine rückwärtige Tragfläche 26, die an ihren rückwärtigen Enden zwei Steuerbordklappen 28 und und zwei Backbordklappen 32 und 34 trägt. Andererseits können

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auch die gesamten Steuerbord-und Backbordtragflächen gedreht werden, um als Steuerflächen zu dienen. Wie ersichtlich werden wird,arbeitet jeder Satz von Steuerbordklappen und jeder Satz von Backbordklappen normalerweise synchron.

Zwischen den Streben 2o und 22 angeordnet und verschwenkbar um die Achse 21 mit dem Rumpf 1o verbunden ist ein Gasturbinen-Wasserrückstoßvortriebssystem 33 vorgesehen, das den Vorwärtsschub für das Boot während des herausgehobenen Betriebszustandes liefert. Es kann jedoch auch ein Propeller oder eine andere Vortriebsvorrichtung benutzt werden im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung.

Wenn das Ruder 12 und die Streben 2o und 22 zurückgezogen sind, kann das Boot als normales Verdrängungsschiff betrieben werden. Für den herausgehobenen Betriebszustand werden sowohl das Ruder 12 und seine Tragfläche 16 als auch die Streben 2o und 22 mit der Tragfläche 26 nach abwärts gedreht in die in ausgezogenen Linien gezeigte Stellung der Fig. 1 in der sie verriegelt werden. Um in den herausgehobenen, von den Tragflächen getragenen Zustand überzugehen, stellt der Pilot die erwünschte Tragflächentiefe in einer Weise ein, die im Nachfolgenden beschrieben wird, und die Vorschubeinstellung (throttles) wird vorgeschoben. Das Boot

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v/ird deshalb beschleunigt und der Rumpf wird sich aus dem Wasser herausheben und wird weiter steigen, bis es sich auf der eingestellten Tragflächentiefe stabilisiert. Der normale Landevorgang besteht darin, daß die 'Vorschubeinstellung einfach verringert wird, so daß das Boot sich auf den Rumpf absenkt während die Geschwindigkeit abnimmt.

Auf dem Rumpf sind, wie in Fig. 2 gezeigt ist, Sensoren oder Fühleinrichtungen angeordnet, um elektrische Signale zu erzeugen, die Bewegungen des Bootes anzeigen. So ist am Bug des Bootes ein Höhensensor 36 angeordnet, der ein elektrisches Signal erzeugt, das proportional ist der Höhe des Buges über der Wasseroberfläche während des herausgehobenen Betriebszustandes. An dem Bug des Bootes ist auch ein vorderer senkrechter Beschleunigungsmesser 35 vorgesehen, der ein Signal erzeugt, das proportional ist der senkrechten Beschleunigung. An dem Ruder 12 ist ein seitlicher Beschleunigungsmesser 38 angeordnet, der ein Signal erzeugt, das proportional ist der seitlichen Beschleunigung des Bootes. Am oberen Ende der Steuerbordstrebe 2o ist ein hinterer steuerbordseitiger senkrechter Beschleunigungsmesser 4o, und am oberen Ende der Backbordstrebe 22 ist ein hinterer backbordseitiger senkrechter Beschleunigungsmesser 42 angeordnet. Es sind auch Einrichtungen vorgesehen zum Abfühlen der Be-

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wegung des Bootes um die Längs- und Rollachse; gemäß der vorliegenden Erfindung sind zwei solche Sensoren vorgesehen. Zu diesem Zweck sind zwei senkrechte Kreisel 44 ;;nd 45 in dem Boot angeordnet und sie erzeugen Signale, die proportional sind dan Winkel des Bootes bezüglich der Senkrechten um die Quer- und Längsachse (pitch and roll axis). Die Vorrichtungen 44 und 45 sind vorzugsweise identisch und erzeugen normalerweise im wesentlichen identische Signale. Schließlich ist ein Neigungskreisel 46 vorgesehen. Schließlich ist noch ein Kursabweichungskreisel 46 ( yaw rate gyro ) vorgesehen. Die beschriebenen Beschleunigungsmesser und Kreisel messen demzufolge die Bewegungen des Bootes um seine Längsachse, seine Querachse, und seine senkrechte Achse.

Jede Bewegung um die Längsachse ( roll axis ) wird durch die senkrechten Kreisel 44 und 45 und die hinteren Beschleunigungsmesser 4o und 42 erfühlt. Die Kreisel 44 und 45 werden identische Ausgangsignale erzeugen, die proportional sind der Stärke des Rollens, während die Beschleunigungsmesser 4o und 42 Signale erzeugen werden, die proportional sind der zweiten Änderungsgeschwindigkeit in der Position (second rate of change in position) um die Längsachse. Jede Bewegung um die Querachse wird durch die senkrechten Kreisel 44 als auch durch die beiden vorderen und hinteren Beschleuni-

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gungsmesser 35, Ao und 42 abgefühlt. Schließlich wird jede Bewegung um die senkrechte Achse (yaw axis) durch den Kursabweichungskreisel 46 und auch durch die seitlichen Beschleunigungsmesser 38 abgefühlt.

Beim normalen· Betrieb des beschriebenen Tragflächenbootes wird eine Höhenänderung des Rumpfes über dem Wasser allein durch die vordere Klappe 18 gesteuert. Um den Rumpf im herausgehobenen Betriebszustand entweder weiter anzuheben oder abzusenken wird die vordere Klappe nach abwärts gedreht, wodurch der Hub an der vorderen Tragfläche 16 erhöht wird und der Rumpf dadurch weiter aus dem Wasser herausgehoben wird. Um Stampfbewegungen um die Querachse zu eliminieren oder auf einem Minimum zu halten werden sowohl die vorderen als auch die hinteren Steuerflächen benutzt. Die vorderen und hinteren Flächen arbeiten jedoch in entgegengesetzten Richtungen, um Stampfbewegungen zu berichtigen. Eine Kompensation für Bewegungen um die Längsachse wird allein durch die hinteren Flächen 28, 3o, 32 und 34 erzielt. In diesem Fall arbeiten jedoch die Steuerbordklappen in einer entgegengesetzten Richtung zu den Backbordklappen, um jede unerwünschte Rollbewegung zu korrigieren. Bei der Richtungsänderung des Tragflächenbootes werden die rückwärtigen Klappen anfänglich so eingestellt, daß das Boot um die Längsachse gekrängt wird, und das Ruder 12 wird dann

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gedreht, um den Vorgang abzuschließen. Dies erzeugt einen wesentlich besseren und ruhigeren Wendevorgang weil eine richtige Neigung erzielt wird bevor eine wesentliche Richtungsänderung des'Bootes vorgenommen wird mit Hilfe des Ruders,

Die vorliegende Erfindung kann bei jedem Tragflächenbootsteuersystem verwendet werden, das eine Rollsteuerung besitzt mit Abfühleinrichtungen zum Abfühlen der Bewegung um die Längsachse und mit Steuerflächen, die unter dem Einfluß von Signalen betätigt werden, die durch derartige Abfühl vorrichtungen erzeugt werden.

Das Steuersystem ist in Gestalt eines Blockdiagramms in Fig. 3 gezeigt. Wie dort gezeigt ist wird das Signal aus dem Hö'hensansor 36, das proportional ist der tatsächlichen Höhe des Bootes über der Wasseroberfläche, mit einem Höhensignal von der Tiefeneinstellung 5o in der Pilotenkanzel in einem Tiefenabweichungsverstärker 52 verglichen. Falls die beiden in dem Verstärker 52 eingegebenen Signale nicht gleich sind, wird ein Abweichungssignal in Leitung 54 erzeugt und auf ein Servosystem 56 für die vordere Klappe gegeben, das die vordere Klappe 18 veranlaßt, nach abwärts oder aufwärts zu drehen, und zwar in Abhängigkeit davon, ob der Rumpf steigen oder sinken soll.

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Der vordere Beschleunigungsmesser 35 mißt am Bug eine ent- · weder nach oben oder nach unten gerichtete Beschleunigung und erzeugt ein elektrisches Signal zum Steuern der vorderen Klappe 18, unreiner Bewegung um die Querachse des Bootes entgegenzuwirken. Der Ausgang aus dem vorderen Beschleunigungsmesser 35 wird jedoch in einem Integralverstärker ( integral amplifier ) 58 mit einem Signal kombiniert, das proportional ist dem Quadrat des Rollbewegungs-Signal (roll motion signal), das wie im folgenden beschrieben erhalten wird, und zwar bevor das kombinierte Signal auf den Servoantrieb 56 für die vordere Klappe gegeben ist. Dies wird aus dem Grunde getan, weil während normaler Rollbewegungen oder während das Boot bei einer Richtungsänderung gekrängt wird die Rollbewegung eine Komponente einer senkrechten Beschleunigung erzeugt, die in Betracht gezogen werden muß.

Ein Signal, das proportional ist dem Winkel des Bootes urn die Querachse wird von den senkrechten Kreiseln 44 und 45 erhalten. Diese beiden Kreisel sind im wesentlichen identisch und die von diesen beiden Kreiseln erhaltenen Signale v/erden in einer Schaltung 6o^- (averaging circuit) kombiniert und dann auf einen Verstärker 62 (derivative ampliiier) gegeben, der ein Ausgangssignal erzeugt, das als Funktion des Neigungswinkels gegenüber der Horizontalen als auch der Änderungsgeschwindigkeit des Neigungswinkels variiert. Der Ausgang

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aus dem Verstärker 62 wird auf sämtliche Hilfsantriebe für die rückwärtigen Klappen gegeben und wird auch in einer invertierten Form auf den Servoantrieb 56 der vorderen Klappe gegeben, um eine Differenzsteuerung (differential control) zu erhalten. Dieses Signal wir,d zur Steuerung einer erhöhten Stabilität. einer ruhigen Fahrt in der See und eines automatischen Ausgleichs der Neigung verwendet.

Falls das Boot um die Längsachse rollt, werden von den senkrechten Kreiseln 44 und 45 Signale erhalten. Diese Signale von den Kreiseln sind normalerweise identisch und sind proportional zu dem Winkel des Bootes gegenüber der Senkrechten um die Längsachse. Die beiden Signale werden in der Schaltung 64 (averaging circuit) kombiniert und erzeugen ein Signal, das auf die Schaltung 66 (roll squared circuit) gegeben wird zur Kombination mit dem Signal von dem vorderen Beschleunigungsmesser, wie dies oben beschrieben wurde. Zusätzlich wird das Signal von dem senkrechten Kreisel 44 auf einen Verstärker 68 (derivative amplifier) gegeben und das Signal von dem Kreisel wird auf einen Verstärker 7o (derivative amplifier) gegeben. Die auf diese Verstärker gegebenen Signale werden natürlich in einer Richtung oder mit einer Polarität zunehmen und dann auf Null abnehmen und dann mit der anderen Polarität zunehmen, wenn das Boot von" einer Seite auf die andere rollt. An den Ausgängen der Verstärker 68 und 7o erzeugt dies Signale, die als Funktion sowohl des Rollwinkels als auch der Änderungsgeschwin-

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-γέ-

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digkeit des Rollwinkels variieren. Das Signal von dem Verstärker 68 wird auf die Servoantriebe 72 und 74 für die hintere Backbordklappen gegeben; das Signal von dem Verstärker 7o wird auf die Hilfsantriebe 76 und 78 für die hinteren Steuerbordklappen gegeben. Die Anordnung ist derart, daß ein Signal einer Polarität auf die Hilfsantriebe für die Backbordklappen gegeben wird,während ein Signal von umgekehrter Polarität auf die Hilfsantriebe für die Steuerbordklappen gegeben wird, um eine Drehung der Backbord- und Steuerbordklappen in entgegengesetzte Richtungen zu erzielen, um einer Rollbewegung entgegenzuwirken und das Boot um die Längsachse zu stabilisieren.

Der Ausgang aus dem backbordseitigen senkrechten Beschleunigungsmesser 42 wird auf die Hilfsantriebe 72 und 74 für die Backbordklappe gegeben und der Ausgang aus dem steuerbordseitigen senkrechten Beschleunigungsmesser 45 wird auf die Hilfsantriebe 76 und 78 der Steuerbordklappen gegeben. Diese Signale wirken einer Weise, daß sie die Klappenpositionen verändern, um einer senkrechten Beschleunigung entgegenzuwirken oder um die jeweiligen Seiten des Bootes anzuheben.

Eine Bewegung des Bootes um die senkrechte Achse bzw. Richtungsänderungen werden durch das Rollsteuersystem und durch

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Signale von der Rudereinstellung 80 gesteuert. Falls eine

r«. Richtungsänderung gewünscht wird während das Boot sich durch

-4- ruhiges Wasser bewegt wird beispielsweise ein Signal auf die

"*ί" Leitung 82 von der Rudereinstellung 80 gegeben, und zwar mit

einer Größe und einer Polarität, die bestimmt wird durch die Richtung und die Größe der Richtungsänderung. Das Signal wird auf die Steuerbord-Hilfsantriebe 76 und 78 gegeben und in einer invertierten Form auf die Backbord-Hilfsantriebe 72 und 74. Die Wirkung ist, daß der Satz rückwärtiger Klappen nach unten dreht während der andere Satz nach oben dreht, um das Boot um die Längsachse zu krängen. Dieser Vorgang wird fortgesetzt bis der Rollwinkel, der durch die Kreisel 44 und 45 gemessen wird, so groß ist, daß Signale erzeugt v/erden, die das Signal von der Rudereinstellung aufheben. Gleichzeitig wird das von der Schaltung 64 (averaging circuit) erhaltene Rollwinkelsignal über die Leitung 84 an den Ruderhilf santrieb 86 gegeben. Dies veranlaßt das Ruder 12 zu drehen und das Boot beginnt um die Längsachse zu krängen, was seinerseits das Boot veranlaßt, seine Fahrtrichtung in die Richtung zu ändern, in die es gekrängt worden ist. Somit wird das Ruder 12 zum Steuern des Bootes nach rechts gedreht, wenn das Boot nach rechts gekrängt wird infolge eines Signals von der Rudereinstellung 80. Dies ergibt eine sehr ruhige Richtungsänderung bei .jedem Wellengang sowie geringst-

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mögliche Beschleunigungskräfte auf Passagiere und Besatzung.

Bei der Richtungsänderung des Bootes wird der Kursabweichungskreisel 46 ein Signal in Leitung 88 erzeugen, das proportional .ist der Drehgeschwindigkeit um die senkrechte Achse; dieses Signal wird in dem Ruderservoantrieb 86 verwendet, um die Geschwindigkeit der Richtungsänderung zu begrenzen. In ähnlicher Weise wird auch das Signal von dem seitlichen Beschleunigungsmesser 38 auf den Ruderservoantrieb 86 gegeben, um die seitliche Beschleunigung zu begrenzen. Nachdem der gewünschte Richtungswechsel durchgeführt worden ist, wird die Rudereinstellung 8o wieder auf Mitte bzw. auf Null gestellt und das Signal in Leitung 82 fällt auf Null. Die Stellungen der hinteren Klappen werden somit unter dem Einfluß der senkrechten Kreisel 44 und 45 umgekehrt, um das Boot wieder in die senkrechte Stellung zurückzubringen und das Ruder 12 wieder auf die Mitte einzustellen.

Sämtliche in Fig. 3 gezeigten Servoantriebe sind identisch und demzufolge wird lediglich der außenbords befindliche Servoantrieb 72 für die backbordseitige Klappe im einzelnen beschrieben, wobei zu verstehen ist, daß die übrigen Servoantriebe die gleichen sind. Der außenbords befindliche Servo-

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antrieb für die Backbordklappe ist in Fig. 4 gezeigt. Er schließt einen der backbordseitigen Klappe zugeordneten Ililfsverstärker 1oo ein, der einen Betriebsverstärker aufweist, bei dem fünf zusammengenommene Eingänge auf einen seiner zwei Eingangsklemmen über Widerstände gegeben' v/erdon. Im Fall des Servoantriebes 72 umfassen die vier Eingänge in den Betriebsverstärker 1oo die Signale auf den Leitungen 1o2 bis 1oo. Das Signal auf Leitung 1o2 ist dasjenige von dea Verstärker 62 (pitch derivative amplifier); das Signal auf Leitung 1o4 ist das von dem Verstärker öS (roll derivative amplifier); das Signal auf Leitung 1οβ ist dasjenige von dem backbordseitigen senkrechten Beschleunigungsmesser 42; und das auf Leitung 1o8 ist dasjenige von der Rudereinstellung 8o. Das Signal auf der Leitung 11 ο ist ein Rückkopplungssignal, das proportional ist der tatsächlichen Klappenstellung. Das heißt, daß ein vorderer Klappenbetätiger 112 über eine mechanische Verbindung 114 mit der außenbordbefindlichen backbordseitigen Klappe 32 verbunden ist. Diese gleiche mechanische Verbindung 114 ist mit einem primären Stellungswandler 116 verbunden, der ein Signal erzeugt, dessen Größe als Funktion der Winkelstellung der Klappe 32 variiert und dessen Polarität davon abhängt, ob die Klappe nach unten oder nach oben aus der mittleren oder Nullstellung herausgedreht wird. Dieses Signal wird über einenRückkopplungsdemodulator 118 und ein Netzwerk 12o (scaling network) auf die Leitung 11o ge-

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geben und somit auf den Eingang des Hilfsverstärkers 1oo.

Die Anordnung weist natürlich ein konventionelles Servosystem auf, in dem ein Ausgangssignal aus dem Hilfsverstärker 1oo ein der backbordseitigen Klappe zugeordnetes Servoventil und den der backbordseitigen Klappe zugeordneten Betätiger betätigt, um die Stellung der Klappe 32 zu verändern. V/enn die Stellung verändert worden ist wird ein"Rückkopplungssignal am Ausgang des Netzwerkes 116 erzeugt; und dieses Signal bleibt bestehen bis es die kombinierten Eingangssignale auf den anderen Eingangsleitungen 1o2 bis 1oo, die den Steuervorgang eingeleitet haben, zu Null macht oder aufhebt.

Zwischen dem der backbordseitigen Klappe zugeordneten Hilfsverstärker 1oo und dem Servoventil 122 ist ein Schalter 124 angeordnet, der immer geschlossen ist, ausgenommen v/enn ein gefährlicher Zustand infolge von Rollbewegungen auftritt. Eine sekundäre Rückkopplungsschleife ist vorgesehen, die einen sekundären . Stellungswandler 126 einschließt, der mit dem der backbordseitigen Klappe zugeordneten Betätigungsglied 112 und der Verbindung 114 verbunden ist, so daß der Ausgang aus dem zweiten Wandler 126 ein Signal sein wird, das proportional ist der tatsächlichen Klappenstellung von einem vorgegebenen Zustand, wobei der vorgegebene Zustand derjenige ist, der notwendig ist ,um das Tragflächenboot zu landen. Im Fall der

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Stellung eine wei

rückwärtigen Klappen ist die vorgegebene Stellung eine Neigung nach abwärts, während im Fall des vorderen Klappenhilfsantriebes die vorgegebene Stellung aufwärts ist. Der Ausgang aus dem zweiten Wandler 126 wird durch das Netzwerk 128 (scaling network)· direkt in das der Backbordklappe zugeordnete Hilfsventil 122 gegeben. Der Befehl vom Wandler 126 wird kontinuierlich an das Hilfsventil 122 gegeben ; aber während eines normalen Betriebes und wenn der Schalter 124 geschlossen ist,werden die Befehle vom Verstärker 1oo dominieren und diejenigen vom Wandler 126 übersteuern, l'i^rm ,jedoch der Schalter 124 öffnet und keine anderen Eingangsbefehle auf das Hilfsventil 122 gegeben werden, wird die sekundäre Hilfsschleife die Steuerfläche 32 so einstellen, daß in der sekundären Stellungsrückkopplung Null erscheint. An diesem Punkt ist die Steuerfläche so eingestellt, daß eine rasche Landung bewirkt werden kann, d.h. es ist eine abwärts gerichtete Neigung vorgesehen für die hinteren Tragflächen, wie dies weiter oben beschrieben wurde.

In Fig. 3 ist zu erkennen, daß die Ausgänge aus den Verstärkern 68 und 7o (roll derivative amplifiers)_; die auf die zwei identischen Rollmeßkreisel 44 und 45 ansprechen, auf eine Signalvergleichereinheit 9o gegeben werden, wo sie miteinander verglichen werden. Unter normalen Bedingungen sind die Signale aus den beiden Kreiseln 44 und 45 im wesentlichen identisch und die Differenz zwischen ihnen wird im wesentlichen

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Ku]I sein, so daß kein Ausgangssignal aus der Schaltung Oo erscheint. Falls eine Fehlfunktion in einem der "beiden Kreisel auftreten sollte oder falls ein Fehler in der Schaltung, etv/n ein Kurzschluß oder ein Erdschluß in einem der Verstärker oder einem der Kreise entstehen sollte, dann werden die von den beiden Kreiseln erhaltenen (d.h. Ausgangsignale der Verstärker 68 und 7o) nicht mehr identisch sein. Unter der Annahme, daß diese Differenz für eine vorbestimmte Zeitdauer bestehen bleibt und unter der v/eiteren Annahme, daß die Differenz der Ausgänge aus den beiden Verstärkern 68 und Ίο einen vorbestimmten Wert übersteigt, wird ein Ausgangssignal der Signalvergleichereinheit 9o erscheinen; und dieses Signal wird über die Leitung 92 zu jedem der Schalter 124 (Fig.4) von ,jedem Klappenhilfsantrieb gegeben, um den Schalter zu öffnen. Demzufolge wird das primäre Stellungs- Rückkopplungs-Netzwerk von den Klappenhilfsventilen 122 abgeschaltet und der sekundäre Stellungswandler 126 übernimmt die Funktion in jedem Servosystem, wodurch die hinteren Klappen veranlaßt werden, nach abwärts zu drehen und die vorderen Klappen veranlaßt werden, nach aufwärts zu drehen, um ein schnelles aber vorsichtiges Absinken des Rumpfes auf das Wasser zu veranlassen.

Wie bereits oben beschrieben wurde wird von dem Vergleicherkreis 9o nur dann ein Signal erzeugt, wenn die Differenz der Signale von den Verstärkern 68 und 7o einen vorbestimmten V/ert überschreitet und für eine vorbestimmte Zeitdauer an-

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dauert. Letzgenannter Effekt kann erzielt werden, durch Dämpfen des Ansprechens der Signalvergleicherschaltung 9o. Dies hindert sehr starke aber außerordentlich kurze vorübergehende Vierte in jedem Rollsystem daran, die automatische Landeschaltung zu erregen. Insbesondere ist die Dämpfung derart, daß ein Ausgangssignal von der Signalvergleicherschaltung 9o nicht erzeugt v/erden wird bis die Differenz der beiden Rollsignale für mindestens 1oo milisec. anhält.

Die Größe der Differenz' zwischen den beiden Signalen von den Verstärkern 68 und 7o, die ausreicht, um einen automatischen Landevorgang einzuleiten, kann beispielsweise vermittels eines Regelwiderstandes 94 eingestellt werden. Normalerweise wird der Regelwiderstand 94 so eingestellt, daß die Differenz der Rollsignale größer sein muß als 1o° um das automatische Landesystem zu erregen; dies kann jedoch je nach den Erfordernissen geändert werden.

Aus dem Voranstehenden ist ersichtlich, daß die vorliegende Erfindung Einrichtungen bei automatischen Steuersystemen für Tragflächenboote vorsieht, bei denen die normale Stellungsrückkopplungsschaltung von den Steuerflächenhilfsantrieben des Bootes abgeschaltet wird und bei denen sekun-

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däre Rückkopplungsschaltungen veranlaßt werden, die Klappen so einzustellen, daß das Boot schnell und sicher landet. Obwohl die vorliegende Erfindung anhand eines bestimmten Ausführungsbeispieles beschrieben worden ist, dürfte es ersichtlich sein, daß verschiedene Änderungen vo- -minen worden können ohne von dem allgemeinen Erfindungsgedanken abzuweichen, der in den beigefügten Ansprüchen erläutert ist.

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Claims

Patentansprüche

/Steuersystem für Tragflächenboote mit wenigstens einer Steuerfläche, gekennzeichnet durch eine elektrische Schaltung mit einem primären Servosystem zum Steuern dieser Fläche während des normalen Betriebes des Tragflächenbootes, durch einen elektrischen Hilfskreis mit einem sekundären Servorückkopplungssystem, das eingestellt ist, um die Steuerfläche derart zu positionieren, daß das Tragflächenboot veranlaßt wird, vom herausgehobenen Betriebszustand in den eingetauchten Betriebszustand überzugehen, durch erste und zweite Abfühleinrichtungen zum Abfühlen der Bewegung des Bootes um seine Längsachse und zum Erzeugen von entsprechenden Ausgangssignalen, durch Einrichtungen zum Vergleichen der Ausgangssignale aus den ersten und zweiten Abfühleinrichtungen, und durch Einrichtungen, die auf eine vorbestimmte Differenz zwischen den Signalen anspricht, um das primäre Servosystem wirkungslos zu machen und das sekundäre Servorückkopplungssystem in die Lage zu versetzen, die Steuerflächen so einzustellen, daß das Tragflächenboot veranlaßt w::.rc

030024/0001

ORIGINAL INSPECTED

2U4178

von dem herausgehobenen Zustand in den einget ■ 'iten Betriebszustand überzugehen.
2.) Steuersystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Verhindern des Abschaltens des primären Servosystems bis die vorbestimmte Differenz zwischen den Signalen für eine vorbestimmte Zeitdauer bestehen bleibt.
3.) Steuersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Differenz dann auftritt, wenn die Differenz zwischen den Signalen größer ist als diejenige, die eine Differenz von 1o in den durch die Abfühleinrichtunger. abgefühlten Rollwinkeln anzeigt.
4.) Steuersystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Betätigungsglied vorgesehen ist für die Steuerfläche, daß das primäre und das sekundäre Servosystem gleichzeitig mit dem Betätigungsglied verbunden sind, wenn die Differenz zwischen den beiden Signalen unterhalb eines vorbestimmten Differenzbestrages liegt, wobei das primäre Servosystem das sekundäre übersteuert, und daß Schalte.inrichtunger. vorgesehen sind zum Abtrennen des primären Servosystem von dem Betätigungsglied, um dem sekundären System das Übernehmen zu erlauben, wenn der vorbestimmte Differenzwert überschritten wird.

30024/0001
RiGlNA

COPY

244Λ178
5.) Steuersystem nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragflächenboot vordere und hintere Steuerflächen einschließt, und daß die Ansprechvorrichtungen das sekundäre Servosystem für die vorderen und hinteren Steuerflächen in die Lage versetzt, die vordere Steuerfläche nach aufwärts und die rückwärtige Steuerfläche nach abwärrs einzustellen.
6.) Steuersystem nach einem der voranstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerfläche im wesentlichen hori zontal ist und daß das Tragflächenboot ein Ruder mit primären und sekundären Servosystemen umfaßt, wobei das primäre Ruderservosystem abgeschaltet wird, wenn der vorbestimmte Differenzbetrag bei den Signalen- auftritt.

03002A/0001 ^COPV