DE2547350A1

DE2547350A1 - Verfahren und anordnung zum ermitteln der bewegung eines schiffs

Info

Publication number: DE2547350A1
Application number: DE19752547350
Authority: DE
Inventors: Sydney Leonard Whipps
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1974-10-24
Filing date: 1975-10-22
Publication date: 1976-05-06
Also published as: JPS5164298A; IT1047221B; SE403191B; NO143183C; FR2288967B1; NO753545L; NO143183B; US4004460A; FR2288967A1; GB1484183A; DE2547350B2; CH610657A5; SE7511857L

Description

Verfahren und Anordnung zum Ermitteln der Bewegung eines Schiffs

Die Erfindung betrifft Verfahren und Anordnungen zum Ermitteln bestimmter Bewegungen eines Schiffs«

Wenn bei der Navigation Gefahren für ein Schiff möglichst weitgehend vermieden werden sollen, müssen Informationen über sämtliche Bewegungen zur Verfügung stehen, die das Schiff ausführt. Solche Bewegungen eines Schiffs können durch Kräfte hervorgerufen werden, die auf das Schiff mit Hilfe einer oder mehrerer Schiffsschrauben aufgebracht werden, oder durch ein oder mehrere Ruder oder durch Wind, Wellen und Wasserströmungen· Ohne Rücksicht auf die jeweilige Ursache ist es für den Navigator wichtig, daß er Informationen über sämtliche auftretenden Bewegungen erhält, damit er in der Lage ist, das Schiff in der gewünschten Weise gefahrlos zu manövrieren, z.B_o bei der Annäherung an einen Hafen, beim Festmachen des Schiffs an einem Kai, beim Annähern und Inberührungbringen des Schiffs an bzw. mit einem anderen Schiff, beim Festmachen des Schiffs an einer Einpunkt-Festmachanlage und/oder beim Verankern des Schiffs.

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Zwar sind bereits Anordnungen zum Ermitteln der Bewegungen eines Schiffs bekannt, doch liefert keine dieser Anordnungen unter sämtlichen vorstehend genannten Bedingungen ausreichende und genügend genaue Informationen.

Bei einer dieser bekannten Anordnungen wird von zwei Hauptradargeräten Gebrauch gemacht, die auf einem Kai angeordnet und an einen Rechner angeschlossen sind. Diese Radargeräte arbeiten mit zwei Transponder^ bzw. Antwortsendern zusammen, die an Bord des Schiffs an genau bekannten Punkten aufgestellt sind.

Die Hauptradargeräte senden hierbei nacheinander Abfrageimpulse von gleicher Frequenz aus, der erste Transponder antwortet auf einer zweiten Frequenz, und der andere Transponder antwortet auf einer dritten Frequenz. Auf diese Weise ist es möglich, die Radargeräte zu benutzen, um die Abstände zwischen den beiden Radargeräten und jedem der Transponder zu messen, und die Ergebnisse dieser Messungen, die dem Rechner eingegeben werden, ermöglichen es, die Entfernung zum Bug des Schiffs, die Entfernung zum Heck des Schiffs sowie die auftretenden Geschwindigkeiten und Beschleunigungen zu berechnen. Außerdem berechnet der Rechner den Winkel 0, den die Längsachse des Schiffs mit derjenigen des Kais bildet, sowie die Geschwindigkeit, mit der sich der Winkel 0 ändert.

Die Anwendbarkeit einer solchen Anordnung ist jedoch beschränkt, da sie sich nur an Orten benutzen läßt, an denen solche Hauptradargeräte zur Verfügung stehen. Außerdem ermöglicht es diese bekannte Anordnung nicht, auf offener See Informationen über die Bewegungen des Schiffs zu gewinnen, und sie liefert auch nicht die Informationen, welche beim Durchfahren gefährlicher Kanäle oder Meerengen unbedingt benötigt werden, während das Schiff durch starke und unterschiedliche Querströmungen und Winde beeinflußt wird_o

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Bei einer weiteren "bekannten Anordnung werden zwei akustische Wandler benutzt, die durch den unteren Teil des Schiffskörpers ragen, wobei an jedem Ende des Schiffs ein solcher Wandler angeordnet ist. Zwar bietet diese Anordnung theoretisch den Vorteil, daß sie von irgendwelchen außerhalb des Schiffs angeordneten Vorrichtungen unabhängig ist, doch zeigt es sich in der Praxis, daß eine durch den Schiffskörper und/oder die bzw. jede Schiffsschraube herbeigeführte Durchmischung des Wassers mit Luft und/oder eine unter dem Vordersteven des Schiffs herbeigeführte Kavitation dazu führen, daß der dem Heck des Schiffs benachbarte Wandler unter bestimmten Umständen versagt, insbesondere beim Manövrieren des Schiffs, Außerdem ist der Einbau der beiden Wandlerbaugruppen kostspielig«

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren und Anordnungen zu schaffen, die es ermöglichen, die Bewegungen eines Schiffs mit hoher Genauigkeit und praktisch unter allen vorkommenden Bedingungen zu ermitteln, um dem Navigator Informationen über die Bewegungen des Schiffs an verschiedenen Stellen auf dem Schiff zu liefern, ferner Verfahren und Anordnungen zu schaffen, die es ermöglichen, die Horizontalbewegung des Schiffs an verschiedenen Punkten auf dem Schiff genau zu ermitteln, und zwar mit Hilfe einer unabhängig arbeitenden Anordnung, die unter allen vorkommenden Betriebsbedingungen betriebsfähig ist, ohne daß eine Beziehung zu außerhalb des Schiffs angeordneten Vorrichtungen hergestellt zu werden braucht, sowie die benötigten Informationen über die Bewegungen des Schiffs auf einfache und zweckmäßige Weise zu gewinnen, so daß es dem Navigator möglich ist, sich unmittelbar nach den Meßergebnissen zu richten, ohne daß er zusätzliche Berechnungen durchzuführen braucht.

Die benötigten Informationen werden vorzugsweise an Bord des Schiffs an einer oder mehreren Stellen verfügbar gemacht, z.B_e< im Ruderhaus,

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Zwar ist die Erfindung bei Schiffen jeder Art anwendbar, d.h. bei Hochseeschiffen, Flußschiffen sowie großen oder kleinen anderen Schiffen, doch ist sie für sehr große bzw. übergroße Schiffe von besonderer Bedeutung, z.B. für sogenannte Riesentanker zum Transportieren von Rohöl, die zwischen Bug und Heck eine Länge von über 300 m haben.

Durch die in den Ansprüchen gekennzeichnete Erfindung ist ela Verfahren iu£ Ermitteln der Bewegungen eines Schiffs geschaffen worden, das Maßnahmen umfaßt, um die Längsgeschwindigkeit und die Quergeschwindigkeit des Schiffs an einem belüftungsfreien Punkt auf der Unterseite des Schiffs zu messen, um die Wendegeschwindigkeit des Schiffs um seine Hochachse zu messen, um diese gemessenen Werte repräsentierende Signale zu erzeugen, um die Signale darzustellen, welche die Längsgeschwindigkeit und die Wendegeschwindigkeit repräsentieren, um aus den die Quergeschwindigkeit und die Wendegeschwindigkeit repräsentierenden Signalen in Verbindung mit einem Faktor, der die Längskomponente des Abstandes zwischen einer gewählten Stelle an Bord des Schiffs und der genannten belüftungsfreien Stelle repräsentiert, ein Signal abzuleiten, das die Quergeschwindigkeit des Schiffs an dem gewählten Punkt repräsentiert, und um dieses die Quergeschwindigkeit repräsentierende Signal an dem gewählten Punkt darzustellen.

Außerdem ist durch die Erfindung eine Anordnung zum Ermitteln der Bewegung eines Schiffs geschaffen worden, zu der eine Geschwindigkeitsmeßwandlerbaugruppe im unteren Teil des Schiffs gehört, die zwei Elemente aufweist, welche es ermöglichen, am Ort der Meßwandlerbaugruppe die Quergeschwindigkeit und die Längssgeschwindigkeit des Schiffs zu ermitteln, ferner ein an Bord des Schiffs angeordneter Wendegeschwindigkeitsmeßwandler, eine Einrichtung zum Übermitteln der durch die genannten Wandler erzeugten Signale zu mindestens einer zentralen Stelle sowie eine an der zentralen Stelle angeordnete Einrichtung zum Verarbeiten und/oder Darstellen mindestens einiger der genannten Signale.

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Die Längsgeschwindigkeit und die Quergeschwindigkeit des Schiffs können mit Hilfe eines Sonar-Doppler-Fahrtmessers gemessen werden, der nach dem Prinzip arbeitet, daß ein Sonar-Signal, welches von einem sich bewegenden Objekt ausgesandt und durch eine ortsfeste Fläche reflektiert wird, eine Frequenzverschiebung erfährt, die proportional zu der Geschwindigkeit des sich bewegenden Objekts, d_eh. im vorliegenden Fall des Schiffs, gegenüber der ortsfesten Fläche ist. Hierbei wird die ortsfeste Fläche bei typischen Wassertiefen zwischen 2 und 200 m durch den Meeresboden bzw. bei allen größeren Wassertiefen durch die Wassermasse gebildet, welche sich jenseits bzw«, unterhalb der Wasserschicht befindet, in der eine Turbulenz vorhanden ist bzw. Störungen durch das Kielwasser des fahrenden Schiffs hervorgerufen werden, d.h. durch die stabile Wasserschicht, die in einem erheblichen Abstand unterhalb des Schiffskörpers vorhanden ist. Daher ist es möglich, die Frequenz des zurückkehrenden Signals mit der Frequenz des ausgesandten Signals zu vergleichen und die Fahrt des Schiffs aus der Differenz zu berechnen. Das Sonar-Signal wird von einem am Schiffskörper befestigten kleinen Sender ausgestrahlte Das ausgesandte Sonar-Signal bzw. die darin enthaltene Energie wird vom Meeresboden oder kleinen Streuobjekten zurückgeworfen, wie sie in allen Gewässern vorhanden sind.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird vorzugsweise von einem Zweiachsen-Sonar-Doppler-Fahrtmesser Gebrauch gemacht, d.h. einem Fahrtmesser, bei dem zwei im rechten Winkel zueinander angeordnete Signalumformer vorhanden sind, von denen der eine im unteren Teil des Schiffs parallel zur Schiffslängsachse angeordnet sein kann, um ein die Längsgeschwindigkeit des Schiffs repräsentierendes Signal zu liefern, während in diesem Fall der andere Signalumformer ein die Quergeschwindigkeit des Schiffs repräsentierendes Signal liefert.

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Alternativ ist es möglich, die Signalumformer jeweils unter einem Winkel von 45° zur Schiffslängsachse anzuordnen; in diesem Fall enthalten die erzeugten kombinierten Signale die Längsgeschwindigkeit und die Quergeschwindigkeit des Schiffs repräsentierende Signale.

Gemäß der Erfindung hat es sich gezeigt, daß es nicht möglich ist, die Signalumformerbaugruppe am Körper des Schiffs an einer beliebigen Stelle zu befestigen, denn die Fortpflanzung der Signale darf nicht durch Luftblasen oder Hohlräume unterbrochen werden, die unter dem Schiff entstehen können. Allgemein gesprochen ist es erforderlich, die Signalumformerbaugruppe am Schiffskörper an einer belüftungsfreien Stelle anzubringen, d.h. einer Stelle, an der eine weniger große Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Luftblasen und/oder Hohlräumen besteht.

Die Wendegeschwindigkeit des Schiffs um seine Hochachse kann mit Hilfe eines Wendegeschwindigkeitsfühlers ermittelt werden, der eine Stimmgabel aufweist, ferner eine Einrichtung, die dazu dient, die Stimmgabel im schwingenden Zustand zu halten, sowie eine Einrichtung zum Nachweisen und Hessen von im Schaft der Stimmgabel erzeugten Torsionsschwingungen, die ein Maß für die Wendegeschwindigkeit des Schiffs sind.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird vorzugsweise eine Signaldarstellungseinrichtung benutzt, bei der ein Zeigerkreuz vorhanden ist, das sich aus einer waagerechten Anzeigestange und einer senkrechten Anzeigestange zusammensetzt, welche gegenüber einer senkrechten Skala bzw. einer waagerechten Skala bewegbar sind, um die Längsgeschwindigkeit bzw. die Quergeschwindigkeit des. Schiffs anzuzeigen, wobei der Kreuzungspunkt der beiden Anzeigestangen mit einer Abtriftwinkelskala zusammenarbeitet, um den Abtriftwinkel des Schiffs-Schwerpunktes anzuzeigen.

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Die Erfindung wird im folgenden mit weiteren Einzelheiten anhand schematischer Zeichnungen von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt:

Figo 1 einen schematischen Grundriß eines Schiffs, das mit einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Ermitteln der Bewegung des Schiffs ausgerüstet ist;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Anordnung benutzbaren Signalverarbeitungseinrichtung ;

Fig. 3a und 3b jeweils eine Ansicht einer Signaldarstellungseinrichtung, wie sie bei der Anordnung nach der Erfindung bevorzugt verwendet wird; und

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer abgeänderten Ausführungsform eines Teils der elektronischen Schaltung der Anordnung nach Fig. 1.

Gemäß Fig. 1 ist das dargestellte Schiff 1 mit einer Geschwindigkeitssignal-Umformeranordnung, z.B. einem Zweiaohsen-Doppler-Fahrtmesser 3» ausgerüstet, zu dem zwei Elemente 5 und 7 gehören, die im vorliegenden Fall im rechten Winkel zueinander angeordnet sind_o Bei der Anordnung nach FIg₀ 1 liefert das Element 5 ein die Längsgeschwindigkeit des Schiffs repräsentierendes Signal, während das Element 7 ein die Quergeschwindigkeit des Schiffs repräsentierendes Signal liefert. Diese Signale werden über Einrichtungen 9 und 11 einer im folgenden anhand von Fig. 2 näher erläuterten Signalverarbeitungseinrichtung 13 zugeführt, die durch eine Einrichtung 15 mit einer Darstellungseinrichtung 17 verbunden ist, welche im folgenden anhand von Fig. 3a und 3b beschrieben wird. Ferner weist das Schiff 1 einen Wendegeschwindigkeits-Signalumformer 19 auf, der ein die Wendegeschwindigkeit des Schiffs repräsentierendes Signal liefert, das über eine Einrichtung 21 der

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Signalverarbeitungseinrichtung 13 zugeführt wird. In Fig. 1 ist angedeutet, daß das Schiff 1 Gierbewegungen über einen Winkelocausführt, der etwa 1° betragen kann, und daß der Abstand zwischen der Signalumformerbaugruppe im unteren Teil des Schiffs und einer mittschiffs angeordneten Station dem Maß L entspricht.

Gemäß Fig. 1 besitzt die Signalverarbeitungseinrichtung 13 gemäß Fig. 2 drei Eingänge 2, 4 und 6 für das die Längsgeschwindigkeit des Schiffs repräsentierende Signal bzw. das die Wendegeschwindigkeit des Schiffs um seine Hochachse repräsentierende Signal bzw. das die gemessene Quergeschwindigkeit des Schiffs repräsentierende Signal.

Das die Längsgeschwindigkeit des Schiffs repräsentierende Signal wird dem Eingang 2 über einen verstellbaren Trennverstärker 8 zugeführt, während das die Quergeschwindigkeit des Schiffs repräsentierende Signal dem Eingang 6 über einen zweiten verstellbaren Trennverstärker 10 zugeführt wird.

Das die Wendegeschwindigkeit des Schiffs um seine Hochachse repräsentierende Signal wird dem Eingang 4 über einen dritten verstellbaren Trennverstärker 12 zugeführt.

Die Trennverstärker 8, 10 und 12 lassen sich jeweils auf die gewünschte Verstärkung einstellen, damit es möglich ist, die gewünschten unterschiedlichen Empfindlichkeitswerte bei den Signalumformern zu erzielen.

Das die Längsgeschwindigkeit des Schiffs repräsentierende Ausgangssignal des Trennverstärkers 8 wird über eine Maß-

. , -berücksicditiqungs- -, . / -,. . . j. \ „ / .* r. stabsbesximmungsschaltung (scaling circuit; 14 einer Servoeinrichtung 1 6 zugeführt, die dazu dient, einen Zeiger der nachstehend anhand von Fig. 3a und 3b beschriebenen Darstellungseinrichtung 17 zu bewegen.

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Das die Wende geschwindigkeit, des Schiffs repräsentierende Ausgangssignal des Trennverstärkers 12 wird einer zweiten Servoeinrichtung 18 zum Steuern eines zweiten Zeigers der Darstellungseinrichtung 17 zugeführt. Jedoch wird dieses Signal außerdem einem Operationsverstärker 20 zugeführt, der gemäß Fig. 2 zu einer Anordnung gehört, welche einen Wählschalter 22 sowie drei voreingestellte Potentiometer 24, 26 und 28 aufweist, welche dem Heck bzw. der Mittschiffsstation bzw. dem Bug des Schiffs zugeordnet sind, allerdings nicht notwendigerweise in der genannten Reihenfolge, und die dazu dienen, mit dem Wendegeschwindigkeitssignal Signale zu vereinigen, welche die drei Längskomponenten des Abstandes zwischen den drei genannten Stationen an Bord des Schiffs und dem Standort der Signalumformerbaugruppe repräsentieren.

Das an der Klemme 30 des Schalters 22 erscheinende Signal wird einem Summierverstärker 32 zugeführt, dessen zweitem Eingang das Ausgangssignal des Trennverstärkers 10 zugeführt wird, welches die Quergeschwindigkeit des Schiffs an der betreffenden Stelle repräsentiert, wo die Geschwindigkeits-Signalumformerbaugruppe am Schiffskörper befestigt ist, Das Ausgangssignal des Verstärkers 32 wird über eine weitere Maß-

-berdcksichtigungsstabsbestimmungsschaltung 34 einer dritten Servoeinrichtung 36 zugeführt, die dazu dient, bei der nachstehend anhand von Fig. 3a und 3b beschriebenen Darstellungseinrichtung 17 einen dritten Zeiger zu steuern.

Der soeben beschriebene Teil der Signalverarbeitungseinrichtung 13 arbeitet wie folgt: Das die Wendegeschwindigkeit des Schiffs repräsentierende Signal θ wird als Eingangssignal dem Verstärker 20 zugeführt, der dieses Signal so verarbeitet, daß am Ausgang dieses Verstärkers ein Signal erseheint, welches eine Geschwindigkeit VmI repräsentiert, bei der es sich um die lineare Geschwindigkeit handelt, die sich am Ende eines Hebels mit der Länge L_mov als Folge der Wendegeschwindigkeit

max

0 ergibt; hierbei wird L_fflax stets so gewählt, daß dieser Wert

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- 10 größer ist als die Gesamtlänge des Schiffs.

Die Potentiometer 24, 26 und 28 dienen dazu, das Ausgangssignal des Verstärkers 20 so abzuschwächen, daß an den Punk ten x, y und ζ Signale erscheinen, die lineare Geschwindigkeiten repräsentieren, welche für Hebellängen gelten, die kleiner sind als L

Entsprechend den mit Hilfe der Potentiometer 24, 26 und 28 voreingestellten Werten erscheinen an den Punkten x, y und ζ Signale, welche die relative Geschwindigkeit von Stationen an Bord des Schiffs repräsentieren, die durch Abstände von dem Quergeschwindigkeits-Signalumformer getrennt sind. Danach werden je nach der gewählten Stellung des Schalters 30 die betreffenden Signale durch einen weiteren Verstärker 32 arithmetisch mit dem Signal des Quergeschwindigkeits-Signalumformers summiert, um am Ausgang des Verstärkers 32 ein Signal erscheinen zu lassen, das die absolute Quergeschwindigkeit der gewählten Station repräsentiert.

Es sind nicht dargestellte Maßnahmen getroffen, um zu gewährleisten, daß die Logik des Signalverarbeitungsprozesses nicht durch Änderungen der Polarität der Signale im Vergleich zur zugehörigen Richtung beeinflußt wird, wie sie bei verschiedenen akustischen Fahrtmessern bzw. Geschwindigkeitssignalumformern auftreten«, Außerdem sind Vorkehrungen getroffen, um ein oder mehrere Signale umzukehren, wenn es erforderlich ist, den Quergeschwindigkeits-Signalumformer im Heck des Schiffs anzuordnen.

Befindet sich ein Schiff auf hoher See, führt- es zusätzlich zu quasistatisehen Bewegungen dynamische Bewegungen aus. Beispielsweise ist es nicht ungewöhnlich, daß ein Schiff gegenüber seinem mittleren Kurs Gierbewegungen über einen Winkelbereich von 0,5 mit einer Periode von etwa 10 s ausführte Es läßt sich zeigen, daß eine solche dynamische Bewegung sich

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zyklisch ändernde Wendegeschwindigkeiten von bis zu 18°/min sowie sich zyklisch ändernde Quergeschwindigkeiten am Bug und am Heck von bis zu 0,5 Knoten zur Folge hat, wenn das Schiff eine Gesamtlänge von rund 90 m hat. Um die "Ablesbarkeit·¹ der Wendegeschwindigket und der Quergeschwindigkeit bei der Darstellungseinrichtung aufrechtzuerhalten, ist es somit erforderlich, die betreffenden Signale entsprechend zu dämpfen.

Diese Notwendigkeit, die Signale zu dämpfen, ist natürlich unerwünscht, da sie im Widerspruch zu dem Wunsch steht, daß bedeutungshaltige Änderungen, die unter quasistatischen Bedingungen auftreten können, ohne Verzögerung angezeigt werden. Gemäß der Erfindung hat es sich jedoch gezeigt, daß bei der Anwendung des vorstehend beschriebenen Signalsummierungsverfahrens dann, wenn die für die Mifctschiffsstation geltende Darstellung gewählt wird, das schwingende Wendegeschwindigkeitssignal das schwingende Quergeschwind!gkeitssignal auslöscht, so daß es möglich ist, die absolute Geschwindigkeit der Mittschiffsstation anzuzeigen, ohne daß es erforderlich ist, irgendwelche Signale zu dämpfen} zur Erläuterung dieser Tatsache dienen die nachstehenden Ausführungen.

Nimmt man ohne Berücksichtigung des vorstehend gegebenen Beispiels an, daß am Ausgang des Verstärkers 20 das Signal

θ erscheint, und daß die Potentiometeranordnung so ausgebildet ist, daß dieses Signal mit Hilfe eines Potentiometers mit einem Faktor multipliziert wird, der den Abstand zwischen dem Standort des Quergeschwindigkeits-Signalumformers und der gewählten Station repräsentiert, erhält man für den Fall der Mittschiffsstation gemäß Fig. 2 an dem Schalter ein Signal, das den Wert L · Q hat.

Wegen des Auftretens der erwähnten dynamischen Bewegung nimmt jedoch das Signal des Wendegeschwindigkeits-Signal-

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Umformers den Wert θ ί Δθ an, so daß an dem Schalter 30 das

... ·
Signal L (θ Ι ΔΘ) erscheint. Entsprechend nimmt wegen der erwähnten, zyklisch auftretenden Quergeschwindigkeiten das Ausgangssignal des Quergeschwindigkeits-Signalumformers den Wert Vt + AV-r an₀ Am Ausgang des Summierungsverstärkers 32 erscheint daher das folgende Signal:

(V_L ± AV_L) + L_x(Q ± ΔΘ) = V_T + L · θ ± (AV_T + L ο ΔΘ)

Da AV₁- = -L · ΔΘ, nimmt das Aus gangs signal den folgenden Wert an:

^VL

Hierbei handelt es sich um die Quergeschwindigkeit an der Mittschiffsstationβ

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung erweist es sich als besonders zweckmäßig, die in B'ig. 3a und 3b gezeigte Darstellungseinrichtung 17 zu benutzen. Fig₀ 3a zeigt das Anzeigebild der Darstellungseinrichtung für den Fall, daß sich das Schiff in Ruhe befindet. Zu der in FIg₀ 3a und 3b insgesamt mit 50 bezeichneten Darstellungseinrichtung gehört eine Anzeigeeinrichtung mit einem Zeiger 52, der sich gegenüber einer festen Skala 54 bewegt, um die Wendegeschwindigkeit des Schiffs anzuzeigen; die Skala 54 ist in Grad/min geeicht«

Zu der Darstellungseinrichtung 50 gehört außerdem eine Zeige rkreuzanordnung mit einer sich gegenüber einer senkrechten Skala 62 bewegenden waagerechten Anzeigestange 56 zum Anzeigen der Vorwärtsgeschwindigkeit sowie mit einer sich gegenüber einer waagerechten Skala 64 bewegenden senkrechten Anzeigestange 58 zum Anzeigen der Quergeschwindigkeit, und

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außerdem ist eine feste Abtriftwinkelskala 66 vorhanden, mit welcher der Kreuzungspunkt 60 der beiden Anzeigestangen 56 und 58 zusammenarbeitet, um den Abtriftwinkel in Winkelgraden anzuzeigen.

Gemäß Fig. 3a und 3b ist eine Einrichtung 68 vorhanden, die es ermöglicht, den Anzeigebereich der senkrechten Skala 62 bzw. der waagerechten Skala 64 zu wählen. Bei dem dargestellten Beispiel stehen zwei Möglichkeiten zur Verfügung; steht die Markierung 70 der Wähleinrichtung 68 der Markierung 72 gegenüber, gilt für die beiden Skalen jeweils der größere Bereich; steht die Markierung 70 der Markierung 74 gegenüber, gilt entsprechend der niedrigere Bereich. In Fig. 3a sind die hohen Bereiche von -5 bis 25 Knoten und von ±5 Knoten eingetragen, während die niedrigen Bereiche von -1 bis +5 Knoten sowie ii Knoten in Klammern angegeben sind«,

Gemäß Fig. 3a und 3b ist eine zweite Wähleinrichtung 76 vorhanden, die es dem Benutzer ermöglicht, den Punkt an Bord des Schiffs zu wählen, für den die Quergeschwindigkeit des Schiffs angezeigt werden soll. Im vorliegenden Fall sind der Wähleinrichtung 76 drei Markierungen 80, 82 und 83 zugeordnet; bringt man jeweils eine dieser Markierungen in eine Stellung gegenüber einer festen Markierung 78, kann man Z₀B. mit der Markierung 80 den Bug, mit Hilfe der Markierung 82 die Mittschiffsstation und mit Hilfe der Markierung 83 das Heck des Schiffs wählen.

Fig. 3b gibt ein Beispiel für die Anzeigen, welche die Darstellungseinrichtung 50 bei einem in Fahrt befindlichen Schiff liefern könnte_o Gemäß Fig_e 3b beträgt die Fahrt in der Vorwärtsrichtung 8 Knoten, und die Strömung führt zu einer Abtrift nach Steuerbord in Höhe von 1,6 Knoten. Der Abtriftwinkel beträgt 12°, so daß das Schiff wieder auf den richtigen Kurs gebracht werden muß. Das Ruder ist bereits nach Backbord verstellt worden, und das Schiff hat begonnen, eine Schwenkbewegung in der richtigen Weise auszuführen.

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Gemäß der vorstehenden Beschreibung dienen die Servoeinrichtungen 16, 18 und 36 nach Fig_o 2 dazu, die Zeiger 56, 52 und 58 gegenüber den zugehörigen Skalen 62, 54 und 64 zu verstellen, und der Bereichwählschalter 68 betätigt die Bereicheinstelleinrichtungen 14 und 34 nach Fig_o 2, während die Wähleinrichtung 76 den Schalter 22 nach Fig. 2 betätigt.

Zwar ist es bei dem soeben beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung in jedem Zeitpunkt jeweils nur möglich, eine einzige Quergeschwindigkeit des Schiffs anzuzeigen, doch ist zu bemerken, daß sich die Erfindung nicht auf diesen Fall beschränkt, und daß es im Rahmen der Erfindung ebenso gut möglich ist, mehrere Quergeschwindigkeiten des Schiffs anzuzeigen, die jeweils für eine von mehreren Stationen an Bord des Schiffs ermittelt werden«,

Fig. 4 zeigt ein Beispiel für eine solche Ausführungsform, wobei in Fig_o 2 dargestellten Teilen entsprechende Teile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.

Das durch den in Fig. 4 nicht dargestellten Quergeschwindigkeits-Signalumformer erzeugte Signal wird dem Eingang 6 des Trennverstärkers 10 zugeführt, dessen Ausgangssignal jeweils einem der Eingänge der Summierverstärker 321, 322 und 323 zugeführt wird. Jeweils der andere Eingang dieser drei Verstärker ist mit einem festen Punkt χ bzw. y bzw. ζ auf einem Potentiometer 23 verbunden, dem das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 20 zugeführt wird. Die an den Ausgängen der Differentialverstärker 321, 322 und 323 erscheinenden Signale haben den Wert V - L0» bzw. V - ^0· bzw_o V und werden über Bereicheinstelleinrichtungen 341, 342 und 343 jeweils einem zugehörigen Servoverstärker 36I bzw₀ 362 bzw_o 363 zugeführt, mittels welcher die Anzeige der drei Meßgrößen gesteuert wird, Auf diese Weise ist es möglich, dem Beobachter gleichzeitig Heßwerte über die Quergeschwindigkeit des Schiffs an verschiedenen Stationen an Bord des Schiffs zur Verfügung zu stellen, Z₀B. in digitaler Form.

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Wie erwähnt, besteht nicht die Absicht, die Erfindung auf eine bestimmte Bauart von Signalumformern zu beschränken, obwohl vorstehend bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind. Gemäß der Erfindung könnte man als Geschwindigkeitssignalumformer auch einen akustischen Umformer jeder beliebigen Bauart sowie Laser-Fahrtmesser verwenden. Zwar erweist sich die Verwendung eines nach dem Stimmgabelprinzip arbeitenden Wendegeschwindigkeits-Signalumformers als sehr zweckmäßig, doch handelt es sich hierbei/keinesfalls um die einzige verwendbare Bauart von Signalumformern, d.h. man könnte auch andere Signalumformer verwenden, z.B. solche, die nach dem Kreiselprinzip oder nach dem Laserprinzip arbeiten.

Patentansprüche:

BU98 19/Ü849

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. j Verfahren zum Ermitteln der Bewegung eines Schiffs, da- ?ch gekennzeichnet , daß die Längsgeschwindigkeit und die Quergeschwindigkeit des Schiffs an einer belüftungsfreien Stelle am Boden des Schiffs gemessen werden, daß die Wendegeschwindigkeit des Schiffs um seine Hochachse gemessen wird, daß jeden dieser Meßwerte repräsentierende Signale erzeugt werden, daß die die Längsgeschwindigkeit repräsentierenden Signale und das die Wendegeschwindigkeit repräsentierende Signal dargestellt werden, daß von den die Quergeschwindigkeit und die Wendegeschwindigkeit repräsentierenden Signalen in Kombination mit einem Faktor, der Längskomponente des Abstandes zwischen einer gewählten Station an Bord des Schiffs und der belüftungsfreien Stelle repräsentiert, ein Signal abgezogen wird, das die Quergeschwindigkeit des Schiffs an der gewählten Station repräsentiert, und daß das die Quergeschwindigkeit repräsentierende Signal an der gewählten Station dargestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die Wendegeschwindigkeit repräsentierende Signal mit einem Faktor multipliziert wird, der mindestens die Gesamtlänge des Schiffs repräsentiert, so daß ein abgeleitetes Signal erzeugt wird, das die Quergeschwindigkeit des Schiffs an einer entfernten Station repräsentiert, deren Entfernung gleich der genannten Länge ist, und daß das abgeleitete Signal unter Anwendung eines Faktors gedämpft wird, der gleich dem Verhältnis zwischen der tatsächlichen Entfernung der gewählten Station und der genannten Stelle einerseits und der genannten Länge andererseits ist_o

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3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsgeschwindigkeit und die Quergeschwindigkeit des Schiffs im Bereichs des Scheitels der Bugwelle des Schiffs gemessen werden.

4· Verfahren nach Anspruch 1 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Längsgeschwindigkeit und die Quergeschwindigkeit des Schiffs unter Anwendung eines akustischen Verfahrens gemessen werden·

5. Anordnung zum Ermitteln der Bewegung eines Schiffs unter Anwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Geschwindigkeits-Signalumformerbaugruppe (3) im unteren Teil des Schiffs (1) mit zwei Elementen (5, 7), die so angeordnet sind, daß sie es ermöglichen, die Quergeschwindigkeit und die Längsgeschwindigkeit des Schiffs dort zu ermitteln, wo sich die Signalumformerbaugruppe befindet, einen an Bord des Schiffs angeordneten Wendegeschwindigkeits-Signalumformer (19), Einrichtungen (9, 11, 21) zum Übermitteln der durch die Signalumformer erzeugten Signale zu mindestens einer zentralen Station sowie an dieser Station angeordnete Einrichtungen (13» 17) zum Verarbeiten bzw« zum Darstellen mindestens einiger der genannten Signale,,

6_O Anordnung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Geschwindigkeits- Signalumformerbaugruppe um einen Zweiachsen-Fahrtmesser (3) handelt.

7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch einen Wendegeschwindigkeits-Signalumformer (19) mit einer Stimmgabel und einer Einrichtung, die dazu dient, die Stimmgabel im schwingenden Zustand zu halten, sowie einer Einrichtung zum Nachweisen und Messen der im Schaft der Stimmgabel hervorgerufenen Torsionsschwingungen_o

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8. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zu der Signalverarbeitungseinrichtung (13) mehrere Potentiometer (24, 26, 28) mit unterschiedlichen Widerstandswerten sowie eine Einrichtung (30) zum Wählen jeweils eines dieser Potentiometer gehören.

9ο Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, gekennzeichnet durch eine Anzeigeeinrichtung (50) mit einem Zeigerkreuz, zu dem ein waagerechter Anzeigestab (56) und ein senkrechter Anzeigestab (58) gehören, die gegenüber einer senkrechten Skala (62) bzw_e einer waagerechten Skala (64) bewegbar sind, um die Längsgeschwindigkeit bzw«, die Quergeschwindigkeit des Schiffs anzuzeigen, sowie mit einer Abtriftwinkelskala (66), mit welcher der Kreuzungspunkt (60) der beiden Anzeigestäbe zusammenarbeitet, um den Abtriftwinkel des SchiffsSchwerpunktes anzuzeigen.

10. Anordnung nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wähleinrichtung (76) einen Bestandteil der Anzeigeeinrichtung (50) bildete

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