DE2644008A1

DE2644008A1 - CONTROL SYSTEM FOR THE PREVENTING OF THE WING PREVENTING A HYDROGEN BOAT

Info

Publication number: DE2644008A1
Application number: DE19762644008
Authority: DE
Inventors: Irving Alfred Hirsch; John Hunt Scott
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 1976-02-25
Filing date: 1976-09-27
Publication date: 1977-09-01
Also published as: FR2342522B3; BE847316A; DK462476A; NL7611473A; JPS52103192A; FR2342522A1

Description

The Boeing Company, Seattle , Washington, V.St.v.A.The Boeing Company, Seattle, Washington, V.St.v.A.

Steuersystem zum Verhindern des Auftauchens der Tragflächen für ein TragflügelbootControl system to prevent the wing from surfacing for a hydrofoil

Die Erfindung betrifft ein Steuersystem für ein Tragflügelboot und insbesondere ein System zum Verhindern des Auftauchens der Tragflügel eines Tragflügelbootes in schwerer See.The invention relates to a control system for a hydrofoil and, more particularly, to a system for preventing the surfacing of the hydrofoil Hydrofoil of a hydrofoil in heavy seas.

Bekanntlich wird bei einem Tragflächenboot, bei dem die Tragflächen eingetaucht sind, der Bootsrumpf durch die Tragflächen, die an Streben getragen werden und unter der Wasseroberfläche durch das Wasser gleiten, aus dem Wasser gehoben. Beim Gleiten durch das Wasser und unter der Annahme, daß eine ausreichende Geschwindigkeit erreicht wird, erzeugen die Tragflächen genügend Auftrieb, um den Rumpf über die Oberfläche anzuheben und damit den normalen Widerstand auszuschließen, der einen Schiffsrumpf beim Gleiten durch das Wasser entgegengesetzt wird.It is known that in a hydrofoil, in which the hydrofoils are submerged, the boat hull by the wings, which are supported on struts and below the surface of the water slide through the water, lifted out of the water. When sliding through the water and assuming that sufficient When speed is reached, the wings generate enough lift to raise the fuselage above the surface and thus Eliminate the normal resistance that a ship hulls when gliding through the water.

Gewöhnlich gibt es vordere und hintere Tragflächen, die JeweilsUsually there are front and rear wings, respectively

.ÜB.ÜB

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mit Steuerklappen ausgerüstet sind, ähnlich denen bei einem Flugzeug. Das andere wesentliche Element ist das Ruderblatt, das in das Wasser eingetaucht und je nach Schiffskonstruktion vorn oder hinten angebracht ist. Bei den meisten Tragflächenbooten werden die Klappen in erster Linie dazu verwendet, das Schiff steigen oder sinken zu lassen und das Schiff um seine Stampf- und Rollachsen zu steuern; sie können jedoch auch in Kombination mit dem Ruderblatt zur Neigung des Schiffes um seine Rollachse bei einer Kursänderung verwendet werden.are equipped with control flaps, similar to those on an airplane. The other essential element is the rudder blade, the submerged in the water and attached to the front or rear, depending on the ship's construction. Most hydrofoils the flaps are primarily used to raise or lower the ship and to prevent the ship from pitching and control roll axes; however, they can also be used in combination with the rudder blade to incline the ship about its roll axis used when changing course.

Wenn ein Tragflügelboot in schwerer See fährt, können die Wellen beträchtlich höher werden als die Streben lang sind. Unter diesen Umständen können sich die Tragflügel gelengentlich anheben oder aus den Wellentälern auftauchen. Wenn ein Auftauchen auftritt, wird der Tragflügelhub in Abhängigkeit von dem Untertauchen der Tragflügel plötzlich abnehmen und das Tragflügelboot wird schnell nach unten beschleunigt. Zugleich wird ein Tragflügel nicht unmittelbar eine Auftriebskraft beim Wiedereintritt ins Wasser wiedergewinnen und ein harter Rumpfstoß oder ein Seeschlag sind die Folge. Mit einem solchen Auftauchen der Tragflügel verbundene Beschleunigungen und Seeschläge bringen die Passagiere sehr außer Fassung und stören die normalen Arbeitsvorgänge der Mannschaft. Ferner kann in dem Fall der Verwendung eines Gasturbinen-Wasserstrahlantriebssyfetams zwecks Antrieb des Tragflügelbootes ein Auftauchen der Wassereinlaßschaufel und damit ein Außerbetriebsetzen der Maschine zur Folge haben.When a hydrofoil is sailing in heavy seas, the waves can get considerably higher than the length of the struts. Under these Under certain circumstances, the wings can occasionally rise or emerge from the wave troughs. When an emergence occurs the hydrofoil lift will suddenly decrease depending on the submersion of the hydrofoil and the hydrofoil accelerates quickly downwards. At the same time, a hydrofoil does not immediately generate a lift force when it re-enters Recovering water and a hard hull push or a blow from the sea are the result. Associated with such emergence of the wings Accelerations and sea bumps upset the passengers and disrupt the normal work processes of the Team. Further, in the case of using a gas turbine water jet propulsion system for the purpose of propelling the hydrofoil, the water inlet scoop emerges and thus a Shutdown of the machine.

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sind Systeme zum Verhindern des Auf taxiehens verwendet worden, bei denen Tastmeßfühler sich von dem Tragflügelboot nach vorn erstrecken tind der SteTüerwrlnkel der Tragflügel dtireh ein mechanisches !!©lenkgetriebe gesteigert wird, um ein Heben und Senken des Tragflügelbootes gemäß dem Heben und Senken der Wasserfläche zu bewirken. Bies wird offensichtlich angestrebt, um die Tragflügel In dergleichen Tiefe ranter der Masseroberfläche zu halten* wenn es a^ich acis der Besehrelfemg des Patents nicht hervorgehtIn Jedem Fall ist ein mechanisches Svstem dieser Art sahwerf ällig Hind nicht ztif riedenstellend-systems have been used for preventing On taxiehens in which Tastmeßfühler to agflügelboot of the carrier extend forwardly tind the SteTüerwrlnkel the wing dtireh a mechanical !! © steering gear is increased to a lifting and lowering the hydrofoil in accordance with the raising and lowering of the water surface to effect. This is obviously aimed at keeping the wings at the same depth ranter from the surface of the ground

Bei einem anderen Steuersystem zam Verhindern eines teftaxichens, Ist ein Stecierflüigel an den Klappen befestigt, der !unmittelbar aiäif die Elntaiichtlefe anspricht- Bei weiteren Stetiersystemen ztim ¥erhindlerii. des ikiftatiehens wird die Wellenhöhe bestimmt und die normalen Stetierftinktionen werden so- verändert, daß sowohl eine Eammblldting äer Weilen am Rtimpf als stich ein Äüiftaaehen der Tragflügel verhindert werden- Alle diese Steuersysteme vermögen vielleicht teilweise die Folgen eines Äu-ftatiehens zm verringern», basieren Jedoch atif der Annahme, die Wellenhöhe werden sieh innerhalb bestimmter Srenzen halten, tind somit aas praktischer Sicht nicht zufriedenstellend sind-In another control system to prevent teftaxichens, a stalking wing is attached to the flaps, which responds directly to the elntaiichtlefe. the ikiftatiehens the wave height is determined and the normal Stetierftinktionen are so-changed, that both a Eammblldting OCE meantime werden- prevented from Rtimpf as print is an Äüiftaaehen the wing all these control systems might be able partially reduce the consequences of an FEU ftatiehens zm "based However, At the assumption that the wave heights will be kept within certain limits, they are therefore not satisfactory from a practical point of view.

BIe Erfindung bezieht sieh daher auf ein Steuersystem für ein Tragfliigelboot mit vorderen χχπύ hinteren Tragflächen ιΐΐκϊ mit Stenerklappen an den Tragflächen und kennzeichnet sich durch eineThe invention therefore relates to a control system for a hydrofoil boat with front χχπύ rear wings ιΐΐκϊ with star flaps on the wings and is characterized by a

-If--If-

Einrichtung zur Erzeugung eines Höhensignals, dessen Größe die augenblickliche Höhe des Rumpfes des Tragflügelbootes über der Wasseroberfläche anzeigt, durch eine Einrichtung zur Erzeugung eines Bezugssignals, dessen Größe ungefähr die maximale Höhe des Tragflügelbootes fiber dem Wasser ohne Auftauchen der Tragflügel aus dem Wasser anzeigt, durch eine Einrichtung zum Vergleichen des Höhen- und des Bezugssignals und durch eine mit der Einrichtung zum Vergleichen gekoppelte Einrichtung zum Betätigen der Steuerklappen zum Bewirken eines Absenkens der Tragflügel im Wasser, wenn das Höhenslgnal mindestens gleich groß odor großer als das Bezugssignal Ist. Die Einrichtung zum Vergleichen der Signale 1st getrennt und im Abstand von dem normalen Steuersystem des Tragflügelbootes angeordnet« In dieser Hinsieht übersteuert der Ausgang der Ferglelchselnrlehtung die normalen Steuerfunktionen. Device for generating an altitude signal, the size of which the indicates the instantaneous height of the hull of the hydrofoil above the water surface, by a device for generating a reference signal, the magnitude of which is approximately the maximum height of the hydrofoil above the water without the hydrofoils emerging out of the water by means of a comparison device the altitude and the reference signal and by one with the Device for comparing coupled device for actuating the control flaps to bring about a lowering of the wings in the Water, if the height signal is at least the same or larger than the reference signal is. The means for comparing the signals is separate and at a distance from the normal control system of the hydrofoil “In this regard, the output of the Ferglelchkernlehtung overrides the normal control functions.

Wettere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der Zelehenung. Si letzterer sind:Weather details of the invention emerge from the description of the tenancy. The latter are:

Pig- 1 eine Seitenansicht des Tragflügelbootes, bei dem die Einrichtung gemäß: der Erfindung Anwendung finden kann,Pig- 1 is a side view of the hydrofoil in which the device according to: the invention can be used,

Flg. 2 eine Unteransleht des Tragflügelbootes nach Flg. 1, wobei die Stellungen der Klappen an den vorderen und den hinteren Tragflächen des Tragflügelbootes wie auch die Stellungen der verschiedenen Bewegungsmeßfühler gezeigt sind,Flg. 2 a Unteransleht of the hydrofoil according to Flg. 1, where the positions of the flaps on the front and rear wings of the hydrofoil, as well as the positions of the various motion sensors are shown,

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Fig. J5 ein Blockdiagramm des Steuersystems des Tragflügelbootes nach den Figuren 1 und 2, das ein Steuersystem zum Verhindern des Auftauchens gemäß der Erfindung aufweist.Figure J5 is a block diagram of the hydrofoil control system of Figures 1 and 2, which includes an ascent prevention control system in accordance with the invention.

Wie insbesondere aus Fig. 1 hervorgeht, enthält das gezeigte Tragflächenboot einen herkömmlichen Rumpf 10, der mit einer Schraube oder dergleichen und in einem Innenbordmotor ( nicht gezeigt ) ausgerüstet sein kann, damit es wie ein herkömmliches Schiff die Wasseroberfläche überqueren kann. An dem Rumpf ist ein vorderes Ruderblatt 12 an einem Zapfen drehbar befestigt, und es kann um eine senkrechte Achse geschwenkt werden, um das Boot in der Betriebsart zu steuern, in der es von den Tragflächen getragen wird. Das Ruderblatt 12 kann auch nach oben in Richtung des Pfeiles 14 geschwenkt werden, um von der Wasseroberfläche entfernt zu werden, wenn das Boot als herkömmliches, wasserverdrängendes Schiff betrieben wird. Am unteren Ende des Ruderblattes 12 wird eine vordere Tragfläche 16 (Fig. 2) getragen, die an ihrer hinteren Kante Steuerflächen oder Klappen 18 trägt, die miteinander verbunden sind und synchron arbeiten.As is particularly evident from Fig. 1, the hydrofoil shown includes a conventional hull 10, which is screwed or the like and can be equipped in an inboard engine (not shown) so that it can run like a conventional ship Can cross the water surface. A front rudder blade 12 is rotatably attached to a pivot on the fuselage, and it can be turned around a vertical axis can be pivoted to steer the boat in the mode in which it is carried by the wings will. The rudder blade 12 can also move upwards in the direction of the arrow 14 can be pivoted to be removed from the water surface when the boat is a conventional, water-displacing Ship is operated. At the lower end of the rudder blade 12, a front wing 16 (Fig. 2) is carried, which at its rear Edge carries control surfaces or flaps 18 which are interconnected and operate synchronously.

Im hinteren Teil des Bootes sind Streben 20 und 22 um eine Achse 21 drehbar mit dem Rumpf 10 verbunden. Die Streben 20 und 22 können nach unten in die Fig. 1 mit durchgezogenen Linien gezeigte Stellung gedreht werden für den Tragflächenbetrieb, oder sie können nach hinten in Richtung des Pfeiles 24- und in die gestrichelt eingezeichnete Stellung für den Betrieb als herkömmliches,In the rear part of the boat, struts 20 and 22 are rotatably connected to the hull 10 about an axis 21. Struts 20 and 22 can be rotated down to the position shown in solid lines in FIG. 1 for wing operation, or they can move backwards in the direction of arrow 24- and in the dashed line marked position for operation as conventional,

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wasserverdrängendes Schiff geschwenkt werden. Zwischen den unteren Enden der Streben 20 und 22 erstreckt sich eine hintere Tragfläche 26, die an ihrer hinteren Kante zwei Steuerbordklappen 28 und 30 und zwei Backbordklappen j52 und J>k trägt. Es wird gezeigt werden, daß die beiden Steuer- und Backbordklappensätze Jeweils synchron arbeiten, doch ist jede Klappe in den beiden Paaren vorzugsweise mit einem getrennten hydraulischen System sowie mit einem getrennten elektrischen Servosystem aus Redundanz- und Sicherheitsgründen ausgerüstet.water displacing ship are swiveled. A rear wing 26 extends between the lower ends of the struts 20 and 22 and carries two starboard flaps 28 and 30 and two port flaps j52 and J> k on its rear edge. The two star and port flap sets will be shown to operate synchronously, but each flap in the two pairs is preferably equipped with a separate hydraulic system and a separate electrical servo system for redundancy and safety.

Zwischen den Streben 20 und 22 und um die Achse 21 drehbar mit dem Rumpf verbunden befindet sich ein Gasturbinen-Wasserdüsen-Antriebssystem, das den Vorwärtsschub für das Boot beim Tragflächenbetrieb liefert,A gas turbine water jet propulsion system is located between the struts 20 and 22 and rotatably connected to the hull around the axis 21, which provides the forward thrust for the boat during hydrofoil operation,

Wenn das Ruderblatt 12 und die Streben 20 und 22 zurückgezogen sind, kann das Boot vom Rumpf getragen fahren. Beim Tragflächenbetrieb sind sowohl das Ruderblatt 12 mit seiner Fläche 16 als auch die Streben 20 und 22 mit ihrer Fläche 26 nach unten in die Fig. 1 in durchgezogenen Linien gezeigte Stellung geschwenkt und darin gesichert. Damit das Boot von den Tragflächen getragen wird, stellt der Bootsführer in einer später beschriebenen Weise die Flächentiefe ein und schiebt den Gashebel vor. Dadurch beschleunigt das Boot, der Rumpf löst sich vom Wasser und steigt solange, bis er bei der befohlenen Flächentiefe stabilisiert wird. Das normale Landeverfahren besteht einfach darin, daß der GashebelWhen the rudder blade 12 and struts 20 and 22 are retracted, the boat can travel carried by the hull. When operating the wing are both the rudder blade 12 with its surface 16 and the struts 20 and 22 with their surface 26 down into the Fig. 1 pivoted position shown in solid lines and secured therein. So that the boat is supported by the wings, the boat operator sets the wing depth in a manner described later and pushes the throttle forward. This accelerates the boat, the hull separates from the water and rises until it is stabilized at the commanded depth of area. That normal landing procedure is simply putting the throttle stick

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'S-'S-

zurüekgenommenwird, so daß das Boot mit dem Rumpf aufsetzen kann, wenn die Geschwindigkeit abnimmt.is withdrawn so that the boat touches down with the hull can when the speed slows down.

Wie die Fig. 2 zeigt, sind an dem Rtimpf Sensoren befestigt, die die Bootsbewegung anzeigende elektrische Signale erzeugen. Demnach befindet sich am Bug des Schiffes ein Ultrasehall-Hohensensoi* 36, der ein der Höhe des Bugs über der Wasseroberfläche im Tragflächenbetrieb proportionales elektrisches Signal erzeugt. Ebenfalls am Bug des Schiffes befindet sich ein vorderer ¥ertikalbeschleunigungsmesser 35* öer ein elektrisches Signal proportional der vertikalen Beschleunigung erzeugt.As FIG. 2 shows, sensors are attached to the Rtimpf, which generate electrical signals indicative of boat movement. Therefore there is an ultra-hall high sensor * on the bow of the ship 36, the one the height of the bow above the water surface in the Wing operation generates proportional electrical signal. There is also a forward vertical accelerometer at the bow of the ship 35 * or an electrical signal proportional to the vertical acceleration is generated.

In dem Rumpf oberhalb des Ruderblattes 12 ist ein Seitenbeschleunigungsmesser 38 eingebaut, der ein elektrisches Signal proportional der seitlichen Beschleunigung des Bootes erzeugt. Oben auf der Steuerbord-Strebe 20 ist ein hinterer Steuerbord-¥ertikalbescbleunigungsmesser 40 aufgebaut, und auf der Backbord-Strebe 22 ist ein hinterer Baekbord-Yertikalbesehleunigtingsmesser %2 aufgebaut. Ein vertikaler Kreisel %4 oder ein Paar vertikaler Kreisel ist la dem Boot eingebaut, vorzugsweise nahe äem Schwerpunkt, um Signale zu erzeugen, die proportional sind dem Winkel des Bootes zwischen der Senkrechten und der Stampf- sowie eier Rollaehse. Schließlich befindet sieh im vorderen Teil des Bootes ein Gierungsgeschwindigkeitskreisel 45►A lateral accelerometer 38 is built into the hull above the rudder blade 12 and generates an electrical signal proportional to the lateral acceleration of the boat. On top of the starboard strut 20 is an aft starboard vertical accelerometer 40, and on the port strut 22 a rear baekboard vertical accelerometer 2 is installed. A vertical gyro or a pair of vertical gyros is built into the boat, preferably near the center of gravity, to generate signals proportional to the angle of the boat between the vertical and the pitching and rolling axles. Finally, there is a yaw rate gyro 45► in the front of the boat

Bei dem Tragflügelboot gemäß der Erfindung wird die HShe desIn the hydrofoil according to the invention, the HShe des

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Rumpfes über dem Wasser allein durch die vordere Klappe 18 gesteuert, um den Rumpf von der Wasseroberfläche abzuheben, wird die vordere Klappe nach unten gedreht, wodurch der von der vorderen Flache 16 erzeugte Auftrieb vergrößert wird und sich der Rumpf aus dem Wasser erhebt. IJm die Stampf bewegungen um die Stampfaehse 62 auszuschließen oder auf ein Minimum zu besehränken> werden sowohl die vorderen als auch die hinteren Klappen verwendet. Die vorderen und die hinteren Klappen arbeiten jedoch in entgegengesetzten Richtungen, um allfecStampfbewegungen zu korrigieren. Wenn sich z.B. der Bug des Bootes nach un~en richten sollte, dann wird die vordere Klappe l8 nach unten gedreht, während die hinteren Klappen 28 - 52 nach oben gedreht werden, um ein Moment zu erzeugen, welches das durch Wellen oder dergleichen erzeugte StampfmoiBent ausgleicht. Eine Kompensation von Bewegungen um die Rollachse wird allein durch die hinteren Klappen 28 - 32 erreicht, doch bewegen sich in diesem Fall die Steuerbordklappen in entgegengesetzter Richtung zu den Backbordklappen, um eine unerwünschte Rollbewegung zu korrigieren. Bei einer Kursänderung des Bootes sind die hinteren Klappen äes Bootes anfangs so gestellt, a&ß sich das Boot um seine Rollachse neigt, woraufhin das Ruderblatt 12 gedreht wird, um dem zu folgen.The hull above the water is controlled solely by the front flap 18 in order to lift the hull from the water surface, the front flap is rotated downwards, whereby the buoyancy generated by the front surface 16 is increased and the hull rises out of the water. In the tamping movements to exclude the pitched ax 62 or to keep it to a minimum, both the front and rear flaps are used. However, the anterior and posterior flaps work in opposite directions to correct for any pitching motion. If, for example, the bow of the boat should turn a little, then the front flap 18 is rotated downwards while the rear flaps 28-52 are rotated upwards in order to generate a moment which the tamping moiBent generated by waves or the like compensates. Compensation for movements about the roll axis is achieved solely by the aft flaps 28-32, but in this case the starboard flaps move in the opposite direction to the port flaps in order to correct an undesired roll movement. A change in price of the boat, the rear flaps äes boat are initially set to a & ß the boat about its roll axis tends, after which the rudder blade 12 is rotated to follow the.

Ein vereinfachtes Bloekdiagranim des Steuersystems für das Tragflügelboot nach den Fig- I und 2 mit dem erfindungsgemäSen System ZUB verhindern des Auftauchens ist in Fig. 3 gezeigt. Die Führerhaus-Steuerungen umfassen ein Signal auf der Leitung 66 von ei-A simplified Bloekdiagranim of the control system for the hydrofoil according to FIGS. 1 and 2 with the system ZUB according to the invention preventing the ascent is shown in FIG. The cab controls include a signal on line 66 from a

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-Λ --Λ -

- α/ι.- α / ι.

nem Tiefensignalgenerator 68. Zusätzlich wird ein Kursänderungssignal auf der Leitung 70 vom Ruder J2 im Führerhaus abgenommen.nem depth signal generator 68. In addition, a course change signal is taken on line 70 from rudder J2 in the cab.

Das Signal vom Höhensensor j56, 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 ein Vorderklappen-Servosystem 78 gegeben^: wodurch sich die vordere Klappe l8 nach oben oder nach unten dreht, je nachdem, ob sich der Rumpf heben oder senken soll.The signal from the altitude sensor j56, which is proportional to the actual altitude is compared with the desired height signal on line 66 in a depth error amplifier 74. If the the two signals sent to the amplifier 74 do not match, a signal is generated on line 76 and sent to a front flap servo system 78 ^: whereby the front flap Flap 18 turns up or down, depending on whether the trunk is to rise or fall.

Das Vorderklappen-Servosystem 78 weist einen Servoverstärker- 48 auf,, dem Eingangssignale, eingeschlossen das auf der Leitung 76, zugeführt werden. Der Ausgang des Servoverstärkers wird zur Steuerung eines Servoventils 50 benutzt, das wiederum einen Stellantrieb 52, der mit der Klappe l8 verbunden ist, steuert. Da die Klappe l8 nach oben oder nach unten gedreht wird, wird ihre mechanische Bewegung in ein proportionales Signal durch einen Lagemeßwertgeber 54 umgewandelt. Dieses elektrische Signal wird durch einen Rückkopplungsmodulator 56 und ein Größenordnungsnetzwerk zum Eingang des Servoverstärkers 48 rückgekoppelt. Es ist leicht ersichtlich, daß die Klappe l8 ansprechend auf ein Fehlersignal am Ausgang des Servoverstärkers 48 zu einer Auf- oder Abwärtsdrehung veranlaßt wird bis der Eingang des Fehlersignals am Verstärker 48 durch das Rückkopplungssignal von dem Größenordnnngs-The front flap servo system 78 includes a servo amplifier 48 on, the input signals, including that on line 76, are fed. The output of the servo amplifier is used to control a servo valve 50, which in turn is an actuator 52, which is connected to the flap 18, controls. As the flap 18 is turned up or down, its mechanical Movement converted into a proportional signal by a position sensor 54. This electrical signal is through a feedback modulator 56 and an order of magnitude network fed back to the input of the servo amplifier 48. It can easily be seen that the flap 18 in response to an error signal an upward or downward rotation is caused at the output of the servo amplifier 48 until the input of the error signal at the amplifier 48 by the feedback signal from the magnitude

7 0° " 3 5 /1; -: 0 a7 0 ° "3 5/1; -: 0 a

netzwerk 58 den Wert Null aufweist. Da alle Klappenservosysteme einander gleich sind, wird nur das Vorderklappen-Servosystem 78 nachfolgend im Detail beschrieben.network 58 has the value zero. As all flap servo systems are equal to each other, only the front flap servo system 78 will described in detail below.

Wenn das Boot um seine Gierungsachse wenden soll, wird ein der Ruderposition von Null proportionales Signal auf der Leitung 70 auf einen Rollableitungsverstärker 80 gegeben, wo es mit einem Signal auf der Leitung 82 vom vertikalen Kreisel 44 verglichen wird, das dem Rollwinkel um die Achse 60 relativ zur Vertikalen proportional ist.When the boat is to turn about its yaw axis, a signal proportional to zero rudder position is provided on line 70 to a roll derivative amplifier 80 where it is compared to a signal on line 82 from vertical gyro 44 which is proportional to the roll angle about axis 60 relative to the vertical.

Zu Beginn einer Kursänderung und unter der Annahme, daß die See glatt ist, ist das Signal auf der Leitung 82 Null oder praktisch Null. Der Rollableitungsverstärker vergleicht das Signal auf der Leitung 82 mit dem auf der Leitung 70, und wenn die beiden nicht gleich sind, wie bei den gerade beschriebenen Bedingungen, dann erscheint ein Ausgangssignal am Ausgang des Verstärkers 8O und wird auf die im Aufbau mit dem Servomechanismus 78 übereinstimmenden Servomechanismen 84 und 86 für die inneren und äußeren Backbordklappen gegeben. Gleichzeitig wird es in invertierter Form an die ebenfalls im Aufbau mit dem Servomechanismus 78 übereinstimmenden Servomechanismen 88 und 90 für die inneren und äußeren Steuerbordklappen gegeben. Das Ergebnis ist selbstverständlich, 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. Diese Aktion setzt sich fort, bis der vomAt the beginning of a course change and assuming the sea is smooth, the signal on line 82 is zero or practical Zero. The roll dissipation amplifier compares the signal on line 82 with that on line 70, and if the two fail are the same as in the conditions just described, then an output signal appears at the output of amplifier 8O and is based on the servo mechanisms 84 and 86, which are identical in structure to the servo mechanism 78, for the inner and outer Port flaps given. At the same time, it is sent in inverted form to those which also have the same structure as the servomechanism 78 Servo mechanisms 88 and 90 are given for the inner and outer starboard flaps. The result is natural that one set of the rear flaps turns down and the other set turns up, so that the boat turns over its roll axis is tilting. This action continues until the dated

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- ta -- ta -

Kreisel 44 festgestellte Rollwinkel 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 den Ruderblattservomechanismus 92 angelegt. Dadurch dreht sich das Ruderblatt 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 Ruderblatt 12 drefet sich danach, um das Boot nach rechts zu steuern.Gyro 44 detected roll angle generates a signal that the Rudder signal on line 70 cancels. At the same time, however, will the roll angle proportional signal on line 82 is also applied to rudder servo mechanism 92. This rotates the rudder blade 12 after the boat begins to lean about its roll axis, causing the boat to turn in the direction in that the boat has leaned. Accordingly, the boat will lean to the right in response to a signal from the rudder 72 and the rudder blade 12 then turns to steer the boat to the right.

Wenn sich das Boot dreht, dann erzeugt der Gierungsgeschwindigkeitskreisel 45 ein Signal auf der Leitung 94, das der Kursänderungsgeschwindigkeit um die Gierungsachse proportional ist, und dieses wird im Ruderblattservo dazu verwendet, die Kursanderungsgeschwindigkeit 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 wird auf den Ruderblattservomechanismus 92 gegeben, um die seitliche Beschleunigung zu begrenzen. Wenn sich demnach das Boot in eine Stellung dreht, wo es breitseits zur Richtung eines starken Windes und der zugehörigen Wellen steht, ermitteln der Gierungsgeschwindigkeitskreisel 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, verschwindet selbstverständlich das Signal auf derWhen the boat turns, the yaw rate gyro generates 45 a signal on line 94 indicative of the rate of change of course is proportional to the yaw axis and this is used in the rudder blade servo to set the rate of change of course to limit. The same goes for the front lateral accelerometer 38, which has a signal on the line 96 generated which is proportional to the lateral acceleration. This is given to the rudder blade servo mechanism 92 in order to control the to limit lateral acceleration. So when the boat turns to a position where it is broadside to the direction of one The yaw rate gyro 45 and the lateral accelerometer determine if there is strong wind and associated waves 38 put pressure on the boat and limit the rate of change of course. After the desired course change is carried out and the rudder 72 is turned back to the center or zero position, the signal on the disappears of course

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Leitung 70 auf Null, woraufhin die Stellungen der hinteren Klappen umgedreht werden, damit das Boot wieder in die vertikale Stellung in die Rollachse zurückkehrt. An diesem Punkt gehen die Ausgänge des vertikalen Kreisels 44 auf der Leitung 82 auf Null zurück, das Ruderblatt 12 ist in der Mitte angeordnet und das Boot ist wieder stabilisiert.Line 70 to zero, prompting the positions of the rear flaps be turned over so that the boat returns to the vertical position in the roll axis. At that point they go Outputs of the vertical gyro 44 on the line 82 back to zero, the rudder blade 12 is arranged in the middle and that The boat is stabilized again.

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, entweder nach oben oder nach unten, und erzeugt ein elektrisches Signal zur Steurung der vorderen Klappe l8, um der Bewegung um die Stampfachse 62 entgegenzuwirken. Der Ausgang des vorderen Beschleunigungsmessers 35 wird jedoch in einem Integralverstärker 100 mit einem Signal kombinier^ das dem quadrierten Rollsignal proportional ist, wie es von der Schaltung 98 abgenommen wird, bevor das kombinierte Signal an den 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.The main purpose of the remaining tax actions is to Eliminate unwanted pounding and rolling or keep them to a minimum. Accordingly, the front accelerometer determines 35 the acceleration at the bow, either upwards or down, and generates an electrical signal to control the front flap 18 to counteract the movement about the ramming axis 62. However, the output of the front accelerometer 35 is combined with a signal in an integral amplifier 100 which is proportional to the squared roll signal as taken from circuit 98 before the combined Signal applied to servo mechanism 78 of the front door The reason for this is that during a course change and while the boat is tilted about its roll axis as well as during normal Rolling in heavy seas the rolling motion creates a component of the vertical acceleration that must be taken into account.

Ein dem Winkel des Bootes zur Stampfachse proportionales Signal wird vom vertikalen Kreisel 44 auf der Leitung 102 abgenommen. Dieses Signal gelangt auf einen Stampfableitungsverstärker 104,A signal proportional to the angle of the boat to the pitch axis is taken from the vertical gyro 44 on line 102. This signal is sent to a ramming amplifier 104,

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' Zweier ein Ausgangssignal erzeugt, welches sich als Punktion des Stampfwinkeis gegen die Horizontale und der Änderungsgeschwindigkeit des Stampfwinkeis ändert. Der Ausgang des Stampfableitungsverstärkers 104 gelangt dann auf alle Klappenservos und auch in invertierter Form auf den Servomechanismus 78 der vorderen Klappe, um die differentielle Steuerung zu erzielen. Dieses Signal wird verwendet zur Stabilitätsvergrößerung, zur Glättung der Fahrt auf einem Seeweg und zur automatischen Stampf-Trimm-Steuerung.'Two generates an output signal, which manifests itself as a puncture of the Pitch angle against the horizontal and the rate of change the pitch angle changes. The output of the tamping derivative amplifier 104 then goes to all flap servos and also, in inverted form, to the servomechanism 78 of the front flap, to achieve the differential control. This signal is used to increase stability and to smooth the journey by sea and for automatic ramming trim control.

Wenn angenommen wird, daß das Boot um seine Rollachse 60 rollt, wird ein Signal auf der Leitung 82 erhalten, welches wiederum auf den Rollableitungsverstärker 8O gegeben wird. Das Signal auf der Leitung 82 wird unter diesen Umständen zuerst ansteigen -in einer Richtung oder Polarität dann auf Null zurückgehen und in der anderen Richtung oder Polarität ansteigen, um erneut auf Null zurückzugehen, wenn das Boot von einer Seite auf die andere rollt. Dies erzeugt wiederum am Ausgang des Rollableitungsverstärkers ein Signal, 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 erzifelen, die der Rollbewegung entgegenwirkt. Mit anderen Worten: Es wird ein Signal der einen Polarität an die Servos der Backbordklappen angelegt, während ein Signal mit invertierter Polarität an die Servos der Steuerbordklappen angelegt wird, um eine Drehung der entsprechenden Backbord- und Steuerbordklappen inAssuming that the boat is rolling about its roll axis 60, a signal is obtained on line 82, which in turn is given to the roll derivation amplifier 8O. The signal on line 82 will rise -in first under these circumstances one direction or polarity then go back to zero and in the other direction or polarity increase to again Go back zero when the boat rolls from side to side. This in turn generates at the output of the roll derivation amplifier a signal which changes as a function of both the roll angle and the speed of the roll angle change. The signal is sent to the servomechanisms of the aft port and starboard flaps to create a differential effect that counteracts roll motion. In other words: A signal of one polarity is applied to the servos of the port flaps, while a signal with inverted polarity applied to the servos of the starboard flaps to rotate the corresponding port and starboard flaps in

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entgegengesetzten Richtungen zu erzielen und der Rollbewegung entgegenzuwirken.to achieve opposite directions and to counteract the rolling movement.

Der Ausgang des Vertikalbeschleunigungsmessers 42 an Backbord wird auf die Servos 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 Servos 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.The output of the port vertical accelerometer 42 is applied to servos 84 and 86 of both the inner and the given outer port flap and changed the positions of the aft port flaps to accommodate all vertical accelerations or to counteract the lifting on the port side. Similarly, the output of the vertical accelerometer 40 to starboard on servos 88 and 90 of both the inner and the outer starboard flap to achieve the same effect and the vertical accelerations on the Counteract the starboard side of the boat.

Das normale, beschriebene Steuersystem ist im wesentlichen das gleiche, wie aus der US-PS 3 886 884 hervorgeht. Das System zur Verhinderung eines Auftauchens gemäß der Erfindung ist auch in Fig· 3 gezeigt und es weist einen Komparator oder ein logisches Netzwerk 110 auf, dem der Ausgang des Höhenmeßfühlers 36 auf der Leitung 112 zugeführt wird. Im Komparator 110 wird das Höhensignal auf der Leitung 112 mit zwei Signalen D und E verglichen, die von geeigneten Signalgeneratoren 113 und 115 hergeleitet werden und auf den Leitungen 114 und 116 vorhanden sind. Wenn das Signal auf der Leitung 112 gleich oder größer als das Bezugssignal D auf der Leitung 114 ist, werden die Ausgangssignale durch den Komparator 110 auf den Leitungen 118 und 120 erzeugt. Das SignalThe normal control system described is essentially the same as that disclosed in U.S. Patent 3,886,884. The system for Prevention of emergence according to the invention is also in 3 and includes a comparator or logic network 110 to which the output of the altitude sensor 36 on FIG Line 112 is supplied. In the comparator 110, the altitude signal on line 112 with two signals D and E derived from suitable signal generators 113 and 115 and are present on lines 114 and 116. When the signal on line 112 is equal to or greater than reference signal D is on line 114, the output signals are generated by comparator 110 on lines 118 and 120. The signal

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auf der Leitung 78 wird dem Vorderklappen - Servosystem 78 zugeführt, um eine Aufwärtsdrehung der Vorderklappe l8 zu bewirken. Zur gleichen Zeit wird das Signal auf der Leitung 120 an alle nacheilenden Klappenservosysterne 84 bis 90 gelegt, um ihre Abwärtsdrehung zu bewirken. Als Folge davon senkt sich das Tragflügelboot nach unten und die Tragflächen verlieren an Auftrieb, so daß das Tragflügelboot sich unmittelbar zum Wasser niederbewegt. Die Signale auf den Leitungen II8 und 120 bleiben stehen, bis das Höhensignal auf der Leitung 112 auf den Wert eines zweiten Bezugssignals E auf der Leitung II6 fällt. Tritt dies ein, so fallen die Befehlssignale auf den Leitungen II8 und 120 auf Null und der normale, oben beschriebene Betrieb wird wieder hergestellton line 78 is fed to the front flap servo system 78, to cause an upward rotation of the front door 18. At the same time, the signal on line 120 is applied to all of the lagging flap servos 84-90 to rotate them down to effect. As a result, the hydrofoil sinks and the wings lose lift, so that the hydrofoil moves directly down to the water. The signals on lines II8 and 120 remain until the altitude signal on line 112 falls to the value of a second reference signal E on line II6. If this happens, so the command signals on lines II8 and 120 drop to zero and normal operation described above is restored

Der Betrieb gemäß der Erfindung kann am besten an Hand der Fig. erläutert werden, wo ein Wellenberg 121 einer Welle in Berührung mit dem Boden des Rumpfes 10 stehend gezeigt ist. Dies kann entweder die vorderen oder die hinteren Tragflächen l6 bzw. 26 veranlassen, durch ein Wellental zu kämmen, wie z.B. das Wellental 122 in Nähe der vorderen Tragfläche 16. Das Bezugssignal D kann z.B. proportional dem Abstand D in Fig. 1 erzeugt werden. Auf diese Weise erzeugt der Komparator 110, wenn der Höhenmeßfühler J>6 feststellt, daß die Höhe der Krümmung derart ist, daß die Tragfläche 16 gerade unterhalb der Wasseroberfläche liegt, die Signale auf den Leitungen II8 und 120, um ein unmittelbares Senken der Tragflächen zu bewirken. Wenn daher der Höhenmeßfühler eine vorbestimmte Höhe E erfaßt, die kleiner als die Höhe D ist, greifen wieder die normalen Steuerfunktionen ein.The operation according to the invention can best be explained with reference to the figure, where a wave crest 121 of a wave is shown standing in contact with the bottom of the fuselage 10. This can cause either the front or the rear wing 16 or 26 to mesh through a wave trough, such as the wave trough 122 in the vicinity of the front wing 16. The reference signal D can, for example, be generated proportionally to the distance D in FIG. In this way, when the altitude sensor J> 6 determines that the height of the curvature is such that the wing 16 is just below the surface of the water, the comparator 110 generates the signals on lines II8 and 120 to direct the lowering of the wings cause. Therefore, when the altitude sensor detects a predetermined altitude E which is less than the altitude D, the normal control functions intervene again.

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Claims

PATENT CLAIMS

1. ^ Control system for a hydrofoil with fore and aft Wings and with control flaps located on the wings, characterized by a device for Generation of an altitude signal, the size of which is the current height of the hull of the hydrofoil above the surface of the water indicates, by a means for generating a reference signal, the size of which is approximately the maximum height of the hydrofoil over the water without surfacing Hydrofoil out of the water indicating by a device for comparing the altitude and reference signals and by means of a device coupled to the means for comparing to operate the control flaps to bring about a lowering of the wings in the water when the altitude signal is at least is equal to or greater than the reference signal.

Control system according to claim 1, characterized in that the device coupled to the comparison device rotates the control flaps for the purpose of loss of lift when the altitude signal is at least equal to or greater than the reference signal.

Control system according to claim 2, characterized by a device for comparing the altitude signal with a second reference signal which is smaller than the first reference signal,

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and by means for allowing rotation of the control flaps to restore buoyancy when the altitude signal is equal to or less than the second reference signal.

4. Control system according to claim 1, 2 or 3 * characterized in that that the control flaps are normally operated by normal, from a rudder, a depth signal generator and attitude as well Motion sensors derived, electrical control signals is controlled, and that the Yerglelchenkenrichtung an override signal to override the normal control signals only generated when the altitude signal is at least equal to or is greater than the reference signal.

5. Control system according to claim 4, characterized in that the control flaps are controlled by Serro systems that each have a servo amplifier, and the facilities for feeding both the normal control signals and the latter control signals to the inputs of the servo amplifier are provided.

HO / os
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