DE3010696C2 - Einrichtung zum Bestimmen des scheinbaren Windes auf einem Segelboot - Google Patents

Description

winkel durch Integrieren aus den gemessenen Winkelgeschwindigkeitswerten gewonnen, so wird für ein ausreichend genaues Integrieren über lange Zeiträume in vorteilhafter Ausbildung die Integrationskonstante mit Hilfe eines zusätzlichen, durch Schwerkraft gerichteten Meßgerätes ermittelt, indem die Differenz zwischen den gleitenden Mittelwerten der so ermittelten Lagewinkel und der integrierten Winkelgeschwindigkeitswerte gebildet wird. Werden hingegen freie Kreise! verwendet, so wird für pin ausreichend genaues Messen über längere Zeiträume das Driften dieser Kreisel dadurch kompensiert, daß ein Korrekturwert berechnet wird als Differenz zwischen den gleitenden Mittelwerten aus den Lagewinkeln der freien Kreisel und aus den Lagewinkeln eines zusätzlichen, durch Schwerkraft gerichteten Meßgerätes.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung, welche ein Segelboot und darin schematisch angedeutete Meßvorrichtungen zum Erfassen cLt Winkelgeschwindigkeiten des Bootskörpers in Roll- und Stampfrichtung zeigt, in einer bestimmten Ausführungsvariante erläuteil·

Das insgesamt mit 10 bezeichnete Segelboot trägt an seiner Mastspitze einen Meßgeber 11 für Richtung und Geschwindigkeit des scheinbaren Windes und einen weiteren Meßgeber 12, der vom Bootsrumpf in das Wasser eintaucht und Richtung und Geschwindigkeit des Bootes gegenüber dem Wasser sowie die seitliche Abdrift des Bootes mißt Die Meßwerte werden mit der üblichen Beachtung des Abtasttheorems hinsichtlich der auftretenden Schwankungen in schneller Folge in einen Rechner 13 eingespeist Ein Sichtgerät 14 ermöglicht die unmittelbare Ablesung der vom Rechner ermittelten Ergebnisse, so daß sich der Bootsführer daran orientieren und Segel- und Ruderstellung danach ausrichten kann, um bei den herrschenden Verhältnissen das bestmögliche Ergebnis zu erzielen.

Mit dem Bootsrumpf 15 sind zwei Gruppen von Meßvorrichtungen, bestehend aus einem Kreisel und einem Pendel, verbunden. Die erste Gruppe aus Kreisel 16 und Pendel 17 dient zur Berücksichtigung der Bootsschwankungen beim Stampfen. Die Achse des Kreisels 16 liegt in Richtung der Bootslängsachse, während die Achse, um die das zugehörige Pendel 17 ausschlagen kann, auf der Bootsmittelebene senkrecht liegt. Die zweite, das Rollen berücksichtigende Gruppe aus Kreisel und durch Schwerkraft gerichtetem Meßgerät wird durch einen mit seiner Achse zur Bootsmittelebene parallel verlaufenden Kreisel 18 und ein Pendel 19 gebildet, dessen Schwingungsebene auf der BootsmiUelebene senkrecht steht, so daß die Achse, um die das Pendel 19 schwingt, also parallel zur Achse des ersten Kreisels 16 verläuft. Die Angaben über die Achsrichtungen der Kreisel 16 und 18 betreffen den Ausgangszustand bei waagrecht auf einer glatten Wasserfläche liegendem Boot.

Es versteht sich, daß Einzelheiten über die Abnahme der Meßgrößen von den Kreiseln 16 bzw. 18 und den Pendeln 17 bzw. 19 und deren Weiterleitung an den Rechner 13 hier nicht wiedergegeben zu werden brauchen, da dies für den mit derlei Meßvorrichtungen vertrauten Fachmann selbstverständlich ist. Auch die Verarbeitung der Meßwerte durch Integration bzw. Differenziation im Rechner zur Bestimmung der Winkelgeschwindigkeitswerte bzw. zur Bildung von Integrationskonstanten oder Korrekturwerten ist dem Fachmann vertraut, so daß diese Einzelheiten hier nicht beschrieben zu werden brauchen. Es kann an dieser Stelle auch unterbleiben, näher auf die Lagerung bzw. stoßgedämpfte Aufhängung der Meßvorrichtungen im Bootskörper einzugehen, da der einschlägige Fachmann diese Einzelheiten, wenn ihm erst das Konzept der gesamten Meßeinrichtung durch die Erfindung bekannt geworden ist, nach den jeweiligen Gegebenheiten und danach, ob er freie oder gefesselte Kreisel verwendet wählt

Um auftretende Lagewinkelfehler nach längerer Betriebsdauer der Einrichtung während ainer Meßfahrt auskorrigieren zu können, ist ein mit dem Bootsrumpf in fester Beziehung stehendes Peillineal 20 angebracht das quer zur Bootsachse verläuft und senkrecht auf der Bootsmittelebene, also auch senkrecht auf der Zeichenebene der Figur steht Dem Bootsführer oder Navigator steht ein Impulstaster (nicht gezeigt) zur Verfügung, mit dem er in den Rechner 13 einen Eichimpuls eintastet wenn zur Nacheichung das Peillineal mit der über den Bug des Bootes betrachteten Horizontlinie zusammenfällt, das Boot also in dem Augenblick senkrecht steht Mit Hilfe des eingetasteten Korrekturimpulses nimmt dann der Rechner 13 eine Nacheichung der Meßeinrichtung vor und eliminiert inzwischen aufgelaufene Lagewinkelfehler.

Mit Hilfe der beschriebenen Einrichtung wird es möglich, die durch die Schwankungen des Bootes, verursacht durch Wellengang und Böigkeit des Windes, bedingten Überlagerungen der Meßwerte an den Meßwertgebern 11 und 12 vor Eingabe dieser Werte in die eigentliche Berechnung des scheinbaren Windes auf dem Segelboot zu eliminieren.

Da es für den Bootsführer meist von Bedeutung ist, die Richtung des scheinbaren Windes im Segelschwerpunkt 21 zu kennen, wird dann bei der Berechnung nach dem an sich beispielsweise aus dem Buch »Segeltheorie und Praxis«, Marchaj, Verlag Delius KJasing + Co, Bielefeld/Berlin, 1971 bekannten Vektordiagramm der Verhältniswert, gegeben aus den Abständen zwischen der Rollachse des Segelbootes 10 und dem danach wählbaren Punkt 22 am Mast und zwischen der Rollachse und der die Windmeßvorrichtung 11 tragenden Mastspitze im Rechner 13 berücksichtigt, wobei zugleich ein den Höhengradienten des Windes berücksichtigender Reduktionsfaktor mit eingeschlossen sein kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 2 Ausschläge des Anzeigegerätes durch bekannte aktive Patentansprüche: oder passive Filter entsprechend gedämpft, so ergeben sich Phasenverschiebungen zwischen scheinbarer

1. Einrichtung zur Bestimmung des scheinbaren Windrichtung und deren Anzeige, die bei Wellengang Windes auf einem Segelboot, mit einem Windmesser s ein optimales Steuern nach der momentanen Windrichan der Mastspitze, der die momentane Windge- tung unmöglich machen. Auch bei der Ausnützung der schwindigkeit und Windrichtung mißt, gekenn- an der Mastspitze gemessenen Werte von Windgezeichnet durch eine Kreiseleinrichtung(16,18), schwindigkeit und Windrichtung gehen die durch die die Winkelgeschwindigkeit des Bootskörpers Stampfen und Rollen des Bootes bedingten, überlager-(f5) an einem wählbaren Punkt (22) des Mastes in io ten Schwankungen der Meßwerte in die Ergebnisse in Roll- oder Stampfrichtung des Segelbootes ermit- nicht vernachlässigbarer Weise ein, wodurch deren telt, und durch einen an sich bekannten Rachner (13), Steuerbereich erheblich vergrößert wird. Dies wird verdem die Meßwerte des Windmessers (11) und der ständlich, wenn man bedenkt, daß die laufende Berech-Kreiseleinrichtung (16, 18) zur vektoriellen Ver- nung stets mit Abtastwerten der laufenden Messungen knüpfung zuführbar sind. 15 durchgeführt wird und daß bei dieser Abtastung bisher

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- jedenfalls die Roll- und Stampfbewegungen des Bootes zeichnet, daß zur Bestimmung der Richtung des nicht berücksichtigt wurden (US-PS 30 49 008).
scheinbaren Windes im Segelschwerpunkt (21) der Für den Bootsführer ist jedoch wichtig, entweder bei wählbare Punkt (22) des Mastes in Höhe des Segel- langperiodischen Roll- und Stampfbewegungen des Schwerpunktes angeordnet ist 20 Bootes, d. h. bei langer Dünung oder langperiodischen

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch Böen, diesen Schwankungen durch Aussteuern so zu gekennzeichnet, daß in den Rechner (13) ein den folgen, daß dadurch stets die günstigste Stellung der Höhengradienten des Windes berücksichtigender Segel zur scheinbaren Windrichtung eingehalten wird, Reduktionsfaktor eingebbar ist oder bei höherer Weilenfrequenz, bei der ein Aussteu-

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 25 ern nicht mehr möglich ist, Bootsrichtung und Segelsteldadurch gekennzeichnet, daß die Kreiseleinrichtung lung gegenüber einem von überlagerten Schwankungen (16, 18) durch gefesselte Kreisel gebildet wird und des Bootes bereinigten Wert der scheinbaren Windrichdaß der Lagewinkel durch Integration gemessener tung bestmöglich einzustellen.
Winkelgeschwindigkeitswerte bestimmbar ist. Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, die

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 30 Vorrichtung der genannten Art so auszubilden, daß die dadurch gekennzeichnet, daß die Kreiseleinrichtung durch das Rollen und Stampfen des Bootes und damit durch freie Kreisel zur Messung des Lagewinkels mehr oder minder regelmäßig periodische Bewegungen gebildet wird, aus deren Ausgangswerten die Win- des Mastes bedingten Überlagerungsschwankungen des kelgeschwindigkeitswerte durch Differenzieren be- an der Mastspitze gemessenen Richtungswertes des stimmbar sind. 35 scheinbaren Windes ausgeschaltet werden, so daß ein

6. Einrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet Richtungswert des scheinbaren Windes an einer beliebidurch ein durch Schwerkraft gerichtetes zusätzli- gen Stelle des Mastes erhalten werden kann.

ches Meßgerät (17,19), aus dessen Lagewinkeln der Diese Aufgabe wird gemäß dem Kennzeichen des gleitende Mittelwert gebildet und vom gleitenden Anspruchs t gelöst. Durch diese konstruktive Ausbil-Mittelwert des durch Integration der Meßwerte der 40 dung wird erreicht, daß am Rechnerausgang eine Anzeigefesselten Kreisel gebildeten Lagewinkels zur BiI- ge erhalten wird, nach der der Bootsführer steuern dung der zur genaueren Integration über längere kann, nämlich die Richtung des scheinbaren Windes an Zeiträume erforderlichen Integrationskonstanten einem vom Bootsführer wählbaren Punkt des Mastes,
abgezogen wird. Soll bei niedriger Wellenfrequenz das Boot jeweils in

7. Einrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet 45 jedem Augenblick in die günstigste Stellung gesteuert durch ein durch Schwerkraft gerichtetes Meßgerät werden, so empfiehlt es sich, die Richtung des scheinba-(17, 19), aus dessen Lagewinkeln der gleitende Mit- ren Windes in einer Höhe am Mast zu bestimmen, die telwert gebildet und von dem gleitenden Mittelwert der Höhe des Segelschwerpunktes entspricht, während des Lagewinkels der freien Kreisel zur Bildung von für den Fall, daß nicht ausgesteuert werden soll, die von Korrekturwerten für das Driften der Kreisel über 50 Schwankungen bereinigte Richtungsbestimmung für längere Zeiträume abgezogen wird. den scheinbaren Wind an der Mastspitze vorgenommen

wird.

In Fällen, in denen die durch Wellen angezeigte RoIl-

und Stampffrequenz bzw. Roll- und Stampfamplitude

55 im Segelschwerpunkt stärker sind, als man sie bei opti-

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Bestim- maler Ruderführung aussteuert, ist es sinnvoll, die

mung des scheinbaren Windes auf einem Segelboot ge- Schwankungen durch Verlagerung des wählbaren

maß dem Oberbegriff des \nspruchs 1. Mastpunktes nach unten stärker zu dämpfen.

Die Meßwerte der an der Mastspitze von Segelboo- Als Meßvorrichtung für die Winkelgeschwindigkeits-

ten angebrachten Meßeinrichtungen werden üblicher- 60 meßwerte dient eine Kreiseleinrichtung, die gefesselte

weise über zugehörige Geber zum Cockpit des Bootes Kreisel aufweisen kann, welche es ermöglichen, alle

geleitet. Es ist jedoch festzustellen, daß, bedingt durch Winkelgeschwindigkeitswerte anzugeben, aus denen

das Schwanken des Bootes, insbesondere der Rieh- durch Integration Lagewinkel gewonnen werden. Die

tungswert aber auch der Geschwindigkeitswert des Kreiseleinrichtung kann aber auch freie Kreisel aufwei-

scheinbaren Windes starken Pendelausschlägen unter- 65 sen, die die Lage messen und aus denen durch Differen-

liegen, so daß sich beispielsweise der gemessene Rieh- zieren im Rechner die benötigten Winkelgeschwindig-

tungswert nur sehr schwer als Hilfsgröße zum korrek- keitswerte bestimmbar sind,

ten Steuern des Bootes verwenden läßt. Werden die Werden gefesselte Kreisel verwendet und die Lage-