EP3568346B1 - Vorrichtung und verfahren zur steuerung eines unterwasserfahrzeugs - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung eines Unterwasserfahrzeugs, wobei die Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahren zur Bestimmung von hydrodynamischen Koeffizienten eines Unterwasserfahrzeugs ausgebildet ist.
• Derzeit verwenden Unterwasserfahrzeuge, insbesondere Unterseeboote, Vorrichtungen, um die Tiefe des Unterwasserfahrzeugs konstant zu halten. Alle weiteren Steuervorgänge werden manuell durch die Mannschaft vorgenommen, wodurch es darauf ankommt, dass die Mannschaft aus Erfahrung die richtigen Steuervorgänge vornimmt, um den gewünschten Kurs zu fahren.
• Eine Automatisierung ist kaum möglich, da die exakte Beschreibung der wirkenden Kräfte komplex ist und präzise Kenntnis der hydrodynamischen Koeffizienten voraussetzt. Diese können jedoch theoretisch für den konkreten Einzelfall nur bei Kenntnis aller Parameter berechnet werden, wobei die Kenntnis aller Parameter praktisch nie gegeben ist. Außerdem können sich diese Koeffizienten während eines Einsatzes oder zwischen Einsätzen verändern. Beispielsweise kann bei einem Unterwasserfahrzeug mit einer Verdrängung von etwa 2000 Tonnen bereits eine Gewichtsveränderung beziehungsweise Gewichtsverlagerung von 200 kg eine merkbare Veränderung der hydrodynamischen Koeffizienten bewirken.
• Bei stationärer Fahrt eines Unterseeboots ist insbesondere die auf das Boot wirkende Normalkraft gleich null. Diese wird durch die folgende Gleichung beschrieben: $$Z_{\ast }^{\prime }+Z_w^{\prime }\cdot \tan \left(\alpha \right)+Z_{\left|w\right|}\cdot \left|\tan \left(\alpha \right)\right|+Z_{w\left|w\right|}^{\prime }\cdot \tan \left(\alpha \right)\cdot \left|\tan \left(\alpha \right)\right|+Z_{\mathit{ww}}^{\prime }\cdot {\tan }^2\left(\alpha \right)+f_x\cdot Z_{\mathit{\delta s}}^{\prime }\cdot {\delta }_s+Z_{\mathit{\delta b}}^{\prime }\cdot {\delta }_b+\left(f_x\cdot Z_{\mathit{\delta s\eta }}^{\prime }\cdot {\delta }_s+Z_{\mathit{w\eta }}^{\prime }\cdot \tan \left(\alpha \right)+Z_{w\left|w\right|\eta }^{\prime }\cdot \tan \left(\alpha \right)\cdot \left|\tan \left(\alpha \right)\right|\right)\cdot \left(\eta \cdot C-1\right)+\frac{W\prime -B\prime }{u{\prime }^2}\cdot \cos \left(\theta \right)\cdot \cos \left(\varphi \right)=0$$

  
• Ebenso gilt für die bei stationärer Fahrt am Boot, dass die angreifenden Trimmmomente gleich null sind. Dieses beschreibt die folgende Gleichung: $$M_{\ast }^{\prime }+M_w^{\prime }\cdot \tan \left(\alpha \right)+M_{\left|w\right|}\cdot \left|\tan \left(\alpha \right)\right|+M_{w\left|w\right|}^{\prime }\cdot \tan \left(\alpha \right)\cdot \left|\tan \left(\alpha \right)\right|+M_{\mathit{ww}}^{\prime }\cdot {\tan }^2\left(\alpha \right)+f_x\cdot M_{\mathit{\delta s}}^{\prime }\cdot {\delta }_s+M_{\mathit{\delta b}}^{\prime }\cdot {\delta }_b+\left(f_x\cdot M_{\mathit{\delta s\eta }}^{\prime }\cdot {\delta }_s+M_{\mathit{w\eta }}^{\prime }\cdot \tan \left(\alpha \right)+M_{w\left|w\right|\eta }^{\prime }\cdot \tan \left(\alpha \right)\cdot \left|\tan \left(\alpha \right)\right|\right)\cdot \left(\eta \cdot C-1\right)+\frac{x_G^{\prime }\cdot W\prime -x_B^{\prime }\cdot B\prime }{u{\prime }^2}\cdot \cos \left(\theta \right)\cdot \cos \left(\varphi \right)+\frac{x_G^{\prime }\cdot W\prime -x_B^{\prime }\cdot B\prime }{u{\prime }^2}\cdot \sin \left(\theta \right)=0$$

  
• Die z-Richtung ist die Richtung senkrecht zur Längsachse des Unterseebootes, wobei positive Werte nach unten zeigen.
• Die y-Richtung ist die Richtung quer zur Längsachse des Unterseebootes, wobei positive Werte nach steuerbord zeigen.
• Hierbei ist:
  δ _s  der hintere Tiefenruderwinkel,
  δ _b  der vordere Tiefenruderwinkel,
  α  der Anstellwinkel des Unterseeboots,
  β  der Driftwinkel des Unterseeboots,
  f_x   ein Faktor für Ruder, bei X-Ruder f_x = 4, bei Kreuzruder f_x = 1,
  η  das Verhältnis $\frac{u_c}{u},$

  

  
  W  das Gewicht des Unterseeboots einschließlich gefluteter Freiräume,
  $W\prime =\frac{W}{\frac{\rho }{2}\cdot L^2\cdot {\bar{U}}^2}$

  

    ein dimensionsloser Wert,
  B  der Formauftrieb des Unterseeboots,
  $B\prime =\frac{B}{\frac{\rho }{2}\cdot L^2\cdot {\bar{U}}^2}$

  

    ein dimensionsloser Wert,
  C  der Ursprung des bootsfesten Koordinatensystems,
  L  die Länge des Unterseeboots,
  ρ  die Dichte des umgebenden Wassers,
  g  die Erdbeschleunigung,
  U  die Geschwindigkeit des Unterseeboots bei Fahrt durch das Wasser,
  u  die Geschwindigkeitskomponente in x-Richtung,
  U   die Geschwindigkeit des Unterseeboots bei stationärer Fahrt durch das Wasser für einen frei wählbaren Referenzfahrtzustand,
  u_c   die Propulsionsgeschwindigkeit, welche der Geschwindigkeit u entspricht, die das Boot bei der momentanen Propellerdrehzahl bei Vorausfahrt auf ebenem Kiel mit Nullruderlagen erreichen würde, $u_c^{\prime }=\frac{u}{\bar{U}}$

  

  ein dimensionsloser Wert,
  v  die Geschwindigkeitskomponente in y-Richtung quer zum Unterseeboot,
  $v\prime =\frac{v}{\bar{U}}$

  

    ein dimensionsloser Wert,
  w  die Geschwindigkeitskomponente in z-Richtung normal zum Unterseeboot,
  $w\prime =\frac{w}{\bar{U}}$

  

    ein dimensionsloser Wert,
  Z  die Hydrodynamische Kraft in z-Richtung,
  Z _∗  der Koeffizient zur Beschreibung der Normalkraft Z als Funktion von u ²,
  $Z_{\ast }^{\prime }=\frac{Z_{\ast }}{\frac{\rho }{2}{L}^2}$

  

    ein dimensionsloser Wert,
  Z_w   der Koeffizient zur Beschreibung der Normalkraft Zals Funktion von dem Produkt u·w,
  $Z_w^{\prime }=\frac{Z_w}{\frac{\rho }{2}{L}^2}$

  

    ein dimensionsloser Wert,
  Z _|w|  der Koeffizient zur Beschreibung der Normalkraft Zals Funktion von dem Produkt u·|w|,
  $Z_{\left|w\right|}^{\prime }=\frac{Z_{\left|w\right|}}{\frac{\rho }{2}{L}^2}$

  

    ein dimensionsloser Wert,
  Z _w|w|  der Koeffizient zur Beschreibung der Normalkraft Zals Funktion von $w\cdot \sqrt{v^2+w^2}$

  

  ,
  $Z_{w\left|w\right|}^{\prime }=\frac{Z_{w\left|w\right|}}{\frac{\rho }{2}{L}^2}$

  

    ein dimensionsloser Wert,
  Z_ww   der Koeffizient zur Beschreibung der Normalkraft Z als Funktion von |w|. $\sqrt{v^2+w^2},$

  

  
  $Z_{\mathit{ww}}^{\prime }=\frac{Z_{\mathit{ww}}}{\frac{\rho }{2}{L}^2}$

  

    ein dimensionsloser Wert,
  Z _w|w|η   der Koeffizient zur Beschreibung der Normalkraft Z als Funktion von w · $\sqrt{v^2+w^2\cdot }\left(\eta \cdot C-1\right),$

  

  
  $Z_{w\left|w\right|\eta }^{\prime }=\frac{Z_{w\left|w\right|\eta }}{\frac{\rho }{2}{L}^2}$

  

    ein dimensionsloser Wert,
  Z_δs   der Koeffizient zur Beschreibung der Normalkraft Z als Funktion von u ²·δ_s ,
  $Z_{\mathit{\delta s}}^{\prime }=\frac{Z_{\mathit{\delta s}}^{\prime }}{\frac{\rho }{2}{L}^2}$

  

    ein dimensionsloser Wert,
  Z_δb   der Koeffizient zur Beschreibung der Normalkraft Z als Funktion von u ²·δ_b,
  $Z_{\mathit{\delta b}}^{\prime }=\frac{Z_{\mathit{\delta b}}^{\prime }}{\frac{\rho }{2}{L}^2}$

  

    ein dimensionsloser Wert,
  Z_δsη   der Koeffizient zur Beschreibung der Normalkraft Z als Funktion von u ²·δ_s · (η·C-1),
  $Z_{\mathit{\delta s\eta }}^{\prime }=\frac{Z_{\mathit{\delta s\eta }}^{\prime }}{\frac{\rho }{2}{L}^2}$

  

    ein dimensionsloser Wert,
  M  das hydrodynamische Drehmoment um die y-Achse, auch Stampfmoment genannt,
  M _*  der Koeffizient zur Beschreibung des Stampfmoments M,
  $M_{\ast }^{\prime }=\frac{M_{\ast }}{\frac{\rho }{2}{L}^3}$

  

    ein dimensionsloser Wert,
  M_w   der Koeffizient zur Beschreibung des Stampfmoments M als Funktion von u·w,
  $M_w^{\prime }=\frac{M_w}{\frac{\rho }{2}{L}^3}$

  

    ein dimensionsloser Wert,
  M _|w|  der Koeffizient zur Beschreibung des Stampfmoments M als Funktion von u·|w|,
  $M_{\left|w\right|}^{\prime }=\frac{M_{\left|w\right|}}{\frac{\rho }{2}{L}^3}$

  

    ein dimensionsloser Wert,
  M _w|w|  der Koeffizient zur Beschreibung des Stampfmoments M als Funktion von w· $\sqrt{v^2+w^2},$

  

  
  $M_{w\left|w\right|}^{\prime }=\frac{M_{w\left|w\right|}}{\frac{\rho }{2}{L}^3}$

  

    ein dimensionsloser Wert,
  M_ww   der Koeffizient zur Beschreibung des Stampfmoments M als Funktion von |w|· $\sqrt{v^2+w^2},$

  

  
  $M_{\mathit{ww}}^{\prime }=\frac{M_{\mathit{ww}}}{\frac{\rho }{2}{L}^3}$

  

    ein dimensionsloser Wert,
  M _w|w|η   der Koeffizient zur Beschreibung des Stampfmoments M als Funktion von w· $\sqrt{v^2+w^2}\cdot \left(\eta \cdot C-1\right),$

  

  
  $M_{w\left|w\right|\eta }^{\prime }=\frac{M_{w\left|w\right|\eta }}{\frac{\rho }{2}{L}^3}$

  

    ein dimensionsloser Wert,
  M_δs   der Koeffizient zur Beschreibung des Stampfmoments M als Funktion von u ²·δ_s,
  $M_{\mathit{\delta s}}^{\prime }=\frac{M_{\mathit{\delta s}}}{\frac{\rho }{2}{L}^3}$

  

    ein dimensionsloser Wert,
  M_δb   der Koeffizient zur Beschreibung des Stampfmoments M als Funktion von u ²·δ_b ,
  $M_{\mathit{\delta b}}^{\prime }=\frac{M_{\mathit{\delta b}}}{\frac{\rho }{2}{L}^3}$

  

    ein dimensionsloser Wert,
  M_δsη   der Koeffizient zur Beschreibung des Stampfmoments M als Funktion von u ²·δ_s ·(η·C-1),
  $M_{\mathit{\delta b\eta }}^{\prime }=\frac{M_{\mathit{\delta b\eta }}}{\frac{\rho }{2}{L}^3}$

  

    ein dimensionsloser Wert.
• Diese hydrodynamischen Koeffizienten können theoretisch berechnet oder im Modellversuch experimentell bestimmt werden. Dieses ist jedoch extrem aufwändig und kann auch nicht präzise für die aktuelle Beladungssituation des Unterseeboots durchgeführt werden, sodass mit Näherungswerten gearbeitet werden muss.
• Die exakte Kenntnis dieser Parameter erlaubt eine präzise Vorhersage des Bootsverhaltens. Somit können Manöver sehr präzise gesteuert werden, wenn diese Parameter exakt bekannt sind. Die berechneten oder im Modellversuch bestimmten hydrodynamischen Koeffizienten sind für eine präzise Vorhersage des Bootsverhaltens daher im Allgemeinen zu ungenau. Deshalb werden die hydrodynamischen Koeffizienten üblicher Weise durch Auswertung von Großausführungsversuchen verifiziert bzw. korrigiert, wobei die heute verwendeten Großausführungsversuchen jedoch nur aufwändige Näherungsverfahren darstellen.
• Nur mit dieser exakten Kenntnis ist es möglich, ein Unterwasserfahrzeug gezielt und präzise automatisch zu steuern.
• Aus der JP 3 033571 B1 ist ein Unterseeboot mit einer Kalkulation zur Steuerung der Tanks bekannt.
• Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung bereitzustellen, wobei die Vorrichtung mit einem Verfahren die hydrodynamischen Koeffizienten an einem realen Unterseeboot bestimmt und diese zur präzisen Steuerung verwendet.
• Gelöst wird diese Aufgabe durch die Vorrichtung mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie durch das Verfahren zur automatischen Steuerung eines Unterwasserfahrzeugs mit den in Anspruch 3 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie der Zeichnung.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung eines Unterwasserfahrzeugs weist wenigstens ein vorderes Tiefenruder und wenigstens ein hinteres Tiefenruder auf. Das Unterwasserfahrzeug weist wenigstens einen ersten Ballasttank und wenigstens einen ersten Trimmtank und wenigstens einen zweiten Trimmtank auf. Die Vorrichtung zur Steuerung weist Mittel zur Ansteuerung des wenigstens einen vorderen Tiefenruders, des wenigstens einen hinteren Tiefenruders, des wenigstens einen ersten Ballasttanks, des wenigstens einen ersten Trimmtanks und des wenigstens einen zweiten Trimmtanks auf. Die Vorrichtung ist zur Durchführung eines ersten Betriebszustands und zur Durchführung eines zweiten Betriebszustands ausgebildet, wobei die Vorrichtung im ersten Betriebszustand automatisch ein Verfahren zur Bestimmung von hydrodynamischen Koeffizienten durchführt und im zweiten Betriebszustand das Unterwasserfahrzeug gemäß einem vorgegebenem Kurs steuert, wobei im zweiten Betriebszustand die im ersten Betriebszustand bestimmten hydrodynamischen Koeffizienten verwendet werden.
• Das Verfahren zur Bestimmung von hydrodynamischen Koeffizienten weist die folgenden Schritte auf:
1. a) beschleunigungsfreie Fahrt mit ebenem Kiel bei konstanter Tiefe und bei einer ersten ersten Geschwindigkeit und einer ersten ersten Trimmlage,
2. b) beschleunigungsfreie Fahrt mit ebenem Kiel bei konstanter Tiefe und bei der ersten ersten Geschwindigkeit und einer zweiten ersten Trimmlage,
3. c) beschleunigungsfreie Fahrt mit ebenem Kiel bei konstanter Tiefe und bei einer zweiten ersten Geschwindigkeit und der ersten ersten Trimmlage,
4. d) beschleunigungsfreie Fahrt mit ebenem Kiel bei konstanter Tiefe und bei der zweiten ersten Geschwindigkeit und der zweiten ersten Trimmlage,
5. e) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei einer ersten zweiten Geschwindigkeit und einer ersten vorderen Tiefenruderlage und einer ersten Trimmtankfüllung,
6. f) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei der ersten zweiten Geschwindigkeit und einer zweiten vorderen Tiefenruderlage und der ersten Trimmtankfüllung,
7. g) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei der ersten zweiten Geschwindigkeit und der ersten vorderen Tiefenruderlage und einer zweiten Trimmtankfüllung,
8. h) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei der ersten zweiten Geschwindigkeit und der zweiten vorderen Tiefenruderlage und der zweiten Trimmtankfüllung,
9. i) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei einer zweiten zweiten Geschwindigkeit und der ersten vorderen Tiefenruderlage und der ersten Trimmtankfüllung,
10. j) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei der zweiten zweiten Geschwindigkeit und der zweiten vorderen Tiefenruderlage und der ersten Trimmtankfüllung,
11. k) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei der zweiten zweiten Geschwindigkeit und der ersten vorderen Tiefenruderlage und der zweiten Trimmtankfüllung,
12. l) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei der zweiten zweiten Geschwindigkeit und der zweiten vorderen Tiefenruderlage und der zweiten Trimmtankfüllung,
13. m) Ermitteln von hydrodynamischen Koeffizienten aus den in den vorhergehenden Schritten ermittelten Messgrößen,
wobei die Schritte a) bis l) in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden. Der Schritt m) wird nach den Schritten a) bis l) durchgeführt.
• Unter einem ebenen Kiel ist insbesondere ein Stampfwinkel θ des Unterseeboots von - 1° < θ < + 1°, bevorzugt von - 0,2° < θ < + 0,2°, besonders bevorzugt von - 0,05° < θ < + 0,05° zu verstehen. Der Stampfwinkel ist der Winkel zwischen der Längsachse des Unterseeboots und der Projektion der Längsachse des Unterseeboots in die Ebene und gibt somit die Neigung in z-Richtung wieder.
• Unter einem schrägem Kiel ist ein insbesondere Stampfwinkel θ des Unterseeboots von |θ| > 0,5°, bevorzugt von |θ| > 1°, besonders bevorzugt von |θ| > 2° zu verstehen.
• Unter beschleunigungsfreier Fahrt wird ein Betriebsmodus verstanden, bei dem sich das Boot mit konstanter Geschwindigkeit bewegt, wobei konstant als konstant im Rahmen der Erfassungsgenauigkeit und Regelgenauigkeit anzusehen ist.
• Da die Fahrt bei konstanter Tiefe erfolgt, kompensieren sich die vertikal verlaufende Kräfte, also die Gravitations- oder die Auftriebsbeschleunigung, sodass es zu keinem Auf- oder Abtrieb kommt.
• Bei einer beschleunigungsfreien Fahrt gleichen sich die Kräfte aus. Somit wirkt keine resultierende Kraft auf das Unterseeboot. Es gilt somit, dass die Summe aller wirkenden Kräfte null ist. Des Weiteren gilt, dass auch die Summe aller Kraftveränderungen zwischen zwei beschleunigungsfreien Fahrten gleich null sein muss. Die absolute Geschwindigkeit in horizontaler Richtung ist bei Fahrt definitionsgemäß größer null. Aus technischen Gründen sind sehr geringe Geschwindigkeiten, insbesondere kleiner 2 kn, ganz besonders kleiner 1 kn, nicht vorteilhaft.
• Um die Messwerte sinnvoll zu indizieren, werden die verschiedenen ersten Geschwindigkeiten und zweiten Geschwindigkeiten mit dem Index i bezeichnet. So ist i = 1 für die erste erste Geschwindigkeit und die erste zweite Geschwindigkeit und i = 2 für die zweite erste Geschwindigkeit und die zweite zweite Geschwindigkeit.
• Als weiter Index wird k verwendet, um die Trimm- und Gewichtszustände zu unterscheiden. So ist k = 1 für die erste erste Trimmlage und die erste vordere Tiefenruderlage und k = 2 für die zweite erste Trimmlage und die zweite vordere Tiefenruderlage.
• Die Messwerte werden getrennt für Fahrten bei ebenem Kiel und bei schrägem Kiel getrennt ausgewertet.
• Beispielsweise zunächst werden die Messwerte für die Fahrten bei ebenem Kiel ausgewertet.
• Zunächst werden die in den Schritten a) bis d) erhaltenen Messwerte als Funktion von $\frac{1}{u_{\mathit{ki}}^2}$

  

  durch Berechnung von Ausgleichsgeraden ausgewertet. Die Ausgleichsgeraden ergeben als Grenzwerte für u → ∞ die hinteren Tiefenruderwinkel δ_sn und vorderen Tiefenruderwinkel δ_bn für die sogenannte auftrieb- und momentfreie Fahrt. Es werden hierbei nur die Grenzwerte ausgewertet. $${\delta }_{\mathit{ski}}={\delta }_{\mathit{sn}}-\frac{g\cdot L}{u_{\mathit{ki}}^2}\cos \left({\varphi }_{\mathit{ki}}\right)\frac{\left(x_{\mathit{CT}}^{\prime }-x_{\mathit{\delta b}}^{\prime }\right)\cdot V_{\mathit{CTki}}^{\prime }+\mathrm{\Delta }{x}_{\mathit{TT}}^{\prime }\cdot V_{\mathit{TTki}}^{\prime }}{f_x\cdot Z_{\mathit{\delta s}}^{\prime }\cdot \left(x_{\mathit{\delta s}}^{\prime }-x_{\mathit{\delta b}}^{\prime }\right)}$$

  

  $${\delta }_{\mathit{bki}}={\delta }_{\mathit{bn}}+\frac{g\cdot L}{u_{\mathit{ki}}^2}\cos \left({\varphi }_{\mathit{ki}}\right)\frac{\left(x_{\mathit{CT}}^{\prime }-x_{\mathit{\delta s}}^{\prime }\right)\cdot V_{\mathit{CTki}}^{\prime }+\mathrm{\Delta }{x}_{\mathit{TT}}^{\prime }\cdot V_{\mathit{TTki}}^{\prime }}{Z_{\mathit{\delta s}}^{\prime }\cdot \left(x_{\mathit{\delta s}}^{\prime }-x_{\mathit{\delta b}}^{\prime }\right)}$$

  
• Hierbei ist:
  x_CT   die x-Koordinate des Schwerpunkts der Regelzelle,
  $x_{\mathit{CT}}^{\prime }=\frac{x_{\mathit{CT}}}{L}$

  

    ein dimensionsloser Wert,
  Δx_TT   der positive Abstand des Schwerpunkts vom vorderen zum hinteren Trimmzellenvolumen,
  $\mathrm{\Delta }{x}_{\mathit{TT}}^{\prime }=\frac{\mathrm{\Delta }{x}_{\mathit{TT}}}{L}$

  

    ein dimensionsloser Wert,
  x_δs   die x-Koordinate des vorderen Tiefenruders,
  $x_{\mathit{\delta s}}^{\prime }=\frac{x_{\mathit{\delta s}}}{L}$

  

    ein dimensionsloser Wert,
  x_δb   die x-Koordinate des hinteren Tiefenruders,
  $x_{\mathit{\delta b}}^{\prime }=\frac{x_{\mathit{\delta b}}}{L}$

  

    ein dimensionsloser Wert,
  V_CT   das Füllvolumen der Regelzelle,
  $V_{\mathit{CT}}^{\prime }=\frac{V_{\mathit{CT}}}{\frac{1}{2}{L}^3}$

  

    ein dimensionsloser Wert,
  V_TT   die Trimmzellenfüllung, wobei das Trimmmoment M_TT =- ρ·Δx_TT ·V_TT ist,
  $V_{\mathit{TT}}^{\prime }=\frac{V_{\mathit{TT}}}{\frac{1}{2}{L}^3}$

  

    ein dimensionsloser Wert.
• Wie bereits ausgeführt, werden die Ruderwinkel über $\frac{1}{u_{\mathit{ki}}^2}$

  

  aufgetragen. Die Steigung dieser Geraden ist nicht relevant, entscheidet ist der für null und somit für $u_{\mathit{ki}}^2$

  

  gegen unendlich extrapolierte Grenzwert. Die x-Koordinaten von Trimm- und Regelzellen und Ruderposition sind aus der Bootsgeometrie bekannt.
• Durch Subtraktion der aus den Schritten a) bis d) ermittelten Werten bei verschiedenen Trimm-und Gewichtszuständen gemessenen Ruderwinkel gemäß $$\mathrm{\Delta }{\delta }_{\mathit{si}}\left(u_i\right)={\delta }_{s2i}\left(u_i\right)-{\delta }_{s1i}\left(u_i\right)$$

  

  und $$\mathrm{\Delta }{\delta }_{\mathit{bi}}\left(u_i\right)={\delta }_{b2i}\left(u_i\right)-{\delta }_{b1i}\left(u_i\right)$$

  

  werden die Werte $$Z_{\mathit{\delta si}}^{\prime }=-\frac{g\cdot L}{2}\left(\frac{\cos \left({\varphi }_{\mathit{ki}}\right)}{u_{\mathit{ki}}^2}+\frac{\cos \left({\varphi }_{\mathit{ki}}\right)}{u_{2i}^2}\right)\frac{\left(x_{\mathit{CT}}^{\prime }-x_{\mathit{\delta b}}^{\prime }\right)\cdot \mathrm{\Delta }{V}_{\mathit{CT}}^{\prime }+\mathrm{\Delta }{x}_{\mathit{TT}}^{\prime }\cdot \mathrm{\Delta }{V}_{\mathit{TT}}^{\prime }}{f_x\cdot \mathrm{\Delta }{\delta }_{\mathit{si}}\cdot \left(x_{\mathit{\delta s}}^{\prime }-x_{\mathit{\delta b}}^{\prime }\right)}$$

  

  und $$Z_{\mathit{\delta bi}}^{\prime }=-\frac{g\cdot L}{2}\left(\frac{\cos \left({\varphi }_{\mathit{ki}}\right)}{u_{\mathit{ki}}^2}+\frac{\cos \left({\varphi }_{\mathit{ki}}\right)}{u_{2i}^2}\right)\frac{\left(x_{\mathit{CT}}^{\prime }-x_{\mathit{\delta s}}^{\prime }\right)\cdot \mathrm{\Delta }{V}_{\mathit{CT}}^{\prime }+\mathrm{\Delta }{x}_{\mathit{TT}}^{\prime }\cdot \mathrm{\Delta }{V}_{\mathit{TT}}^{\prime }}{f_x\cdot \mathrm{\Delta }{\delta }_{\mathit{bi}}\cdot \left(x_{\mathit{\delta s}}^{\prime }-x_{\mathit{\delta b}}^{\prime }\right)}$$

  

  ermittelt. Die Koeffizienten $Z_{\mathit{\delta s}}^{\prime }$

  

  und $Z_{\mathit{\delta b}}^{\prime }$

  

  ergeben sich daraus als Mittelwerte.
• Daraus ergeben sich dann die Koeffizienten zur Beschreibung des Stampfmoments: $$M_{\mathit{\delta s}}^{\prime }=-Z_{\mathit{\delta s}}^{\prime }\cdot x_{\mathit{\delta s}}^{\prime }$$

  

  $$M_{\mathit{\delta b}}^{\prime }=-Z_{\mathit{\delta b}}^{\prime }\cdot x_{\mathit{\delta b}}^{\prime }$$

  

  sowie: $$Z_{\ast }^{\prime }=-f_x\cdot Z_{\mathit{\delta s}}^{\prime }\cdot {\delta }_{\mathit{sn}}-Z_{\mathit{\delta b}}^{\prime }\cdot {\delta }_{\mathit{bn}}$$

  

  $$M_{\ast }^{\prime }=-f_x\cdot M_{\mathit{\delta s}}^{\prime }\cdot {\delta }_{\mathit{sn}}-Z_{\mathit{\delta b}}^{\prime }\cdot {\delta }_{\mathit{bn}}$$

  

  $$V_{\mathit{CTki}}^{\prime }=-\frac{u_i^2}{g\cdot L}\cdot \frac{f_x\cdot Z_{\mathit{\delta s}}^{\prime }\cdot \left({\delta }_{\mathit{ski}}-{\delta }_{\mathit{sn}}\right)+Z_{\mathit{\delta b}}^{\prime }\cdot \left({\delta }_{\mathit{bki}}-{\delta }_{\mathit{bn}}\right)}{\cos \left({\varphi }_{\mathit{ki}}\right)}$$

  

  $$V_{\mathit{TTki}}^{\prime }=\frac{1}{\mathrm{\Delta }{x}_{\mathit{TT}}^{\prime }}\left(\frac{u_i^2}{g\cdot L}\cdot \frac{f_x\cdot M_{\mathit{\delta s}}^{\prime }\cdot \left({\delta }_{\mathit{ski}}-{\delta }_{\mathit{sn}}\right)+M_{\mathit{\delta b}}^{\prime }\cdot \left({\delta }_{\mathit{bki}}-{\delta }_{\mathit{bn}}\right)}{\cos \left({\varphi }_{\mathit{ki}}\right)}-x_{\mathit{CT}}^{\prime }\cdot V_{\mathit{CTki}}^{\prime }\right)$$

  
• Die Füllvolumen der Regelzelle V _CT1 und V _CT2 und die Trimmzellenfüllungen V _TT1 und V _TT2 für Trimm- und Gewichtszustände des Unterseebootes, gekennzeichnet durch den Index k = 1 und k = 2 ergeben sich als Mittelwerte der V _CT1i , V _CT2i , V _TT1i bzw. V _TT2i Werte.
• Insbesondere werden durch Auswertung der Versuchsreihe a) die Koeffizienten $Z_{\ast }^{\prime },$

  

  $Z_{\mathit{\delta s}}^{\prime },$

  

  $Z_{\mathit{\delta b}}^{\prime },$

  

  $M_{\ast }^{\prime }$

  

  , $M_{\mathit{\delta s}}^{\prime }$

  

  und $M_{\mathit{\delta b}}^{\prime },$

  

  die Füllvolumen der Regelzelle V _CT1 und V _CT2, die Trimmzellenfüllungen V _TT1 und V _TT2 und die Ruderwinkel δ_sn und δ_bn für auftrieb- und momentfreie Fahrt bestimmt.
• Anschließend werden die in den Schritten e) bis l) ermittelten Messwerte für die Fahrten mit achter-oder vorlastig statisch vertrimmten Boot ausgewertet.
• Hierbei gilt: $$\left(\begin{array}{ccc}{Z}_W^{\prime }& Z_{W\left|W\right|}^{\prime }& Z_{\mathit{\delta s\eta }}^{\prime }\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}\tan \left({\theta }_i\right)\\ \tan \left({\theta }_i\right)\left|\tan \left({\theta }_i\right)\right|\\ f_x\cdot \left({\eta }_i\cdot C-1\right)\cdot {\delta }_{\mathit{si}}\end{array}\right)=-\frac{g\cdot L\cdot V_{\mathit{CTi}}^{\prime }}{u_i^2}\cdot \cos \left({\theta }_i\right)\cdot \cos \left({\varphi }_i\right)-Z_{\mathit{\delta s}}^{\prime }\cdot f_x\cdot \left({\delta }_{\mathit{si}}-{\delta }_{\mathit{sn}}\right)-Z_{\mathit{\delta b}}^{\prime }\cdot \left({\delta }_{\mathit{bi}}-{\delta }_{\mathit{bn}}\right)$$

  

  $$\left(\begin{array}{cccc}{M}_W^{\prime }& M_{W\left|W\right|}^{\prime }& M_{\mathit{\delta s\eta }}^{\prime }& z_{\mathit{GB}}^{\prime }\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}\tan \left({\theta }_i\right)\\ \tan \left({\theta }_i\right)\left|\tan \left({\theta }_i\right)\right|\\ f_x\cdot \left({\eta }_i\cdot C-1\right)\cdot {\delta }_{\mathit{si}}\\ -\frac{g\cdot L\cdot V\prime }{u_i^2}\cdot \sin \left({\theta }_i\right)\end{array}\right)=\frac{g\cdot L}{u_i^2}\cdot \left[\left(x_{\mathit{CT}}^{\prime }\cdot V_{\mathit{CTi}}^{\prime }+x_{\mathit{TT}}^{\prime }\cdot V_{\mathit{TTi}}^{\prime }\right)\cdot \cos \left({\theta }_i\right)\cdot \cos \left({\varphi }_i\right)+z_{\mathit{CT}}^{\prime }\cdot V_{\mathit{CTi}}^{\prime }\cdot \sin \left({\theta }_i\right)\right]-M_{\mathit{\delta s}}^{\prime }\cdot f_x\cdot \left({\delta }_{\mathit{si}}-{\delta }_{\mathit{sn}}\right)-M_{\mathit{\delta b}}^{\prime }\cdot \left({\delta }_{\mathit{bi}}-{\delta }_{\mathit{bn}}\right)$$

  
• Hierbei ist:
  z_GB   der Stabilitätshebelarm z_GB = z_Gn - z_B ,
  $z_{\mathit{GB}}^{\prime }=\frac{z_{\mathit{GB}}}{L}$

  

    ein dimensionsloser Wert,
  z_Gn   die z-Komponente des Gewichtsschwerpunkts des Bootes einschließlich gefluteter Freiräume für den Zustand der auftriebs- und momentfreien Fahrt,
  z_B   die z-Koordinate des Auftriebsschwerpunkts der Formverdrängung im bootsfesten Koordinatensystem.
• Die Ermittlung erfolgt aus den gemessenen Daten mittels multilinearer Regression unter Verwendung der bereits aus a) bekannten Größen.
  Insbesondere werden hierbei die Koeffizienten $Z_w^{\prime },$

  

  $Z_{w\left|w\right|}^{\prime },$

  

  $Z_{\mathit{\delta s\eta }}^{\prime },$

  

  $M_w^{\prime },$

  

  $M_{w\left|w\right|}^{\prime },$

  

  und $M_{\mathit{\delta s\eta }}^{\prime }$

  

  und der Stabilitätshebelarm z_GB bestimmt.
• In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zur Bestimmung von hydrodynamischen Koeffizienten werden zusätzlich zu den Schritten a) bis d) die folgenden Schritte ausgeführt:
• n) beschleunigungsfreie Fahrt mit ebenem Kiel bei konstanter Tiefe und bei einer dritten ersten Geschwindigkeit und einer ersten ersten Trimmlage,
• o) beschleunigungsfreie Fahrt mit ebenem Kiel bei konstanter Tiefe und bei einer dritten ersten Geschwindigkeit und einer zweiten ersten Trimmlage.
• Besonders bevorzugt werden weitere erste Geschwindigkeiten, insbesondere insgesamt fünf bis acht erste Geschwindigkeiten, besonders bevorzugt sechs erste Geschwindigkeiten, verwendet.
• In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zur Bestimmung von hydrodynamischen Koeffizienten werden zusätzlich zu den Schritten e) bis h) die folgenden Schritte ausgeführt:
• p) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei einer dritten zweiten Geschwindigkeit und einer ersten vorderen Tiefenruderlage und einer ersten Trimmtankfüllung,
• q) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei einer dritten zweiten Geschwindigkeit und einer zweiten vorderen Tiefenruderlage und einer ersten Trimmtankfüllung,
• r) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei einer dritten zweiten Geschwindigkeit und einer ersten vorderen Tiefenruderlage und einer zweiten Trimmtankfüllung,
• s) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei einer dritten zweiten Geschwindigkeit und einer zweiten vorderen Tiefenruderlage und einer zweiten Trimmtankfüllung.
• Besonders bevorzugt werden weitere zweite Geschwindigkeiten, insbesondere insgesamt vier bis acht zweite Geschwindigkeiten, besonders bevorzugt fünf zweite Geschwindigkeiten, verwendet.
• In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zur Bestimmung von hydrodynamischen Koeffizienten sind die ersten Geschwindigkeiten ausgewählt aus dem Bereich von 4 kn bis 25 kn, bevorzugt aus dem Bereich von 5 kn bis 20 kn, besonders bevorzugt aus dem Bereich von 6 kn bis 15 kn.
• In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zur Bestimmung von hydrodynamischen Koeffizienten sind die zweiten Geschwindigkeiten ausgewählt aus dem Bereich von 4 kn bis 25 kn, bevorzugt aus dem Bereich von 5 kn bis 20 kn, besonders bevorzugt aus dem Bereich von 6 kn bis 14 kn.
• In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zur Bestimmung von hydrodynamischen Koeffizienten wird als ersten vorderen Tiefenruderlage ein Winkel von + 15° bis + 25°, insbesondere von + 18° bis + 22° gewählt wird und dass als zweite vorderen Tiefenruderlage ein Winkel von - 15° bis - 25°, insbesondere von - 18° bis - 22° gewählt.
• In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zur Bestimmung von hydrodynamischen Koeffizienten wird das Verfahren derart durchgeführt, dass die Tauchtiefe so gewählt wird, dass wenigstens 25 m, bevorzugt wenigstens 50 m, besonders bevorzugt wenigstes die Länge des Unterseeboots, Wasser über dem Unterseeboot und wenigstens 25 m, bevorzugt wenigstens 50 m, besonders bevorzugt wenigstes die Länge des Unterseeboots, Wasser unter dem Unterseeboot sind.
• Dieses Verfahren bestimmt die hydrodynamischen Koeffizienten im unbeeinflussten Tiefwasserbereich.
• In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zur Bestimmung von hydrodynamischen Koeffizienten wird das Verfahren derart durchgeführt, dass die Tauchtiefe so gewählt wird, dass weniger als 25 m, bevorzugt weniger als 15 m, Wasser über dem Unterseeboot und wenigstens 25 m, bevorzugt wenigstens 50 m, besonders bevorzugt wenigstes die Länge des Unterseeboots, Wasser unter dem Unterseeboot sind.
• Dieses Verfahren bestimmt die hydrodynamischen Koeffizienten im oberflächennahen Bereich und ist zum Beispiel für Schnorchelfahrt wichtig. Dieses Verfahren wird bevorzugt zusätzlich zum Bestimmung im unbeeinflussten Tiefwasserbereich verwendet.
• In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zur Bestimmung von hydrodynamischen Koeffizienten wird das Verfahren derart durchgeführt, dass die Tauchtiefe so gewählt wird, dass wenigstens 25 m, bevorzugt wenigstens 50 m, besonders bevorzugt wenigstes die Länge des Unterseeboots, Wasser über dem Unterseeboot und weniger als 25 m, bevorzugt weniger als 15 m, Wasser unter dem Unterseeboot sind.
• Dieses Verfahren bestimmt die hydrodynamischen Koeffizienten im grundnahen Bereich und ist zum Beispiel für getauchte Fahrten im Flachwasser wichtig. Dieses Verfahren wird bevorzugt zusätzlich zum Bestimmung im unbeeinflussten Tiefwasserbereich verwendet.
• In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zur Bestimmung von hydrodynamischen Koeffizienten werden während der beschleunigungsfreien Fahrten jeweils die Geschwindigkeit u des Unterseeboots, der vordere Tiefenruderwinkel δ_s , der hintere Tiefenruderwinkel δ_b , die Volumenänderung der Trimmtanks ΔV_TT und die Volumenänderung der Regelzelle ΔV_CT erfasst.
• In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zur Bestimmung von hydrodynamischen Koeffizienten werden während der beschleunigungsfreien Fahrten zusätzlich die Umdrehungsgeschwindigkeit n der Schraube und der Trimmwinkel θ erfasst.
• In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zur Bestimmung von hydrodynamischen Koeffizienten werden während der beschleunigungsfreien Fahrten jeweils zusätzlich der Rollwinkel φ und Volumenänderung des Ballasttanks ΔV_CT erfasst.
• In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zur Bestimmung von hydrodynamischen Koeffizienten wird während des Verfahrens die Gewichtsverteilung im Unterseeboot bis auf die gezielten Änderungen konstant gehalten. Insbesondere wird darauf geachtet, dass die Besatzung ihre Position nicht verändert, da dieses zu nicht erfassbaren Masseverschiebungen führt und somit die Messgenauigkeit des Verfahrens verringert.
• In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zur Bestimmung von hydrodynamischen Koeffizienten werden im Schritt m) die Koeffizienten $Z_{\ast }^{\prime },$

  

  $Z_{\mathit{\delta s}}^{\prime },$

  

  $Z_{\mathit{\delta b}}^{\prime },$

  

  $M_{\ast }^{\prime },$

  

  $M_{\mathit{\delta s}}^{\prime }$

  

  und $M_{\mathit{\delta b}}^{\prime },$

  

  die Füllvolumen der Regelzelle V _CT1 und V _CT2, die Trimmzellenfüllungen V _TT1 und V _TT2 und die Ruderwinkel δ_sn und δ_bn für auftrieb- und momentfreie Fahrt bestimmt.
• In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zur Bestimmung von hydrodynamischen Koeffizienten werden die erste erste Trimmlage und die zweite erste Trimmlage um 500 kNm ± 50 kNm unterschiedlich gewählt.
• In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zur Bestimmung von hydrodynamischen Koeffizienten werden in den Schritten e) und l) eine erste zweite Trimmlage und eine zweite zweite Trimmlage gewählt, wobei die erste zweite Trimmlage und die zweite zweite Trimmlage um 1000 kNm ± 100 kNm unterschiedlich gewählt werden.
• In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zur Bestimmung von hydrodynamischen Koeffizienten werden in Schritt m) die Koeffizienten $Z_w^{\prime },$

  

  $Z_{w\left|w\right|}^{\prime },$

  

  $Z_{\mathit{\delta s\eta }}^{\prime },$

  

  $M_w^{\prime },$

  

  $M_{w\left|w\right|}^{\prime },$

  

  und $M_{\mathit{\delta s\eta }}^{\prime }$

  

  und der Stabilitätshebelarm z_GB bestimmt.
• Bei beschleunigungsfreien Fahrten des Unterseebootes werden durch Änderung von Tankfüllungen aufgebrachte statische Kräfte durch Strömungskräfte an Ruder und Rumpf kompensiert. Da die Strömungskräfte in getauchter Fahrt mit dem Quadrat der Fahrgeschwindigkeit anwachsen, während die statischen Kräfte konstant bleiben, ergibt sich die Möglichkeit, die Strömungskräfte bzw. hydrodynamischen Koeffizienten aus der Kompensation von bekannten statisch eingeleiteten Gewichtskräften mit bisher nicht erreichter Genauigkeit zu bestimmen. Alle Messfahrten werden bei verschiedenen konstanten Geschwindigkeiten und verschiedenen vorgegebenen Trimmwinkeln des Bootes durch entsprechendes Legen von vorderem und hinterem Tiefenruder auf konstanter Tiefe durchgeführt. Damit ergibt sich die Möglichkeit, hydrodynamische Koeffizienten in Abhängigkeit von der Tauchtiefe des Bootes bzw. vom Abstand des Bootes zur Wasseroberfläche zu bestimmen.
• In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Vorrichtung ausgebildet während des Betriebs im zweiten Betriebszustand bei geeignetem vorgegebenen Kurs in den ersten Betriebszustand zu wechseln.
• In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur automatischen Steuerung eines Unterwasserfahrzeugs, wobei das Verfahren zur automatischen Steuerung eines Unterwasserfahrzeugs ein Verfahren zur Bestimmung von hydrodynamischen Koeffizienten und ein Verfahren zur Berechnung der Steuermaßnahmen aufweist.
• Das Verfahren zur automatischen Steuerung weist die folgenden Schritte auf:
1. I) Bestimmung von hydrodynamischen Koeffizienten mittels des Verfahrens zur Bestimmung von hydrodynamischen Koeffizienten,
2. II) Steuerung des Unterwasserfahrzeugs unter Verwendung der in Schritt I) ermittelten hydrodynamischen Koeffizienten.
• Das Verfahren zur Bestimmung von hydrodynamischen weist die folgenden Schritte auf:
1. a) beschleunigungsfreie Fahrt mit ebenem Kiel bei konstanter Tiefe und bei einer ersten ersten Geschwindigkeit und einer ersten ersten Trimmlage,
2. b) beschleunigungsfreie Fahrt mit ebenem Kiel bei konstanter Tiefe und bei der ersten ersten Geschwindigkeit und einer zweiten ersten Trimmlage,
3. c) beschleunigungsfreie Fahrt mit ebenem Kiel bei konstanter Tiefe und bei einer zweiten ersten Geschwindigkeit und der ersten ersten Trimmlage,
4. d) beschleunigungsfreie Fahrt mit ebenem Kiel bei konstanter Tiefe und bei der zweiten ersten Geschwindigkeit und der zweiten ersten Trimmlage,
5. e) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei einer ersten zweiten Geschwindigkeit und einer ersten vorderen Tiefenruderlage und einer ersten Trimmtankfüllung,
6. f) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei der ersten zweiten Geschwindigkeit und einer zweiten vorderen Tiefenruderlage und der ersten Trimmtankfüllung,
7. g) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei der ersten zweiten Geschwindigkeit und der ersten vorderen Tiefenruderlage und einer zweiten Trimmtankfüllung,
8. h) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei der ersten zweiten Geschwindigkeit und der zweiten vorderen Tiefenruderlage und der zweiten Trimmtankfüllung,
9. i) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei einer zweiten zweiten Geschwindigkeit und der ersten vorderen Tiefenruderlage und der ersten Trimmtankfüllung,
10. j) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei der zweiten zweiten Geschwindigkeit und der zweiten vorderen Tiefenruderlage und der ersten Trimmtankfüllung,
11. k) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei der zweiten zweiten Geschwindigkeit und der ersten vorderen Tiefenruderlage und der zweiten Trimmtankfüllung,
12. l) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei der zweiten zweiten Geschwindigkeit und der zweiten vorderen Tiefenruderlage und der zweiten Trimmtankfüllung,
13. m) Ermitteln von hydrodynamischen Koeffizienten aus den in den vorhergehenden Schritten ermittelten Messgrößen,
wobei die Schritte a) bis l) in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden. Der Schritt m) wird nach den Schritten a) bis l) durchgeführt.
• Die weiter oben ausgeführten weiteren Ausführungsformen des Verfahrens zur Bestimmung von hydrodynamischen Koeffizienten sind hier entsprechend.
• In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung prüft das Verfahren in Schritt II), ob das mit den hydrodynamischen Koeffizienten vorhergesagte Steuerungsverhalten des Unterwasserfahrzeugs mit dem realen Steuerungsverhalten des Unterwasserfahrzeugs übereinstimmt.
• In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird bei einer Abweichung im Steuerungsverhalten Schritt I) erneut durchgeführt.
• In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird in Schritt II) geprüft, ob innerhalb einer vorgegebenen Steuervorgabe Schritt I) durchführbar ist.
• In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann in Schritt II) ein Wechsel zu Schritt I) verhindert werden.
• In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist Schritt I) des Verfahrens nicht während der Betriebsarten Schleichfahrt und Gefecht einsetzbar ist.
• Fig. 1 Darstellung der Vektoren und Winkel am Unterseeboot
• In Fig. 1 sind die Winkel und Größen am Beispiel eines Unterseeboots mit Kreuzruder gezeigt.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Steuerung eines Unterwasserfahrzeugs, wobei das Unterwasserfahrzeug wenigstens ein vorderes Tiefenruder und wenigstens ein hinteres Tiefenruder aufweist, wobei das Unterwasserfahrzeug wenigstens einen ersten Ballasttank und wenigstens einen ersten Trimmtank und wenigstens einen zweiten Trimmtank aufweist, wobei die Vorrichtung zur Steuerung Mittel zur Ansteuerung des wenigstens einen vorderen Tiefenruders, des wenigstens einen hinteren Tiefenruders, des wenigstens einen ersten Ballasttanks, des wenigstens einen ersten Trimmtanks und des wenigstens einen zweiten Trimmtanks aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Durchführung eines ersten Betriebszustands und zur Durchführung eines zweiten Betriebszustands ausgebildet ist, wobei die Vorrichtung im ersten Betriebszustand automatisch ein Verfahren zur Bestimmung von hydrodynamischen Koeffizienten durchführt und im zweiten Betriebszustand das Unterwasserfahrzeug gemäß einem vorgegebenem Kurs steuert, wobei im zweiten Betriebszustand die im ersten Betriebszustand bestimmten hydrodynamischen Koeffizienten verwendet werden, wobei das Verfahren zur Bestimmung von hydrodynamischen Koeffizienten die folgenden Schritte aufweist:

   a) beschleunigungsfreie Fahrt mit ebenem Kiel bei konstanter Tiefe und bei einer ersten ersten Geschwindigkeit und einer ersten ersten Trimmlage,

   b) beschleunigungsfreie Fahrt mit ebenem Kiel bei konstanter Tiefe und bei der ersten ersten Geschwindigkeit und einer zweiten ersten Trimmlage,

   c) beschleunigungsfreie Fahrt mit ebenem Kiel bei konstanter Tiefe und bei einer zweiten ersten Geschwindigkeit und der ersten ersten Trimmlage,

   d) beschleunigungsfreie Fahrt mit ebenem Kiel bei konstanter Tiefe und bei der zweiten ersten Geschwindigkeit und der zweiten ersten Trimmlage,

   e) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei einer ersten zweiten Geschwindigkeit und einer ersten vorderen Tiefenruderlage und einer ersten Trimmtankfüllung,

   f) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei der ersten zweiten Geschwindigkeit und einer zweiten vorderen Tiefenruderlage und der ersten Trimmtankfüllung,

   g) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei der ersten zweiten Geschwindigkeit und der ersten vorderen Tiefenruderlage und einer zweiten Trimmtankfüllung,

   h) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei der ersten zweiten Geschwindigkeit und der zweiten vorderen Tiefenruderlage und der zweiten Trimmtankfüllung,

   i) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei einer zweiten zweiten Geschwindigkeit und der ersten vorderen Tiefenruderlage und der ersten Trimmtankfüllung,

   j) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei der zweiten zweiten Geschwindigkeit und der zweiten vorderen Tiefenruderlage und der ersten Trimmtankfüllung,

   k) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei der zweiten zweiten Geschwindigkeit und der ersten vorderen Tiefenruderlage und der zweiten Trimmtankfüllung,

   l) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei der zweiten zweiten Geschwindigkeit und der zweiten vorderen Tiefenruderlage und der zweiten Trimmtankfüllung,

   m) Ermitteln von hydrodynamischen Koeffizienten aus den in den vorhergehenden Schritten ermittelten Messgrößen,

   wobei die Schritte a) bis l) in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden, wobei der Schritt m) nach den Schritten a) bis l) durchgeführt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung während des Betriebs im zweiten Betriebszustand ausgebildet ist, bei geeignetem vorgegebenen Kurs in den ersten Betriebszustand zu wechseln.
3. Verfahren zur automatischen Steuerung eines Unterwasserfahrzeugs, wobei das Verfahren zur automatischen Steuerung eines Unterwasserfahrzeugs ein Verfahren zur Bestimmung von hydrodynamischen Koeffizienten und ein Verfahren zur Berechnung der Steuermaßnahmen aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

   I) Bestimmung von hydrodynamischen Koeffizienten mittels des Verfahrens zur Bestimmung von hydrodynamischen Koeffizienten,

   II) Steuerung des Unterwasserfahrzeugs unter Verwendung der in Schritt I) ermittelten hydrodynamischen Koeffizienten,

   wobei das Verfahren zur Bestimmung von hydrodynamischen Koeffizienten die folgenden Schritte aufweist:

   a) beschleunigungsfreie Fahrt mit ebenem Kiel bei konstanter Tiefe und bei einer ersten ersten Geschwindigkeit und einer ersten ersten Trimmlage,

   b) beschleunigungsfreie Fahrt mit ebenem Kiel bei konstanter Tiefe und bei der ersten ersten Geschwindigkeit und einer zweiten ersten Trimmlage,

   c) beschleunigungsfreie Fahrt mit ebenem Kiel bei konstanter Tiefe und bei einer zweiten ersten Geschwindigkeit und der ersten ersten Trimmlage,

   d) beschleunigungsfreie Fahrt mit ebenem Kiel bei konstanter Tiefe und bei der zweiten ersten Geschwindigkeit und der zweiten ersten Trimmlage,

   e) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei einer ersten zweiten Geschwindigkeit und einer ersten vorderen Tiefenruderlage und einer ersten Trimmtankfüllung,

   f) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei der ersten zweiten Geschwindigkeit und einer zweiten vorderen Tiefenruderlage und der ersten Trimmtankfüllung,

   g) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei der ersten zweiten Geschwindigkeit und der ersten vorderen Tiefenruderlage und einer zweiten Trimmtankfüllung,

   h) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei der ersten zweiten Geschwindigkeit und der zweiten vorderen Tiefenruderlage und der zweiten Trimmtankfüllung,

   i) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei einer zweiten zweiten Geschwindigkeit und der ersten vorderen Tiefenruderlage und der ersten Trimmtankfüllung,

   j) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei der zweiten zweiten Geschwindigkeit und der zweiten vorderen Tiefenruderlage und der ersten Trimmtankfüllung,

   k) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei der zweiten zweiten Geschwindigkeit und der ersten vorderen Tiefenruderlage und der zweiten Trimmtankfüllung,

   l) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei der zweiten zweiten Geschwindigkeit und der zweiten vorderen Tiefenruderlage und der zweiten Trimmtankfüllung,

   m) Ermitteln von hydrodynamischen Koeffizienten aus den in den vorhergehenden Schritten ermittelten Messgrößen,

   wobei die Schritte a) bis l) in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden, wobei der Schritt m) nach den Schritten a) bis l) durchgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in Schritt II) prüft, ob das mit den hydrodynamischen Koeffizienten vorhergesagte Steuerungsverhalten des Unterwasserfahrzeugs mit dem realen Steuerungsverhalten des Unterwasserfahrzeugs übereinstimmt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Abweichung im Steuerungsverhalten Schritt I) erneut durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt II) geprüft wird, ob innerhalb einer vorgegebenen Steuervorgabe Schritt I) durchführbar ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt II) ein Wechsel zu Schritt I) verhindert werden kann.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren Schritt I) nicht während der Betriebsarten Schleichfahrt und Gefecht einsetzbar ist.

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