EP3693262A1 - Active stabilisation device and method - Google Patents

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EP3693262A1
EP3693262A1 EP20154090.3A EP20154090A EP3693262A1 EP 3693262 A1 EP3693262 A1 EP 3693262A1 EP 20154090 A EP20154090 A EP 20154090A EP 3693262 A1 EP3693262 A1 EP 3693262A1
Authority
EP
European Patent Office
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stabilization
axis
stabilizing
angle
edge
Prior art date
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Granted
Application number
EP20154090.3A
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German (de)
French (fr)
Other versions
EP3693262B1 (en
Inventor
Holger Spardel
Chriistian Thieme
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SKF Marine GmbH
Original Assignee
SKF Marine GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by SKF Marine GmbH filed Critical SKF Marine GmbH
Publication of EP3693262A1 publication Critical patent/EP3693262A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP3693262B1 publication Critical patent/EP3693262B1/en
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B39/00—Equipment to decrease pitch, roll, or like unwanted vessel movements; Apparatus for indicating vessel attitude
    • B63B39/06—Equipment to decrease pitch, roll, or like unwanted vessel movements; Apparatus for indicating vessel attitude to decrease vessel movements by using foils acting on ambient water
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B39/00—Equipment to decrease pitch, roll, or like unwanted vessel movements; Apparatus for indicating vessel attitude
    • B63B39/06—Equipment to decrease pitch, roll, or like unwanted vessel movements; Apparatus for indicating vessel attitude to decrease vessel movements by using foils acting on ambient water
    • B63B39/062—Equipment to decrease pitch, roll, or like unwanted vessel movements; Apparatus for indicating vessel attitude to decrease vessel movements by using foils acting on ambient water the foils being mounted on outriggers or the like, e.g. antidrift hydrofoils for sail boats
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B39/00—Equipment to decrease pitch, roll, or like unwanted vessel movements; Apparatus for indicating vessel attitude
    • B63B39/06—Equipment to decrease pitch, roll, or like unwanted vessel movements; Apparatus for indicating vessel attitude to decrease vessel movements by using foils acting on ambient water
    • B63B2039/067—Equipment to decrease pitch, roll, or like unwanted vessel movements; Apparatus for indicating vessel attitude to decrease vessel movements by using foils acting on ambient water effecting motion dampening by means of fixed or movable resistance bodies, e.g. by bilge keels

Definitions

  • the invention relates first of all to an active stabilization device for the primary damping of rolling movements of a watercraft, in particular a ship, with at least one positioning device with an output pin and with a stabilization surface attached to the output pin in the area of its root, the stabilization surface having a leading edge and a trailing edge and the Stabilization surface is arranged under water.
  • the invention relates to a method for operating an active stabilization device, in particular according to one of claims 1 to 8, for the primary damping of rolling movements of a watercraft, in particular a ship, that is essentially not moving through the water.
  • active stabilization devices for damping, in particular, rolling movements of the hull are known in a wide range of variations.
  • stabilization devices have been proposed in which undesired trunk movements are damped by heavy rotating masses.
  • active fin stabilizers at least one wing-like fin stabilizer is swiveled out on the port and starboard side of the hull until each of the two fin stabilizers has assumed an approximately perpendicular position to the hull.
  • the buoyancy and downforce of the fin stabilizers are each adjusted so that they counteract as effectively as possible a roll movement of the trunk measured by sensors.
  • damping of the rolling movements of the trunk of 80% and more can be achieved.
  • the variation of the angle of attack of the fin stabilizers by means of corresponding hydraulic actuators is not sufficient, since the fin stabilizers cannot generate sufficiently high hydrodynamic forces in this way. Rather, it is necessary in a watercraft that is not moving or only slowly moving through the water, the fin stabilizers z. B. by means of further hydraulic actuators actively and with sufficient speed at a constant angle of attack through the water to swivel back and forth to build up the hydrodynamic forces necessary to reduce the unwanted rolling movements of the hull of the watercraft.
  • Another possibility is, for example, to quickly change the angle of attack of the stabilization surface with a constant pivoting angle in order to build up the forces required to stabilize the torso through the paddle movement generated in this way.
  • a slight change in the angle of attack is only provided in the two positions of the pivoting movement of the fin stabilizers, which results in considerable restrictions with regard to the efficiency of the known active stabilization devices.
  • An object of the invention is to provide an active stabilization device for damping, in particular, rolling movements of a watercraft, which enables an increased damping effect with reduced stabilization areas.
  • an object of the invention is to provide a method for operating such a stabilization device.
  • the stabilizing surface can be pivoted about a pivot axis by a pivot angle and at the same time rotated about an axis of rotation by means of the positioning device. Due to the superimposition or the simultaneous execution of pivoting and rotating movements of the at least one stabilization device, complex spatial movement patterns of the stabilization surface under water about a rotational and pivoting axis can be implemented, resulting in more effective damping of rolling movements in particular of the watercraft with a significantly reduced stabilization surface results. Furthermore, there is an increased effectiveness of the stabilization device at a speed of approximately zero knots or a low speed of the watercraft of up to 4 knots.
  • the stabilization device requires less installation space in a hull of a watercraft.
  • the positioning device can rotate the stabilization surface by means of the output pin, for example by up to ⁇ 60 ° or 120 ° around the axis of rotation, in each case relative to the horizontal or the idealized water line.
  • a maximum swivel angle of the output pin about the swivel axis, starting from a longitudinal fuselage axis, is, for example, between 0 ° and approx. 160 °.
  • the pivoting angle of the stabilization surface can be up to ⁇ 60 ° or 120 ° when the stabilization device is in operation, in order to avoid contact with the hull.
  • a vertical axis (yaw axis) runs essentially parallel to the weight or gravity.
  • the pivot axis of the stabilization surface can run at an angle between 0 ° up to and including 45 ° or more in relation to the vertical axis.
  • the stabilization surface can preferably be rotated about the axis of rotation by an angle of incidence of up to ⁇ 60 °. This results in a flow resistance that is not too high when the stabilizing surface is pivoted through the water.
  • a radius of curvature of the leading edge of the stabilizing surface to create a leading edge is greater than a radius of curvature of the trailing edge.
  • a first recess is preferably provided in the region of the root of the stabilization surface on the inflow edge side and / or a second recess on the downstream edge side is provided within the stabilization surface. This avoids mechanical contact with the fuselage when the stabilizing surface is pivoted and at the same time increases the pivoting range of the stabilizing surface.
  • a non-rotating flow edge inflow body is arranged in the region of the driven pin, which is at least partially outside the fuselage depending on the swivel angle.
  • the inflow body which acts as a spoiler, allows the hydrodynamic flow properties in the area of the driven pin to be optimized.
  • the inflow body on the flow edge is oriented essentially parallel to the longitudinal axis of the fuselage. Due to the missing angle of attack or an angle of attack of 0 ° or only a small angle of attack of the flow body, there is no appreciable increase in resistance when the stabilizing surface is pivoted.
  • a cross-sectional geometry of the inflow body on the flow edge side essentially corresponds to a cross-sectional geometry of the stabilization surface in the region of the inflow edge near the fuselage. In this way, turbulence in a boundary zone between the inflow body and the stabilization surface can be minimized.
  • the hull of the watercraft preferably has at least one receiving pocket for preferably completely receiving an assigned stabilizing surface.
  • the at least one stabilizing surface can ideally be accommodated completely in the associated receiving pocket when the stabilizing device is not in use in order to minimize the flow resistance of the fuselage.
  • the receiving pocket can have a larger volume than the volume necessary for completely receiving the stabilizing surface.
  • the pivot angle of the at least one stabilization surface when the stabilization device is activated about the pivot axis is between 30 ° and 150 °. This allows sufficiently high hydromechanical, in particular hydrodynamic, forces for roll damping of the watercraft to be built up when the watercraft does not move or is only moving slowly through the water. Larger swivel angles of the stabilization surface can lead to a collision with the fuselage and result in lower hydromechanical forces.
  • the stabilizing surface is preferably rotated about the axis of rotation by an angle of incidence of up to ⁇ 60 °.
  • the Figure 1 shows a highly schematic plan view of a pivotable stabilizing surface of a stabilizing device in a middle position.
  • An active stabilization device 10 of a ship 12 (not shown in detail) with a hull 14 has, inter alia, an approximately quadrangular, fin-like stabilization surface 16 which, if necessary, can be pivoted about a pivot axis S and rotated about a rotation axis D by means of a hydraulic positioning device 18 with an output pin 20 .
  • the stabilization surface 16 is connected to the output pin 20 in the area of its root 22.
  • a preferred direction of travel of the ship 12 through the water 26 is indicated by the arrow 24.
  • An optional speed v of the ship 12 which essentially does not move through the water 26 when the stabilization device 10 is in operation, is small or even in the range of zero in relation to the normal speed of travel or marching of the ship, which is synonymous in the context of this description with a speed v of the ship not exceeding 6 km / h.
  • the hull 14 of the ship 12 is generally mirror-symmetrical to a hull longitudinal axis 30, that is, the hull 14 of the ship 12 preferably has, in addition to the port-side stabilizing device 10 illustrated here, a further, mirror-symmetrical to the stabilizing device 10, but not shown in the starboard-side Stabilizing device.
  • starboard side here means right in the direction of travel of the ship 12, while “port side” defines the left in the direction of travel of the ship 12.
  • At least the stabilization surface 16 of the stabilization device 10 is always completely under water 26 in the normal operating state of the ship 12.
  • a right-angled coordinate system 32 of the fuselage 14 has one in the direction of travel of the ship 12 and running parallel to the hull longitudinal axis 30 and a perpendicular y-axis or transverse axis 34.
  • a vertical axis H runs through the intersection of the x-axis and the y-axis of the right-angled coordinate system 32 and perpendicular to the x-axis and y-axis.
  • the vertical axis H (yaw axis) is aligned parallel to the weight FG.
  • the pivot axis S coincides here with the vertical axis H of the coordinate system 32 merely by way of example, so that the stabilization surface 16 protrudes practically horizontally from the body 14. Notwithstanding this, the pivot axis S can be arranged inclined in relation to the vertical axis H of the coordinate system 32 by an angle of more than 0 ° and in this case up to 45 ° (cf. Figure 1a ).
  • the pivoting movements of the stabilizing surface 16 take place around the pivot axis S, while the rotational movements superimposed on the pivoting movements or the changes in an angle of incidence ⁇ of the stabilizing surface 16 take place around the rotational axis D.
  • the axis of rotation D of the stabilization surface 16 only coincides with the y-axis of the coordinate system 32 in the central position illustrated here.
  • the axis of rotation D runs parallel in relation to a leading edge 40 and a trailing edge 42 of the stabilization surface 16. Deviating from this, a non-parallel course of the axis of rotation D in relation to the leading edge 40 and / or the trailing edge 42 of the stabilizing surface 16 is also possible and technically advantageous in individual cases .
  • a radius of curvature R1 of the leading edge 40 is dimensioned to be significantly larger than a radius of curvature R 2 of the trailing edge 42.
  • stabilizing surface 16 can also be connected to output pin 20 at an angle ⁇ , not shown, of, for example, ⁇ 15 ° or more.
  • the stabilizing surface 16 can be pivoted into the middle position 48 illustrated here, in which the pivoting angle ⁇ is approximately 90 °, so that the stabilizing surface 16 protrudes practically at right angles from the hull 14 of the ship 12.
  • the stabilizing surface 16 can be rotated about its axis of rotation D by an angle of incidence ⁇ in a range of approximately ⁇ 60 °.
  • the stabilization surface 16 is preferably periodically adjusted by a (relative) pivoting angle ⁇ in an angular range of in relation to the central position 48 shown here and a speed that is not too high pivoted up to ⁇ 60 ° around the pivot axis S and at the same time around the axis of rotation D by the angle of incidence ⁇ in an angular interval of also up to ⁇ 60 ° based on the horizontal in the form of the xy plane of the coordinate system 32 or a water line not shown in detail of the hull 14 of the ship 12 rotates.
  • the (absolute) angle ⁇ is between 30 ° and 150 ° (cf. in particular Fig. 2 ).
  • the positioning device 18 is activated with the help of a powerful control and / or regulating device, not shown, taking into account measured values of a complex sensor system for recording roll, pitch and yaw movements in particular, as well as the speed v of the ship 12 in the water 26 in real time. As a result, particularly efficient and effective damping of undesired rolling movements of the ship 12 about the longitudinal axis 30 of the hull is possible.
  • the stabilization device 10 can in principle be used at a speed v of zero and at a speed v of the ship 12 greater than zero.
  • the pivoting movement of the stabilizing surface 16 about the pivoting angle ⁇ and the rotational movement of the stabilizing surface 16 about the axis of rotation D are here superimposed on one another in a suitable manner.
  • the stabilizing surface 16 can ideally be completely accommodated in order to reduce the flow resistance of the fuselage 14 and to avoid turbulence, a pivoting angle ⁇ between the axis of rotation D and the longitudinal axis 30 of the fuselage being approximately 0 ° (cf. in particular. Fig. 2 ).
  • the stabilization surface 16 also has a first square recess 54 on the inflow edge side and a second square recess 56 on the outflow edge side the stabilization surface 16 avoided.
  • a first inflow body 60 on the flow edge can be provided at least in the area of the first recess 54 of the stabilizing surface 16 - as indicated in the drawing with a dotted black line - a first inflow body 60 on the flow edge can be provided.
  • the first inflow body 60 is located to a different extent outside the hull 14 of the ship 12 depending on the pivot angle ⁇ .
  • the inflow body 60 is oriented essentially parallel to the longitudinal axis 30 of the fuselage, that is, the inflow body 60 essentially does not or at least not completely accompanies the rotational movements of the stabilizing surface 16 about the axis of rotation D caused by the positioning device 18.
  • a cross-sectional geometry of the inflow body 60 also preferably corresponds to the cross-sectional geometry of the inflow edge 40 in the area of the root 22 of the stabilization surface 16 in order to minimize undesired turbulence.
  • the inflow body 60 primarily serves to optimize the hydrodynamic properties of the stabilization surface 16 in the further pivoted out state.
  • a second inflow body 62 on the trailing edge side can also be provided in the region of the second recess 56 of the stabilizing surface 16, at least in regions.
  • the first inflow body 60 ideally adjoins a first narrow side 64 of the stabilization surface 16 on the fuselage side with as little gaps as possible, and the optional second inflow body 62 also ideally adjoins a second narrow side 66 of the stabilization surface 16 on the fuselage without any gaps.
  • the Figure 1a shows a simplified cross-sectional view of the stabilization surface with an inclined pivot axis.
  • the coordinate system 32 includes the y-axis or the transverse axis 34, the x-axis running parallel to the longitudinal axis of the hull and the vertical axis H.
  • the vertical axis H runs approximately parallel to the weight FG if the hull 14 of the ship 12 is not heeled.
  • the stabilization device 10 with the hydraulic positioning device 18 is arranged in the receiving pocket 50 of the hull 14 of the ship 12.
  • the stabilizing surface 16 is attached to the output pin 20 of the positioning device 18.
  • the stabilizing surface 16 located under water 26 is at the same time pivotable about the pivot axis S and rotatable about the axis of rotation D by means of the positioning device 18.
  • the pivot axis S is arranged here inclined by an inclination angle ⁇ of 45 ° in relation to the vertical axis H, merely by way of example.
  • the Figure 2 illustrates a top view of the stabilization surface in a rest position.
  • the stabilizing surface 16 of the stabilizing device 10 is almost completely received in the receiving pocket 50 of the hull 14 of the ship 12 or pivoted into it by means of the positioning device 18.
  • the pivot angle ⁇ of the stabilization surface about the pivot axis S of the coordinate system 32 is thus approximately 0 °, so that the axis of rotation D of the stabilization surface 16 and the x-axis of the coordinate system 32 coincide.
  • the Figure 3 shows a plan view of the stabilizing surface in a rear position.
  • the stabilization surface 16 of the stabilization device 10 has assumed a pivot angle ⁇ of approximately 135 ° with respect to the x-axis of the coordinate system 32 and the axis of rotation D by moving the positioning device 18 accordingly.
  • the second narrow side 66 of the stabilizing surface 16 on the hull side almost touches the hull 14 of the ship 12 in this position, so that further pivoting of the stabilizing surface 16 in this direction is no longer indicated.
  • the first inflow body 60 indicated by a dotted black line prevents the water 26 from flowing directly onto the first narrow side 64 of the stabilization surface 16 on the fuselage side and parts of the drive pin 20, thus reducing the flow resistance of the stabilizing device 10.
  • the stabilization surface 16 can, for example, periodically between the rear position 70, symbolized by a black solid line, and a front position, shown with a dashed outline of the stabilization surface 16 Periodically pivot the (bow-side) position 72 back and forth, the stabilization device 10 simultaneously executing superimposed rotational movements about the axis of rotation D to vary the angle of attack of the stabilization surface 16 in the water 26.
  • the pivoting movement of the stabilizing surface 16 of the stabilizing device 10, shown here only as an example, corresponds, viewed in isolation, essentially to a pivoting angle ⁇ of ⁇ 45 ° in relation to the y-axis of the coordinate system 32 (transverse axis) or the central position of the stabilizing surface 16 from Fig 2 .
  • pivot angles ⁇ of up to ⁇ 60 ° in relation to the y-axis of the coordinate system 32 or the central position of the stabilizing surface 16 are possible with the aid of the positioning device 18.
  • FIG. 11 shows a perspective view of the stabilization surface in the middle layer according to FIG Fig. 1 with a negative angle of attack.
  • the hull 14 of the ship 12 with the hull longitudinal axis 30 in turn moves at the speed v through the surrounding water 26.
  • the stabilizing surface 16 of the stabilizing device 10 is swiveled out of the receiving pocket 50 of the hull 14 into the middle position by means of the positioning device 18 (cf. in particular . Fig. 1 ), so that the pivot angle, not shown here, of the stabilizing surface 16 about the pivot axis S is approximately 90 °.
  • the radius R 1 of the leading edge 40 is dimensioned significantly larger than the radius R 2 of the trailing edge 42 of the stabilizing surface 16.
  • the axis of rotation D runs approximately parallel between the leading edge 40 and the trailing edge 42 to form the section-wise drop-shaped leading edge 44.
  • a horizontal line runs parallel to the hull longitudinal axis 30 of the hull 14 of the ship 12 or approximately parallel to the waterline (not shown) of the ship 12 or the water surface or the xy plane of the coordinate system 32 of FIG Figures 1 to 3 .
  • the axis of rotation D again runs parallel to the leading edge 40 and the trailing edge 42 of the stabilizing surface 16 and defines a center plane 82 of the stabilizing surface 16. In the illustrated position of the stabilization surface 16, it is rotated by a negative angle of incidence - ⁇ or counterclockwise around the axis of rotation D, so that, among other things, a hydromechanical force F H acts on the stabilization surface 16, which is essentially opposite to the pivot axis S or . is oriented in the direction of the weight FG.
  • the hydromechanical force F H generates a corresponding torque about the longitudinal axis 30 of the hull to compensate as far as possible for rolling movements of the hull 14 of the ship 12 with the aid of the stabilization surface 16.
  • the angle of incidence - ⁇ is the result between the central planes 82 of the stabilization surface 16 and the horizontal 80.
  • the inflow body 60 is almost completely within the receiving pocket 50 and is oriented essentially parallel to the longitudinal axis 30 of the fuselage, that is, the inflow body 60 essentially does not follow the rotational movements of the stabilizing surface 16 about the axis of rotation D until the angle of attack - ⁇ is reached.
  • the Figure 5 illustrates a perspective view of the stabilizing surface in the rear position of FIG Fig. 3 with a positive angle of attack.
  • the ship 12 with the stabilizing device 10 integrated into the hull 14 moves in turn at the speed v in the direction of the arrow 24 through the surrounding water 26.
  • the stabilizing surface 16 is pivoted about the pivot axis S by the pivot angle, which is also not shown here, to such an extent that it reaches the maximum possible rear position of without direct mechanical contact with the torso 14 Fig. 3 has taken.
  • a cross-sectional geometry 84 of the first inflow body 60 corresponds at least in a transition zone 86 to the stabilization surface 16 with a cross-sectional geometry 88 of the stabilization surface 16 in this area.
  • the flow resistance of the stabilizing surface 16 in the water 26 can be significantly reduced at least at an angle of incidence ⁇ of the stabilizing surface 16 in the vicinity of 0 °, that is to say when the stabilizing surface 16 is essentially horizontally oriented.
  • the inflow body 60 is here almost completely pivoted out of the receiving pocket 50 of the fuselage 14, the inflow body 60 being oriented unchanged to the longitudinal axis 30 of the fuselage. Contrary to the representation of Fig. 4 If the stabilization surface 16 is rotated here by a positive angle of incidence of + ⁇ about the axis of rotation D or clockwise, that is, between the center plane 82 of the stabilization surface 16 and the horizontal 80 there is the incidence angle + ⁇ .
  • angles of incidence ⁇ of the stabilizing surface 16 can be represented in a range of up to ⁇ 60 ° and simultaneously superimposed pivot angles about the pivot axis S in a range of likewise up to ⁇ 60 °.
  • the method for operating the stabilization device 10 is to be used in the further course of the description by way of example with reference to FIG Figures 1 to 5 are explained, it being assumed that the speed v of the ship 12 through the water 26 is essentially zero or has a small value of up to 6 km / h.
  • the at least one stabilization surface 16 is moved, for example, starting from the middle layer 48 Figure 1 periodically by, if the hull 14 of the ship 12 is not heeled, essentially parallel to the weight FG or the force of gravity extending pivot axis S pivoted by the pivot angle ⁇ .
  • This pivoting movement is superimposed on a twisting movement of the stabilizing surface 16 about the axis of rotation D running parallel to the leading edge 40 and / or the trailing edge 42 of the stabilizing surface 16 by the angle of incidence ⁇ of up to ⁇ 60 °, so that the stabilizing surface, which is always moving under water 26 16 caused hydrodynamic forces F H cause an effective damping of the rolling movements of the watercraft.

Abstract

Die Erfindung betrifft zunächst eine aktive Stabilisierungsvorrichtung (10) zur vorrangigen Dämpfung von Rollbewegungen eines Wasserfahrzeugs, insbesondere eines Schiffs (12), mit mindestens einer Positioniereinrichtung (18) mit einem Abtriebszapfen (20) und mit einer an dem Abtriebszapfen (20) im Bereich ihrer Wurzel (22) befestigten Stabilisierungsfläche (16), wobei die Stabilisierungsfläche (16) eine Anströmkante (40) und eine Abströmkante (42) aufweist und die Stabilisierungsfläche (16) unter Wasser (26) angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Stabilisierungsfläche (16) mittels der Positioniereinrichtung (18) um eine Schwenkachse (S) um einen Schwenkwinkel (β) verschwenkbar ist und mittels der Positioniereinrichtung (18) zugleich um eine Drehachse (D) verdrehbar ist. Aufgrund der einander geeignet überlagerten Schwenk- und Drehbewegungen der mindestens einen Stabilisierungsfläche (16) der Stabilisierungsvorrichtung (10) ist eine besonders effektive Abschwächung der Rollbewegungen des Wasserfahrzeugs möglich.Weiterhin hat die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Stabilisierungsvorrichtung (10) zum Gegenstand.The invention initially relates to an active stabilization device (10) for the primary damping of rolling movements of a watercraft, in particular a ship (12), with at least one positioning device (18) with an output pin (20) and one on the output pin (20) in the area of its Stabilization surface (16) attached to the root (22), the stabilization surface (16) having a leading edge (40) and a trailing edge (42) and the stabilizing surface (16) being arranged under water (26). According to the invention, it is provided that the stabilizing surface (16) can be pivoted about a pivot axis (S) by a pivot angle (β) by means of the positioning device (18) and at the same time rotatable about an axis of rotation (D) by means of the positioning device (18). Due to the suitably superimposed pivoting and rotating movements of the at least one stabilizing surface (16) of the stabilizing device (10), a particularly effective attenuation of the rolling movements of the watercraft is possible. Furthermore, the subject matter of the invention is a method for operating such a stabilizing device (10).

Description

Die Erfindung betrifft zunächst eine aktive Stabilisierungsvorrichtung zur vorrangigen Dämpfung von Rollbewegungen eines Wasserfahrzeugs, insbesondere eines Schiffs, mit mindestens einer Positioniereinrichtung mit einem Abtriebszapfen und mit einer an dem Abtriebszapfen im Bereich ihrer Wurzel befestigten Stabilisierungsfläche, wobei die Stabilisierungsfläche eine Anströmkante und eine Abströmkante aufweist und die Stabilisierungsfläche unter Wasser angeordnet ist.
Darüber hinaus hat die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer aktiven Stabilisierungsvorrichtung, insbesondere nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, zur vorrangigen Dämpfung von Rollbewegungen eines sich im Wesentlichen nicht durch das Wasser fortbewegenden Wasserfahrzeugs, insbesondere eines Schiffs, zum Gegenstand.The invention relates first of all to an active stabilization device for the primary damping of rolling movements of a watercraft, in particular a ship, with at least one positioning device with an output pin and with a stabilization surface attached to the output pin in the area of its root, the stabilization surface having a leading edge and a trailing edge and the Stabilization surface is arranged under water.
In addition, the invention relates to a method for operating an active stabilization device, in particular according to one of claims 1 to 8, for the primary damping of rolling movements of a watercraft, in particular a ship, that is essentially not moving through the water.

Bei Wasserfahrzeugen wie Kreuzfahrtschiffen, größeren motorbetriebenen Yachten oder dergleichen sind aktive Stabilisierungsvorrichtungen zur Dämpfung von insbesondere Rollbewegungen des Rumpfes in einer großen Variationsbreite bekannt.
So sind unter anderem Stabilisierungsvorrichtungen vorgeschlagen worden, bei denen eine Bedämpfung von unerwünschten Rumpfbewegungen durch schwere rotierende Massen erfolgt. Im Fall der so genannten aktiven Flossenstabilisatoren wird auf der Backbord- und der Steuerbordseite des Rumpfes jeweils mindestens ein tragflächenartiger Flossenstabilisator soweit ausgeschwenkt, bis jeder der beiden Flossenstabilisatoren eine annähernd senkrechte Stellung zum Rumpf eingenommen hat. Durch das Verändern der Anstellwinkel der beidseits des Rumpfes ausgefahrenen und im Normalfall immer unter Wasser befindlichen Flossenstabilisatoren lassen sich wahlweise hydrodynamische Auftriebs- und Abtriebskräfte unterschiedlicher Stärke erzeugen, wenn sich das Wasserfahrzeug mit einer hinreichenden Geschwindigkeit durch das Wasser bewegt. Mittels einer geeigneten Steuer- und/oder Regeleinrichtung werden die Auftriebs- und Abtriebskräfte der Flossenstabilisatoren jeweils so eingestellt, dass sie einer mittels Sensoren gemessenen Rollbewegung des Rumpfes möglichst effektiv entgegenwirken. Hierbei sind Dämpfungen der Rollbewegungen des Rumpfes von 80% und mehr erreichbar.In watercraft such as cruise ships, larger motor-driven yachts or the like, active stabilization devices for damping, in particular, rolling movements of the hull are known in a wide range of variations.
Thus, among other things, stabilization devices have been proposed in which undesired trunk movements are damped by heavy rotating masses. In the case of so-called active fin stabilizers, at least one wing-like fin stabilizer is swiveled out on the port and starboard side of the hull until each of the two fin stabilizers has assumed an approximately perpendicular position to the hull. By changing the angle of attack of the fin stabilizers, which are extended on both sides of the hull and are normally always under water, hydrodynamic lift and downforce forces of different strengths can be generated when the watercraft moves through the water at a sufficient speed. By means of a suitable control and / or regulating device, the buoyancy and downforce of the fin stabilizers are each adjusted so that they counteract as effectively as possible a roll movement of the trunk measured by sensors. Here, damping of the rolling movements of the trunk of 80% and more can be achieved.

Bei einem sich nicht durch das Wasser aktiv bewegenden Wasserfahrzeug ist die Variation des Anstellwinkels der Flossenstabilisatoren mittels entsprechender hydraulischer Aktoren nicht ausreichend, da auf diesem Weg keine hinreichend hohen hydrodynamischen Kräfte mittels der Flossenstabilisatoren erzeugbar sind. Vielmehr ist es bei einem sich nicht oder nur langsam durch das Wasser bewegenden Wasserfahrzeug erforderlich, die Flossenstabilisatoren z. B. mittels weiterer hydraulischer Aktoren aktiv und mit hinreichender Geschwindigkeit bei konstantem Anstellwinkel durch das Wasser hin- und herzuschwenken, um die zur Abschwächung der unerwünschten Rollbewegungen des Rumpfes des Wasserfahrzeugs notwendigen hydrodynamischen Kräfte aufzubauen. Eine weitere Möglichkeit besteht beispielsweise darin, den Anstellwinkel der Stabilisierungsfläche bei konstantem Schwenkwinkel schnell zu verändern, um durch die solchermaßen erzeugte Paddelbewegung die zur Stabilisierung des Rumpfes erforderlichen Kräfte aufzubauen.
Eine geringfügige Veränderung des Anstellwinkels ist lediglich in den beiden Lagen der Schwenkbewegung der Flossenstabilisatoren vorgesehen, woraus sich hinsichtlich der Effizienz der bekannten aktiven Stabilisierungsvorrichtungen erhebliche Einschränkungen ergeben.In the case of a watercraft that is not actively moving through the water, the variation of the angle of attack of the fin stabilizers by means of corresponding hydraulic actuators is not sufficient, since the fin stabilizers cannot generate sufficiently high hydrodynamic forces in this way. Rather, it is necessary in a watercraft that is not moving or only slowly moving through the water, the fin stabilizers z. B. by means of further hydraulic actuators actively and with sufficient speed at a constant angle of attack through the water to swivel back and forth to build up the hydrodynamic forces necessary to reduce the unwanted rolling movements of the hull of the watercraft. Another possibility is, for example, to quickly change the angle of attack of the stabilization surface with a constant pivoting angle in order to build up the forces required to stabilize the torso through the paddle movement generated in this way.
A slight change in the angle of attack is only provided in the two positions of the pivoting movement of the fin stabilizers, which results in considerable restrictions with regard to the efficiency of the known active stabilization devices.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine aktive Stabilisierungsvorrichtung zur Dämpfung von insbesondere Rollbewegungen eines Wasserfahrzeugs anzugeben, die bei verkleinerten Stabilisierungsflächen eine erhöhte Dämpfungswirkung ermöglicht. Darüber hinaus ist eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Stabilisierungsvorrichtung anzugeben.An object of the invention is to provide an active stabilization device for damping, in particular, rolling movements of a watercraft, which enables an increased damping effect with reduced stabilization areas. In addition, an object of the invention is to provide a method for operating such a stabilization device.

Die eingangs genannte Aufgabe wird zunächst durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, wonach die Stabilisierungsfläche mittels der Positioniereinrichtung um eine Schwenkachse um einen Schwenkwinkel verschwenkbar und zugleich um eine Drehachse verdrehbar ist.
Aufgrund der Überlagerung bzw. der zeitgleichen Ausführung von Schwenk- und Drehbewegungen der mindestens einen Stabilisierungsvorrichtung sind komplexe räumliche, um eine Dreh- und Schwenkachse erfolgende Bewegungsmuster der Stabilisierungsfläche unter Wasser realisierbar, woraus eine effektivere Dämpfung von insbesondere Rollbewegungen des Wasserfahrzeugs bei einer zugleich signifikant verkleinerten Stabilisierungsfläche resultiert. Weiterhin ergibt sich eine gesteigerte Effektivität der Stabilisierungsvorrichtung bei einer Geschwindigkeit von etwa Null Knoten oder einer kleinen Geschwindigkeit des Wasserfahrzeugs von bis zu 4 Knoten. Aufgrund der verminderten Größe der Stabilisierungsfläche ergibt sich ein verminderter Einbauraumbedarf der Stabilisierungsvorrichtung in einem Rumpf eines Wasserfahrzeugs.
Die Positioniereinrichtung kann die Stabilisierungsfläche mittels des Abtriebszapfens beispielsweise um bis zu ±60° bzw. 120° um die Drehachse, jeweils bezogen auf die Horizontale oder die idealisierte Wasserlinie, verdrehen. Ein maximaler Schwenkwinkel des Abtriebszapfens um die Schwenkachse liegt ausgehend von einer Rumpflängsachse exemplarisch zwischen 0° und ca. 160°. Bezogen auf eine Querachse des Rumpfes des Wasserfahrzeugs kann sich der Schwenkwinkel der Stabilisierungsfläche bei in Betrieb befindlicher Stabilisierungsvorrichtung auf bis zu ±60° bzw. 120° belaufen, um einen Rumpfkontakt zu vermeiden. Optional ist es möglich, die Drehachse der Stabilisierungsfläche unter einem Winkel α zwischen 5° und 30° an den Abtriebszapfen abgewinkelt anzubinden. Bei fehlender Krängung des Rumpfes des Schiffs verläuft eine Hochachse (Gierachse) im Wesentlichen parallel zur Gewichtskraft bzw. zur Schwerkraft. Die Schwenkachse der Stabilisierungsfläche kann hierbei unter einem Winkel zwischen 0° bis zu einschließlich 45° oder mehr in Bezug zur Hochachse verlaufen.The object mentioned at the beginning is achieved by the characterizing features of claim 1, according to which the stabilizing surface can be pivoted about a pivot axis by a pivot angle and at the same time rotated about an axis of rotation by means of the positioning device.
Due to the superimposition or the simultaneous execution of pivoting and rotating movements of the at least one stabilization device, complex spatial movement patterns of the stabilization surface under water about a rotational and pivoting axis can be implemented, resulting in more effective damping of rolling movements in particular of the watercraft with a significantly reduced stabilization surface results. Furthermore, there is an increased effectiveness of the stabilization device at a speed of approximately zero knots or a low speed of the watercraft of up to 4 knots. Due to the reduced size of the stabilization surface, the stabilization device requires less installation space in a hull of a watercraft.
The positioning device can rotate the stabilization surface by means of the output pin, for example by up to ± 60 ° or 120 ° around the axis of rotation, in each case relative to the horizontal or the idealized water line. A maximum swivel angle of the output pin about the swivel axis, starting from a longitudinal fuselage axis, is, for example, between 0 ° and approx. 160 °. In relation to a transverse axis of the hull of the watercraft, the pivoting angle of the stabilization surface can be up to ± 60 ° or 120 ° when the stabilization device is in operation, in order to avoid contact with the hull. Optionally, it is possible to angled the axis of rotation of the stabilizing surface to the output pin at an angle α between 5 ° and 30 °. In the absence of a heel of the ship's hull, a vertical axis (yaw axis) runs essentially parallel to the weight or gravity. The pivot axis of the stabilization surface can run at an angle between 0 ° up to and including 45 ° or more in relation to the vertical axis.

Bevorzugt ist die Stabilisierungsfläche um einen Anstellwinkel von bis zu ±60° um die Drehachse verdrehbar.
Hierdurch ergibt sich ein nicht zu hoher Strömungswiderstand beim Verschwenken der Stabilisierungsfläche durch das Wasser.The stabilization surface can preferably be rotated about the axis of rotation by an angle of incidence of up to ± 60 °.
This results in a flow resistance that is not too high when the stabilizing surface is pivoted through the water.

Im Fall einer Weiterbildung ist ein Krümmungsradius der Anströmkante der Stabilisierungsfläche zur Schaffung einer Anströmnase größer als ein Krümmungsradius der Abströmkante. Infolgedessen ist eine strömungstechnisch günstige Querschnittsgeometrie der Stabilisierungsfläche gegeben.In the case of a further development, a radius of curvature of the leading edge of the stabilizing surface to create a leading edge is greater than a radius of curvature of the trailing edge. As a result, the cross-sectional geometry of the stabilizing surface is favorable in terms of flow technology.

Vorzugsweise ist im Bereich der Wurzel der Stabilisierungsfläche anströmkantenseitig eine erste Aussparung und/oder abströmkantenseitig eine zweite Aussparung innerhalb der Stabilisierungsfläche vorgesehen.
Hierdurch wird beim Verschwenken der Stabilisierungsfläche ein mechanischer Kontakt mit dem Rumpf vermieden und zugleich der Schwenkbereich der Stabilisierungsfläche vergrößert.A first recess is preferably provided in the region of the root of the stabilization surface on the inflow edge side and / or a second recess on the downstream edge side is provided within the stabilization surface.
This avoids mechanical contact with the fuselage when the stabilizing surface is pivoted and at the same time increases the pivoting range of the stabilizing surface.

Bei einer technisch vorteilhaften Ausgestaltung ist im Bereich des Abtriebszapfens ein sich nicht mitverdrehender strömungskantenseitiger Anströmkörper angeordnet, der sich in Abhängigkeit von dem Schwenkwinkel zumindest teilweise außerhalb des Rumpfes befindet. Durch den als Spoiler fungierenden Anströmkörper können die hydrodynamischen Strömungseigenschaften im Bereich des Abtriebszapfens optimiert werden.In a technically advantageous embodiment, a non-rotating flow edge inflow body is arranged in the region of the driven pin, which is at least partially outside the fuselage depending on the swivel angle. The inflow body, which acts as a spoiler, allows the hydrodynamic flow properties in the area of the driven pin to be optimized.

Im Fall einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der strömungskantenseitige Anströmkörper im Wesentlichen parallel zur Rumpflängsachse orientiert.
Aufgrund des fehlenden Anstellwinkels bzw. eines Anstellwinkels von 0° oder eines nur geringen Anstellwinkels des Anströmkörpers ist keine nennenswerte Widerstandserhöhung beim Verschwenken der Stabilisierungsfläche gegeben.In the case of a further advantageous embodiment, the inflow body on the flow edge is oriented essentially parallel to the longitudinal axis of the fuselage.
Due to the missing angle of attack or an angle of attack of 0 ° or only a small angle of attack of the flow body, there is no appreciable increase in resistance when the stabilizing surface is pivoted.

Bei einer günstigen Weiterbildung korrespondiert eine Querschnittsgeometrie des strömungskantenseitigen Anströmkörpers im Wesentlichen mit einer Querschnittsgeometrie der Stabilisierungsfläche im Bereich der rumpfnahen Anströmkante.
Hierdurch können Turbulenzen in einer Grenzzone zwischen Anströmkörper und Stabilisierungsfläche minimiert werden.In a favorable development, a cross-sectional geometry of the inflow body on the flow edge side essentially corresponds to a cross-sectional geometry of the stabilization surface in the region of the inflow edge near the fuselage.
In this way, turbulence in a boundary zone between the inflow body and the stabilization surface can be minimized.

Vorzugsweise weist der Rumpf des Wasserfahrzeugs mindestens eine Aufnahmetasche zur bevorzugt vollständigen Aufnahme jeweils einer zugeordneten Stabilisierungsfläche auf. Infolgedessen lässt sich die mindestens eine Stabilisierungsfläche bei Nichtgebrauch der Stabilisierungsvorrichtung im Idealfall vollständig in der zugeordneten Aufnahmetasche zur Minimierung des Strömungswiderstands des Rumpfes unterbringen. Die Aufnahmetasche kann ein größeres Volumen als das zur vollständigen Aufnahme der Stabilisierungsfläche notwendige Volumen aufweisen.The hull of the watercraft preferably has at least one receiving pocket for preferably completely receiving an assigned stabilizing surface. As a result, the at least one stabilizing surface can ideally be accommodated completely in the associated receiving pocket when the stabilizing device is not in use in order to minimize the flow resistance of the fuselage. The receiving pocket can have a larger volume than the volume necessary for completely receiving the stabilizing surface.

Darüber hinaus wird die eingangs genannte Aufgabe durch ein Verfahren mit den folgenden kennzeichnenden Schritten gelöst:

  1. a) periodisches Verschwenken der mindestens einen Stabilisierungsfläche um eine Schwenkachse um einen Schwenkwinkel, und
  2. b) dem Verschwenken der mindestens einen Stabilisierungsfläche überlagertes Verdrehen der Stabilisierungsfläche um eine Drehachse, derart dass von der sich unter Wasser bewegenden Stabilisierungsfläche hervorgerufene hydromechanische Kräfte eine effektive Dämpfung der Rollbewegungen des Wasserfahrzeugs bewirken.
Infolgedessen ist eine ausgezeichnete Stabilisierungswirkung gegenüber Rollbewegungen des Wasserfahrzeugs bei einer zugleich erheblich verringerten Größe der Stabilisierungsfläche möglich.In addition, the above-mentioned object is achieved by a method with the following characteristic steps:
  1. a) periodically pivoting the at least one stabilizing surface about a pivot axis through a pivot angle, and
  2. b) the pivoting of the at least one stabilization surface superimposed rotation of the stabilization surface about an axis of rotation, such that of the underwater moving The hydromechanical forces caused by the stabilization surface effectively dampen the rolling movements of the watercraft.
As a result, an excellent stabilizing effect against rolling movements of the watercraft is possible with a significantly reduced size of the stabilizing surface.

Bei einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Schwenkwinkel der mindestens einen Stabilisierungsfläche bei aktivierter Stabilisierungsvorrichtung um die Schwenkachse zwischen 30° und 150° liegt.
Hierdurch lassen sich bei sich nicht oder nur langsam durch das Wasser bewegendem Wasserfahrzeug hinreichend hohe hydromechanische, insbesondere hydrodynamische, Kräfte zur Rolldämpfung des Wasserfahrzeugs aufbauen. Größere Schwenkwinkel der Stabilisierungsfläche können zu einer Kollision mit dem Rumpf führen und haben geringere hydromechanische Kräfte zur Folge.In a further development of the method, it is provided that the pivot angle of the at least one stabilization surface when the stabilization device is activated about the pivot axis is between 30 ° and 150 °.
This allows sufficiently high hydromechanical, in particular hydrodynamic, forces for roll damping of the watercraft to be built up when the watercraft does not move or is only moving slowly through the water. Larger swivel angles of the stabilization surface can lead to a collision with the fuselage and result in lower hydromechanical forces.

Vorzugsweise wird die Stabilisierungsfläche um die Drehachse um einen Anstellwinkel von bis zu ±60° verdreht.
Infolgedessen ist eine geeignete Begrenzung des Strömungswiderstands der sich unter Wasser bewegenden Stabilisierungsfläche im aktiven Zustand der Stabilisierungsvorrichtung möglich.The stabilizing surface is preferably rotated about the axis of rotation by an angle of incidence of up to ± 60 °.
As a result, a suitable limitation of the flow resistance of the stabilization surface moving under water is possible in the active state of the stabilization device.

Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von schematischen Figuren näher erläutert.A preferred exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with the aid of schematic figures.

Es zeigt

Figur 1
eine schematisierte Draufsicht auf eine verschwenkbare Stabilisierungsfläche einer Stabilisierungsvorrichtung in einer mittleren Lage,
Figur 1a
eine vereinfachte Querschnittsdarstellung der Stabilisierungsfläche mit geneigter Schwenkachse,
Figur 2
eine Draufsicht auf die Stabilisierungsfläche in einer Ruhelage,
Figur 3
eine Draufsicht auf die Stabilisierungsfläche in einer hinteren Lage,
Figur 4
eine perspektivische Ansicht der Stabilisierungsfläche in der mittleren Lage gemäß der Fig. 1 mit einem negativen Anstellwinkel, und
Figur 5
eine perspektivische Ansicht der Stabilisierungsfläche in der hinteren Lage von Fig. 3 mit einem positiven Anstellwinkel.
It shows
Figure 1
2 shows a schematic plan view of a pivotable stabilizing surface of a stabilizing device in a middle position,
Figure 1a
a simplified cross-sectional representation of the stabilizing surface with an inclined pivot axis,
Figure 2
a plan view of the stabilization surface in a rest position,
Figure 3
a plan view of the stabilization surface in a rear position,
Figure 4
a perspective view of the stabilization surface in the middle position according to the Fig. 1 with a negative angle of attack, and
Figure 5
a perspective view of the stabilizing surface in the rear position of Fig. 3 with a positive angle of attack.

Die Figur 1 zeigt eine stark schematisierte Draufsicht auf eine verschwenkbare Stabilisierungsfläche einer Stabilisierungsvorrichtung in einer mittleren Lage.
Eine aktive Stabilisierungsvorrichtung 10 eines nicht näher dargestellten Schiffs 12 mit einem Rumpf 14 verfügt unter anderem über eine näherungsweise viereckige, flossenartige Stabilisierungsfläche 16, die mittels einer hydraulischen Positioniereinrichtung 18 mit einem Abtriebszapfen 20 erforderlichenfalls zugleich um eine Schwenkachse S verschwenkbar und um eine Drehachse D verdrehbar ist. Die Stabilisierungsfläche 16 ist hierbei im Bereich ihrer Wurzel 22 mit dem Abtriebszapfen 20 verbunden.
Eine bevorzugte Fahrtrichtung des Schiffs 12 durch das Wasser 26 ist mit dem Pfeil 24 angedeutet. Eine optionale Geschwindigkeit v des Schiffs 12, das sich bei in Betrieb befindlicher Stabilisierungsvorrichtung 10 im Wesentlichen nicht durch das Wasser 26 bewegt, ist im Verhältnis zur normalen Fahrt- oder Marschgeschwindigkeit des Schiffs klein oder sogar im Bereich von Null, was im Kontext dieser Beschreibung gleichbedeutend mit einer Geschwindigkeit v des Schiffs von höchstens 6 km/h ist. Der Rumpf 14 des Schiffs 12 ist im Allgemeinen spiegelsymmetrisch zu einer Rumpflängsachse 30 ausgebildet, das heißt der Rumpf 14 des Schiffs 12 verfügt bevorzugt ergänzend zu der hier illustrierten backbordseitigen Stabilisierungsvorrichtung 10 über eine weitere, spiegelsymmetrisch zu der Stabilisierungsvorrichtung 10 aufgebaute, jedoch zeichnerisch nicht dargestellte steuerbordseitige Stabilisierungsvorrichtung. Der Begriff "steuerbordseitig" bedeutet hierbei in Fahrtrichtung des Schiffs 12 rechts, während "backbordseitig" in Fahrtrichtung des Schiffs 12 links definiert. Zumindest die Stabilisierungsfläche 16 der Stabilisierungsvorrichtung 10 befindet sich im normalen Betriebszustand des Schiffs 12 stets vollständig unter Wasser 26.
Ein rechtwinkliges Koordinatensystem 32 des Rumpfes 14 verfügt über eine in Fahrtrichtung des Schiffs 12 weisende sowie parallel zur Rumpflängsachse 30 verlaufende x-Achse und eine rechtwinklig zu dieser verlaufende y-Achse bzw. Querachse 34. Eine Hochachse H verläuft durch den Schnittpunkt der x-Achse und der y-Achse des rechtwinkligen Koordinatensystems 32 sowie jeweils senkrecht zur x-Achse und y-Achse. Bei fehlender Krängung des Rumpfes 14 ist die Hochachse H (Gierachse) parallel zur Gewichtskraft FG ausgerichtet. Die Schwenkachse S fällt hier lediglich beispielhaft mit der Hochachse H des Koordinatensystems 32 zusammen, so dass die Stabilisierungsfläche 16 praktisch horizontal vom Rumpf 14 absteht. Abweichend hiervon kann die Schwenkachse S in Relation zur Hochachse H des Koordinatensystems 32 um einen Winkel von mehr als 0° und hierbei bis zu 45° geneigt angeordnet sein (vgl. Figur 1a). Die Schwenkbewegungen der Stabilisierungsfläche 16 erfolgen um die Schwenkachse S, während die den Schwenkbewegungen überlagerten Drehbewegungen bzw. die Veränderungen eines Anstellwinkels γ der Stabilisierungsfläche 16 um die Drehachse D erfolgen. Die Drehachse D der Stabilisierungsfläche 16 fällt lediglich in der hier illustrierten Mittelstellung mit der y-Achse des Koordinatensystems 32 zusammen.
Die Drehachse D verläuft parallel in Bezug zu einer Anströmkante 40 und einer Abströmkante 42 der Stabilisierungsfläche 16. Abweichend hiervon ist auch ein nicht paralleler Verlauf der Drehachse D in Relation zur Anströmkante 40 und/oder zur Abströmkante 42 der Stabilisierungsfläche 16 möglich und im Einzelfall technisch vorteilhaft. Zur Schaffung einer Anströmnase 44 mit einer geeigneten, strömungstechnisch optimalen Profilierung ist ein Krümmungsradius R1 der Anströmkante 40 signifikant größer als ein Krümmungsradius R2 der Abströmkante 42 bemessen.
Abweichend von der hier gezeigten geradlinigen Anordnung von Stabilisierungsfläche 16 und Abtriebszapfen 20 der Positioniereinrichtung 18 kann die Stabilisierungsfläche 16 auch unter einem nicht dargestellten Winkel α von zum Beispiel ±15° oder mehr an den Abtriebszapfen 20 angebunden sein.
Mittels der Positioniereinrichtung 18 lässt sich die Stabilisierungsfläche 16 in die hier illustrierte mittlere Lage 48 verschwenken, in der der Schwenkwinkel β etwa 90° beträgt, so dass die Stabilisierungsfläche 16 praktisch rechtwinklig vom Rumpf 14 des Schiffs 12 absteht. Zugleich kann die Stabilisierungsfläche 16 um ihre Drehachse D um einen Anstellwinkel γ in einem Bereich von etwa ±60° verdreht werden.
Erfindungsgemäß wird die Stabilisierungsfläche 16 bei aktivierter Stabilisierungsvorrichtung 10 bezogen auf die hier dargestellte mittlere Lage 48 und einer nicht zu hohen Geschwindigkeit bevorzugt periodisch um einen (relativen) Schwenkwinkel β in einem Winkelbereich von bis zu ±60° um die Schwenkachse S verschwenkt und zeitgleich um die Drehachse D um den Anstellwinkel γ in einem Winkelintervall von gleichfalls bis zu ± 60° bezogen auf die Horizontale in Form der xy-Ebene des Koordinatensystems 32 bzw. einer nicht näher dargestellten Wasserlinie des Rumpfes 14 des Schiffs 12 rotiert. Bezogen auf die vollständig in die Aufnahmetasche 50 eingeklappte Ruhestellung der Stabilisierungsfläche 16 liegt der (absolute) Winkel β zwischen 30° und 150° (vgl. insb. Fig. 2). Die Ansteuerung der Positioniervorrichtung 18 erfolgt hierbei mit Hilfe einer nicht dargestellten leistungsfähigen Steuer- und/oder Regeleinrichtung unter Berücksichtigung von Messwerten eines komplexen Sensorsystems zur Erfassung von insbesondere Roll-, Nick- und Gierbewegungen sowie der Geschwindigkeit v des Schiffs 12 im Wasser 26 in Echtzeit. Infolgedessen ist eine besonders effiziente und wirkungsvolle Bedämpfung von unerwünschten Rollbewegungen des Schiffs 12 um die Rumpflängsachse 30 möglich. Bei diesem Prozess werden von der Stabilisierungsfläche 16 hervorgerufene hydromechanische Kräfte genutzt, wobei die Dreh- und Schwenkbewegungen der Stabilisierungsfläche 16 zeitlich alternativ, nacheinander oder zeitlich aufeinander abgestimmt zur Anwendung kommen können. Somit ist die Stabilisierungsvorrichtung 10 grundsätzlich bei einer Geschwindigkeit v von Null und bei einer Geschwindigkeit v des Schiffs 12 größer als Null anwendbar. Die Schwenkbewegung der Stabilisierungsfläche 16 um den Schwenkwinkel β sowie die Drehbewegung der Stabilisierungsfläche 16 um die Drehachse D sind hierbei zeitlich auf geeignete Art und Weise einander überlagert.
In der Aufnahmetasche 50 des Rumpfes 14 ist die Stabilisierungsfläche 16 zur Reduzierung des Strömungswiderstands des Rumpfes 14 und der Vermeidung von Turbulenzen im Idealfall vollständig aufnehmbar, wobei ein Schwenkwinkel β zwischen der Drehachse D und der Rumpflängsachse 30 etwa 0° ist (vgl. insb. Fig. 2).
Die Stabilisierungsfläche 16 verfügt ferner im Bereich der Wurzel 22 anströmkantenseitig über eine erste viereckige Aussparung 54 und abströmkantenseitig über eine zweite viereckige Aussparung 56. Durch die beiden Aussparungen 54, 56 wird unter anderem eine Kollision der Stabilisierungsfläche 16 mit dem Rumpf 14 des Schiffes 12 beim Verschwenken der Stabilisierungsfläche 16 vermieden.
Darüber hinaus kann zumindest im Bereich der ersten Aussparung 54 der Stabilisierungsfläche 16 - wie hier zeichnerisch mit einer punktierten schwarzen Linie angedeutet - ein strömungskantenseitiger, erster Anströmkörper 60 vorgesehen sein. Der erste Anströmkörper 60 befindet sich in Abhängigkeit von dem Schwenkwinkel β jeweils unterschiedlich weit außerhalb des Rumpfes 14 des Schiffes 12.The Figure 1 shows a highly schematic plan view of a pivotable stabilizing surface of a stabilizing device in a middle position.
An active stabilization device 10 of a ship 12 (not shown in detail) with a hull 14 has, inter alia, an approximately quadrangular, fin-like stabilization surface 16 which, if necessary, can be pivoted about a pivot axis S and rotated about a rotation axis D by means of a hydraulic positioning device 18 with an output pin 20 . The stabilization surface 16 is connected to the output pin 20 in the area of its root 22.
A preferred direction of travel of the ship 12 through the water 26 is indicated by the arrow 24. An optional speed v of the ship 12, which essentially does not move through the water 26 when the stabilization device 10 is in operation, is small or even in the range of zero in relation to the normal speed of travel or marching of the ship, which is synonymous in the context of this description with a speed v of the ship not exceeding 6 km / h. The hull 14 of the ship 12 is generally mirror-symmetrical to a hull longitudinal axis 30, that is, the hull 14 of the ship 12 preferably has, in addition to the port-side stabilizing device 10 illustrated here, a further, mirror-symmetrical to the stabilizing device 10, but not shown in the starboard-side Stabilizing device. The term “starboard side” here means right in the direction of travel of the ship 12, while “port side” defines the left in the direction of travel of the ship 12. At least the stabilization surface 16 of the stabilization device 10 is always completely under water 26 in the normal operating state of the ship 12.
A right-angled coordinate system 32 of the fuselage 14 has one in the direction of travel of the ship 12 and running parallel to the hull longitudinal axis 30 and a perpendicular y-axis or transverse axis 34. A vertical axis H runs through the intersection of the x-axis and the y-axis of the right-angled coordinate system 32 and perpendicular to the x-axis and y-axis. If the trunk 14 is not heeled, the vertical axis H (yaw axis) is aligned parallel to the weight FG. The pivot axis S coincides here with the vertical axis H of the coordinate system 32 merely by way of example, so that the stabilization surface 16 protrudes practically horizontally from the body 14. Notwithstanding this, the pivot axis S can be arranged inclined in relation to the vertical axis H of the coordinate system 32 by an angle of more than 0 ° and in this case up to 45 ° (cf. Figure 1a ). The pivoting movements of the stabilizing surface 16 take place around the pivot axis S, while the rotational movements superimposed on the pivoting movements or the changes in an angle of incidence γ of the stabilizing surface 16 take place around the rotational axis D. The axis of rotation D of the stabilization surface 16 only coincides with the y-axis of the coordinate system 32 in the central position illustrated here.
The axis of rotation D runs parallel in relation to a leading edge 40 and a trailing edge 42 of the stabilization surface 16. Deviating from this, a non-parallel course of the axis of rotation D in relation to the leading edge 40 and / or the trailing edge 42 of the stabilizing surface 16 is also possible and technically advantageous in individual cases . In order to create a leading edge 44 with a suitable, aerodynamically optimal profile, a radius of curvature R1 of the leading edge 40 is dimensioned to be significantly larger than a radius of curvature R 2 of the trailing edge 42.
Deviating from the straight-line arrangement of stabilizing surface 16 and output pin 20 of positioning device 18 shown here, stabilizing surface 16 can also be connected to output pin 20 at an angle α, not shown, of, for example, ± 15 ° or more.
By means of the positioning device 18, the stabilizing surface 16 can be pivoted into the middle position 48 illustrated here, in which the pivoting angle β is approximately 90 °, so that the stabilizing surface 16 protrudes practically at right angles from the hull 14 of the ship 12. At the same time, the stabilizing surface 16 can be rotated about its axis of rotation D by an angle of incidence γ in a range of approximately ± 60 °.
According to the invention, when the stabilization device 10 is activated, the stabilization surface 16 is preferably periodically adjusted by a (relative) pivoting angle β in an angular range of in relation to the central position 48 shown here and a speed that is not too high pivoted up to ± 60 ° around the pivot axis S and at the same time around the axis of rotation D by the angle of incidence γ in an angular interval of also up to ± 60 ° based on the horizontal in the form of the xy plane of the coordinate system 32 or a water line not shown in detail of the hull 14 of the ship 12 rotates. In relation to the rest position of the stabilizing surface 16 folded completely into the receiving pocket 50, the (absolute) angle β is between 30 ° and 150 ° (cf. in particular Fig. 2 ). The positioning device 18 is activated with the help of a powerful control and / or regulating device, not shown, taking into account measured values of a complex sensor system for recording roll, pitch and yaw movements in particular, as well as the speed v of the ship 12 in the water 26 in real time. As a result, particularly efficient and effective damping of undesired rolling movements of the ship 12 about the longitudinal axis 30 of the hull is possible. In this process, hydromechanical forces brought about by the stabilizing surface 16 are used, with the rotational and swiveling movements of the stabilizing surface 16 being able to be used alternately in time, one after the other or in a timed manner. Thus, the stabilization device 10 can in principle be used at a speed v of zero and at a speed v of the ship 12 greater than zero. The pivoting movement of the stabilizing surface 16 about the pivoting angle β and the rotational movement of the stabilizing surface 16 about the axis of rotation D are here superimposed on one another in a suitable manner.
In the receiving pocket 50 of the fuselage 14, the stabilizing surface 16 can ideally be completely accommodated in order to reduce the flow resistance of the fuselage 14 and to avoid turbulence, a pivoting angle β between the axis of rotation D and the longitudinal axis 30 of the fuselage being approximately 0 ° (cf. in particular. Fig. 2 ).
In the area of the root 22, the stabilization surface 16 also has a first square recess 54 on the inflow edge side and a second square recess 56 on the outflow edge side the stabilization surface 16 avoided.
In addition, at least in the area of the first recess 54 of the stabilizing surface 16 - as indicated in the drawing with a dotted black line - a first inflow body 60 on the flow edge can be provided. The first inflow body 60 is located to a different extent outside the hull 14 of the ship 12 depending on the pivot angle β.

Darüber hinaus ist der Anströmkörper 60 im Wesentlichen parallel zur Rumpflängsachse 30 orientiert, das heißt der Anströmkörper 60 vollzieht die mittels der Positioniereinrichtung 18 bewirkten Drehbewegungen der Stabilisierungsfläche 16 um die Drehachse D im Wesentlichen nicht oder zumindest nicht vollständig mit. Eine Querschnittsgeometrie des Anströmkörpers 60 korrespondiert zur Minimierung von unerwünschten Turbulenzen ferner vorzugsweise mit der Querschnittsgeometrie der Anströmkante 40 im Bereich der Wurzel 22 der Stabilisierungsfläche 16. Der Anströmkörper 60 dient vorrangig zur Optimierung der hydrodynamischen Eigenschaften der Stabilisierungsfläche 16 im weiter ausgeschwenkten Zustand. Ergänzend kann auch im Bereich der zweiten Aussparung 56 der Stabilisierungsfläche 16 zumindest bereichsweise ein abströmkantenseitiger, zweiter Anströmkörper 62 vorgesehen sein.
Der erste Anströmkörper 60 schließt im Idealfall möglichst spaltfrei an eine erste rumpfseitige Schmalseite 64 der Stabilisierungsfläche 16 und der optionale zweite Anströmkörper 62 schließt gleichfalls im Idealfall zwischenraumfrei an eine zweite rumpfseitige Schmalseite 66 der Stabilisierungsfläche 16 an.In addition, the inflow body 60 is oriented essentially parallel to the longitudinal axis 30 of the fuselage, that is, the inflow body 60 essentially does not or at least not completely accompanies the rotational movements of the stabilizing surface 16 about the axis of rotation D caused by the positioning device 18. A cross-sectional geometry of the inflow body 60 also preferably corresponds to the cross-sectional geometry of the inflow edge 40 in the area of the root 22 of the stabilization surface 16 in order to minimize undesired turbulence. The inflow body 60 primarily serves to optimize the hydrodynamic properties of the stabilization surface 16 in the further pivoted out state. In addition, a second inflow body 62 on the trailing edge side can also be provided in the region of the second recess 56 of the stabilizing surface 16, at least in regions.
The first inflow body 60 ideally adjoins a first narrow side 64 of the stabilization surface 16 on the fuselage side with as little gaps as possible, and the optional second inflow body 62 also ideally adjoins a second narrow side 66 of the stabilization surface 16 on the fuselage without any gaps.

Die Figur 1a zeigt eine vereinfachte Querschnittsdarstellung der Stabilisierungsfläche mit geneigter Schwenkachse.
Das Koordinatensystem 32 umfasst die y-Achse bzw. die Querachse 34, die parallel zur Rumpflängsachse verlaufende x-Achse und die Hochachse H. Die Hochachse H verläuft bei fehlender Krängung des Rumpfes 14 des Schiffs 12 näherungsweise parallel zur Gewichtskraft FG. Die Stabilisierungsvorrichtung 10 mit der hydraulischen Positioniervorrichtung 18 ist in der Aufnahmetasche 50 des Rumpfes 14 des Schiffs 12 angeordnet. An dem Abtriebszapfen 20 der Positioniereinrichtung 18 ist die Stabilisierungsfläche 16 befestigt. Die unter Wasser 26 befindliche Stabilisierungsfläche 16 ist mittels der Positioniereinrichtung 18 zugleich um die Schwenkachse S verschwenkbar und um die Drehachse D verdrehbar. Im Unterschied zur Darstellung von Figur 1 ist die Schwenkachse S hier lediglich beispielhaft um einen Neigungswinkel δ von 45° geneigt in Relation zur Hochachse H angeordnet.The Figure 1a shows a simplified cross-sectional view of the stabilization surface with an inclined pivot axis.
The coordinate system 32 includes the y-axis or the transverse axis 34, the x-axis running parallel to the longitudinal axis of the hull and the vertical axis H. The vertical axis H runs approximately parallel to the weight FG if the hull 14 of the ship 12 is not heeled. The stabilization device 10 with the hydraulic positioning device 18 is arranged in the receiving pocket 50 of the hull 14 of the ship 12. The stabilizing surface 16 is attached to the output pin 20 of the positioning device 18. The stabilizing surface 16 located under water 26 is at the same time pivotable about the pivot axis S and rotatable about the axis of rotation D by means of the positioning device 18. In contrast to the representation of Figure 1 the pivot axis S is arranged here inclined by an inclination angle δ of 45 ° in relation to the vertical axis H, merely by way of example.

Die Figur 2 illustriert eine Draufsicht auf die Stabilisierungsfläche in einer Ruhelage.
In einer hier gezeigten so genannten Ruhelage 68 ist die Stabilisierungsfläche 16 der Stabilisierungsvorrichtung 10 mittels der Positioniereinrichtung 18 nahezu vollständig in der Aufnahmetasche 50 des Rumpfes 14 des Schiffs 12 aufgenommen bzw. in diese eingeschwenkt.The Figure 2 illustrates a top view of the stabilization surface in a rest position.
In a so-called rest position 68 shown here, the stabilizing surface 16 of the stabilizing device 10 is almost completely received in the receiving pocket 50 of the hull 14 of the ship 12 or pivoted into it by means of the positioning device 18.

Der Schwenkwinkel β der Stabilisierungsfläche um die Schwenkachse S des Koordinatensystems 32 ist somit näherungsweise 0°, so dass die Drehachse D der Stabilisierungsfläche 16 und die x-Achse des Koordinatensystems 32 zusammenfallen.The pivot angle β of the stabilization surface about the pivot axis S of the coordinate system 32 is thus approximately 0 °, so that the axis of rotation D of the stabilization surface 16 and the x-axis of the coordinate system 32 coincide.

Die Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf die Stabilisierungsfläche in einer hinteren Lage.
In einer hier grafisch veranschaulichten, so genannten hinteren (heckseitigen) Lage 70 hat die Stabilisierungsfläche 16 der Stabilisierungsvorrichtung 10 durch entsprechendes Verfahren der Positioniereinrichtung 18 einen Schwenkwinkel β von etwa 135° in Bezug zu der x-Achse des Koordinatensystems 32 und der Drehachse D eingenommen. Die zweite rumpfseitige Schmalseite 66 der Stabilisierungsfläche 16 berührt in dieser Position nahezu den Rumpf 14 des Schiffs 12, sodass ein weiteres Verschwenken der Stabilisierungsfläche 16 in diese Richtung nicht mehr angezeigt ist. Durch den mit einer punktierten schwarzen Linie angedeuteten ersten Anströmkörper 60 wird eine direkte Anströmung der ersten rumpfseitigen Schmalseite 64 der Stabilisierungsfläche 16 sowie Teilen des Antriebszapfens 20 durch das Wasser 26 vermieden und somit der Strömungswiderstand der Stabilisierungsvorrichtung 10 verringert. Bei aktivierter Stabilisierungsvorrichtung 10 zur Dämpfung von unerwünschten Rollbewegungen des Rumpfes 14 des Schiffs 12 um die Rumpflängsachse 30, kann die Stabilisierungsfläche 16 beispielsweise periodisch zwischen der mit einer schwarzen durchgezogenen Linie symbolisierten hinteren Lage 70 und einer- mit einer gestrichelten Umrissdarstellung der Stabilisierungsfläche 16 veranschaulichten - vorderen (bugseitigen) Lage 72 periodisch hin- und herschwenken, wobei die Stabilisierungsvorrichtung 10 zugleich zur Variation des Anstellwinkels der Stabilisierungsfläche 16 im Wasser 26 überlagerte Drehbewegungen um die Drehachse D vollzieht.
Die hier lediglich exemplarisch dargestellte Schwenkbewegung der Stabilisierungsfläche 16 der Stabilisierungsvorrichtung 10 entspricht isoliert betrachtet im Wesentlichen einem Schwenkwinkel β von ±45° in Bezug zu der y-Achse des Koordinatensystems 32 (Querachse) bzw. der Mittelstellung der Stabilisierungsfläche 16 von Fig 2.
Grundsätzlich sind Schwenkwinkel β von bis zu ±60° in Bezug zur y-Achse des Koordinatensystems 32 bzw. der Mittelstellung der Stabilisierungsfläche 16 mithilfe der Positioniereinrichtung 18 möglich.The Figure 3 shows a plan view of the stabilizing surface in a rear position.
In a so-called rear (rear) position 70 graphically illustrated here, the stabilization surface 16 of the stabilization device 10 has assumed a pivot angle β of approximately 135 ° with respect to the x-axis of the coordinate system 32 and the axis of rotation D by moving the positioning device 18 accordingly. The second narrow side 66 of the stabilizing surface 16 on the hull side almost touches the hull 14 of the ship 12 in this position, so that further pivoting of the stabilizing surface 16 in this direction is no longer indicated. The first inflow body 60 indicated by a dotted black line prevents the water 26 from flowing directly onto the first narrow side 64 of the stabilization surface 16 on the fuselage side and parts of the drive pin 20, thus reducing the flow resistance of the stabilizing device 10. When the stabilization device 10 is activated to dampen unwanted rolling movements of the hull 14 of the ship 12 about the longitudinal axis 30 of the hull, the stabilization surface 16 can, for example, periodically between the rear position 70, symbolized by a black solid line, and a front position, shown with a dashed outline of the stabilization surface 16 Periodically pivot the (bow-side) position 72 back and forth, the stabilization device 10 simultaneously executing superimposed rotational movements about the axis of rotation D to vary the angle of attack of the stabilization surface 16 in the water 26.
The pivoting movement of the stabilizing surface 16 of the stabilizing device 10, shown here only as an example, corresponds, viewed in isolation, essentially to a pivoting angle β of ± 45 ° in relation to the y-axis of the coordinate system 32 (transverse axis) or the central position of the stabilizing surface 16 from Fig 2 .
In principle, pivot angles β of up to ± 60 ° in relation to the y-axis of the coordinate system 32 or the central position of the stabilizing surface 16 are possible with the aid of the positioning device 18.

Die Figur 4 zeigt eine perspektivische Ansicht der Stabilisierungsfläche in der mittleren Lage gemäß der Fig. 1 mit einem negativen Anstellwinkel.The Figure 4 FIG. 11 shows a perspective view of the stabilization surface in the middle layer according to FIG Fig. 1 with a negative angle of attack.

Der Rumpf 14 des Schiffs 12 mit der Rumpflängsachse 30 bewegt sich wiederum mit der Geschwindigkeit v durch das umgebende Wasser 26. Die Stabilisierungsfläche 16 der Stabilisierungsvorrichtung 10 ist mittels der Positioniereinrichtung 18 aus der Aufnahmetasche 50 des Rumpfes 14 in die mittlere Lage ausgeschwenkt (vgl. insb. Fig. 1), so dass der hier nicht eingezeichnete Schwenkwinkel der Stabilisierungsfläche 16 um die Schwenkachse S bei etwa 90° liegt.
Der Radius R1 der Anströmkante 40 ist zur Ausbildung der abschnittsweise tropfenförmigen Anströmnase 44 deutlich größer bemessen als der Radius R2 der Abströmkante 42 der Stabilisierungsfläche 16. Die Drehachse D verläuft annähernd parallel zwischen der Anströmkante 40 und der Abströmkante 42. Eine Horizontale 80 bzw. eine Waagerechte verläuft parallel zu der Rumpflängsachse 30 des Rumpfes 14 des Schiffs 12 bzw. näherungsweise parallel zur nicht dargestellten Wasserlinie des Schiffs 12 oder der Wasseroberfläche bzw. der xy-Ebene des Koordinatensystems 32 der Figuren 1 bis 3. Die Drehachse D verläuft erneut parallel zu der Anströmkante 40 und der Abströmkante 42 der Stabilisierungsfläche 16 und definiert eine Mittenebene 82 der Stabilisierungsfläche 16.
In der illustrierten Position der Stabilisierungsfläche 16 ist diese um einen negativen Anstellwinkel -γ bzw. im Gegenuhrzeigersinn um die Drehachse D herum verdreht, so dass auf die Stabilisierungsfläche 16 unter anderem eine hydromechanische Kraft FH einwirkt, die im Wesentlichen entgegengesetzt zu der Schwenkachse S bzw. in der Richtung der Gewichtskraft FG orientiert ist. Die hydromechanische Kraft FH erzeugt ein entsprechendes Drehmoment um die Rumpflängsachse 30 zur möglichst weitgehenden Kompensation von Rollbewegungen des Rumpfes 14 des Schiffs 12 mit Hilfe der Stabilisierungsfläche 16. Der Anstellwinkel -γ besteht im Ergebnis zwischen der Mittenebenen 82 der Stabilisierungsfläche 16 und der Horizontalen 80.
Der Anströmkörper 60 befindet sich nahezu vollständig innerhalb der Aufnahmetasche 50 und ist im Wesentlichen parallel zur Rumpflängsachse 30 orientiert, das heißt der Anströmkörper 60 vollzieht die Drehbewegungen der Stabilisierungsfläche 16 um die Drehachse D bis zum Erreichen des Anstellwinkels -γ im Wesentlichen nicht mit.The hull 14 of the ship 12 with the hull longitudinal axis 30 in turn moves at the speed v through the surrounding water 26. The stabilizing surface 16 of the stabilizing device 10 is swiveled out of the receiving pocket 50 of the hull 14 into the middle position by means of the positioning device 18 (cf. in particular . Fig. 1 ), so that the pivot angle, not shown here, of the stabilizing surface 16 about the pivot axis S is approximately 90 °.
The radius R 1 of the leading edge 40 is dimensioned significantly larger than the radius R 2 of the trailing edge 42 of the stabilizing surface 16. The axis of rotation D runs approximately parallel between the leading edge 40 and the trailing edge 42 to form the section-wise drop-shaped leading edge 44. a horizontal line runs parallel to the hull longitudinal axis 30 of the hull 14 of the ship 12 or approximately parallel to the waterline (not shown) of the ship 12 or the water surface or the xy plane of the coordinate system 32 of FIG Figures 1 to 3 . The axis of rotation D again runs parallel to the leading edge 40 and the trailing edge 42 of the stabilizing surface 16 and defines a center plane 82 of the stabilizing surface 16.
In the illustrated position of the stabilization surface 16, it is rotated by a negative angle of incidence -γ or counterclockwise around the axis of rotation D, so that, among other things, a hydromechanical force F H acts on the stabilization surface 16, which is essentially opposite to the pivot axis S or . is oriented in the direction of the weight FG. The hydromechanical force F H generates a corresponding torque about the longitudinal axis 30 of the hull to compensate as far as possible for rolling movements of the hull 14 of the ship 12 with the aid of the stabilization surface 16. The angle of incidence -γ is the result between the central planes 82 of the stabilization surface 16 and the horizontal 80.
The inflow body 60 is almost completely within the receiving pocket 50 and is oriented essentially parallel to the longitudinal axis 30 of the fuselage, that is, the inflow body 60 essentially does not follow the rotational movements of the stabilizing surface 16 about the axis of rotation D until the angle of attack -γ is reached.

Die Figur 5 illustriert eine perspektivische Ansicht der Stabilisierungsfläche in der hinteren Lage von Fig. 3 mit einem positiven Anstellwinkel.
Das Schiff 12 mit der in den Rumpf 14 integrierten Stabilisierungsvorrichtung 10 bewegt sich wiederum mit der Geschwindigkeit v in Richtung des Pfeils 24 durch das umgebende Wasser 26. Die Stabilisierungsfläche 16 ist soweit um die Schwenkachse S um den hier gleichfalls nicht eingezeichneten Schwenkwinkel verschwenkt, dass sie die ohne einen direkten mechanischen Kontakt mit dem Rumpf 14 maximal mögliche, hintere Lage von Fig. 3 eingenommen hat.
Eine Querschnittsgeometrie 84 des ersten Anströmkörpers 60 korrespondiert zumindest in einer Übergangszone 86 zur Stabilisierungsfläche 16 mit einer Querschnittsgeometrie 88 der Stabilisierungsfläche 16 in diesem Bereich. Infolgedessen lässt sich der Strömungswiderstand der Stabilisierungsfläche 16 im Wasser 26 zumindest bei einem Anstellwinkel γ der Stabilisierungsfläche 16 in der Nähe von 0°, das heißt bei im Wesentlichen horizontal ausgerichteter Stabilisierungsfläche 16, signifikant verringern.
Der Anströmkörper 60 ist hier nahezu vollständig aus der Aufnahmetasche 50 des Rumpfes 14 heraus geschwenkt, wobei der Anströmkörper 60 unverändert zur Rumpflängsachse 30 orientiert ist.
Im Gegensatz zur Darstellung von Fig. 4 ist die Stabilisierungsfläche 16 hier um einen positiven Anstellwinkel von +γ um die Drehachse D bzw. im Uhrzeigersinn verdreht, das heißt zwischen der Mittenebene 82 der Stabilisierungsfläche 16 und der Horizontalen 80 besteht der Anstellwinkel +γ. Aufgrund des nunmehr positiven Anstellwinkels +γ wirkt auf die Stabilisierungsfläche 16 unter anderem eine in Richtung der Schwenkachse S bzw. entgegen der Gewichtskraft FG gerichtete hydromechanische Kraft FH. Die hydromechanische Kraft FH führt zu einem entsprechenden (Kipp-)Drehmoment um die Rumpflängsachse 30 des Schiffs 12, das zur möglichst weitgehenden Kompensation der unerwünschten Rollbewegungen des Rumpfes 14 des Schiffs 12 um die Rumpflängsachse 30 dient.
Mittels der Positioniereinrichtung 18 sind hierbei Anstellwinkel γ der Stabilisierungsfläche 16 in einem Bereich von bis ±60° und zeitgleich überlagerte Schwenkwinkel um die Schwenkachse S in einem Bereich von ebenfalls bis zu ±60° darstellbar.The Figure 5 illustrates a perspective view of the stabilizing surface in the rear position of FIG Fig. 3 with a positive angle of attack.
The ship 12 with the stabilizing device 10 integrated into the hull 14 moves in turn at the speed v in the direction of the arrow 24 through the surrounding water 26. The stabilizing surface 16 is pivoted about the pivot axis S by the pivot angle, which is also not shown here, to such an extent that it reaches the maximum possible rear position of without direct mechanical contact with the torso 14 Fig. 3 has taken.
A cross-sectional geometry 84 of the first inflow body 60 corresponds at least in a transition zone 86 to the stabilization surface 16 with a cross-sectional geometry 88 of the stabilization surface 16 in this area. As a result, the flow resistance of the stabilizing surface 16 in the water 26 can be significantly reduced at least at an angle of incidence γ of the stabilizing surface 16 in the vicinity of 0 °, that is to say when the stabilizing surface 16 is essentially horizontally oriented.
The inflow body 60 is here almost completely pivoted out of the receiving pocket 50 of the fuselage 14, the inflow body 60 being oriented unchanged to the longitudinal axis 30 of the fuselage.
Contrary to the representation of Fig. 4 If the stabilization surface 16 is rotated here by a positive angle of incidence of + γ about the axis of rotation D or clockwise, that is, between the center plane 82 of the stabilization surface 16 and the horizontal 80 there is the incidence angle + γ. Because of the now positive angle of incidence + γ, a hydromechanical force F H directed in the direction of the pivot axis S or counter to the weight FG acts on the stabilizing surface 16. The hydromechanical force F H leads to a corresponding (tilting) torque about the hull longitudinal axis 30 of the ship 12, which serves to compensate as far as possible for the undesired rolling movements of the hull 14 of the ship 12 about the hull longitudinal axis 30.
By means of the positioning device 18, angles of incidence γ of the stabilizing surface 16 can be represented in a range of up to ± 60 ° and simultaneously superimposed pivot angles about the pivot axis S in a range of likewise up to ± 60 °.

Das Verfahren zum Betrieb der Stabilisierungsvorrichtung 10 soll im weiteren Fortgang der Beschreibung beispielhaft anhand der Figuren 1 bis 5 erläutert werden, wobei davon ausgegangen wird, dass die Geschwindigkeit v des Schiffs 12 durch das Wasser 26 im Wesentlichen gleich Null ist bzw. einen kleinen Wert von bis zu 6 km/h hat.
Verfahrensgemäß wird die mindestens eine Stabilisierungsfläche 16 zum Beispiel ausgehend von der mittleren Lage 48 nach Figur 1 periodisch um die bei fehlender Krängung des Rumpfes 14 des Schiffs 12 im Wesentlichen parallel zur Gewichtskraft FG bzw. der Schwerkraft verlaufende Schwenkachse S um den Schwenkwinkel β verschwenkt. Dieser Schwenkbewegung wird eine Verdrehbewegung der Stabilisierungsfläche 16 um die parallel zu der Anströmkante 40 und/oder der Abströmkante 42 der Stabilisierungsfläche 16 verlaufende Drehachse D um den Anstellwinkel γ von bis zu ±60° überlagert, derart dass von der sich stets unter Wasser 26 bewegenden Stabilisierungsfläche 16 hervorgerufene hydrodynamische Kräfte FH eine effektive Dämpfung der Rollbewegungen des Wasserfahrzeugs bewirken.The method for operating the stabilization device 10 is to be used in the further course of the description by way of example with reference to FIG Figures 1 to 5 are explained, it being assumed that the speed v of the ship 12 through the water 26 is essentially zero or has a small value of up to 6 km / h.
According to the method, the at least one stabilization surface 16 is moved, for example, starting from the middle layer 48 Figure 1 periodically by, if the hull 14 of the ship 12 is not heeled, essentially parallel to the weight FG or the force of gravity extending pivot axis S pivoted by the pivot angle β. This pivoting movement is superimposed on a twisting movement of the stabilizing surface 16 about the axis of rotation D running parallel to the leading edge 40 and / or the trailing edge 42 of the stabilizing surface 16 by the angle of incidence γ of up to ± 60 °, so that the stabilizing surface, which is always moving under water 26 16 caused hydrodynamic forces F H cause an effective damping of the rolling movements of the watercraft.

BezugszeichenlisteReference list

1010
StabilisierungsvorrichtungStabilizing device
1212th
Schiffship
1414th
Rumpfhull
1616
StabilisierungsflächeStabilizing surface
1818th
PositioniereinrichtungPositioning device
2020th
AbtriebszapfenOutput pin
2222nd
Wurzelroot
2424
Pfeilarrow
2626th
Wasserwater
3030th
RumpflängsachseFuselage longitudinal axis
3232
KoordinatensystemCoordinate system
3434
QuerachseTransverse axis
4040
AnströmkanteLeading edge
4242
AbströmkanteTrailing edge
4444
AnströmnaseApproach nose
4848
mittlere Lagemiddle location
5050
Aufnahmetasche (Rumpf)Receiving pocket (body)
5454
erste Aussparungfirst recess
5656
zweite Aussparungsecond recess
6060
erster Anströmkörperfirst inflow body
6262
zweiter Anströmkörpersecond inflow body
6464
erste rumpfseitige Schmalseitefirst narrow side on the fuselage
6666
zweite rumpfseitige Schmalseitesecond fuselage narrow side
6868
RuhelageRest position
7070
hintere Lage (Stabilisierungsfläche)rear layer (stabilizing surface)
7272
vordere Lage (Stabilisierungsfläche)front layer (stabilizing surface)
8080
Horizontalehorizontal
8282
Mittenebene (Stabilisierungsfläche)Center plane (stabilizing surface)
8484
Querschnittsgeometrie (erster Anströmkörper)Cross-sectional geometry (first inflow body)
8686
ÜbergangszoneTransition zone
8888
Querschnittsgeometrie (Stabilisierungsfläche)Cross-sectional geometry (stabilization surface)
ββ
relativer, absoluter Schwenkwinkel (Stabilisierungsfläche)relative, absolute swivel angle (stabilizing surface)
γγ
Anstellwinkel (Stabilisierungsfläche)Angle of attack (stabilizing surface)
δδ
Neigungswinkel (Schwenkachse)Inclination angle (swivel axis)
FG F G
GewichtskraftWeight force
FH F H
hydromechanische Krafthydromechanical force
HH
HochachseVertical axis
DD.
DrehachseAxis of rotation
SS.
SchwenkachseSwivel axis
vv
Geschwindigkeitspeed
R1 R 1
Krümmungsradius Anströmkante (Stabilisierungsfläche)Curvature radius leading edge (stabilization surface)
R2 R 2
Krümmungsradius Abströmkante (Stabilisierungsfläche)Radius of curvature trailing edge (stabilization surface)

Claims (11)

Aktive Stabilisierungsvorrichtung (10) zur vorrangigen Dämpfung von Rollbewegungen eines Wasserfahrzeugs, insbesondere eines Schiffs (12), mit mindestens einer Positioniereinrichtung (18) mit einem Abtriebszapfen (20) und mit einer an dem Abtriebszapfen (20) im Bereich ihrer Wurzel (22) befestigten Stabilisierungsfläche (16), wobei die Stabilisierungsfläche (16) eine Anströmkante (40) und eine Abströmkante (42) aufweist und die Stabilisierungsfläche (16) unter Wasser (26) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabilisierungsfläche (16) mittels der Positioniereinrichtung (18) um eine Schwenkachse (S) um einen Schwenkwinkel (β) verschwenkbar und zugleich um eine Drehachse (D) verdrehbar ist.Active stabilization device (10) for the primary damping of rolling movements of a watercraft, in particular a ship (12), with at least one positioning device (18) with an output pin (20) and with one attached to the output pin (20) in the area of its root (22) Stabilization surface (16), wherein the stabilization surface (16) has a leading edge (40) and a trailing edge (42) and the stabilization surface (16) is arranged under water (26), characterized in that the stabilization surface (16) by means of the positioning device ( 18) is pivotable about a pivot axis (S) by a pivot angle (β) and at the same time is rotatable about an axis of rotation (D). Stabilisierungsvorrichtung (10) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabilisierungsfläche (16) um einen Anstellwinkel (γ) von bis zu ±60° um die Drehachse (D) verdrehbar ist.Stabilization device (10) according to claim 1, characterized in that the stabilization surface (16) can be rotated by an angle of incidence (γ) of up to ± 60 ° around the axis of rotation (D). Stabilisierungsvorrichtung (10) nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Krümmungsradius (R1) der Anströmkante (40) der Stabilisierungsfläche (16) zur Schaffung einer Anströmnase (44) größer als ein Krümmungsradius (R2) der Abströmkante (42) ist.Stabilization device (10) according to Patent Claim 1 or 2, characterized in that a radius of curvature (R 1 ) of the leading edge (40) of the stabilizing surface (16) to create a leading edge (44) is greater than a radius of curvature (R 2 ) of the trailing edge (42) is. Stabilisierungsvorrichtung (10) nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Wurzel (22) der Stabilisierungsfläche (16) anströmkantenseitig eine erste Aussparung (54) und/oder abströmkantenseitig eine zweite Aussparung (56) innerhalb der Stabilisierungsfläche (16) vorgesehen ist.Stabilization device (10) according to one of claims 1 to 3, characterized in that in the area of the root (22) of the stabilization surface (16) on the inflow edge side a first recess (54) and / or on the downstream edge side a second recess (56) within the stabilization surface (16 ) is provided. Stabilisierungsvorrichtung (10) nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Abtriebszapfens (20) ein sich nicht mitverdrehender strömungskantenseitiger Anströmkörper (60) angeordnet ist, der sich in Abhängigkeit von dem Schwenkwinkel (β) zumindest teilweise außerhalb des Rumpfes (14) befindet.Stabilization device (10) according to claim 4, characterized in that a non-rotating flow edge-side inflow body (60) is arranged in the area of the output journal (20) and is located at least partially outside the hull (14) depending on the pivot angle (β) . Stabilisierungsvorrichtung (10) nach Patentanspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der strömungskantenseitige Anströmkörper (60) im Wesentlichen parallel zur Rumpflängsachse (30) orientiert ist.Stabilizing device (10) according to claim 4 or 5, characterized in that that the inflow body (60) on the flow edge is oriented essentially parallel to the longitudinal axis (30) of the fuselage. Stabilisierungsvorrichtung (10) nach einem der Patentansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Querschnittsgeometrie (84) des strömungskantenseitigen Anströmkörpers (60) im Wesentlichen mit einer Querschnittsgeometrie (88) der Stabilisierungsfläche (16) im Bereich der rumpfnahen Anströmkante (40) korrespondiert.Stabilization device (10) according to one of claims 4 to 6, characterized in that a cross-sectional geometry (84) of the flow edge-side inflow body (60) essentially corresponds to a cross-sectional geometry (88) of the stabilization surface (16) in the region of the inflow edge (40) close to the fuselage. Stabilisierungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rumpf (14) des Wasserfahrzeugs mindestens eine Aufnahmetasche (50) zur bevorzugt vollständigen Aufnahme jeweils einer zugeordneten Stabilisierungsfläche (16) aufweist.Stabilization device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the hull (14) of the watercraft has at least one receiving pocket (50) for preferably completely receiving an associated stabilizing surface (16). Verfahren zum Betrieb einer aktiven Stabilisierungsvorrichtung (10), insbesondere nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, zur vorrangigen Dämpfung von Rollbewegungen eines sich im Wesentlichen nicht durch das Wasser fortbewegenden Wasserfahrzeugs, insbesondere eines Schiffs (12), umfassend die folgenden Schritte: a) periodisches Verschwenken der mindestens einen Stabilisierungsfläche (16) um eine Schwenkachse (S) um einen Schwenkwinkel (β), und b) dem Verschwenken der mindestens einen Stabilisierungsfläche (16) überlagertes Verdrehen der Stabilisierungsfläche (16) um eine Drehachse (D), derart dass von der sich unter Wasser (26) bewegenden Stabilisierungsfläche (16) hervorgerufene hydromechanische Kräfte (FH) eine effektive Dämpfung der Rollbewegungen des Wasserfahrzeugs bewirken. A method for operating an active stabilization device (10), in particular according to one of claims 1 to 8, for the primary damping of rolling movements of a watercraft, in particular a ship (12), which is essentially not moving through the water, comprising the following steps: a) periodic pivoting of the at least one stabilizing surface (16) about a pivot axis (S) by a pivot angle (β), and b) rotating the stabilizing surface (16) about an axis of rotation (D), superimposed on the pivoting of the at least one stabilizing surface (16), such that hydromechanical forces (F H ) caused by the stabilizing surface (16) moving under water (26) produce effective damping the rolling movements of the watercraft. Verfahren nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkwinkel (β) der mindestens einen Stabilisierungsfläche (16) bei aktivierter Stabilisierungsvorrichtung (10) um die Schwenkachse (S) zwischen 30° und 150° liegt.Method according to patent claim 9, characterized in that the pivot angle (β) of the at least one stabilization surface (16) with the stabilization device (10) activated about the pivot axis (S) is between 30 ° and 150 °. Verfahren nach Patentanspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabilisierungsfläche (16) um die Drehachse (D) um einen Anstellwinkel (γ) von bis zu ±60° verdreht wird.Method according to claim 9 or 10, characterized in that the stabilizing surface (16) is rotated about the axis of rotation (D) by an angle of attack (γ) of up to ± 60 °.
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