EP3693262B1 - Active stabilisation device and method - Google Patents

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EP3693262B1
EP3693262B1 EP20154090.3A EP20154090A EP3693262B1 EP 3693262 B1 EP3693262 B1 EP 3693262B1 EP 20154090 A EP20154090 A EP 20154090A EP 3693262 B1 EP3693262 B1 EP 3693262B1
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EP
European Patent Office
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axis
stabilizing
stabilizing surface
hull
stabilization
Prior art date
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Active
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EP20154090.3A
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German (de)
French (fr)
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EP3693262A1 (en
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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
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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 initially relates to an active stabilization device for primarily damping rolling movements of 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 being arranged under water is.
  • 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, which essentially does not move through the water.
  • active stabilization devices for damping, in particular, rolling movements of the hull are known in a wide range of variations, see for example patent specifications WO2017074181 A1 , US2018057125 A1 or WO2013095097 A1 .
  • stabilization devices have been proposed in which undesirable trunk movements are dampened by heavy rotating masses.
  • active fin stabilizers at least one wing-like fin stabilizer is swung out on the port and starboard sides of the fuselage until each of the two fin stabilizers has assumed an approximately vertical position to the fuselage.
  • the buoyancy and downforce forces of the fin stabilizers are adjusted in such a way that they counteract as effectively as possible a rolling movement of the hull measured by sensors. Damping of the rolling movements of the hull of 80% and more can be achieved.
  • One 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 smaller stabilization surfaces.
  • a further object of the invention is to provide a method for operating such a stabilization device.
  • the stabilization surface can be pivoted about a pivot axis by a pivot angle by means of the positioning device and at the same time can be rotated about an axis of rotation.
  • 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 based on the horizontal or the idealized waterline.
  • a maximum pivot angle of the output pin around the pivot axis is, for example, between 0° and approx. 160°, starting from a fuselage longitudinal axis.
  • the pivot angle of the stabilization surface can be up to ⁇ 60° or 120° when the stabilization device is in operation in order to avoid hull contact.
  • 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 attack of up to ⁇ 60°.
  • a radius of curvature of the leading edge of the stabilization surface to create an inflow nose is larger than a radius of curvature of the trailing edge.
  • a first recess is provided on the leading edge side and a second recess is provided on the trailing edge side within the stabilization surface.
  • the second recess on the trailing edge side avoids, among other things, a collision of the stabilization surface with a hull of the ship when the stabilization surface is pivoted.
  • a non-rotating flow edge-side inflow body is arranged, which closes without a gap to a first fuselage-side narrow side of the stabilization surface and which is located at least partially outside the fuselage depending on the pivot angle.
  • the hydrodynamic flow properties in the area of the output journal can be optimized by the inflow body acting as a spoiler.
  • the flow edge-side inflow body is oriented essentially parallel to the longitudinal axis of the fuselage.
  • 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 area of the inflow edge near the fuselage.
  • the hull of the watercraft has at least one receiving pocket for preferably completely receiving an assigned stabilization surface.
  • the at least one stabilization surface can ideally be accommodated completely in the assigned receiving pocket in order to minimize the flow resistance of the fuselage.
  • the receiving pocket can have a larger volume than the volume required to completely accommodate the stabilization surface.
  • the pivot angle of the at least one stabilization surface is between 30° and 150° around the pivot axis when the stabilization device is activated.
  • the stabilization surface is rotated about the axis of rotation by an angle of attack of up to ⁇ 60°.
  • the Figure 1 shows a highly schematic top view of a pivotable stabilization surface of a stabilization device in a middle position.
  • An active stabilization device 10 of a ship 12, not shown, with a hull 14 has, among other things, an approximately square, fin-like stabilization surface 16, which, if necessary, can simultaneously 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 in relation to the normal traveling or cruising speed of the ship or even in the range of zero, which is equivalent 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 designed to be mirror-symmetrical to a hull longitudinal axis 30, that is to say the hull 14 of the ship 12 preferably has, in addition to the port-side stabilization device 10 illustrated here, a further one on the starboard side, which is constructed mirror-symmetrically to the stabilization device 10 but is not shown in the drawing Stabilization device.
  • starboard side means right in the direction of travel of the ship 12, while “port side” means 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
  • a rectangular coordinate system 32 of the hull 14 has an x-axis pointing in the direction of travel of the ship 12 and running parallel to the longitudinal axis 30 of the hull and a y-axis or transverse axis 34 running at right angles to this.
  • a vertical axis H runs through the intersection of the x-axis and the y-axis of the rectangular coordinate system 32 and perpendicular to the x-axis and y-axis. If the hull 14 is not heeling, the vertical axis H (yaw axis) is aligned parallel to the weight force F G.
  • the pivot axis S coincides here merely as an example with the vertical axis H of the coordinate system 32, so that the stabilization surface 16 protrudes practically horizontally from the fuselage 14. Deviating from 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 stabilization surface 16 take place about the pivot axis S, while the rotational movements superimposed on the pivoting movements or the changes in an angle of attack ⁇ of the stabilization surface 16 take place about the axis of rotation 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 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 to the trailing edge 42 of the stabilization surface 16 is also possible and technically advantageous in individual cases .
  • a radius of curvature Ri of the leading edge 40 is dimensioned to be significantly larger than a radius of curvature R 2 of the trailing edge 42.
  • the stabilization surface 16 can also be connected to the output pin 20 at an angle ⁇ , not shown, of, for example, ⁇ 15° or more.
  • the stabilization surface 16 can be pivoted into the middle position 48 illustrated here, in which the pivot angle ⁇ is approximately 90°, so that the stabilization surface 16 protrudes practically at right angles from the hull 14 of the ship 12.
  • the stabilization surface 16 can be rotated about its axis of rotation D by an angle of attack ⁇ in a range of approximately ⁇ 60°.
  • the stabilization surface 16 when the stabilization device 10 is activated, the stabilization surface 16 is preferably periodically pivoted about the pivot axis S by a (relative) pivot angle ⁇ in an angular range of up to ⁇ 60 ° in relation to the central position 48 shown here and at a speed that is not too high and at the same time about the Axis of rotation D rotates about the angle of attack ⁇ in an angular interval of up to ⁇ 60 ° with respect to the horizontal in the form of the xy plane of the coordinate system 32 or a waterline, not shown, of the hull 14 of the ship 12.
  • the (absolute) angle ⁇ Based on the rest position of the stabilization surface 16, which is completely folded into the receiving pocket 50, the (absolute) angle ⁇ is between 30° and 150° (see esp.
  • the positioning device 18 is controlled with the aid of a powerful control and/or regulating device (not shown), taking into account measured values of a complex sensor system for detecting, in particular, rolling, pitching and yaw movements as well as the speed v of the ship 12 in the water 26 in real time.
  • a particularly efficient and effective damping of undesirable rolling movements of the ship 12 about the longitudinal axis 30 of the hull is possible.
  • hydromechanical forces caused by the stabilization surface 16 are used, whereby the rotation and pivoting movements of the stabilization surface 16 can be used alternatively, one after the other or coordinated in time.
  • the stabilization device 10 can therefore basically 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 superimposed on each other in a suitable manner in time.
  • the stabilization surface 16 can ideally be completely accommodated in order to reduce the flow resistance of the fuselage 14 and avoid turbulence, with a pivot angle ⁇ between the axis of rotation D and the longitudinal axis of the fuselage 30 being approximately 0° (see in particular Fig. 2 ).
  • the stabilization surface 16 also has a first square recess 54 in the area of the root 22 on the leading edge side and a second square recess 56 on the trailing edge side.
  • the two recesses 54, 56 prevent, among other things, a collision of the stabilization surface 16 with the hull 14 of the ship 12 when pivoting the stabilization surface 16 is avoided.
  • first inflow body 60 is provided at least in the area of the first recess 54 of the stabilization surface 16 - as indicated here in the drawing with a dotted black line - there is a flow edge-side.
  • the first inflow body 60 is located at different distances 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 of the fuselage 30, that is to say the inflow body 60 essentially does not or at least not completely follows 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 preferably corresponds to the cross-sectional geometry of the leading edge 40 in the area of the root 22 of the stabilization surface 16.
  • the inflow body 60 primarily serves to optimize the hydrodynamic properties of the stabilization surface 16 in the further swung-out state.
  • a second inflow body 62 on the trailing edge side can also be provided in the area of the second recess 56 of the stabilization surface 16, at least in some areas.
  • the first inflow body 60 adjoins a first fuselage-side narrow side 64 of the stabilization surface 16 without a gap and the optional second inflow body 62 also ideally adjoins a second fuselage-side narrow side 66 of the stabilization surface 16 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 force F G when the hull 14 of the ship 12 is not heeling.
  • 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 stabilization surface 16 located under water 26 can be pivoted about the pivot axis S and rotated about the axis of rotation D by means of the positioning device 18.
  • the pivot axis S is arranged inclined by an angle of inclination ⁇ of 45° in relation to the vertical axis H, merely as an example.
  • the Figure 2 illustrates a top view of the stabilization surface in a rest position.
  • the stabilization surface 16 of the stabilization device 10 is almost completely received or pivoted into the receiving pocket 50 of the hull 14 of the ship 12 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 therefore approximately 0°, so that the rotation axis D of the stabilization surface 16 and the x-axis of the coordinate system 32 coincide.
  • the Figure 3 shows a top view of the stabilization surface in a rear position.
  • the stabilization surface 16 of the stabilization device 10 has assumed a pivot angle ⁇ of approximately 135 ° in relation to the x-axis of the coordinate system 32 and the axis of rotation D by appropriately moving the positioning device 18.
  • the second hull-side narrow side 66 of the stabilization surface 16 almost touches the hull 14 of the ship 12, so that further pivoting of the stabilization surface 16 in this direction is no longer indicated.
  • the first inflow body 60 prevents the water 26 from directly flowing against the first hull-side narrow side 64 of the stabilization surface 16 and parts of the drive pin 20, thus reducing the flow resistance of the stabilization device 10.
  • the stabilization surface 16 can, for example, periodically move between the rear layer 70, symbolized by a black solid line, and a front one - illustrated with a dashed outline representation of the stabilization surface 16 (bow-side) position 72 periodically swing back and forth, with the stabilization device 10 simultaneously performing superimposed rotational movements about the axis of rotation D in order to vary the angle of attack of the stabilization surface 16 in the water 26.
  • the pivoting movement of the stabilization surface 16 of the stabilization device 10, shown here only as an example, essentially corresponds, viewed in isolation, to a pivot angle ⁇ of ⁇ 45° in relation to the y-axis of the coordinate system 32 (transverse axis) or the central position of the stabilization surface 16 of 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 stabilization surface 16 are possible using the positioning device 18.
  • the Figure 4 shows a perspective view of the stabilization surface in the middle position according to 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 stabilization surface 16 of the stabilization device 10 is swung out of the receiving pocket 50 of the hull 14 into the middle position by means of the positioning device 18 (see esp . Fig. 1 ), so that the pivot angle of the stabilization surface 16 about the pivot axis S, not shown here, is approximately 90 °.
  • the radius Ri of the leading edge 40 is dimensioned to be significantly larger than the radius R 2 of the trailing edge 42 of the stabilizing surface 16 in order to form the drop-shaped leading edge 44 in sections.
  • the axis of rotation D runs approximately parallel between the leading edge 40 and the trailing edge 42.
  • a horizontal 80 or one Horizontal runs parallel to the 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 Figures 1 to 3 .
  • the axis of rotation D again runs parallel to the leading edge 40 and the trailing edge 42 of the stabilization surface 16 and defines a center plane 82 of the stabilization surface 16.
  • the stabilization surface 16 In the illustrated position of the stabilization surface 16, it is rotated by a negative angle of attack - ⁇ or in a counterclockwise direction 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 force F G.
  • the hydromechanical force F H generates a corresponding torque about the longitudinal axis 30 of the hull in order to compensate as much as possible for rolling movements of the hull 14 of the ship 12 with the help of the stabilization surface 16.
  • the angle of attack - ⁇ exists between the center plane 82 of the stabilization surface 16 and the horizontal 80.
  • the inflow body 60 is located almost completely within the receiving pocket 50 and is oriented essentially parallel to the fuselage longitudinal axis 30, that is to say the inflow body 60 essentially does not follow the rotational movements of the stabilization surface 16 about the axis of rotation D until the angle of attack - ⁇ is reached.
  • the Figure 5 illustrates a perspective view of the stabilization surface in the rear Location of Fig. 3 with a positive angle of attack.
  • the ship 12 with the stabilization device 10 integrated into the hull 14 in turn moves at the speed v in the direction of the arrow 24 through the surrounding water 26.
  • the stabilization surface 16 is pivoted about the pivot axis S by the pivot angle, which is also not shown here, so that it the maximum possible rear position without direct mechanical contact with the fuselage 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 stabilization surface 16 in the water 26 can be significantly reduced at least at an angle of attack ⁇ of the stabilization surface 16 close to 0°, that is to say when the stabilization surface 16 is essentially horizontally aligned.
  • the inflow body 60 is here almost completely pivoted out of the receiving pocket 50 of the fuselage 14, with the inflow body 60 being oriented unchanged to the longitudinal axis 30 of the fuselage.
  • the stabilization surface 16 is rotated by a positive angle of attack of + ⁇ about the axis of rotation D or clockwise, that is to say the angle of attack + ⁇ exists between the center plane 82 of the stabilization surface 16 and the horizontal 80. Due to the now positive angle of attack + ⁇ , a hydromechanical force F H directed in the direction of the pivot axis S or against the weight force F G acts on the stabilization surface 16, among other things.
  • the hydromechanical force F H leads to a corresponding (tilting) torque about the longitudinal hull axis 30 of the ship 12, which serves to compensate as much as possible for the undesirable rolling movements of the hull 14 of the ship 12 about the hull longitudinal axis 30.
  • angles of attack ⁇ of the stabilization 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 up to ⁇ 60°.
  • the at least one stabilization surface 16 is, for example, starting from the middle layer 48 Figure 1 periodically pivoted around the pivot axis S, which runs essentially parallel to the weight force F G or gravity when the hull 14 of the ship 12 is not heeling, by the pivot angle ⁇ .
  • This pivoting movement is superimposed on a twisting movement of the stabilizing surface 16 about the axis of rotation D, which runs parallel to the leading edge 40 and/or the trailing edge 42 of the stabilizing surface 16, by the angle of attack ⁇ of up to ⁇ 60°, in such a way that the stabilizing surface always moves under water 26 16 caused hydrodynamic forces F H cause an effective damping of the rolling movements of the watercraft.

Landscapes

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Description

Die Erfindung betrifft zunächst eine aktive Stabilisierungsvorrichtung zur vorrangigen Dämpfung von Rollbewegungen 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.The invention initially relates to an active stabilization device for primarily damping rolling movements of 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 being arranged under water is.

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.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, which essentially does not move 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, siehe z.B. Patentschriften WO2017074181 A1 , US2018057125 A1 oder WO2013095097 A1 .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, see for example patent specifications WO2017074181 A1 , US2018057125 A1 or WO2013095097 A1 .

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.Among other things, stabilization devices have been proposed in which undesirable trunk movements are dampened by heavy rotating masses. In the case of the so-called active fin stabilizers, at least one wing-like fin stabilizer is swung out on the port and starboard sides of the fuselage until each of the two fin stabilizers has assumed an approximately vertical position to the fuselage. 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 buoyancy and downforce forces of different strengths can be generated if the watercraft moves through the water at a sufficient speed. By means of a suitable control and/or regulating device, the buoyancy and downforce forces of the fin stabilizers are adjusted in such a way that they counteract as effectively as possible a rolling movement of the hull measured by sensors. Damping of the rolling movements of the hull 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.In the case of a watercraft that is not actively moving through the water, varying the angle of attack of the fin stabilizers using appropriate hydraulic actuators is not sufficient, since sufficiently high hydrodynamic forces cannot be generated using the fin stabilizers in this way. Rather, in the case of a watercraft that does not move through the water or only moves slowly, it is necessary to use the fin stabilizers, for example. B. to swing back and forth through the water actively and at a sufficient speed at a constant angle of attack using additional hydraulic actuators in order to build up the hydrodynamic forces necessary to weaken the undesirable rolling movements of the hull of the watercraft. Another possibility, for example, is to quickly change the angle of attack of the stabilization surface while maintaining a constant swivel angle in order to build up the forces required to stabilize the torso through the paddling movement generated in this way.

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.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.One 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 smaller stabilization surfaces. A further object of the invention is to provide a method for operating such a stabilization device.

Die eingangs genannte Aufgabe wird zunächst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Insbesondere ist dabei die Stabilisierungsfläche mittels der Positioniereinrichtung um eine Schwenkachse um einen Schwenkwinkel verschwenkbar und zugleich um eine Drehachse verdrehbar.The task mentioned at the beginning is initially solved by the features of patent claim 1. In particular, the stabilization surface can be pivoted about a pivot axis by a pivot angle by means of the positioning device and at the same time can be rotated about an axis of rotation.

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.Due to the superimposition or the simultaneous execution of pivoting and rotational movements of the at least one stabilization device, complex spatial movement patterns of the stabilization surface under water can be realized around a rotation and pivot axis, resulting in more effective damping of, in particular, rolling movements of the watercraft with a simultaneously significantly reduced stabilization surface results. Furthermore, there is 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, there is a reduced installation space requirement for the stabilization device in a hull of a watercraft.

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 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 based on the horizontal or the idealized waterline. A maximum pivot angle of the output pin around the pivot axis is, for example, between 0° and approx. 160°, starting from a fuselage longitudinal axis. Relative to a transverse axis of the hull of the watercraft, the pivot angle of the stabilization surface can be up to ±60° or 120° when the stabilization device is in operation in order to avoid hull contact. Optionally, it is possible to connect the axis of rotation of the stabilization surface to the output pin at an angle α between 5° and 30°. If there is no heeling 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.The stabilization surface can preferably be rotated about the axis of rotation by an angle of attack of up to ±60°.

Hierdurch ergibt sich ein nicht zu hoher Strömungswiderstand beim Verschwenken der Stabilisierungsfläche durch das Wasser.This results in a flow resistance that is not too high when the stabilization 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 stabilization surface to create an inflow nose is larger than a radius of curvature of the trailing edge. As a result, a cross-sectional geometry of the stabilization surface that is favorable in terms of flow is achieved.

Erfindungsgemäß ist im Bereich der Wurzel der Stabilisierungsfläche anströmkantenseitig eine erste Aussparung und abströmkantenseitig eine zweite Aussparung innerhalb der Stabilisierungsfläche vorgesehen. Die abströmkantenseitige zweite Aussparung vermeidet unter anderem eine Kollision der Stabilisierungsfläche mit einem Rumpf des Schiffes beim Verschwenken der Stabilisierungsfläche.According to the invention, in the area of the root of the stabilization surface, a first recess is provided on the leading edge side and a second recess is provided on the trailing edge side within the stabilization surface. The second recess on the trailing edge side avoids, among other things, a collision of the stabilization surface with a hull of the ship when the stabilization surface is pivoted.

Hierdurch wird beim Verschwenken der Stabilisierungsfläche ein mechanischer Kontakt mit dem Rumpf vermieden und zugleich der Schwenkbereich der Stabilisierungsfläche vergrößert.This creates mechanical contact when the stabilization surface is pivoted the fuselage is avoided and at the same time the pivoting range of the stabilization surface is increased.

Im Bereich der ersten Aussparung ist ein sich nicht mitverdrehender strömungskantenseitiger Anströmkörper angeordnet, der spaltfrei an eine erste rumpfseitige Schmalseite der Stabilisierungsfläche schließt und der sich in Abhängigkeit von dem Schwenkwinkel zumindest teilweise außerhalb des Rumpfes befindet.In the area of the first recess, a non-rotating flow edge-side inflow body is arranged, which closes without a gap to a first fuselage-side narrow side of the stabilization surface and which is located at least partially outside the fuselage depending on the pivot angle.

Durch den als Spoiler fungierenden Anströmkörper können die hydrodynamischen Strömungseigenschaften im Bereich des Abtriebszapfens optimiert werden.The hydrodynamic flow properties in the area of the output journal can be optimized by the inflow body acting as a spoiler.

Im Fall einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der strömungskantenseitige Anströmkörper im Wesentlichen parallel zur Rumpflängsachse orientiert.In the case of a further advantageous embodiment, the flow edge-side inflow body is oriented essentially parallel to the longitudinal axis of the fuselage.

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.Due to the lack of an angle of attack or an angle of attack of 0° or only a small angle of attack of the inflow body, there is no significant increase in resistance when pivoting the stabilization surface.

Bei einer günstigen Weiterbildung korrespondiert eine Querschnittsgeometrie des strömungskantenseitigen Anströmkörpers im Wesentlichen mit einer Querschnittsgeometrie der Stabilisierungsfläche im Bereich der rumpfnahen Anströmkante.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 area of the inflow edge near the fuselage.

Hierdurch können Turbulenzen in einer Grenzzone zwischen Anströmkörper und Stabilisierungsfläche minimiert werden.This allows turbulence to be minimized in a boundary zone between the inflow body and the stabilization surface.

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.Preferably, the hull of the watercraft has at least one receiving pocket for preferably completely receiving an assigned stabilization surface. As a result, when the stabilization device is not in use, the at least one stabilization surface can ideally be accommodated completely in the assigned receiving pocket in order to minimize the flow resistance of the fuselage. The receiving pocket can have a larger volume than the volume required to completely accommodate the stabilization 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.
In addition, the task mentioned at the beginning is solved by a process with the following characteristic steps:
  1. a) periodic pivoting of the at least one stabilization surface by one Swivel axis by a swivel angle, and
  2. b) rotation of the stabilization surface about an axis of rotation superimposed on the pivoting of the at least one stabilization surface, such that hydromechanical forces caused by the stabilization surface moving under water cause effective damping of the rolling movements of the watercraft.

Infolgedessen ist eine ausgezeichnete Stabilisierungswirkung gegenüber Rollbewegungen des Wasserfahrzeugs bei einer zugleich erheblich verringerten Größe der Stabilisierungsfläche möglich.As a result, an excellent stabilization effect against rolling movements of the watercraft is possible with a significantly reduced size of the stabilization 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.In a further development of the method it is provided that the pivot angle of the at least one stabilization surface is between 30° and 150° around the pivot axis when the stabilization device is activated.

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.This makes it possible to build up sufficiently high hydromechanical, in particular hydrodynamic, forces for roll damping of the watercraft when the watercraft does not move through the water or only moves slowly. Larger pivot angles of the stabilization surface can lead to a collision with the hull and result in lower hydromechanical forces.

Vorzugsweise wird die Stabilisierungsfläche um die Drehachse um einen Anstellwinkel von bis zu ±60° verdreht.Preferably, the stabilization surface is rotated about the axis of rotation by an angle of attack of up to ±60°.

Infolgedessen ist eine geeignete Begrenzung des Strömungswiderstands der sich unter Wasser bewegenden Stabilisierungsfläche im aktiven Zustand der Stabilisierungsvorrichtung möglich.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 using 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
a schematic top view of a pivotable stabilization surface of a stabilization device in a middle position,
Figure 1a
a simplified cross-sectional representation of the stabilization surface with an inclined pivot axis,
Figure 2
a top view of the stabilization surface in a rest position,
Figure 3
a top view of the stabilization surface in a rear position,
Figure 4
a perspective view of the stabilization surface in the middle position according to Fig. 1 with a negative angle of attack, and
Figure 5
a perspective view of the stabilization 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.The Figure 1 shows a highly schematic top view of a pivotable stabilization surface of a stabilization device in a middle position.

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.An active stabilization device 10 of a ship 12, not shown, with a hull 14 has, among other things, an approximately square, fin-like stabilization surface 16, which, if necessary, can simultaneously 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.

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.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 in relation to the normal traveling or cruising speed of the ship or even in the range of zero, which is equivalent 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 designed to be mirror-symmetrical to a hull longitudinal axis 30, that is to say the hull 14 of the ship 12 preferably has, in addition to the port-side stabilization device 10 illustrated here, a further one on the starboard side, which is constructed mirror-symmetrically to the stabilization device 10 but is not shown in the drawing Stabilization device. The term “starboard side” means right in the direction of travel of the ship 12, while “port side” means 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.

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.A rectangular coordinate system 32 of the hull 14 has an x-axis pointing in the direction of travel of the ship 12 and running parallel to the longitudinal axis 30 of the hull and a y-axis or transverse axis 34 running at right angles to this. A vertical axis H runs through the intersection of the x-axis and the y-axis of the rectangular coordinate system 32 and perpendicular to the x-axis and y-axis. If the hull 14 is not heeling, the vertical axis H (yaw axis) is aligned parallel to the weight force F G. The pivot axis S coincides here merely as an example with the vertical axis H of the coordinate system 32, so that the stabilization surface 16 protrudes practically horizontally from the fuselage 14. Deviating from 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 stabilization surface 16 take place about the pivot axis S, while the rotational movements superimposed on the pivoting movements or the changes in an angle of attack γ of the stabilization surface 16 take place about the axis of rotation 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.

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 Ri der Anströmkante 40 signifikant größer als ein Krümmungsradius R2 der Abströmkante 42 bemessen.The axis of rotation D runs parallel 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 to the trailing edge 42 of the stabilization surface 16 is also possible and technically advantageous in individual cases . To create an inflow nose 44 with a suitable, fluid-optimal profiling, a radius of curvature Ri of the leading edge 40 is dimensioned to be significantly larger than a radius of curvature R 2 of the trailing edge 42.

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.Deviating from the rectilinear arrangement of stabilization surface 16 and output pin 20 of the positioning device 18 shown here, the stabilization surface 16 can also be connected to the output pin 20 at an angle α, not shown, of, for example, ±15° or more.

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.By means of the positioning device 18, the stabilization surface 16 can be pivoted into the middle position 48 illustrated here, in which the pivot angle β is approximately 90°, so that the stabilization surface 16 protrudes practically at right angles from the hull 14 of the ship 12. At the same time, the stabilization surface 16 can be rotated about its axis of rotation D by an angle of attack γ in a range of approximately ±60°.

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.According to the invention, when the stabilization device 10 is activated, the stabilization surface 16 is preferably periodically pivoted about the pivot axis S by a (relative) pivot angle β in an angular range of up to ±60 ° in relation to the central position 48 shown here and at a speed that is not too high and at the same time about the Axis of rotation D rotates about the angle of attack γ in an angular interval of up to ± 60 ° with respect to the horizontal in the form of the xy plane of the coordinate system 32 or a waterline, not shown, of the hull 14 of the ship 12. Based on the rest position of the stabilization surface 16, which is completely folded into the receiving pocket 50, the (absolute) angle β is between 30° and 150° (see esp. Fig. 2 ). The positioning device 18 is controlled with the aid of a powerful control and/or regulating device (not shown), taking into account measured values of a complex sensor system for detecting, in particular, rolling, pitching and yaw movements as well as the speed v of the ship 12 in the water 26 in real time. As a result, a particularly efficient and effective damping of undesirable rolling movements of the ship 12 about the longitudinal axis 30 of the hull is possible. In this process, hydromechanical forces caused by the stabilization surface 16 are used, whereby the rotation and pivoting movements of the stabilization surface 16 can be used alternatively, one after the other or coordinated in time. The stabilization device 10 can therefore basically 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 superimposed on each other in a suitable manner in time.

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).In the receiving pocket 50 of the fuselage 14, the stabilization surface 16 can ideally be completely accommodated in order to reduce the flow resistance of the fuselage 14 and avoid turbulence, with a pivot angle β between the axis of rotation D and the longitudinal axis of the fuselage 30 being approximately 0° (see in particular 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.The stabilization surface 16 also has a first square recess 54 in the area of the root 22 on the leading edge side and a second square recess 56 on the trailing edge side. The two recesses 54, 56 prevent, among other things, a collision of the stabilization surface 16 with the hull 14 of the ship 12 when pivoting the stabilization surface 16 is avoided.

Darüber hinaus ist 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. Der erste Anströmkörper 60 befindet sich in Abhängigkeit von dem Schwenkwinkel β jeweils unterschiedlich weit außerhalb des Rumpfes 14 des Schiffes 12.In addition, at least in the area of the first recess 54 of the stabilization surface 16 - as indicated here in the drawing with a dotted black line - there is a flow edge-side, first inflow body 60 is provided. The first inflow body 60 is located at different distances 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.In addition, the inflow body 60 is oriented essentially parallel to the longitudinal axis of the fuselage 30, that is to say the inflow body 60 essentially does not or at least not completely follows the rotational movements of the stabilizing surface 16 about the axis of rotation D caused by the positioning device 18. To minimize unwanted turbulence, a cross-sectional geometry of the inflow body 60 preferably corresponds to the cross-sectional geometry of the leading edge 40 in the area of the root 22 of the stabilization surface 16. The inflow body 60 primarily serves to optimize the hydrodynamic properties of the stabilization surface 16 in the further swung-out state. In addition, a second inflow body 62 on the trailing edge side can also be provided in the area of the second recess 56 of the stabilization surface 16, at least in some areas.

Der erste Anströmkörper 60 schließt 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.The first inflow body 60 adjoins a first fuselage-side narrow side 64 of the stabilization surface 16 without a gap and the optional second inflow body 62 also ideally adjoins a second fuselage-side narrow side 66 of the stabilization surface 16 without any gaps.

Die Figur 1a zeigt eine vereinfachte Querschnittsdarstellung der Stabilisierungsfläche mit geneigter Schwenkachse.The Figure 1a shows a simplified cross-sectional view of the stabilization surface with an inclined pivot axis.

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 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 force F G when the hull 14 of the ship 12 is not heeling. 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 stabilization surface 16 located under water 26 can be pivoted about the pivot axis S and rotated about the axis of rotation D by means of the positioning device 18. In contrast to the representation of Figure 1 Here, the pivot axis S is arranged inclined by an angle of inclination δ of 45° in relation to the vertical axis H, merely as an example.

Die Figur 2 illustriert eine Draufsicht auf die Stabilisierungsfläche in einer Ruhelage.The Figure 2 illustrates a top view of the stabilization surface in a rest position.

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. 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.In a so-called rest position 68 shown here, the stabilization surface 16 of the stabilization device 10 is almost completely received or pivoted into the receiving pocket 50 of the hull 14 of the ship 12 by means of the positioning device 18. The pivot angle β of the stabilization surface about the pivot axis S of the coordinate system 32 is therefore approximately 0°, so that the rotation axis 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.The Figure 3 shows a top view of the stabilization surface in a rear position. In a so-called rear (rear) position 70 illustrated graphically here, the stabilization surface 16 of the stabilization device 10 has assumed a pivot angle β of approximately 135 ° in relation to the x-axis of the coordinate system 32 and the axis of rotation D by appropriately moving the positioning device 18. In this position, the second hull-side narrow side 66 of the stabilization surface 16 almost touches the hull 14 of the ship 12, so that further pivoting of the stabilization 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 directly flowing against the first hull-side narrow side 64 of the stabilization surface 16 and parts of the drive pin 20, thus reducing the flow resistance of the stabilization device 10. When the stabilization device 10 is activated to dampen undesirable 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 move between the rear layer 70, symbolized by a black solid line, and a front one - illustrated with a dashed outline representation of the stabilization surface 16 (bow-side) position 72 periodically swing back and forth, with the stabilization device 10 simultaneously performing superimposed rotational movements about the axis of rotation D in order to vary the angle of attack of the stabilization surface 16 in the water 26.

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.The pivoting movement of the stabilization surface 16 of the stabilization device 10, shown here only as an example, essentially corresponds, viewed in isolation, to a pivot angle β of ±45° in relation to the y-axis of the coordinate system 32 (transverse axis) or the central position of the stabilization surface 16 of 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.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 stabilization surface 16 are possible using 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 shows a perspective view of the stabilization surface in the middle position according to 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.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 stabilization surface 16 of the stabilization device 10 is swung out of the receiving pocket 50 of the hull 14 into the middle position by means of the positioning device 18 (see esp . Fig. 1 ), so that the pivot angle of the stabilization surface 16 about the pivot axis S, not shown here, is approximately 90 °.

Der Radius Ri 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.The radius Ri of the leading edge 40 is dimensioned to be significantly larger than the radius R 2 of the trailing edge 42 of the stabilizing surface 16 in order to form the drop-shaped leading edge 44 in sections. The axis of rotation D runs approximately parallel between the leading edge 40 and the trailing edge 42. A horizontal 80 or one Horizontal runs parallel to the 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 Figures 1 to 3 . The axis of rotation D again runs parallel to the leading edge 40 and the trailing edge 42 of the stabilization surface 16 and defines a center plane 82 of the stabilization surface 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.In the illustrated position of the stabilization surface 16, it is rotated by a negative angle of attack -γ or in a counterclockwise direction 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 force F G. The hydromechanical force F H generates a corresponding torque about the longitudinal axis 30 of the hull in order to compensate as much as possible for rolling movements of the hull 14 of the ship 12 with the help of the stabilization surface 16. The angle of attack -γ exists between the center plane 82 of the stabilization surface 16 and the horizontal 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 inflow body 60 is located almost completely within the receiving pocket 50 and is oriented essentially parallel to the fuselage longitudinal axis 30, that is to say the inflow body 60 essentially does not follow the rotational movements of the stabilization 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.The Figure 5 illustrates a perspective view of the stabilization surface in the rear Location of Fig. 3 with a positive angle of attack.

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.The ship 12 with the stabilization device 10 integrated into the hull 14 in turn moves at the speed v in the direction of the arrow 24 through the surrounding water 26. The stabilization surface 16 is pivoted about the pivot axis S by the pivot angle, which is also not shown here, so that it the maximum possible rear position without direct mechanical contact with the fuselage 14 Fig. 3 has taken.

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.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 stabilization surface 16 in the water 26 can be significantly reduced at least at an angle of attack γ of the stabilization surface 16 close to 0°, that is to say when the stabilization surface 16 is essentially horizontally aligned.

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.The inflow body 60 is here almost completely pivoted out of the receiving pocket 50 of the fuselage 14, with the inflow body 60 being oriented unchanged to the longitudinal axis 30 of the fuselage.

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.In contrast to the representation of Fig. 4 Here, the stabilization surface 16 is rotated by a positive angle of attack of +γ about the axis of rotation D or clockwise, that is to say the angle of attack +γ exists between the center plane 82 of the stabilization surface 16 and the horizontal 80. Due to the now positive angle of attack +γ, a hydromechanical force F H directed in the direction of the pivot axis S or against the weight force F G acts on the stabilization surface 16, among other things. The hydromechanical force F H leads to a corresponding (tilting) torque about the longitudinal hull axis 30 of the ship 12, which serves to compensate as much as possible for the undesirable rolling movements of the hull 14 of the ship 12 about the hull longitudinal axis 30.

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.By means of the positioning device 18, angles of attack γ of the stabilization 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 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.The method for operating the stabilization device 10 will be explained further in the description using the example Figures 1 to 5 will be 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.

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.According to the method, the at least one stabilization surface 16 is, for example, starting from the middle layer 48 Figure 1 periodically pivoted around the pivot axis S, which runs essentially parallel to the weight force F G or gravity when the hull 14 of the ship 12 is not heeling, 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, which runs parallel to the leading edge 40 and/or the trailing edge 42 of the stabilizing surface 16, by the angle of attack γ of up to ±60°, in such a way that the stabilizing surface always moves under water 26 16 caused hydrodynamic forces F H cause an effective damping of the rolling movements of the watercraft.

BezugszeichenlisteReference symbol list

1010
StabilisierungsvorrichtungStabilization device
1212
SchiffShip
1414
Rumpfhull
1616
Stabilisierungsflächestabilization surface
1818
PositioniereinrichtungPositioning device
2020
Abtriebszapfenoutput pin
2222
Wurzelroot
2424
PfeilArrow
2626
WasserWater
3030
RumpflängsachseLongitudinal axis of the fuselage
3232
KoordinatensystemCoordinate system
3434
QuerachseTransverse axis
4040
Anströmkanteleading edge
4242
Abströmkantetrailing edge
4444
AnströmnaseInflow nose
4848
mittlere Lagemiddle position
5050
Aufnahmetasche (Rumpf)Storage bag (hull)
5454
erste Aussparungfirst recess
5656
zweite Aussparungsecond recess
6060
erster Anströmkörperfirst inflow body
6262
zweiter Anströmkörpersecond inflow body
6464
erste rumpfseitige Schmalseitefirst narrow side of the fuselage
6666
zweite rumpfseitige Schmalseitesecond narrow side of the fuselage
6868
RuhelageResting position
7070
hintere Lage (Stabilisierungsfläche)rear layer (stabilization surface)
7272
vordere Lage (Stabilisierungsfläche)front layer (stabilization surface)
8080
Horizontalehorizontal
8282
Mittenebene (Stabilisierungsfläche)Center plane (stabilization 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 (stabilization surface)
γγ
Anstellwinkel (Stabilisierungsfläche)Angle of attack (stabilization surface)
δδ
Neigungswinkel (Schwenkachse)Tilt angle (swivel axis)
FGFG
Gewichtskraftweight force
FHFH
hydromechanische Krafthydromechanical force
HH
Hochachsevertical axis
DD
DrehachseAxis of rotation
SS
SchwenkachsePivot axis
vv
Geschwindigkeitspeed
R1R1
Krümmungsradius Anströmkante (Stabilisierungsfläche)Radius of curvature leading edge (stabilization surface)
R2R2
Krümmungsradius Abströmkante (Stabilisierungsfläche)Radius of curvature trailing edge (stabilization surface)

Claims (9)

  1. Active stabilizing apparatus (10) for priority damping of rolling movements of a ship (12), with at least one positioning device (18) with an output pin (20) and with a stabilizing surface (16) which is fastened to the output pin (20) in the region of its root (22), wherein the stabilizing surface (16) has a leading edge (40) and a trailing edge (42) and the stabilizing surface (16) is arranged under water (26), wherein, by means of the positioning device (18), the stabilizing surface (16) is pivotable about a pivot axis (S) through a pivoting angle (β) and at the same time is rotatable about an axis of rotation (D), wherein, in the region of the root (22) of the stabilizing surface (16), provision is made at the leading-edge side of a first cutout (54) and at the trailing-edge side of a second cutout (56) within the stabilizing surface (16),
    characterized in that,
    in the region of the first cutout (54), there is arranged a flow-edge-side non-co-rotating flow-impingement body (60) which adjoins, without a gap, a first hull-side narrow side (64) of the stabilizing surface (16) and which is situated at least partially outside the hull (14), according to the pivoting angle (β),
    and in that the trailing-edge side second cutout (56) inter alia avoids a collision of the stabilizing surface (16) with a hull (14) of the ship (12) during pivoting of the stabilizing surface (16).
  2. Stabilizing apparatus (10) according to Patent Claim 1, characterized in that the stabilizing surface (16) is rotatable about the axis of rotation (D) through an angle of attack (γ) of up/down to ±60°.
  3. Stabilizing apparatus (10) according to Patent Claim 1 or 2, characterized in that, for creation of a flow-impingement nose (44), a radius of curvature (R1) of the leading edge (40) of the stabilizing surface (16) is greater than a radius of curvature (R2) of the trailing edge (42).
  4. Stabilizing apparatus (10) according to one of the preceding patent claims, characterized in that the flow-edge-side flow-impingement body (60) is oriented substantially parallel to the hull longitudinal axis (30) .
  5. Stabilizing apparatus (10) according to one of the preceding patent claims, characterized in that a cross-sectional geometry (84) of the flow-edge-side flow-impingement body (60) corresponds substantially to a cross-sectional geometry (88) of the stabilizing surface (16) in the region of the leading edge (40) close to the hull.
  6. Stabilizing apparatus (10) according to one of the preceding patent claims, characterized in that the hull (14) of the watercraft has at least one receiving pocket (50) for preferably complete accommodation of in each case one associated stabilizing surface (16).
  7. Method for operating an active stabilizing apparatus (10) according to one of Patent Claims 1 to 6 for priority damping of rolling movements of a ship (12), which ship is substantially not travelling through the water, comprising the following steps:
    a) periodically pivoting the at least one stabilizing surface (16) about a pivot axis (S) through a pivoting angle (β), and
    b) rotating, in a manner superimposed on the pivoting of the at least one stabilizing surface (16), the stabilizing surface (16) about an axis of rotation (D) in such a way that hydromechanical forces (FH) generated by the stabilizing surface (16) moving under water (26) bring about effective damping of the rolling movements of the ship.
  8. Method according to Patent Claim 8, characterized in that, with the stabilizing apparatus (10) active, the pivoting angle (β) of the at least one stabilizing surface (16) about the pivot axis (S) is between 30° and 150°.
  9. Method according to Patent Claim 7 or 8, characterized in that the stabilizing surface (16) is rotated about the axis of rotation (D) through an angle of attack (γ) of up/down to ±60°.
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