KR960001844B1

KR960001844B1 - 선박용 사이클로이드 프로펠러를 제어하기 위한 장치

Info

Publication number: KR960001844B1
Application number: KR1019860009468A
Authority: KR
Inventors: 호흐라이트너 요세프; 그로스 하랄트
Original assignee: 지멘스 악티엔게젤샤프트; 렌케르, 쉬미트; 요트. 엠. 보이트 게엠베하; 바이쩰, 쉬레테
Priority date: 1985-11-08
Filing date: 1986-11-08
Publication date: 1996-02-06
Also published as: EP0221491B1; JPH089357B2; KR870004879A; JPS62163893A; US4752258A; DE3539617A1; DE3664201D1; EP0221491A1

Abstract

내용 없음.

Description

선박용 사이클로이드 프로펠러를 제어하기 위한 장치

제1도는 종래기술의 사이클로이드 프로펠러 제어장치의 개략적인 블록선도이다.

제2도는 사이클로이드 프로펠러를 제어하기 위한 본 발명에 따른 제어장치의 블록선도이다.

제3도는 진행피치와 방향피치에 대한 설정값을 결정하기 위한 본 발명에 따른 제어장치의 블록선도이다.

제4도는 부하에 따른 설정값의 한계를 결정하기 위한 제한회로의 블록선도이다.

제5도는 설정값에 대해서 수정된 제어선도이다.

제6도는 진행명령 및 방향명령으로부터 진행피치 및 방향피치에 대한 설정값을 발생시키기 위한 제어장치 의 블록선도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 프로펠러 휘일 2-6 : (프로펠러 휘일)의 날개깃

7, 7' : (프로펠러 취일과 종축의)교차점 8,9 : (프로 펠러 휘일상의)지점

10 : (프로펠러 휘일의)특성 11, 12 : 작동기

13 : 변압기 14, 37 : 산술유니트

15 : 속도제어레버 혹은 진행레버 16, 18 : 송신기

17 : 방향조절 휘일 20 : 디젤엔진

21 : 흡입밸브 22 : 구동제어기

23 : 기계부재 24 : 제어라인

25x, 25y :조절실린더 26x, 26y : (전자유압식)비례밸브

27x, 27y : 실제값 변환기 28x, 29y : 실린더행정제어기

29x, 29y : 측정값 변환기 30x, 30y : 밸브변위제어기

31x, 3ly : 밸브유량제어기 32 : 실제간 변압기

38 : 비례증폭기 39, 61F, 61R : 증량성 송신기

40 : 비례 및 적분동작 제어기 56 : 특성부재

4 : 제어지점 F : 진행명령

R : 방향명령 F, R : 제어입력 또는 직교좌표계

: (선박의)종축

: (선박의)방향축

: 축선 DF, DR : (직교좌표계의)성분

DX, DY : 조절경로 D_x,D_y: 제어변수

본 발명은 선박용 사이클로이드 프로펠러를 제어하기 위한 장치에 관한 것이다.

도선(ferry boat), 기중기선, 정기여객선, 부표선(buoy boat), 또는 트로올선 등과 같은 선박을 최소의 공간내에서 정확하게 조정하거나 또는 그러한 선박을 임의의 지점에 정확하게 유지시키기 위해서, 이들 선박에는 소위 "보이트-쉬나이더 (Voith-Schnieider)프로펠러"로 일컬어지는 다수의 사이클로이드 프로펠러가 설치되어 있다. 이와 같은 종래기술의 사이클로이드 프로펠러는 선박의 바닥으로부터 돌출된 프로펠러 휘일로 구성되어 있는데, 이러한 프로펠러 휘일은 수직축을 중심으로 회전한다. 이러한 프로펠러 휘일의 둘레에는 다수의 날개깃(blade)이 배열되어 있으며, 이들 날개깃은 수직축에 대하여 피봇식으로 회전한다. 독일 특허 제2,029.995호에는 이러한 날개깃의 제어에 대해서 개시되어 있다. 이러한 종래기술의 프로펠러 휘일의 작동원리가 첨부된 도면들중 제1도에 개략적으로 도시되어 있다.

제1도를 참조하면, 피봇식으로 회전하는 3개 내지 7개의 날개깃(2 내지 6)이 프로펠러 휘일(1)의 둘레에 배열되어 있다. 이러한 날개깃은, 프로펠러 휘일이 완전히 1회전을 하고 있는 사이에 최대 양각(maximum positive angle)과 최대 음각(maximum negative angle) 사이에서 변화되는 각도(소위 말하는 "피치")를 이루면서 프로펠러 휘일의 접선에 대하여 피봇식으로 회전한다. 프로펠러 휘일은 선박의 바닥에 배열되어 있고, 그 회전축은 수직으로 배열되어 있어서, 회전하는 날개깃상에는 물에 의해서 힘(K2 내지 K6)이 가해진다. 이들 힘의 벡터의 합은, 프로펠러 휘일의 접선에 대하여 피봇식으로 회전하는 날개깃의 각도(f)의 증가에 따라서 증가되는 합력을 발생시킨다.

선박의 종축(

)과 프로펠러 휘일(1)의 교차점 (7, 7')에서의 날개깃의 각도(f), 소위 "진행피치(travel pitch)"에 의해서, 선박의 정규 진행방향의 종축(

)의 방향으로 추진력이 발생한다.

프로펠러 휘일(1)상의 지점 (8, 9)에서의 날개깃의 위치가 제1도에 도시된 위치로부터 변화되면, 프로펠러 휘일의 접선에 대하여 피봇식으로 회전하는 각각의 날개깃의 각도로부터 측정되는 "방향(rudder)피치"가 날개깃에 전달되고, "방향축"(

)의 방향으로 추진력의 성분이 발생된다.

이와 같이 피봇식으로 회전하는 날개깃의 위치를 조정하기 위해서, 프로펠러 휘일의 전동장치내에는 조절 가능한 소위 "제어지점"(A)이 제공되어 있다. 직교 좌표계(

,)의 성분(DF, DR)에 의해서 측정되는 프로펠러 휘일에 대한 제어지점(A)의 이심률은 프로펠러 휘일이 회전할 때 날개깃의 피치를 결정한다.

프로펠러 휘일 및 그 구동부에 의해서 각각 종축(

)과 방향축(

)의 방향으로 발생하는 추진력의 성분들은 프로펠러 휘일상에 충돌하는 물의 유량에 따라서 달라진다. 또한, 추진력은 선박바닥의 기하학적인 구조 및 선박의 상대진행속도에 따라서도 달라진다. 이들 변수는 프로펠러 휘일의 제어특성으로 주어질 수 있다. 이심률의 한계 및 구동부의 부하에 대해서는, 제1도에서 특성(10)으로 도시된 바와 같이 방향피치의 작용에 의해서 진행피치를 감소시키는 것이 바람직하다. 프로펠러 휘일의 전동장치내에 제공되어 있는 제어지점(A)은 전기적으로 제어되는 두개의 작동기(11, 12)와 구동기구(도시되지 않음)에 의해서 조절된다. 이들 작동기(11, 12)가 프로펠러 휘일의 종축(

)과 방향축(

)상에 설치되어 있다면, 조절경로(DX 및 DY)는 이심률(DF 및 DR)과 동일하다. 그러나, 통상적으로 선박의 형태에 따라서, 예를들어 제1도의 축선(

와

)으로 도시된 바와 같이 작동기(11, 12)의 배열 및 이동을 프로펠러 휘일(1)의 종축(

) 및 방향축(

)과 일치하지 않도록 구성할 필요가 있다. 따라서, 이들 작동기를 제어하기 위해서는, 직교좌표계의 회전을 통해서 이심률(DF와 DR)을 조절경로(DX 와 DY)에 대한 제어변수(Dx 와 Dy)로 변화시켜야 한다.

이를 위하여, 작동기(11, 12)의 제어입력을 제공하는 변압기(13)가 사용된다. 변압기 (13)의 입력신호는 산술유니트(14)에 의해서 제공되는데, 이러한 입력신호는 제어입력 (F와 R)으로부터 유도된 것이다.

진행피치에 대한 제어입력(F)은 속도제어레버(15) 및 이와 관련된 송신기(16)로 조절될 수 있는 진행명령에 의해서 결정되는 반면에, 방향피치에 대한 제어입력(R)은 방향조절 휘일(17) 및 이와 관련된 송신기(18)로 조설될 수 있는 방향명령에 의해서 결정된다.

이와 같이 독일 특허 제2,029,995호에 개시된 장치에 따르면, 제어축선(

,

)의 조절에 있어서 서로 연결되어 있는 서어보모우터에 의해서 기계적인 힘이 가해지게 되는데, 이는 이들 서보모우터가 제어지점(A)에 함께 부착되어 있기 때문이다.

따라서, 선박의 제어를 정확하게 유지시킬 수 있는 프로펠러 휘일의 제어장치를 제공하는 것이 바람직하다. 더욱이, 여러 가지 유형의 서어보모우터, 구동모우터, 선박의 형태 및 프로펠러의 설계에 쉽게 적응되는 제어장치를 제공하는 것이 바람직하며, 전자제어 시스템 내에서의 적절한 전기적 매개변수를 설정하는 것으로도 그러한 적응이 이루어지는 것이 바람직할 것이다. 또한 엄격히 말하면 기계적 제어라고 할 수 있는 종래의 제어장치와 비교하여 동일한 측정의 안정성 및 견고성을 제공하도록 보수가 필요없고 구조가 간단한 전기적 제어장치를 제공하는 것이 바람직하다.

본 발명의 목적은 이와 같은 종래기술의 기계적 제어장치의 단점을 극복하도록 개선된 전기적 제어장치를 제공하는 것이다. 본 발명에 따른 제어장치는 양쪽 방향으로 연속적으로 흐름을 제어하는 유압회로내에 비례밸브를 갖추고 있다. 이것은 조절실린더의 매우 정확한 위치설정을 허용하므로, 정확하고 신속하게 힘을 제어할 수가 있다.

피치의 빠른 증가는 피치의 극성에 관계없이 회전하는 날개깃의 조절에 대한 메카니즘 및 프로펠러 구동부에 대한 부하를 증가시킨다. 따라서, 피치의 감소, 즉 회전하는 날개깃이 그들의 접선위치를 향해 이동하는 것은 제어가 빠르게 실행될 수 있음을 의미한다. 따라서, 증량성(incremental) 송신기가 빠른 제어를 위해 제공되어 있으며, 이러한 송신기는 진행피치 및 방향피치의 설정값을 새로운 값으로 연속적으로 증가시키거나 감소시킨다. 피치의 증가속도 및 피치의 감소속도는 방향피치 및 진행피치에 대해 각각 독립적으로 조절될 수가 있다. 증분속도의 한계는 구동에 미치는 부하, 회전속도, 방향조절 휘일의 위치, 및 속도제어레버의 위치에 따라서 다르다.

바람직하게, 진행피치는 특히 방향피치에 종속된 인자에 의해 방향피치의 함수로서 감소된다. 바람직하게는 방향피치는 진행피치의 함수로서, 특히 진행피치와 진행방향의 함수로서 제어될 수 있다. 만일, 방향피치 및 진행피치가 조절실린더의 최대 허용행정에 상응하는 값으로 제한된다면, 최대 실린더 행정에 대한 기계적 정지부가 제거될 수 있다. 한계값은 구동부의 부하조건의 함수로 설정되는 것이 바람직하며, 따라서 구동부 및 그 제어부를 조절한다.

마지막으로, 선박의 좌표계에서 제어지점의 이심률에 상응하는 산술 유니트에 의해 발생된 설정값은 좌표(

,

)에 대한 이심률로 변환될 수가 있다. 이러한 설정값은 수직축선(Ax, Ay)에 대해 회전가능하게 설치된 실린더로 조절된다 실린더의 행정은 변환된 이심률로부터 피타고라스의 기하이론에 따라서 계산된다.

이하, 첨부된 도면 제2도 내지 제6도를 참조하여 본 발명의 바람직한 싣시예를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

제2도를 참조하면, 디젤엔진(20)에 의해서 적절한 회전속도로 유지되는 프로펠러 휘일(1)이 도시되어 있다. 광범위한 작동범위내에서 고려될때, 프로펠러 휘일(1)의 회전속도는 대체로 일정하다. 각각의 실제적인 작동 조건에 대한 최적의 설계는, 채용되는 각각의 제어변수에 의해서 이루어진다.

적절한 서어보 기구에 의해서 구동모멘트가 결정되는데, 예를 들면 디젤엔진(20)의 흡입밸브(21)에는 구동제어기 (22)로부터 입력이 제공되며, 이러한 구동제어기(22)는 회전속도제어부를 포함하고 있다. 프로펠러 휘일(1)에 대한 실제 회전속도를 전달하는 동시에 유압펌프를 구동시키는 기계부재(23)가 사용되는데, 유압펌프는 프로펠러 휘일의 유압회로를 제어하는 동시에 바람직하게 별도의 윤활부내의 압력을 유지시키도록 작용한다. 기계부재(23)가 클러치 기구를 포함할 수도 있다.

제2도의 실시예에 도시된 바와 같이, 흡입밸브(21)에 의해 조절되는 디젤엔진(20)의 충전도에 따라서 구동부의 부하조건이 제공되며, 이는 제어라인(24)을 통해서 프로펠러 휘일(1)의 피치의 제어에 영향을 미칠 것이다.

또한, 프로펠러 휘일(1)에 어떠한 추진력이나 방향조절을 위한 힘도 작용되지 않도록, 예를들어서 날개깃(2 내지 6)이 프로펠러 휘일(1)에 대해서 접선으로 배열되어 있을 때에만 구동이 개시되게 하기 위해서, 구동제어기 (22)가 피치의 실제값 및 설정값에 의해서만 영향을 받도록 구성될 수가 있다.

제어축선의 조절을 위해서 조절실린더(25x, 25y)가 사용된다. 전자유압식 비례밸브(26x, 26y)가 제어유압 회로에 직접 사용된다. 이들 비례밸브(26x, 26y)는 두개의 조절 실린더(25x, 25y)의 각각의 행정의 양쪽 방향으로 연속적이고 매우 정확한 조절을 가능하게 한다. 조절실린더(25x, 25y) 자체는, 예를 들어서 각각의 지점(Ax, Ay)을 중심으로 피봇식으로 회전하는데. 여기에서 지점(A)의 위치에 대하여 요구되는 조절 실린더의 행정은 피타고라스의 이론에 따라 지점 (Ax와 Ay)에서부터 지점(A)까지의 간격으로부터 얻어진다.

조절실린더(25x, 25y)는 실제값의 출력을 제공하는데, 이러한 출력으로부터 변환기 (27x, 27y)에 의해서 실린더 행정에 대한 실제값(Hx, Hy)이 유도된다. 이들 실제값(Hx, Hy)은 상응하는 설정값(Hx^*, Hy^*)과 함께 실린더행정 제어회로의 실린더행정제어기(28x, 28y)로 각자 전달되며, 이로부터 비례밸브(26x, 26y)의 유량에 대한 설정값(1x^*, 1y^*)이 유도된다.

실린더행정 제어회로에는 보조밸브변휘회로가 제공되어 있다. 밸브위치의 실제값은 한쌍의 측정값 변환기(29x, 29y)에 의해서 각각의 비례밸브(26x, 26y)의 실제값의 출력으로부터 유도된다. 이러한 밸브위치의 실제값은 실린더행정제어기(28x, 28y)의 출력에 따라서 밸브변위제어기(30x, 30y)에 전송된다. 보조밸브변위회로의 출력은 비례밸브의 유량에 대한 설정값(1x', 1y^*)을 발생시키며, 이러한 설정값은 폐쇄된 보조밸브 유랑제어회로의 밸브유량제어기(31x, 31y)로 전달된다.

조절실린더 (25x, 25y)를 제어하는 현재의 설정값(Hx^*, Hy^*)을 발생시키기 위해, 속도제어레버 혹은 진행 레버(15)에 의해 선택된 진행명령(F)과 방향조절휘일(17)에 의해 선택된 방향명령(R)이 산술유니트(14)에서 진행피치와 방향피치에 대한 설정값(DF와 DR)으로 변환된다. 이들 설정값(DF와 DR)은 선박의 직교좌표계(

,

)에서 제어지점 (A)의 이심률과 일치한다. 변압기(13)는 이들 설정값(DF와 DR)을 조절실린더 (25x, 25y)의 직교좌표계의 축선(

,

)으로 변환시키도록 제공된 것이다. 변압기(13)와 산술유니트(14)의 설계는 이후에 보다 상세히 설명될 것이다.

디스플레이(35)상에 방향피치와 진행피치의 실제값을 나타내도록, 변압기(13)에 대해서 역으로 작동하는 실제값 변압기(32)로 행정의 실제값(Hx, Hy)이 전달되어야 한다. 실제값 변압기(32)는 산술유니트(14)에 대해서 역으로 작동하며, 진행피치와 방향피치의 제어입력에 대한 실제값을 발생시키는 실제값 산술유니트(34)를 갖춘 회로에 연결되어 있다. 예를들어, 선박의 구동이 정상상태의 조건으로 안정되어 있다면, 평형 디스플레이(35)가 진행명령(F)과 방향명령(R)에 상응하는 값과 실제값이 동일함을 나타내고, 디스플레이(33)는 회전하는 날개깃(2 내지 6)의 실제위치를 나타낸다. 이것은 속도 제어레버 (15)와 방항조절 휘일(17)이, 예를들어서 제어지점(A)의 수동제어나 또는 여러개의 선박의 호송을 위한 원격제어로 선박의 제어형태를 전환시키기 위해서 차단되는 경우에 특히 바람직하다.

조절실린더(25x, 25y)의 공간적 배열로 인하여, 이들 조절실린더의 축선(

,

)과 선박의 축선(

,

) 사이의 각도(w)가 각각의 선박의 형태에 대해서 정해진다. 이를 위해, 선박의 시계방향의 직교좌표계를 반시계방향의 직교좌표계(

,

)로 변환시키는 것이 필요한데, 이는 X-좌표나 Y-좌표의 극성변화에 대한 매개 변수(BX나 BY)에 의해서 결정될 것이다. 좌표의 변환은 다음 식에 따라 설정값(DR과 DF)을 이심률 (DX, DY)로 변환시킨다.

DX=BX(DR·cos w+DF·sin w)

DY=BY(-DR·sin w+DF·cos W)

이러한 변환을 위해서, 소위 "벡터 회전자(fotator)"나 "벡터 터어너"가 선행기술에 공지되어 있다. 변환 장치(13)에는 적절한 산술유니트(36)(제3도)가 피타고라스의 이론에 따라 이심률로부터 각각의 조절실린더의 행정에 대한 현재의 설정값(Hx^*, Hy^*)을 계산하는 또다른 산술유니트(37)와 직렬로 연결되어 있다. 직교좌표계의 교차점으로부터 조절실린더의 회전축선(Ax, Ay)의 간격(ax, ay)은 제3도에 도시된 산술유니트 (37)에서 다음과 같다.

(ax+Hx^*)²=(ax+DX)²+DY²

(ay+Hy^*)²=(ay+DY)²+DX²

제3도에 도시된 바와 같이, 상응하는 역산술유니트(37')와 역산술유니트 또는 역벡터 터어너(36')는 실린더행정의 실제값(Hx, Hy)으로부터 방향피치 및 진행피치의 두개의 실제값(DF₀', DR₀')을 발생시킨다.

조절실린더에 대한 제어신호, 즉 설정값(Hx^*, Hy^*)의 처리과정이 조절실린더(25x)에 대해서만 제3도에 도시되어있다. 행정제어기(28x)로서 비례제어기가 사용된다. 오버슈우트를 피하기 위해서, 증폭인자가 특성부재(38)에 의해 비선형으로 조절된다. 이는 실린더의 속도조절을 가능하게 하는데, 특히 속도를 제어변수의 근(root)에 대략적으로 비례하게 한다. 전기적으로 조절가능한 밸브제어레버가 큰 압력변화를 초래하는 급격한 운동을 하지 못하도록 증량성 송신기(39)가 특성부재(38)와 직렬로 연결되어 있다.

밸브변위제어기(30x)가 바람직하게 비례 및 적분동작의 상태(P1)를 나타낸다. 이러한 출력신호상으로, 부가적인 설정값 송신기(41)에 의해 "밸브의 유동진동"으로서 발생되는 구형파 진동이 중첩된다. 이에 따라서. 연속적으로 밸브제어레버의 경미한 운동이 발생하여 비례벨브(26x)에서의 정적마찰이 감소된다.

직렬로 연결된 밸브유량제어기(31x)는 2지점(two-poing) 제어기로 설계되어 있다. 밸브의 유량 설정값은 그 극성에 따라서, 즉 실린더행정의 바람직한 증가나 감소에 따라서 단부요소(31)로 조정되며, 이러한 설정값은 조절실린더(25x)와 비례밸브(26x)를 통과한 제어오일의 각각의 유동방향으로 좌표가 설정되어 있는 별도의 제어채널로 각각 전달된다. 각각의 제어채널은 밸브의 유동에 대해서 스위칭 트랜지스터(43, 43')를 동작시키는 한계값 부재(42, 42')로 이루어져 있다.

방향피치와 진행피치, 즉 제어지점(A)의 이심률은, 구동부의 부하조건에 따르는 값으로 제한될 수가 있다. 이를 위해서, 한계제어기로 이루어진 제4도의 한계회로가 제공되어 있고, 이러한 한계회로는 진행피치와 방향피치에 대한 한계값을 미리 조절해주며, 이들 한계값은 양의 피치와 음의 피치에 대해 각각 다를 것이다. 구동부로 작용하는 디젤엔진(20)의 부하조건에 따라, 이러한 배열은 과부하를 피할 수 있고, 회전하는 날개깃의 제어가 특정의 선박 및 구동부의 형태에 따라 융통성 있는 방법으로 적용될 수 있다.

예를 들어, 엔진이 충전되는 정도, 즉 흡입벨브(21)의 설정값이 제어라인(24)에 의해서 부하조건의 실제값으로 결정될 수가 있다. 실제값으로 아날로그 값이 사용되는 경우에, 허용가능한 최대부하(Lmax)로부터의 변화가 아날로그 제어부로 제공되는데, 바람직하게 이러한 아날로그 제어부는 한계회로(45)에 의해서 출력신호(FL)가 1보다 작거나 같게 미리 설정된 최대값(FLmax)으로 제한되어 있는 1계(first order)의 시간 미분작동을 하는 비례 및 적분동작제어부(44)와 같은 적분 및 미분부분을 갖추고 있다. 최소값(Flmin)도, 예를 들면 Flmin=1/2과 같이 조절된 값으로 제한된다. 실제값(L)이 한계값의 최대부하(Lmax)에 도달하지 않는 한, 제어출력신호(FL)는 그 최대값(FLmax)에 도달할 때까지 계속해서 증가된다. 만일 최대부하(Lmax)가 초과된다면, 출력신호(FL)는 최대값(FLmax)으로 유지되거나 또는 최소값(FLmin)에 도달될 때까지 계속해서 감소된다.

이와는 다르게, 디지탈 방식의 실제값(L)이 사용되는 경우에는 한계값(Lmax)을 갖는 한계값 부재(46)와 같은 2지점 제어가 사용되며, 그 출력신호는 극성신호로서 적분기(47)에 전달된다. 적분기의 출력신호(FL)는 최대값(FLmax)이나 최소값(FLmin)에 도달되거나 또는 한계값(Lmax) 주위에서 변동될 때까지 일정한 피치로 소정의 극성에 따라 증가 혹은 감소된다.

출력신호(FL)는 특성부재(14)의 출력신호(DF, DR)에 대한 인자로서 승산기(48)에 제공된다. 구동부의 각각의 형태에 적용될 수 있도록 특성부재(49)에 부가적으로 입력이 전달될 것이다. 예로써, FL=1이나 최대부하에서 전방진행에 대한 실제 진행피치(DF)가 95%로 제공되고, 역진행에 대한 실제피치(DF^*)는 진행 피치의 80%로 제공된다. 이와는 별개로, 진행피치의 두 극성 및 방향피치에 대해서도 최대값이 설정될 수 있다.

역산술유니트(50')는 방향피치의 진행피치의 두 개의 설정값(DR', DF')을 계산하도록 부하에 관한 한계회로(50)에 상응하게 제공되어 있다. 역산술유니트(50')는 특성부재(49)에 대해서는 역으로 특성부재(49')에 의해 최대피치를 보정해주며, 인자(FL)로 나눔으로써 승산기(48)의 효과를 보정해준다.

더욱이, 부가적인 출력이 제공되는데, 이러한 출력에서는 최대 피치에 의해서만 수정되는 진행피치 및 방향피치의 값(DF", DR")이 탐지될 수 있다.

앞에서 언급된 종래기술에서는, 타원형 특성에 따른 방향피치의 함수로서 상응하는 진행피치나 이심률의 진행명령(F)으로부터의 발생이 제안되어 있다. 예를 들어, 하나의 프로펠러 휘일이 뱃머리에 제공되어 있고, 두개 이상의 나란히 배치된 프로펠러 휘일이 선박의 단부에 제공되어 있을 때, 물은 선박의 형태에 따라 진행속도 및 진행방향, 즉 진행피치의 극성 및 크기의 함수로서 선박의 종축(

)과는 다른 방향으로 각각 프로펠러 휘일에 접근될 것이다. 추진이 방향축(

)의 방향으로 이루어지기 위해서는, 서로 다른 선박에 대해서 서로 다른 방향피치가 요구되며, 그것은 특성이동(characteristic shift)에 의해서 이루어진다. 제5도에는, 예를 들면 진행피치에 대해서 제어입력(F, R)에 따르는 값[DF^*(F, R)]을 발생시키는 새로운 바람직한 특성(10)이 도시되어 있다. 특성의 선형이동을 수행하기 위해서, 추진력이 전방을 향하는지 후방을 향하는지에 따라 방향피치가 DF^*·F+[직선(51)] 또는 DF^*·F-[직선(52)]에 의해서 특성(10)에 대해 상대적으로 이동되며, 따라서 다음과 같은 이심률(DR^*)이 발생된다.

DR^*=R+DF^*·F+ 또는 DR^*=R+DF^*·F-

그러나, 제어지점(A)의 조절을 위한 메카니즘은 중앙지점에 대한 제한된 최대편차만을 허용하며, 이것은 제5도에 원(53)으로 표시되어 있으며, 다음의 조건에 의해 주어진 것이다.

DF^*2+DR^*2≤상수

결과적으로, 산술유니트(14)는 제어입력으로 주어져 있는 각각의 명령(F, R)으로부터 한계곡선(54)내에 있는 피치(DF^*와 DR^*)를 결정한다. 제6도에 따르면, 이러한 다이어그램 이동은 산술유니트(14)내에 있는 적절한 특성부재(55)에 의해 이루어진다. 설정값(DF', DR')을 위해, 실제값 산술유니트(34)가 상응하는 역특성부재(55')를 포함하고 있으며, 역특성부재(55')에 의해서 값(DF"와 DR")이 제공된다. 적당한 위치에 있는 전환스위치(58)에 의해서, 디스플레이(57)가 순간적으로 존재하는 실린더행정이 이동좌표에 있는 이심률과 일치하는 것을 보여줄 것이다. 산술유니트(14)가 파손된 경우, 릴레이(58')가 반응하여서 디스플레이 (57)가 각도(w)로 복귀된 각각의 좌표계에 실제의 실린더행정을 보여주도록 전환스위치(58)의 위치를 다시 정한다.

제어입력(F와 R)은 특성부재(56)에 의해서 산술유니트(14)에서 다음식에 따라 변환된다.

DF^*=F·N

여기서, N은 다음 함수에 의해 주어진다.

N=(1-M｜R｜^B)

단, M과 B는 조절가능한 매개변수이다.

또다른 바람직한 특성은, 진행명령(F)의 값이 인자(N)와 동일하거나 또는 N 보다 작은 경우에 이러한 인자(N)는 진행명령(F)과 진행피치(DF^*)가 동일하다는데 근거를 두고 있다. 이러한 조건을 충족시키지 않을 때에는, 다음과 같은 관계식이 사용된다.

DF^*=(sign F)·N

특성부재는 두개의 특성형태의 사이에서 선택적 전환이 가능하도록 설계될 수 있으며, 그런 상황에서 특성부재는 다른 특성형태로의 전환과 동시에 제어의 또다른 구성성분내에 설정되어 있는 다른 매개변수로 전환되는 것이 적합할 것이다.

산술유니트(14)내의 특성부재(56)는 행정의 실제값으로부터 명령(R', F')을 계산하는 동안 실제값 산술유니트(34)에 제공되어 있는 역특성부재(56')와 일치한다. 일단 제어가 정지조건(stationary condition)으로 간주된다면, 실제값 산술유니트(34)에서 탐지된 명령(F'와 R')은 속도제어레버(15)와 방향조절휘일(17)상에 설정된 명령과 동일하다. 이러한 평형조건은, 원격제어나 수동제어로 변환시키도록 제2도와 관련하여 앞서 언급한 평형 디스플레이(35)에 나타날 것이다. 이러한 변환은 선택기 스위치(59)에 의해 이루어질 수 있다. 선택기 스위치(59)는 제어기가 사용되지 않는 수동작동중에 제어기의 증량성 송신기가 실제값을 따르도록 제어기의 입력부에 명령을 보낼 수가 있다.

회전하는 날개깃의 갑작스런 조절 및 구동부상에서의 관련된 부하피크를 피하기 위해서, 진행명령과 방향명령의 빠른 변환에서 조절속도를 제한하도록 방향피치와 진행피치의 제어입력(F와 R)에 대하여 증량성 송신기가 적합하다. 따라서, 조절속도는 일정한 상수값이 아니고 구성성분의 크기에 따라 변화한다. 또한, 조절속도는 방향의 변화, 즉 영점으로부터 멀어지는 증분(incrementation)이나 영점으로 접근하는 감분(decrementation)에 따라 다를 것이다. 유압핌프가 구동부와 결합되어 있기 때문에, 조절속도는 회전속도에 따르는 것이 적합하다. 또한 증가된 속도는 구동부의 엔진이 과부하를 받는 것을 피하도록 구동부상의 부하에 따라서 감소될 수가 있다.

제6도에 따르면, 산술유니트(14)의 입력은 조절속도를 한정하는 회로(60)에 제공되는데, 이 회로(60)는 진행명령 또는 방향명령이 각각 변화되었을 때 진행피치(F)나 방향피치(R)를 새로운 값까지 연속적으로 증가시키도록 증량성 송신기(61F, 61R)를 포함하고 있다. 피치가 증가되거나 감소되는 변화의 속도는 방향피치나 진행피치와는 무관하게 조절되는 것이 바람직하다.

제6도에 도시된 바와 같이, 진행피치에 대한 제어입력(F)의 변화율(VF)은 상수값(VFo)으로 증량성 송신기 (61F)상에 미리 설정되어 있는데, 이러한 상수값(VFo)은 예를 들어서 프로펠러의 크기로 조절되며, 진행피치, 진행피치의 변화방향, 부하조건(L), 및 엔진의 회전속도(N)나 유압펌프의 회전속도의 함수로서 각각 수정될 수가 있다. 진행피치의 결정은 크기발생기(62)에 의해서 제어입력(F)이나 레버(15)에서 제공된 제어신호(Fo)에 대하여 각각 발생되는 반면에, 검지기(63)가 진행피치의 변화방향, 즉 다음식에 따른 피치의 증가와 피치의 감소 사이의 미분을 결정한다.

검지기(63)에 의해 작동되는 전환스위치(63')가 방향에 따라 두개의 변환을 허용한다. 수정함수[FF(Fo)]의 조절은 진행피치 및 그 변화방향, 바람직하게는 다각형 방향에 따른다. 전환스위치 및 두개의 특성 송신기(65, 65')는 부하에 따른 수정함수[HF(L)]에 근거를 둔 조정을 허용하므로, 피치의 감소는 출력으로부터 신속하고도 독립적으로 이루어질 수 있어서,

일 때 작동되는 특성 송신기 (65')에서 값 "1"이 상수로 설정될 수 있다.

회전속도(N)에 의해 작동되는 특성 송신기(66)는 증량성 송신기가 다음 식에 따라 제어입력 (F)의 변화 속도(VF)를 결정할 수 있도록 수정함수[G(No)]를 만든다.

VF=VFo·FF(Fo)·G(No)·HF(L)

마찬가지로, 방향조절 휘일(17)의 신호(Ro)에 따라 발생된 방향피치의 제어입력(R)에 대해서는, 함수 FR(Ro)와 HR(L)이 적절한 검지기와 연결된 특성 송신기에 의해 만들어지고, 그 함수는 다음 식에 따라 미리 설정된 증가속도(VR)로부터 제어입력(R)의 변화속도(VR)를 제공한다.

VR=VRo·FR(Ro)·G(No)·HR(L)

따라서, 본 발명의 각각의 매개변수 및 특성을 간단히 조절함으로써 여러가지 선박의 형태 및 요구조건에 적합하게 사이클로이드 프로펠러의 제어지점(A)에 대한 제어장치를 제공한다. 이러한 제어장치는 견고하며, 거의 보수가 필요없고, 작동이 용이하다.

지금까지, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명이 이러한 실시예로만 국한되는 것은 아니며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 여러가지 수정 및 변경이 가능하다는 것을 이해할 것이다.

Claims

구동부(20)와 연결된 선박용 사이클로이드 프로펠러(1 내지 6)를 제어하기 위한 장치로서, (가) 제어 지점(A)의 이심률(DX, DY)에 따라서 상기 프로펠러의 회전가능한 날개깃의 피치를 조절하는 기계적 시스템과, (나) 상기 기계적 시스템의 상기 제어지점(A)을 이동시키도록 서로 연결되어서 전기적으로 제어가능한 2개의 조절부재와, (다) 진행명령(F)과 방향명령(R)에 따라서 진행피치(DF)와 방향피치(DR)에 대하여 선박의 직교좌표계에 관련된 각각의 소정의 값들을 형성하는 산술유니트(14)와, 그리고 (라) 상기 소정의 값들로부터 상기 조절부재와 관련된 이심률을 형성하는 변환기(13)를 포함하고 있는 장치에 있어서, 각각의 조절실린더(25x, 25y)상에 작용하여서 상기 제어지점(A)을 이동시키도록 각각의 수직방향 축선(Ax, Ay)을 중심으로 피봇식으로 회전하는 2개의 전자유압식 비례밸브(26x, 16y)를 갖추고 있는 유압회로와, 상기 이심률로부터 상기 조절실린더에 대한 소정의 행정값을 계산하는 산술부재(37)와, 그리고 소정의 행정값 및 실제의 행정값(Hx)으로부터 상기 조절실린더상에 작용하는 밸브의 유량에 대한 소정의 값(Ix^*, Iy^*)을 형성하는 실린더 행정제어회로(52x 내지 31x, 25y 내지 31y)를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 산술유니트(14)가 특성부재(56)를 포함하고 있으며, 상기 특성부재(56)가 상기 진행명령(R)에서 유도된 변수(F)와, 상기 방향피치를 한정하는 변수(R)와, 그리고 조절가능한 매개변수(M 및 B)로부터 다음의 관계식

DF=F·(1-M｜R｜_b)

에 따라서, 상기 진행피치에 대한 소정의 값(DF)을 형성하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 산술유니트(14)가 특성부재를 포함하고 있으며, 상기 특성부재가 상기 진행명령으로부터 유도된 변수(F)와, 상기 방향명령으로부터 유도된 변수(R)와, 그리고 조절가능한 매개변수(M 및 B)로부터, 다음의 관계식

DF=F(｜F｜ =1-M[R]^B일때), 또는

DF=(sign F)·N

에 따라서 상기 진행피치에 대한 소정의 값(DF)을 형성하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 산술유니트가 상기 진행피치에 대한 변수 및 상기 진행의 방향에 따른 변수로부터 상기 방향피치를 제어하는 제2특성부재를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 산출유니트가 증량성 송신기(61F, 1R)를 포함하고 있고, 상기 증량성 송신기는 상기 진행명령(Fo)의 변화 및 상기 방향명령(Ro)의 변화가 있을 때 상기 진행피치 및 상기 방향피치에 대한 변수를 새로운 값까지 연속적으로 증가시키며, 증가하는 피치 및 감소하는 피치에 대한 상기 변수의 변화율이 각각 독립적으로 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
제5항에 있어서, 상기 증량성 송신기가 상기 산술유니트의 입력부에 연결되어 있고 상기 진행명령(Fo) 및 상기 방향명령(Ro)으로부터 각각의 상기 변수(F 및 R)를 형성하며, 상기 변수의 변화율(VF 및 VR)이 다음의 관계식

VF=VFo·FF(Fo)·G(N)·HR(L), 및

VR=VRo·FR(Ro)·G(N)·HR(L)

으로 정의되며, 여기서 VFo와 VRo는 상수이고, FF(Fo)와 FR(Ro)는 Fo와 Ro의 극성 및 그 크기에 따르는 함수이며, G(N)은 프로펠러 또는 구동부의 회전속도에 따르는 함수이며, HF(L)와 HR(L)은 각각 진행피치 또는 방향피치의 감소에 대해서 HF(L)=1 또는 HR(L) =1로 주어지는 구동부의 부하조건에 따르는 함수인 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 진행피치 및 상기 방향피치에 대한 상기 소정의 값들이 상기 조절실린더의 허용가능안 최대행정에 상응하는 값으로 제한되는 것을 특징으로 하는 장치.
제7항에 있어서, 상기 소정의 값들이 각각 상기 구동부의 부하조건에 따르는 값으로 제한되는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 구동부의 부하조건에 상응하는 크기로 공급되는 한계제어기의 출력신호에 의해서 양의 값 및 음의 값에 대하여 서로 다르게 설정되는 설정값으로 상기 소정의 값을 제한하는 제한회로를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 방향피치 및 상기 진행피치에 대하여 다시 계산되는 실제값을 형성하기 위해서 상기 변환기 및 상기 산술부재에 대하여 역으로 작용하는 실제값 변환부재에도 상기 실제의 행정값이 공급되는 것을 특징으로 하는 장치
제2항에 있어서, 상기 진행피치 및 상기 방향피치의 각각의 상기 변수에 대하여 다시 계산되는 실제 값을 형성하기 위하여 상기 산술유니트에 대하여 역으로 작용하는 실제값 산술부재가 상기 실제값 변환부재와 직렬로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 실린더 행정제어회로가 비선형 비례증폭기(38) 및 증량성 송신기(39)를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항 내지 제12항중 어느 한 항에 있어서, 상기 실린더 행정제어회로가 비례 및 적분동작 제어기(40)를 갖춘 제2밸브경로제어회로를 포함하고 있으며, 상기 제2밸브경로제어회로의 출력신호에 상기 밸브의 유량에 대하여 교번하는 추가의 소정의 값이 중첩되는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 밸브의 유량에 대한 각각의 상기 소정의 값이 상기 밸브의 유량에 대한 제2제어회로에 공급되는 것을 특징으로 하는 장치.