NO132084B

NO132084B -

Info

Publication number: NO132084B
Application number: NO3593/70A
Authority: NO
Inventors: V Guidi
Original assignee: Cantiere Navaltecnica Spa; Guidi Vinicio
Priority date: 1969-10-04
Filing date: 1970-09-22
Publication date: 1975-06-09
Also published as: NO132084C; US3710747A; DE2045915A1; DE2045915C3; DE2045915B2; GB1330908A

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en stabiliseringsinnretning The present invention relates to a stabilization device

til opphevelse av krengninger på langs og på tvers som sjøgang forårsaker på en hydrofoilbåt med helt neddykkede bærevinger som er forbundet med båtskroget ved hjelp av bærestolper. for the cancellation of longitudinal and transverse heeling caused by seagoing on a hydrofoil boat with fully submerged supporting wings which are connected to the boat's hull by means of supporting posts.

Det er tidligere kjent å stabilisere hydrofoilbåter med fullstendig neddykkede vinger på tvers og i lengderetningen ved hjelp av gyroskopstyrte elektroniske/hydrauliske drivelementer som regulerer bærevingenes klaffer. Hydrofoilbåter av denne art er forbundet med de nedsenkede vinger ved hjelp av vertikale stolper som It is previously known to stabilize hydrofoil boats with fully submerged wings transversely and longitudinally by means of gyroscope-controlled electronic/hydraulic drive elements that regulate the wing flaps. Hydrofoil boats of this nature are connected to the submerged wings by means of vertical posts which

er bygget i ett med skroget, og som representerer den viktigste år- is built in one with the hull, and which represents the most important year-

sak til at skroget utsettes for krengning. Ved f.eks. en horisontal svingebevegelse utsettes de neddykkede vertikale flater på stolpene for en kraft S som multiplisert med avstanden Z fra skrogets tyngde-punkt G utøver et dynamisk tverrettet, krengende moment som full- cause the hull to be exposed to overturning. By e.g. a horizontal turning movement, the submerged vertical surfaces of the posts are subjected to a force S which, multiplied by the distance Z from the hull's center of gravity G, exerts a dynamic transverse, heeling moment which fully

stendig må utbalanseres av det rettende moment. Den samme fremgangs- constantly must be balanced by the correcting moment. The same progress

måte må benyttes når det eksisterer statiske momenter som skyldes krengning. method must be used when there are static moments due to heeling.

I en vanlig geometrisk form er de vertikale stolper plasert In a regular geometric shape, the vertical bars are placed

en på hver side av skroget, og avstanden D mellom dem definerer sammen med AP som er en forskjell i løft som skyldes den motsatte virkning av klaffene på bærevingene, størrelsen på det rettende mo- one on each side of the fuselage, and the distance D between them defines, together with AP which is a difference in lift due to the opposite action of the flaps on the wings, the size of the righting mo-

ment MR, det vil si MR = APB. Svevehøyden H, det vil si skrogets avstand fra vannoverflaten som er proporsjonal med Z, angir den meant MR, that is MR = APB. The hovering height H, i.e. the distance of the hull from the water surface which is proportional to Z, indicates the

bølgehøyde som hydrofoilbåten kan overvinne og således dens"virkningsgrad" i forhold til bølgehøyden. wave height that the hydrofoil boat can overcome and thus its "efficiency" in relation to the wave height.

Det er derfor klart fordelaktig å øke svevehøyden H, slik It is therefore clearly advantageous to increase the hovering height H, like this

at fartøyets virkningsgrad økes. Ved å gjøre dette på kjente hydrofoilbåter, som har en forholdsvis begrenset svevehøyde, økes kreng-ningsmomentet som avhenger av både Z og F, idet sistnevnte når den that the vessel's efficiency is increased. By doing this on known hydrofoil boats, which have a relatively limited hovering height, the heeling moment which depends on both Z and F is increased, as the latter reaches the

skyldes svingebevegelser,øker sammen med høyden av den bølge som båten skal passere over. Det er derfor for å løfte hydrofoilbåten ennu mer over vannoverflaten, nødvendig å øke det rettende moment MR, hvilket moment har en konstant faktor (B) og en variabel (AP) som foreløbig har nådd sine siste hydrodynamiske-muligheter, og en vesentlig økning i svevehøyden kan således ikke oppnås nå tildags med de systemer som benyttes. Hydrofoilbåtene må da tåle virkningene av krengningen før de utbalanseres, og dette resulterer i forholdsvis harde bevegelser og betydelige påkjenninger i konstruksjonene. due to turning movements, increases with the height of the wave over which the boat must pass. It is therefore necessary, in order to lift the hydrofoil even more above the surface of the water, to increase the righting moment MR, which moment has a constant factor (B) and a variable (AP) which has for the time being reached its last hydrodynamic possibilities, and a significant increase in the hovering height cannot thus be achieved nowadays with the systems used. The hydrofoil boats then have to withstand the effects of the heeling before they are balanced, and this results in relatively hard movements and significant stresses in the structures.

Innretningen ifølge foreliggende oppfinnelse eliminerer The device according to the present invention eliminates

de ovennevnte ulemper og begrensninger og gjør det mulig øyeblikkelig å fjerne de forskjellige tverrgående krengende momenter av enten dynamisk og/eller statisk natur, og således før skroget utsettes for dem, hvorved man med de samme rettende momenter som i kjente hydrofoilbåter kan oppnå vesentlig større svevehøyde og med samme sveve-høyde vesentlig bedre komfort og myk gange. the above-mentioned disadvantages and limitations and makes it possible to immediately remove the various transverse heeling moments of either a dynamic and/or static nature, and thus before the hull is exposed to them, whereby with the same righting moments as in known hydrofoil boats, a significantly greater hovering height can be achieved and with the same hovering height significantly better comfort and soft walking.

Oppfinnelsen er kjennetegnet ved de i kravene gjengitte trekk og den vil i det følgende bli forklart nærmere under henvisning til tegningene der: Fig. 1 viser tverrsnittet av en hydrofoilbåt som er hevet en høyde H over vannlinjen X-X, The invention is characterized by the features reproduced in the claims and it will be explained in more detail in the following with reference to the drawings in which: Fig. 1 shows the cross-section of a hydrofoil boat which is raised a height H above the water line X-X,

fig. 2 er et sideriss av en del av hydrofoilbåten med en vertikal stolpe hengslet til skroget etter linjen I-l, fig. 2 is a side view of part of the hydrofoil boat with a vertical post hinged to the hull along the line I-1,

fig. 3 viser hvordan stolpen på fig. 2 kan svinge om aksen I-l etter linje III-III på fig. 2, fig. 3 shows how the post in fig. 2 can swing about axis I-1 along line III-III in fig. 2,

fig. 4 er et vekseldiagram som viser resultanten V + v av vannstrømmen, fig. 4 is an alternating diagram showing the resultant V + v of the water flow,

fig. 5 er et snitt etter linjen V-V på fig. 2, fig. 5 is a section along the line V-V in fig. 2,

fig. 6 og 7 viser en vertikal stolpe festet til skroget, men utstyrt med en vertikal klaff, og fig. 6 and 7 show a vertical post attached to the hull but provided with a vertical flap, and

fig. 8 og 9 viser grunnriss og sideriss av en hydrofoilbåt med fullstendig neddykkede vinger. fig. 8 and 9 show a plan view and a side view of a hydrofoil boat with completely submerged wings.

Hvis, som skjematisk vist på fig. 1, skroget 1 sideveis skråstilles en vinkel 6 i forhold til horisontalen X-X, vil vekten Q som er den del av vekten som bæres av det angjeldende vingepar, oppløses i kreftene og Q^. If, as schematically shown in fig. 1, the hull 1 is laterally inclined at an angle 6 in relation to the horizontal X-X, the weight Q which is the part of the weight carried by the pair of wings in question, will dissolve into the forces and Q^.

Kraften F, vil når stolpene er bygget i ett med skroget, generere et momént MS = Fj^, mens de vertikale stolper 2 som er hengslet til skroget i aksen I-l foran skyvesentret, som vist på fig. 2 og 3, fritt kan svinge om hengslet. F, vil ikke forårsake noe krengende moment, men vil forflytte skroget sideveis med has- The force F, when the posts are built in one with the hull, will generate a moment MS = Fj^, while the vertical posts 2 which are hinged to the hull in the axis I-l in front of the thrust center, as shown in fig. 2 and 3, can freely swing around the hinge. F, will not cause any heeling moment, but will move the hull sideways with has-

tighet (v). Som vist på fig. 4 vil resultantene V + v av hydrofoil- tyght (v). As shown in fig. 4 will the resultants V + v of the hydrofoil-

båtens fart V i lengderetningen og hastigheten (v) i sideretningen danne den meget spisse vinkel ot med bevegelsesretningen Y-Y, hvilken vinkel a stolpen 2 vil innstille seg etter, hvorved kraften F^ opp- the boat's speed V in the longitudinal direction and the speed (v) in the lateral direction form the very acute angle ot with the direction of movement Y-Y, which angle a the post 2 will adjust to, whereby the force F^ up-

heves. Dessuten vil en hvilken som helst av de på tvers virkende krefter, f.eks. skrogets horisontale svingebevegelser, det vil si en strøm med fart (v) som, som i det foregående tilfellet, vil gi en resultant V + v og en tilsvarende vinkel a som den svingende stolpe vil stille seg inn etter, slik at en hvilken som helst kraft som F is raised. Also, any of the transversely acting forces, e.g. the hull's horizontal swing movements, that is, a current with speed (v) which, as in the previous case, will give a resultant V + v and a corresponding angle a to which the swinging pole will adjust itself, so that any force as F

eller F^ øyeblikkelig og fra begynnelsen av vil oppheves, hvorved også de krengende momenter som forårsakes av disse krefter vil opp- or F^ immediately and from the beginning will be cancelled, whereby the overturning moments caused by these forces will also cancel

heves . is raised.

Det må imidlertid tas i betraktning at den vertikale However, it must be taken into account that the vertical

stolpe 2 som fritt kan dreie om hengslet etter aksen I-l, i sin praktiske utførelsesform representerer et svingesystem i forhold til vannstrømmen med sin egen masse, treghet og dempningsfaktor, post 2 which can freely rotate about the hinge along the axis I-l, in its practical embodiment represents a swing system in relation to the water flow with its own mass, inertia and damping factor,

slik at de signaler som mottas fra strømmen (v) forandres, hvorved den innstilles etter vinkler som ikke tilsvarer vinkelen a som er avhengig av komponentene V og v. Den vertikale stolpe kan også stille so that the signals received from the current (v) are changed, whereby it is set to angles that do not correspond to the angle a which depends on the components V and v. The vertical bar can also set

seg selv inn etter vinkelen a, men med uegnede reaksjonstider, hvilket ikke fullstendig oppveier kreftene F og F^, men bare en del av dem. itself by the angle a, but with unsuitable reaction times, which does not completely offset the forces F and F^, but only a part of them.

Det ovenfor beskrevne system kan kalles et system med åpen reguler-ingssløyfe og er således utsatt for forstyrrelser og avfasninger av forskjellig slag. The system described above can be called a system with an open control loop and is thus exposed to disturbances and phasing of various kinds.

Et typisk tilfelle er når vingen 3, som vist på fig. 3, A typical case is when the wing 3, as shown in fig. 3,

utsettes for en tilfeldig og asymmetrisk kraft T som virker på en arm N i forhold til retningen Y-Y. I dette tilfelle vil det fore- is subjected to a random and asymmetric force T acting on an arm N in relation to the direction Y-Y. In this case, there will be

komme et forstyrrende moment TN i forhold til hengselaksen, hvilket cause a disturbing moment TN in relation to the hinge axis, which

vil stille stolpen 2 på skrå uavhengig av strømmen (v) eller krefter som F eller F^, hvilke forårsaker et påfølgende krengende moment på skroget. will tilt the post 2 independently of the current (v) or forces such as F or F^, which cause a subsequent heeling moment on the hull.

For å fjerne de ovennevnte ulemper er det således nødven- In order to remove the above-mentioned disadvantages, it is thus neces-

dig å regulere stolpens 2 svingevinkler som en funksjon av strømmen (v) eller faktorer som avhenger av den alene, som f.eks. kraften F you to regulate the pole's 2 swing angles as a function of the current (v) or factors that depend on it alone, such as e.g. the force F

eller det dynamiske trykk eller endelige strømretning. Dette kan oppnås ved direkte å bestemme strømmens (v) styrke eller en av dens funksjoner ved hjelp av en hvilken som helst egnet anordning, eller or the dynamic pressure or final flow direction. This can be achieved by directly determining the strength of the current (v) or one of its functions by any suitable device, or

ved å bestemme de mekaniske spenninger som forårsakes av F, som er en funksjon av (v), og å omdanne slike virkninger til et over-føringssignal som så vil bli behandlet av et mekanisk, hydraulisk, elektrisk, elektronisk, pneumatisk eller sammensatt system med lukket reguleringssløyfe for å oppheve de virkende krefter ved å gi stolpen 2 passende vinkler a som tilsvarer tverrsnittet null løfteakse. by determining the mechanical stresses caused by F, which is a function of (v), and converting such effects into a transmission signal which will then be processed by a mechanical, hydraulic, electrical, electronic, pneumatic or composite system of closed control loop to cancel the acting forces by giving the post 2 suitable angles a corresponding to the cross-section zero lifting axis.

Som et eksempel på en av de forskjellige innretninger som egner seg til å danne den lukkede krets viser fig. 5 et tverrsnitt gjennom stolpen etter aksen V-V på fig. 2. As an example of one of the various devices suitable for forming the closed circuit, fig. 5 a cross-section through the post along the axis V-V in fig. 2.

Når en kraft F har en tendens til å oppstå som følge av When a force F tends to arise as a result of

en (v) effekt, oppstår en bøyning i stolpen 2, hvilken bøyning mekanisk kan avføles ved små verdier ved en avstand (f) som en plate 12 beveger seg, hvilken plate 12 er bygget inn i den nedre ende av stolpen og i toppen fritt kan bevege, seg på tvers. a (v) effect, a bending occurs in the post 2, which bending can be mechanically sensed at small values at a distance (f) that a plate 12 moves, which plate 12 is built into the lower end of the post and at the top freely can move across.

Den lille forflytning (f) styrer en hydraulisk pilotventil 11 som er festet på stolpen 2 som gjennom hydrauliske deler beveger et drivelement 10 som igjen oppveier (f) og således bringer den for-styrrelse som fåes fra ventilen 11 til null, hvorved reaksjonssyk-lusen avsluttes. Derved vil kraften F så snart den har en tendens til å oppstå, øyeblikkelig bli opphevet av en vridning av stolpen 2 om aksen I-l. The small displacement (f) controls a hydraulic pilot valve 11 which is attached to the post 2 which, through hydraulic parts, moves a drive element 10 which in turn offsets (f) and thus brings the disturbance obtained from the valve 11 to zero, whereby the reaction cycle is terminated. Thereby, the force F, as soon as it tends to occur, will be instantly canceled by a twisting of the post 2 about the axis I-1.

En slik dreining av stolpen 2 som vil stille seg selv inn etter en vinkel a som i størrelse er lik den som resulterer i sam-mensetningen av strømmene V og v i det angjeldende øyeblikk, skjer ved hjelp av en påvirkning av stolpen 2 av drivelementet 10. Such a turning of the post 2, which will adjust itself to an angle a which is equal in magnitude to that which results in the composition of the currents V and v at the moment in question, takes place by means of an influence on the post 2 by the drive element 10.

Strømmen (v) kan til og med bestemmes direkte, f.eks. ved The current (v) can even be determined directly, e.g. by

å innføre en avfølerinnretning av en hvilken som helst type inn i en egnet nedsenket del av stolpen 2 og å overføre et slikt signal til den ovenfor beskrevne reguleringsinnretning eller annen liknende innretning. to introduce a sensor device of any type into a suitable submerged part of the post 2 and to transmit such a signal to the above-described regulating device or other similar device.

De mekaniske spenninger som genereres av kraften F, eller de trykk som forårsakes av strømmen (v) eller en hvilken som helst funksjon som genereres av strømmen (v) mot stolpen, kan omdannes til et hvilket som helst trykk eller akselerasjon, forflytning eller liknende elektrisk eller elektronisk signal som, passende forsterket, kan representere inngangsfuhksjonen til en reguleringsinnretning med lukket reguleringssløyfe som er utformet på en hvilken som helst måte og utfører reguleringen av stolpens 2 vinkler. The mechanical stresses generated by the force F, or the pressures caused by the current (v) or any function generated by the current (v) against the post, can be converted into any pressure or acceleration, displacement or similar electrical or electronic signal which, suitably amplified, can represent the input function of a closed control loop control device which is designed in any way and performs the control of the post 2 angles.

Den ønskede virkning til opphevelse av de krengende momenter som oppnås ved å oppheve kraften F eller en hvilken som helst funksjon av strømmen (v), kan bli oppnådd ved også å regu- The desired effect of canceling the heeling moments achieved by canceling the force F or any function of the current (v) can be achieved by also regulating

lere dreievinkelen til stolpen 2 som er anordnet på hengselakser, learn the angle of rotation of the post 2 which is arranged on hinge axes,

i likhet med I-l, som er plasert ^i en hvilken som helst stilling like I-l, which is placed ^in any position

langs stolpens kordeakse eller langs akser parallelt med kordeaksene. along the chord axis of the post or along axes parallel to the chord axes.

Hengselaksen I-l kan f.eks. plaseres forut for stolpen, The hinge axis I-l can e.g. placed before the post,

i midten av stolpen, aktenfor stolpen eller ved siden av den. in the center of the post, aft of the post or next to it.

Ifølge en annen utførelsesform kan opphevelsen av de tverrgående krengende momenter oppnås ved å utbalansere kraften F ved hjelp av vertikale klaffer 13, vist på fig. 6 og 7, eller ved å According to another embodiment, the cancellation of the transverse heeling moments can be achieved by balancing the force F by means of vertical flaps 13, shown in fig. 6 and 7, or by

blåse ut luft, vann eller liknende eller endelig ved å benytte en hvilken som helst innretning som er i stand til å utføre en forand- blow out air, water or the like or finally by using any device capable of carrying out a pre-

ring i regulert løft. I et slikt tilfelle er stolpen 2 beregnet på ring in regulated lift. In such a case, bar 2 is intended for

å være festet i ett med skroget. to be fixed integrally with the hull.

Den ovennevnte innretning kan benyttes på en hvilken som The above device can be used on any

helst hydrofoilbåt med fullstendig neddykkede vinger, eller en kombinasjon av fullstendig neddykkede og/eller delvis neddykkede vinger. preferably hydrofoil boat with fully submerged wings, or a combination of fully submerged and/or partially submerged wings.

Ved en slik kombinasjon kan man også anordne styrte With such a combination, you can also arrange a steering wheel

svingende stolper forut og enkle vertikale stolper akterut eller omvendt. swinging posts forward and single vertical posts aft or vice versa.

Dessuten kan skroget utstyres med bare en eller flere Moreover, the hull can be equipped with just one or more

stolper som styres ifølge det lukkede reguleringssystem eller et sammensatt arrangement. poles that are controlled according to the closed regulation system or a complex arrangement.

Fig. 8 og 9 viser,som eksempel, en hydrofoilbåt som er Fig. 8 and 9 show, as an example, a hydrofoil boat which is

utstyrt med to styrte svingbare innretninger i baugen og en enkel vertikal stolpe akterut der det kan være anordnet en Z-overføring eller matekanaler for en hydrojet. Forutsatt at de styrte sving- equipped with two controlled pivoting devices in the bow and a single vertical post aft where a Z transmission or feed ducts for a hydrojet can be arranged. Provided they managed the swing-

bare stolper i baugen bærer 60% av samlet deplacement, vil hydrofoilbåten utstyres med et kjent system for tverrgående stabilisering slik at de krengende momenter som skyldes de aktre faste enkle stolper, utbalanseres. only posts in the bow carry 60% of the total displacement, the hydrofoil boat will be equipped with a known system for transverse stabilization so that the heeling moments caused by the aft fixed single posts are balanced.

Derved vil hydrofoilbåren med samme rettende moment, kunne Thereby, the hydrofoil carrier with the same righting moment will be able to

heve seg 60% ekstra i forhold til nuværende hydrofoilbåter. rise 60% more compared to current hydrofoil boats.

Det er videre klart at når de påvirkende krefter, som F, oppheves, vil man med samme svevehøyde, men også med større sveve- It is also clear that when the influencing forces, such as F, are canceled, one will with the same hovering height, but also with a greater hover-

høyde, oppnå mer komfortabel gange og mindre spenninger i konstruksjonene. J height, achieve more comfortable walking and less tension in the constructions. J

Da systemet krever mindre rettende momenter kan dessuten avstanden B mellom vingene på fig. 1 reduseres til et minimum for tilsvarende å redusere virkningene av vertikale banebevegelser, og når bare en styrt svingbar stolpe er anordnet ved halve skrogets lengde vil virkningene nesten oppveies. As the system requires less righting moments, the distance B between the wings in fig. 1 is reduced to a minimum to correspondingly reduce the effects of vertical track movements, and when only one steerable pivoting post is arranged at half the length of the hull the effects will be almost offset.

Endelig gjør muligheten for å redusere B til den ønskede Finally, the possibility of reducing B makes the desired one

verdi det mulig å oppnå skrog med det mest fordelaktige forhold mellom lengde og bredde, mens i nuværende hydrofoilbåter er B øket for å øke det rettende moment, hvorved forholdet mellom lengde og bredde for skroget reduseres, hvilket også kan ha uheldig innflyt- value, it is possible to achieve a hull with the most advantageous ratio between length and width, whereas in current hydrofoil boats, B is increased to increase the righting moment, whereby the ratio between length and width for the hull is reduced, which can also have an adverse influence-

else på selve hydrofoilbåten. else on the hydrofoil boat itself.

Claims

1. Stabilization device for canceling tilts on

along and across which sea action causes on a hydrofoil boat with completely submerged support wings which are connected to the boat hull by means of support posts, characterized in that the device for canceling the heeling as they occur includes a measuring device which for each support post (2) indicates the effect of mechanical stresses produced by the cross-flow component of a wave and has a control device which, at each support (2), produces a force which is directed towards the cross-flow component of the wave.

2. Stabilization device as specified in claim 1, characterized in that the measuring device has a mechanical-hydraulic device (10, 11, 12, fig. 5) for measuring bending (f) of the support post (2) due to the transverse velocity of the water flow and for control of a control valve (11), which measurement change emits signals to change the support post's transverse moment, which signal is fed to a drive device (10) with piston and cylinder.

3. Stabilization device as specified in claim 1 or 2, characterized in that the measuring device has a strain gauge for measuring the deformation of the support post, produced by the transverse velocity of the water flow.

4. Stabilization device as specified in claims 1-3, characterized in that the control device has a blowing device for changing the support post's buoyancy, which blowing device expels a flowing medium, preferably air or water, which is directed against the disturbing force.

5. Stabilization device as stated in claims 1-4, characterized in that the control device has a control flap (13) which is hinged to pivot to the support post about a vertical axis.

6. Stabilization device as stated in one of claims 1-5, characterized in that at least one of the supporting posts (2) is fixed to be freely pivotable about the vertical axis (I-l) of the boat hull (1) and carries the steering device.