WO2017211982A1 - Verfahren zur kompensation der blockade eines ruderblattes in einem x-ruder - Google Patents

Verfahren zur kompensation der blockade eines ruderblattes in einem x-ruder Download PDF

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WO2017211982A1
WO2017211982A1 PCT/EP2017/064017 EP2017064017W WO2017211982A1 WO 2017211982 A1 WO2017211982 A1 WO 2017211982A1 EP 2017064017 W EP2017064017 W EP 2017064017W WO 2017211982 A1 WO2017211982 A1 WO 2017211982A1
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rudder
scaled
blade
blocked
rescaled
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PCT/EP2017/064017
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Inventor
Esther Damm
Sönke Markmann
Original Assignee
Thyssenkrupp Marine Systems Gmbh
Thyssenkrupp Ag
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
    • B63G8/14—Control of attitude or depth
    • B63G8/20—Steering equipment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
    • B63G8/14—Control of attitude or depth
    • B63G8/18—Control of attitude or depth by hydrofoils

Definitions

  • the invention relates to a method for compensating the blockage of a rudder blade in an X-rudder (hereinafter X-rudder) and thus maintaining the maneuverability of the submarine with such an X-rudder.
  • X-rudder X-rudder
  • Modern submarines such as the German class 212a or the Israeli Dolphin class, instead of the conventional cruiser have a so-called X-rudder, in which the four rudder blades are each arranged diagonal to the horizontal or vertical at normal position of the submarine.
  • rudder blades are numbered from the rear as follows.
  • Rudder blade 1 is upper right (starboard, above)
  • rudder blade 2 is upper left (port, top)
  • rudder blade 3 lower right ((starboard, bottom)
  • rudder blade 4 is lower left (port, lower) arranged.)
  • rudder blade 1 and Rudder blade 4 and rudder blade 2 and rudder blade 3 each opposite.
  • the virtual rudder or virtual rudder corresponds to the rudder or the aileron in a conventional arrangement of the rudder in a cross shape.
  • the rudder blades cooperate in such a way that the submarine is rotated about its longitudinal axis without any further change in the direction of movement of the submarine, as it were, in a helical motion.
  • virtual Bremsruder the rudder blades are set so that the direction of movement of the submarine is not changed, but the rudder blades represent a flow resistance and thus have a braking effect.
  • the center position of the rudder is considered. If all the rudders are in the middle position, no direction-changing force acts on the rudder. Due to the comparatively complex structure of the X-rudder, a blocked rudder blade automatically affects both the virtual rudder and the virtual rudder.
  • JP 2016-88 348 A discloses a controller for a rudder system for an X-rudder.
  • the object of the invention is to provide a method which allows the maneuverability of the submarine even with a blocked rudder blade.
  • the inventive method for compensating the blockage of a rudder blade in an X-rudder comprises the following steps:
  • the submarine remains maneuverable even after damage.
  • the process avoids uncontrolled changes in position and direction. If it comes during a combat mission or during an reconnaissance trip to a blocked rudder blade, in particular a surfacing of the submarine can be avoided, which would reveal the position and presence of the submarine.
  • step d) For blocked 1st rudder blade:
  • the Bremsruder is released as a variable, so it is the braking action taken by the rudder in order to maintain the controllability of the boat. This means the least change in the control behavior of the submarine.
  • step d the following steps can be carried out:
  • the maximum allowable control angle is not only dependent on the type.
  • a rudder blade may be movable in the range of -45 ° to 45 °.
  • the maximum permissible steering angle also depends on the speed of the submarine. While at standstill (0 kn) a deflection in the aforementioned case of -45 ° to 45 ° is possible, due to the water pressure acting through the flow on the rudder blade, at high speed, for example, 20 kn, the deflection, for example, to - 30 ° to 30 ° limited, since the torque of the steering machine and thus the maximum available power is limited.
  • the scaling changes the control behavior quantitatively, the properties remain qualitative. Particularly preferred is the ratio of rudder to rudder constant.
  • the submarine can drive a defined curve, for example to starboard, without a significant change in the depth of the submarine, merely increasing the radius of the curve during extreme maneuvers.
  • the control behavior remains predictable for the crew under these conditions. A reduction in the accuracy of maintaining the depth must be given if accepted.
  • the scaling is performed such that the control angle of the rudder blade, which has the highest deflection, is set to the maximum value and the remaining deflections of the remaining two rudder blades are scaled accordingly.
  • the index sc at the control angle ⁇ n sc with n selected from the group 1, 2, 3 or 4 means that the control angle of the rudder n is scaled to the maximum value.
  • step g) If h) negative, then continue scaled rudder scaled rudder scaling in step g) and continue with step m), j) if h) positive, then rescale in consideration of the rudder, k) find the rescaled rudder , the rescaled depth rudder, and the rescaled rudder,
  • ⁇ r ord denotes the rescaled rudder and ⁇ p ord rescaled
  • Rollers which are not fully scaled values.
  • the values are determined such that ⁇ s, com can be achieved, ⁇ r, com, however, can no longer be adhered to, since ⁇ p is released as a further degree of freedom.
  • the variation is chosen so that ⁇ r ord is minimal.
  • the priority is placed on the course, the depth is varied.
  • the following steps are carried out: h ') Check that the amount of the predetermined rudder is greater than or equal to 1 ° and the magnitude of the scaled rudder is less than 1 °. i ') If h') negative, then perform a scaled rudder scaled rudder adjustment,
  • the calculation is analogous to the previous method, as the priority was placed on the depth and thus on the depth rudder.
  • Fig. 1 a flow chart for the control of rudder blades of an X-rudder is shown.
  • step A the value for the rudder ⁇ r , com and the value for the depth rudder ⁇ s, com are given.
  • step B the values are converted into the control angles ⁇ i of the four rudder blades according to formula 2.
  • step C it is checked whether a rudder blade is blocked. If no rudder blade is blocked, continue with step N. If a rudder blade is blocked, continue with step D.
  • step N it is checked whether one of the control angles ⁇ i of the four rudder blades is greater than the maximum control angle. If this is the case, then continue with step 0, this is not the case, then proceeds to step K.
  • step 0, the control angles ⁇ i of the four rudder blades are scaled such that the highest value of the control angles ⁇ i of the four rudder blades assumes the value of the maximum control angle. Subsequently, continue with step K.
  • step D it is checked which rudder blade is blocked and at which angle ⁇ i the blocked rudder blade is blocked.
  • step E the control angles for the remaining three rudder blades are calculated to compensate for the blocked rudder blade.
  • the calculation is carried out according to formulas 5 to 8.
  • step F it is checked whether one of the control angles ⁇ i of the four rudder blades is greater than the maximum control angle. If this is the case, then continue with step G, this is not the case, then proceeds to step K.
  • step G it is determined which rudder blade has the largest compensating control angle.
  • step H the control angles are scaled to reduce the largest compensating control angle to the maximum control angle.
  • the scaling is done by means of the formulas 10 to 33.
  • step I it is checked whether the amount of the predetermined depth rudder is greater than or equal to 1 and whether the amount of the scaled depth rudder is less than 1. If this is the case, then continue with step L, this is not the case, then continue with step J.
  • step J the individual rudder positions are calculated for the control angles scaled in step H.
  • the calculation is made according to the formulas 34 to 37.
  • step L the variable-roll steering angles are calculated by formulas 38 to 49.
  • step M the individual rudder positions for the scaled control variables are calculated according to the formulas 5 to 8 or according to the formulas 34 to 37.
  • step K the rudder blades are activated.
  • Fig. 2 the four rudder blades and the virtual rudder 50 and the virtual depth rudder 60 are shown, being seen here in the direction of travel from behind the submarine.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompensation der Blockade eines Ruderblattes in einem X-Ruder und somit der Aufrechterhaltung der Manövrierfähigkeit des Unterseebootes mit einem X-Ruder.

Description

Verfahren zur Kompensation der Blockade eines Ruderblattes in einem X-Ruder
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompensation der Blockade eines Ruderblattes in einer X- Ruderanlage (im folgenden X-Ruder) und somit der Aufrechterhaltung der Manövrierfähigkeit des Unterseebootes mit einem solchen X-Ruder.
Moderne Unterseeboote, beispielsweise die deutsche Klasse 212a oder die israelische Dolphin- Klasse, haben anstelle des konventionellen Kreuzruders ein sogenanntes X-Ruder, bei welchem die vier Ruderblätter jeweils diagonal zur Horizontalen bzw. Vertikalen bei Normallage des Unterseeboots angeordnet sind.
Bei einem X-Ruder werden die Ruderblätter aus Sicht von hinten wie folgt nummeriert. Ruderblatt 1 ist rechts oben (Steuerbord, oben), Ruderblatt 2 ist links oben (Backbord, oben), Ruderblatt 3 rechts unten ((Steuerbord, unten) und Ruderblatt 4 ist links unten (Backbord, unten) angeordnet. Somit liegen Ruderblatt 1 und Ruderblatt 4 sowie Ruderblatt 2 und Ruderblatt 3 sich jeweils gegenüber.
Durch die Verwendung eines X-Ruders sind neben der Verwendung entsprechend als virtuelles Seitenruder oder virtuelles Tiefenruder zwei weitere Stellungen möglich. Das virtuelle Seitenruder oder virtuelle Tiefenruder entspricht dem Seitenruder oder dem Tiefenruder bei einer konventionellen Anordnung der Ruder in Kreuzform. Beim virtuellen Rollruder wirken die Ruderblätter derart zusammen, dass das Unterseeboot um seine Längsachse gedreht wird ohne eine weitere Änderung der Bewegungsrichtung des Unterseeboots zu bewirken, quasi eine schraubenförmige Bewegung vollzieht. Beim virtuellen Bremsruder sind die Ruderblätter so gestellt, dass die Bewegungsrichtung des Unterseeboots nicht verändert wird, die Ruderblätter jedoch einen Strömungswiderstand darstellen und so eine Bremswirkung aufweisen.
Die Steuerung erfolgt aus praktischen Gründen auch bei einem X-Ruder durch die Vorgabe einer Wirkung entsprechend einem virtuellen Seitenruders und virtuellen Tiefenruders, wobei zusätzlich auch Rollruder und Bremsruder vorgegeben werden. Die Umrechnung zwischen diesen vorgegebenen Werten und den an den Ruderblättern einzustellenden Winkeln ergibt sich zu:
Figure imgf000004_0001
Figure imgf000004_0003
Positive Werte für δ1 δ2, δ3 und δ4 sowie δ5 gehen nach unten, positive Werte für δi gehen nach backbord. δ1 δ2, δ3 und δ4 sind die Steuerwinkel.
Bei Vorgabe des Seitenruders und des Tiefenruders ergeben sich die Auslenkungen der Ruderblätter durch Auflösen von Formel 1 entsprechend:
Figure imgf000004_0002
Als 0° Auslenkung wird die Mittelstellung des Ruders betrachtet. Befinden sich alle Ruder in Mittelstellung wirkt keine fahrtrichtungsändernde Kraft auf das Ruder. Aufgrund des vergleichsweise komplexen Aufbaus des X-Ruders hat ein blockiertes Ruderblatt automatisch Auswirkung sowohl auf das virtuelle Seitenruder als auch auf das virtuelle Tiefenruder.
Aus der DE 10 2012 222 812 AI ist ein Verfahren zur Regelung eines Zustand eines Fahrzeugs, insbesondere eines Unterwasserfahrzeugs bekannt.
Aus der JP 2016-88 348 A ist ein Controller für eine Ruderanlage für ein X-Ruder bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches die Manövrierfähigkeit des Unterseeboots auch mit einem blockierten Ruderblatt ermöglicht.
Gelöst wird diese Aufgabe durch das Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kompensation der Blockade eines Ruderblattes in einem X-Ruder weist die folgenden Schritte auf:
a) Prüfen, ob ein Ruderblatt blockiert ist,
b) Feststellen, welches Ruderblatt blockiert ist,
c) Feststellen in welchem Winkel das blockierte Ruderblatt blockiert ist,
d) Kompensieren der Steuerwinkel für die verbleibenden drei Ruderblätter,
m) Ansteuern der Ruderblätter.
Vorteil des Verfahrens ist es, dass das Unterseeboot auch nach Beschädigung noch manövrierfähig bleibt. Durch das Verfahren werden unkontrollierte Lage- und Richtungsänderungen vermieden. Kommt es während eines Gefechtseinsatzes oder bei einer Aufklärungsfahrt zu einem blockierten Ruderblatt kann insbesondere ein Auftauchen des Unterseebootes vermieden werden, was die Position und Anwesenheit des Unterseeboots verraten würde.
Ist ein Ruderblatt blockiert, so ist die Auslenkung durch die blockierte Stellung vorgegeben und kann nicht mehr variiert werden. Es ergibt sich somit mit einem vorgegebenem virtuellen Seitenruder und einem vorgegebenem virtuellen Tiefenruder aus Formel 2:
Figure imgf000006_0001
Figure imgf000006_0005
Da das Rollen eines Unterseeboots eine sehr ungünstige Bedingung ist, wird das Rollruder zunächst in der Neutrallage festgehalten:
Figure imgf000006_0004
Somit ist die Kompensation in Schritt d) gegeb Für blockiertes 1. Ruderblatt:
Figure imgf000006_0002
Für blockiertes 2. Ruderblatt:
Figure imgf000006_0003
Für blockiertes 3. Ruderblatt:
Figure imgf000007_0001
In allen Fällen wird das Bremsruder als Variable frei gegeben, es wird also die Bremswirkung durch das Ruder in Kauf genommen, um die Steuerfähigkeit des Bootes aufrecht zu erhalten. Dieses bedeutet die geringste Veränderung des Steuerverhaltens des Unterseebootes.
Es kann bei der Kompensation jedoch auftreten, dass die maximal mögliche Auslenkung eines Ruderblattes überschritten wird. Um dieses Problem zu lösen, können in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung Schritt d) folgende Schritte ausgeführt werden:
e) Prüfen, ob einer der kompensierenden Steuerwinkel größer als der maximal zulässige Steuerwinkel ist,
f) Wenn e) positiv, dann Feststellen welcher kompensierenden Steuerwinkel die größte Auslenkung aufweist,
g) Skalieren der kompensierenden Steuerwinkel,
m) Wenn e) negativ oder nach g) Ansteuern der Ruderblätter.
Hierbei ist der maximal zulässige Steuerwinkel nicht nur abhängig von der Bauart. Beispielsweise kann ein Ruderblatt im Bereich von -45° bis 45° bewegbar sein. Zusätzlich ist der maximal zulässige Steuerwinkel auch von der Geschwindigkeit des Unterseebootes abhängig. Während bei Stillstand (0 kn) eine Auslenkung im vorgenannten Fall von -45° bis 45° möglich ist, kann aufgrund des Wasserdrucks, der durch die Strömung auf das Ruderblatt wirkt, bei schneller Fahrt, beispielsweise 20 kn, die Auslenkung beispielsweise auf - 30° bis 30° beschränkt sein, da das Drehmoment der Rudermaschine und somit die maximal zur Verfügung stehende Kraft begrenzt ist.
Die Skalierung ändert zwar quantitativ das Steuerverhalten, qualitativ bleiben die Eigenschaften jedoch erhalten. Besonders bevorzugt bleibt das Verhältnis von Tiefenruder zu Seitenruder konstant. Beispielsweise kann das Unterseeboot auch nach der Skalierung eine definierte Kurve, zum Beispiel nach Steuerbord, fahren, ohne dass es zu einer erheblichen Veränderung der Tauchtiefe kommt, es wird lediglich der Kurvenradius bei extremen Manövern vergrößert. So bleibt das Steuerverhalten auch unter diesen Bedingungen für die Besatzung vorhersagbar. Eine Verringerung der Genauigkeit der Beibehaltung der Tiefe muss gegeben falls in Kauf genommen werden.
Die Skalierung erfolgt derart, dass der Steuerwinkel des Ruderblattes, welcher die höchste Auslenkung aufweist, auf den maximalen Wert gesetzt wird und die verbleibenden Auslenkungen der verbleibenden beiden Ruderblätter entsprechend skaliert werden.
Der Index sc beim Steuerwinkel δn sc mit n ausgewählt aus der Gruppe 1, 2, 3 oder 4 bedeutet, dass der Steuerwinkel des Ruders n auf den maximalen Wert skaliert ist.
Es wird a definiert zu
Figure imgf000008_0001
Ist nun das 1. Ruderblatt blockiert, so ergibt sich bei maximaler Auslenkung des 2. Ruderblattes aus Formel 5 und Formel 9:
Figure imgf000008_0002
Ist nun das 1. Ruderblatt blockiert, so ergibt sich bei maximaler Auslenkung des 3. Ruderblattes aus Formel 5 und Formel 9:
Figure imgf000008_0003
Ist nun das 1. Ruderblatt blockiert, so ergibt sich bei maximaler Auslenkung des 4. Ruderblattes aus Formel 5 und Formel 9:
Figure imgf000009_0001
Ist nun das 2. Ruderblatt blockiert, so ergibt sich bei maximaler Auslenkung des Ruderblattes aus Formel 6 und Formel 9:
Figure imgf000009_0002
Ist nun das 2. Ruderblatt blockiert, so ergibt sich bei maximaler Auslenkung des 3. Ruderblattes aus Formel 6 und Formel 9:
Figure imgf000009_0003
Ist nun das 2. Ruderblatt blockiert, so ergibt sich bei maximaler Auslenkung des 4. Ruderblattes aus Formel 6 und Formel 9:
Figure imgf000009_0004
Ist nun das 3. Ruderblatt blockiert, so ergibt sich bei maximaler Auslenkung des 1. Ruderblattes aus Formel 7 und Formel 9:
Figure imgf000009_0005
Ist nun das 3. Ruderblatt blockiert, so ergibt sich bei maximaler Auslenkung des 2. Ruderblattes aus Formel 7 und Formel 9:
Figure imgf000009_0006
Ist nun das 3. Ruderblatt blockiert, so ergibt sich bei maximaler Auslenkung des 4. Ruderblattes aus Formel 7 und Formel 9:
Figure imgf000010_0003
Ist nun das 4. Ruderblatt blockiert, so ergibt sich bei maximaler Auslenkung des 1. Ruderblattes aus Formel 8 und Formel 9:
Figure imgf000010_0001
Ist nun das 4. Ruderblatt blockiert, so ergibt sich bei maximaler Auslenkung des 2. Ruderblattes aus Formel 8 und Formel 9:
Figure imgf000010_0004
Ist nun das 4. Ruderblatt blockiert, so ergibt sich bei maximaler Auslenkung des 3. Ruderblattes aus Formel 8 und Formel 9:
Figure imgf000010_0005
Mit den skalierten virtuellen Auslenkungen δr com sc und δs com sc aus den Formeln 10 bis 37 und den Formeln 5 bis 8 ergeben sich die Steuerwinkel zu:
Für blockiertes 1. Ruderblatt ergibt sich
Figure imgf000010_0002
Figure imgf000011_0001
Leider ist es auch damit nicht möglich, alle Richtung anzusteuern, wenn ein Ruder in der Maximalstellung, beispielsweise ±45° blockiert ist. Um in solchen Fällen dennoch die Manövrierfähigkeit zu verbessern, kann es notwendig sein, das Rollruder freizugeben und eine Drehung um die Längsachse zuzulassen. Daher werden in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die folgenden Schritte ausgeführt:
h) Prüfen, ob der Betrag des vorgegebenen Tiefenruder größer gleich 1° ist und der Betrag des skalierten Tiefenruders kleiner 1° ist,
i) Wenn h) negativ, dann Durchführung einer Anpassung mit skaliertem Seitenruder und skaliertem Tiefenruder gemäß Schritt g) und mit Schritt m) weiterführen, j) Wenn h) positiv, dann erneutes Skalieren unter Berücksichtigung des Rollruders, k) Ermitteln des erneut skalierten Seitenruders, des erneut skalierten Tiefenruders und des erneut skalierten Rollruders,
I) dann Durchführung einer Anpassung mit erneut skaliertem Seitenruder, erneut skaliertem Tiefenruder und erneut skaliertem Rollruder,
m) Wenn e) negativ oder nach i) oder nach I) Ansteuern der Ruderblätter.
Da in diesem Fall nicht mehr Tiefe und Kurs gehalten werden können, wird die Priorität auf die Tauchtiefe und somit auf das Tiefenruder gelegt. Dieses ist bevorzugt, da sowohl ein Unterschreiten der maximalen Tauchtiefe als auch ein Auftauchen eine große Gefahr für das Unterseeboot darstellen kann. Im Folgenden bezeichnen δr ord das erneut skalierte Seitenruder und δp ord das erneut skalierte
Rollruder, wobei es sich hierbei nicht um vollständig korrekt skalierte Werte handelt. Die Werte werden derart bestimmt, ' dass δ s,com erreicht werden kann, δ r,com kann hing hingegen nicht mehr eingehalten werden, da δp als weiterer Freiheitsgrad freigegeben ist. Die Variation wird hierbei so gewählt, dass δr ord minimal ist.
Für blockiertes 1. Ruderblatt ergibt sich:
Figure imgf000012_0001
Für blockiertes 2. Ruderblatt ergibt sich:
Figure imgf000012_0002
Für blockiertes 3. Ruderblatt ergibt sich:
Figure imgf000012_0003
Für blockiertes 4. Ruderblatt ergibt sich:
Figure imgf000012_0004
In einem alternativen Verfahren wird die Priorität auf den Kurs gelegt, die Tauchtiefe wird variiert. In dieser alternativen Ausführungsform der Erfindung werden die folgenden Schritte ausgeführt: h') Prüfen, ob der Betrag des vorgegebenen Seitenruders größer gleich 1° ist und der Betrag des skalierten Seitenruders kleiner 1° ist, i') Wenn h') negativ, dann Durchführung einer Anpassung mit skaliertem Seitenruder und skaliertem Tiefenruder,
j') Wenn h') positiv, dann erneutes Skalieren unter Berücksichtigung des Rollruders, k') Ermitteln des erneut skalierten Tiefenruders, des erneut skalierten Seitenruders und des erneut skalierten Rollruders,
I') dann Durchführung einer Anpassung mit erneut skaliertem Tiefenruder, erneut skaliertem Seitenruder und erneut skaliertem Rollruder,
m) Wenn e) negativ oder nach i') oder nach I') Ansteuern der Ruderblätter.
In diesem Fall erfolgt die Berechnung analog zur vorherigen Methode, als die Priorität auf die Tauchtiefe und somit auf das Tiefenruder gelegt wurde.
Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Fig. 1 Ablaufdiagramm
Fig. 2 Ruderanordnung
In Fig. 1 ist ein Ablaufdiagramm für die Ansteuerung von Ruderblättern eines X-Ruders gezeigt. In Schritt A wird der Wert für das Seitenruder δr,com und der Wert für das Tiefenruder δ s,com vorgegeben.
In Schritt B werden die Werte in die Steuerwinkel δi der vier Ruderblätter entsprechend Formel 2 umgerechnet.
In Schritt C wird geprüft, ob ein Ruderblatt blockiert ist. Ist kein Ruderblatt blockiert, wird mit Schritt N fortgefahren, ist ein Ruderblatt blockiert, so wird mit Schritt D fortgefahren.
In Schritt N wird geprüft, ob einer der Steuerwinkel δi der vier Ruderblätter größer als der maximale Steuerwinkel ist. Ist dieses der Fall, so wird mit Schritt 0 fortgefahren, ist dieses nicht der Fall, so wird mit Schritt K fortgefahren. In Schritt 0 werden die Steuerwinkel δi der vier Ruderblätter so skaliert, dass der höchste Wert der Steuerwinkel δi der vier Ruderblätter den Wert des maximalen Steuerwinkel annimmt. Anschließend wird mit Schritt K fortgefahren.
In Schritt D wird geprüft, welches Ruderblatt blockiert ist und in welchem Winkel δi das blockierte Ruderblatt blockiert ist.
In Schritt E werden die Steuerwinkel für die verbleibenden drei Ruderblätter berechnet, um das blockierte Ruderblatt zu kompensieren. Die Berechnung erfolgt entsprechend der Formeln 5 bis 8.
In Schritt F wird geprüft, ob einer der Steuerwinkel δi der vier Ruderblätter größer als der maximale Steuerwinkel ist. Ist dieses der Fall, so wird mit Schritt G fortgefahren, ist dieses nicht der Fall, so wird mit Schritt K fortgefahren.
In Schritt G wird ermittelt, welches Ruderblatt den größten kompensierenden Steuerwinkel aufweist.
In Schritt H werden die Steuerwinkel skaliert, um den größten kompensierenden Steuerwinkel auf den maximalen Steuerwinkel zu reduzieren. Die Skalierung erfolgt mittels der Formeln 10 bis 33.
In Schritt I wird geprüft, ob der Betrag des vorgegebenen Tiefenruders größer gleich 1 ist und ob der Betrag des skalierten Tiefenruders kleiner 1 ist. Ist dieses der Fall, so wird mit Schritt L fortgefahren, ist dieses nicht der Fall, dann wird mit Schritt J fortgefahren.
In Schritt J werden die Einzelruderlagen für die in Schritt H skalierten Steuerwinkel berechnet. Die Berechnung erfolgt entsprechend der Formeln 34 bis 37.
In Schritt L werden die Steuerwinkel mit variablem Rollruder mittels der Formeln 38 bis 49 berechnet.
In Schritt M werden die Einzelruderlagen für die skalierten Steuergrößen nach den Formeln 5 bis 8 bzw. nach den Formeln 34 bis 37 berechnet. In Schritt K werden die Ruderblätter angesteuert.
In Fig. 2 sind die vier Ruderblätter sowie das virtuelle Seitenruder 50 und das virtuelle Tiefenruder 60 gezeigt, wobei hier in Fahrtrichtung von hinten auf das Unterseeboot gesehen wird.
Zu sehen sind Ruderblatt 1 10, Ruderblatt 2 20, Ruderblatt 3 30 und Ruderblatt 4 40 sowie das virtuelle Seitenruder 50 und das virtuelle Tiefenruder 60.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Kompensation der Blockade eines Ruderblattes in einem X-Ruder, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
a) Prüfen, ob ein Ruderblatt blockiert ist,
b) Feststellen, welches Ruderblatt blockiert ist,
c) Feststellen in welchem Winkel das blockierte Ruderblatt blockiert ist,
d) Kompensieren der Steuerwinkel für die verbleibenden drei Ruderblätter,
m) Ansteuern der Ruderblätter.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt d) folgende Schritte ausgeführt werden:
e) Prüfen, ob einer der kompensierenden Steuerwinkel größer als der maximal
zulässige Steuerwinkel ist,
f) Wenn e) positiv, dann Feststellen welcher kompensierende-Steuerwinkel die größte Auslenkung aufweist,
g) Skalieren der kompensierenden Steuerwinkel,
m) Wenn e) negativ oder nach g) Ansteuern der Ruderblätter.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt g) die folgenden Schritte ausgeführt werden:
h) Prüfen, ob der Betrag des vorgegebenen Tiefenruders größer gleich 1° ist und der Betrag des skalierten Tiefenruders kleiner Γ ist,
i) Wenn h) negativ, dann Durchführung einer Anpassung mit skaliertem Seitenruder und skaliertem Tiefenruder gemäß Schritt g) und mit Schritt m) weiterführen, j) Wenn h) positiv, dann erneutes Skalieren unter Berücksichtigung des Rollruders, k) Ermitteln des erneut skalierten Seitenruders, des erneut skalierten Tiefenruders und des erneut skalierten Rollruders,
I) dann Durchführung einer Anpassung mit erneut skaliertem Seitenruder, erneut skaliertem Tiefenruder und erneut skaliertem Rollruder,
m) Wenn e) negativ oder nach i) oder nach I) Ansteuern der Ruderblätter.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt g) die folgenden Schritte ausgeführt werden: h') Prüfen, ob der Betrag des vorgegebenen Seitenruders größer gleich 1° ist und der
Betrag des skalierten Seitenruders kleiner Γ ist,
i') Wenn h') negativ, dann Durchführung einer Anpassung mit skaliertem Seitenruder und skaliertem Tiefenruder,
j') Wenn h') positiv, dann erneutes Skalieren unter Berücksichtigung des Rollruders, k') Ermitteln des erneut skalierten Tiefenruders, des erneut skalierten Seitenruders und des erneut skalierten Rollruders,
I') dann Durchführung einer Anpassung mit erneut skaliertem Tiefenruder, erneut skaliertem Seitenruder und erneut skaliertem Rollruder,
m) Wenn e) negativ oder nach i') oder nach I') Ansteuern der Ruderblätter.
PCT/EP2017/064017 2016-06-10 2017-06-08 Verfahren zur kompensation der blockade eines ruderblattes in einem x-ruder WO2017211982A1 (de)

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EP17730735.2A EP3468864B8 (de) 2016-06-10 2017-06-08 Verfahren zur kompensation der blockade eines ruderblattes in einem x-ruder

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