DE2045915C3 - Stabilisierungseinrichtung für ein Tragflügelboot - Google Patents

Description

erzeugt. Auslegeschrift 1157956). Eine weitere bekannte

2. Stabilisierungsvorrichtung nach Anspruch 1, Möglichkeit zur Stabilisierung des Tragflügelbootes dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung ao besteht darin, die Stützen gelenkig am bootsrumpf eine mechanisch-hydraulische Vorrichtung (10, anzubringen, wobei die Stützen entweder um eine 11, 12, Fig. 5) zur Messung der von der Quer- zur Bootsachse parallele oder senkrechte Achse geschwindigkeit der Strömung hervorgerufenen schwenkbar sind (deutsche Auslegeschrift 1 157 956 Durchbiegung (/) der Stütze (2) und zur Steue- bzw. britische Patentschrift 572 413). Schließlich ist rung eines Steuerventils (11) aufweist, das Signale 35 es bereite bekanntgeworden, die Roll- und Stampfzur Änderung der Quermomente des Stützelemen- bewegung des Tragflügelbootes durch Ausstoßen von res an einen Kolbenzyiinder-Antrieb (iö) der Luft oder Wasser zu beseitigen (deutsche Auslege-Steuereinrichtung abgibt. schrift 1 284 865).

3. Stabilisierungsvorrichtung nach Anspruch 1 Bei der Auslegung solcher bekannter Stabilisie- oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meß- 30 rungseinrichtungen sind zwei an sich Widersprücheinrichtung einen Dehnungsmesser zur Messung liehe Einflüsse zu berücksichtigen. Einerseits ist man der von der Quergeschwindigkeit der Strömung bestrebt, die Austauchhöhe des Tragflügelbootes so hervorgerufenen Verformung der Stützelemente groß wie möglich zu wählen, da hierdurch die Maaufweist. növrierfähigkeit des Tragflügelbootes im Hinblick auf

4. Stabilisierungsvorrichtunj, nach einem der 35 den Wellengang verbessert wird. Eine Vergrößerung Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Austauchhöhe hat jedoch andererseits eine Verdie Steuereinrichtung eine Blaseinrichtung zur größerung der Querneigungen des Tragflügelbootes Auftriebsänderung der Stütze aufweist, die ent- zur Folge, da die durch die Orbitalbewcgungcn der gegen der Richtung der Störkräfte ein Strömlings- Wellen hervorgerufenen Kräfte wegen der verlängermittel, vorzugsweise Luft oder Wasser, ausstößt. 40 ten Stützen über einen vergrößerten Hebelarm am

5. Stabilisierungsvorrichtung nach einem der Tragflügelboot angreifen. Bei der Vergrößerung des Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß hierdurch erforderlichen Stabilisierungsmomentes die Steuereinrichtung eine an einem Stützelement stößt man auf natürliche Grenzen, die einerseits durch angelenkte, um eine vertikale Achse drehbare die Abmessungen des Tragflügelbootes (insbesondere Steuerklappe (13) aufweist. 45 die Breite des Tragflügelbootes) und die hydrodyna-

6. Stabilisierungsvorrichtung nach einem der mischen Eigenschaften der Tragflügel bedingt sind.
Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mindestens eine der Stützen (2) frei schwenkbar Stabilisierungseinrichtung der eingangs angegebenen um die vertikale Achse (I-I) am Bootsrumpf (1) Art zu schaffen, die eine größere Austauchhöhe des befestigt ist und die Steuereinrichtung trägt. 50 Tragflügelbootes als die bekannten Stabilisierungseinrichtung ermöglicht.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht,

daß eine Zusatzeinrichtung zur Beseitigung von

Querneigungen bei deren Entstehen vorgesehen ist,

55 die eine Meßeinrichtung, die an jeder Stütze eine

Wirkung der durch die Qucrströmungskomponente

Die Erfindung betrifft eine Stabilisierungseinrich- einer Welle hervorgerufenen mechanische Spannung tung zur Beseitigung der durch den Seegang hervor- ermittelt, und die eine Steuereinrichtung aufweist, die gerufenen Längs- und Querneigungen eines Trag- mit jeder Stütze eine der Querströmungskomponente flügelbootes mit vollständig getauchten, über Stützen 60 der Welle entgegengerichtete Kraft erzeugt,
mit dem Bootsrumpf verbundenen Tragflügeln. Gemäß der Erfindung wird somit eine von der

Derartige Stabilisierungseinrichtungen bestehen mechanischen Spannung der Stütze abhängige Wirganz allgemein aus einer Meßeinrichtung zum Messen kung gemessen, die beispielsweise eine mechanische der Längs- und Querneigungen des Tragflügelbootes Verschiebung, Verschiebungsgeschwindigkeit, Ver- und einer Steuereinrichtung zum Ausgleichen der 65 Schiebungsbeschleunigung, Druck- oder Zugspannung Längs- und Querneigungen. Als Meßeinrichtung der Stütze selbst oder eines mit der Stütze verbunwerden am häufigsten Kreiselsysteme eingesetzt, die denen Teils des Tragflügelbootes sein kann. Die über eine signalverarbeitende Anlage Steuersignale Querströmungskomponente einer Welle ruft in den

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Stöt«n eine mechanische Spannung hervor, noch ehe _Hnd ein entsprechender Winkel «,.auf den sieb die far Bootsrumpf selbst auf Orund seiner großen Trag- stütze 2 einstellt und die Kraft F oder F, uwwttel- heit eine Querneigung ertahrt. Die erfindungsgemaß bar bei beginnendem Aufbau abbaut und damit folgvorgesehene Zusatzeinrichtung erfaßt somit eine be- i^! h auch das von dieser Zentrifugalkraft erzeugte vorstehende Querneigung des Tragflügelbootes be- 5 Quermoment eliminiert.

»its bei deren Entstehen und ruft sofort eine den Doch bildet die um das Gelenk mit der Achse

Störkräften entgegenwirkende Stabilisierungskraft M frei schwenkbare Stütze 2 praktisch gegenüber

hervor. Ein großer Teil des von der Wellenbewegung der Querströmungskomponente der Welle ein scbwin-

verursachten Rollmomentes wird somit eliminiert, ehe gendes System mit eigener Masse, Trägheit und mit

es eine Querneigung des Tragflügelbootes hervor- io einem eigenen Dämpfungsfaktor, das die von üer

rufen kann. Da somit die Hauptstabilisierungsein- Querströmungskomponente 7 empfangenen Impulse

richtung nur noch die von der Zusatzeinrichtung eli- verändern und sich daher unter verschiedenen Win-

minierten Restmomente ausgleichen muß, kann das kein einstellen kann, die von dem sich aus den

Tragflügelboot mit einer bedeutend größeren Aus- Geschwindigkeitskomponenten ν und 7 ergebenden

tsucbhöhe als bisher ausgelegt werden. _l5 winkel * abweichen. Es ist auch möglich, daß die

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind vertikale Stütze 2 sich entsprechend dem Winkel «

in den Unteransprüchen angegeben. einstellt, aber mit nicht geeigneten Ansprechzeiten,

An Hand der Zeichnungen werden Ausführungs- wodurch die Kräfte F und F₁ nicht vollständig,

formen der Erfindung näher erläutert. Es zeigt sondern nur teilweise ausgeglichen werden. Das oben

Fig. i einen Querschnitt eines in der Höhe H der ao beschriebene System kann als offenes System be-

VVasserlinie X-X fahrenden.Tragflügelbootes, zeichnet werden und ist daher Störungen und Phasen-

Fig. 2 eine Seitenansicht des Tragflügelbootes mit verschiebungen verschiedener Avt ausgesetzt,

einer längs der Achse I-I schwenkbar an dem Rumpf Ein typischer Störungsfall liegt beispielsweise dann

befestigten Stütze, _{νΟΓι wenn} _ _{wie in der} F i g. 3 gezeigt — ein Trag-

Fig. 3 einen Schnitt durch die um die Achse I-I 25 flügel einer zufälligen und nichtsymmetrisch anschwenkbare Stütze längs der Linie III-III in Fig. 2, greifenden Kraft T ausgesetzt ist, die mit einem

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Addition Hebeiarm/V bezüglich der Fahrtrichtung Y-Y auf der Geschwindigkeitskomponenten y -+= 7 des Trag- den Tragflügel einwirkt. Das sich ergebende Störflügelboots, moment TN bezüglich der Gelenkachse stellt die

Fig. 1 einen Schnitt längs der Linie V-V in 30 Stütze 2 auf einen von der Querströmungskompo-

Fig-2. nente 7 des Wassers oder den Kräften F und F,

Fig. 6 und 7 eine an dem Bootsrumpf befestigte, unabhängigen Neigungswinkel ein, so daß ein auf

aber mit einer vertikalen Steuerklappe versehene den Bootsrumpf einwirkendes Querneigungsmoment

Stütze und die Folge ist.

Fig. 8 und 9 Darstellungen eines Tragflügelboots 35 Um die oben beschriebenen Nachteile zu ver-

mit vollständig getauchten Tragflügeln in Seiten- meiden, ist es erforderlich, die Schwenkwinkel der

ansicht und Draufsicht. Stütze 2 ausschließlich in Abhängigkeit von derQuer-

Wenn, wie in der F i g. 1 schematisch dargestellt Strömungskomponente der Welle 7 oder von den von

worden ist, der Rumpf 1 durch eine äußere Kraft dieser abhängigen Faktoren, wie z. B. der Kraft F,

(Querströrr'jngskomponente der Welle) gegenüber 40 dem dynamischen Druck oder schließlich der Strö-

der horizontalen Wasserlinie X-X um einen Win- mungsrichtung der Welle zu steuern. Dies kann

kel β geneigt wird, kann das Gewicht Q, d. h. der auf dadurch erreicht werden, daß unmittelbar die Quer-

dzs in Betracht gezogene Tragflächenpaar einwir- Strömungskomponente der Welle 7 oder ein von

kende Gewichtsanteil, in die Kräfte F₁ und Q_x zer- dieser abhängiger Faktor mittels eines beliebigen,

legt werden. 45 dazu geeigneten Geräts gemessen wird oder die von

Bei mit dem Bootsrumpf fest verbundenen Stüt- der Kraft F hervorgerufenen mechanischen Belastunzen 2 erzeugt die Kraft F₁ ein Moment MS = F₁Z. gen ermittelt werden, wobei die Kraft F eine Funk-Wenn die vertikalen Stützen 2 in der Nähe des Bugs tion der Querströmungskomponente der Welle ν ist; längs der vertikalen Achse I-I schwenkbar am Diese Meßwerte werden dann zu einer Stellgröße Bootsrumpf 1 befestigt sind, wie es in F i g. 2 und 3 50 umgewandelt, die von einem mechanischen, elekgezeigt wird, so können sie frei um dieses Gelenk trischen, elektronischen, hydraulischen, pneuschwingen. Die Kraft F, erzeugt dabei kein Quer- matischen oder gemischten System mit geschlossenem neigungsmoment, sondern versetzt das Tragflügel- Re^elkreislauf derart verarbeitet werden, daß die boot seitwärts mit einer Geschwindigkeit 7. Wie aus Erregungskräfte der Querströmungskomponente der der Fig. 4 ersichtlich ist, bestimmt die Zusammen- 55 Welle eliminiert werden, indem die Stützt 2 unter Setzung der Geradeausgeschwindigkeit ν des Trag- geeignetem, auf die Hauptachse des Profils bezogeflügelboots und der Geschwindigkeit 7 der Seiten- nem Winkel \ bezüglich der Fahrtrichtung Y-Y einbewegung des Tragflügelboots die resultierende Ge- gestellt wird.

schwindigkeit γ 4- _v* und damit den sehr spitzen Zur Veranschaulichung eines der vielen Geräte, Neigungswinkel a, auf den sich die schwenkbare 60 die geeignet sind, den geschlossenen Regelkreislauf

Stütze 2 gegenüber der Fahrtrichtung Y-Y einstellt zu realisieren, ist in Fig. 5 ein Querschnitt durch

und dadurch die Wirkung der Kraft F₁ aufhebt. die Stütze längs der Linie V-V der F i g. 2 dar-

Zieht man ferner eine beliebige horizontale Quer- gestellt.

neigungskraft in Betracht, beispielsweise die zur Seite Wenn infolge der Einwirkung der Querkomponente hin gerichtete Zentrifugalkraft bei Kurvenfahrt des 65 der Welle 7 sich die Kraft F aufbauen will, tritt eine

Bootsrumpfs, d. h. eine Bewegung mit der Geschwin- Durchbiegung der Stütze 2 auf, die mechanisch

digkeit 7 an, so ergeben sich wie im bereits geschil- bereits in ihren infinitesimalen Werten durch dieVer-

derten Fall eine resultierende Geschwindigkeit P+ 7 setzung einer im Innern am unteren Ende fest mit

der flossenartig ausgebildeten Stütze 2 verbundenen und am oberen Ende frei querbewegbaren Lamelle 12 erfaßbar ist. Die Versetzung ist durch die Pfeilung Af charakterisiert.

Die infinitesimale Versetzung Af steuert das fest mit der Stütze 2 verbundene hydraulische Steuerventil 11, das über hydraulische Verbindungsleitungen einen Kolben-Zylinder-Antrieb 10 betätigt, der die Pfeilung Af ausgleicht und somit den Steuerfluß vom Steuerventil auf Null stellt und den Vorgang abschließt. Sobald also eine Neigung zum Aufbau einer Kraft F vorhanden ist, wird diese folglich durch die Schwenkbewegung der Stütze 2 um die Achse I-I ausgeglichen.

Diese Winkeldrehung der Stütze 2, die sich entsprechend einem Winkel λ einstellen wird, der gleich dem sich aus der Zusammensetzung der Geschwindigkeiten ν und 7 im betrachteten Augenblick ergebenden Winkel ist, erfolgt durch eine Drehkraft, die vom Kolben-Zylinder-Antrieb 10 auf die Stütze 2 übertragen wird.

Die Stärke der Quergeschwindigkeit der Welle ν kann beispielsweise auch direkt durch den Einbau eines Meßfühlers beliebiger Bauart in einem dazu geeigneten eingetauchten Teil der Stütze 2 gemessen werden. Das erhaltene Meßsignal wird dann zur oben beschriebenen Servoeinrichtung oder zu einem anderen gleichartigen Gerät geleitet.

Die durch die Kraft F oder durch die von der Quergeschwindigkeit der Welle 7 ausgeübten Drücke oder durch jede andere von der Quergeschwindigkeit der Welle ν abhängigen Größe auf die Stütze ausgeübten mechanischen Beanspruchungen können zu einem beliebigen, eine Dehnung, eine Beschleunigung, eine Versetzung oder etwas ähnliches anzeigenden elektrischen Signal umgewandelt werden, das, in geeigneter Weise verstärkt, die Eingangsfunktion eines automatischen geschlossenen Regelkreises zur Regelung des Einstellwinkels der Stütze 2 bilden kann.

Die Beseitigung der Querneigungsmomente durch Regelung des Drehwinkels um die Achse I-I kann auch durch die Regelung der Drehwinkel von an Gelenken befestigten Stützen 2 eliminiert werden, bei denen die Gelenkachsen an jeder beliebigen Stelle längs der Sehnenachse der flossenartigen Stütze 2 oder an Längsachsen vorgesehen sind, die parallel zu den Sclsnenachsen verlaufen.

Weiterhin kann die Gelenkachse I-I vor der flossenartigen Stütze, in Stützenmitte, hinter oder seitlich an der Stütze verlaufen.

Bei einer anderen Ausführungsform der Stabilisierungsvorrichtung kann die Beseitigung der Querneigungsmomenle dadurch erzielt werden, daß die Kraft F durch die Steuerkraft vertikaler Steuerklappen 13 an den Stützen 2 (s. F i g. 6 und 7) oder durch Einblasen von Luft, Wasser oder einem anderen geeigneten Mittel mit Hilfe eines beliebigen Geräts, das eine kontrollierte Auftriebsveränderung der Stütze bewirkt, ausgeglichen werden. Bei dieser Ausführungform ist die flossenartige Stütze 2 starr mit dem Bootsrumpf verbunden.

Die oben beschriebene Stabilisierungsvorrichtung kann allgemein auf jedes Tragflügelboot angewendet weirden, das mit vollständig eingetauchten oder mit teilweise eingetauchten Tragflügeln versehen ist.

ίο Eine kombinierte Ausführungsform kann auch nach vorn schwenkbare, in ihrer Lage geregelte und achtern normale flossenartige Stützen oder umgekehrt aufweisen.

Weiterhin können von den Stützen des Tragflüßelboots nur eine oder mehrere über einen geschlossenen Regelkreislauf in ihrer Lage gesteuert werden.

Hn den F i g. 8 und 9 ist als Beispiel ein Tragflügelboot dargestellt, das vorn zwei geregelte,

ao schwenkbare, flossenartige Stützen 2 und achtern eine einfache vertikale Flosse aufweist, die einen Z-Antrieb oder die Zuleitungen eines Rückstoßantriebs aufnehmen kann. Angenommen, daß auf den geregelten, schwenkbaren vorderen Stützen 60 % des Gesamtgewichts lasten, muß das Tragflügelboot mil eippm Qucrstabilisierungssystem bekannter Bauart versehen sein, das lediglich die von der achtern angeordneten festen Stütze verursachten Querneiigungsmomcnte auszugleichen hat.

Bs folgt daraus, daß bei gleichem gesamtem Aufrichtmoment sich das Tragflügelboot um 60 %> höher helben kann, als es bei den Tragflügelbooten der bisher bekannten Bauart der Fall ist. Es ist weiterhin klar, daß nach Beseitigung der Krängungskräfte, wie der Kraft F, bei gleicher, aber auch bei größerer Austauchhöhe ein höherer Fahrkomfort und eine geringere Beanspruchung des Bootsrumpfes erzielt wird.

Da das System geringere Aufrichtmomente erfordert, kann ferner der in der Fig. 1 dargestellte Abstand B zwischen den Tragflügeln 3 auf ein Mindestmaß verringert werden, um dadurch auch die durch die vertikalen Bahnbewegungen verursachten Erregerkräfte zu reduzieren. Diese Erregerkräfte werden fast vollständig eliminiert, wenn nur eine einzige, schwenkbare, geregelte, flossenartige Stütze in der Bootsmitte angeordnet ist.

Schließlich ist es möglich, da man den Abstand B auf die gewünschten Werte verkleinern kann, Bootsrümpfe mit einem äußerst günstigen Verhältnis von Länge und Breite zu bauen, während bei den bekannten Tragflügelbooten zur Vergrößerung des Aufrichtmoments der Abstand B vergrößert' und damit das Verhältnis zwischen Länge und Breite des Rumpfes verringert worden ist, was oft einen negativen Einfluß auf die Fahreigenschaften des Tragflügelboots hat.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Λ * ²

   an die Steuereinrichtung abgeben (deutsche Auslege-

   , Patentansprüche: schrift 1269 914). Es ist ferner bekanntgeworden,

   V auf der Wasseroberfläche gleitende, am Tragflügel-

   ^u i, Stabilisierungseinrichtung zur Beseitigung boot gelenkig angebrachte Fühleranne zur Messung der durch den Seegang hervorgerufenen Längs- s der Wellenbewegung und somit der Längs- und Quer-

   und Querneigungen eines Tragflügelbootes mit neigungen des Tragflügelbootes zu verwenden und

   vollständig getauchten, über Stützen mit dem deren Signale in eine Steuereinrichtung zur Beseiti-

   Bootsruropf verbundenen Tragflügeln, dadurch gung der Querneigungen einzugeben (Zeitschrift

   gekennzeichnet, daß eine Zusatzeinrich- Motorboat and Yachting vom 16.Juni 1967, S.60

   tung zur Beseitigung von Querneigungen bei m sowie deutsche Offenlegungsschrift I 506 260). Bei

   deren Entstehen vorgesehen ist, die eine Meß- diesen Meßeinrichtungen werden die von dun Fühler-

   emrichtung, die an jeder Stütze (2) eine Wirkung armen abgegebenen Signale über mechanische Steuer-

   der durch die Querströraungskomponente einer gestänge an die Steuereinrichtung abgegeben.

   Welle hervorgerufene mechanische Spannung Als Steuereinrichtung werden üblicherweise an den

   ermittelt, und die eine Steuereinrichtung aufweist, 15 Tragflügeln angeorduete Steuerklappen verwendet,

   die mit jeder Stütze (2) eine der Querströmungs- Es ist auch bereits bekanntgeworden, zusätzlich an

   komponente der Welle entgegengerichtete Kraft den Stützen Steuerklappen vorzusehen (deutsche