EP3468864B1 - Method for compensating the blockage of a rudder blade in an x-shaped rudder - Google Patents

Description

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.The invention relates to a method for compensating for the blockage of a rudder blade in an X rudder system (hereinafter referred to as the X rudder) and thus for maintaining the maneuverability of the submarine with such an X rudder.

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.Modern submarines, for example the German class 212a or the Israeli Dolphin class, have a so-called X rudder instead of the conventional aileron, in which the four rudder blades are each arranged diagonally to the horizontal or vertical when the submarine is in the normal position.

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.With an X rudder, the rudder blades are numbered from behind as follows. Rudder blade 1 is at the top right (starboard, top), rudder blade 2 is at the top left (port, top), rudder blade 3 at the bottom right ((starboard, bottom) and rudder blade 4 is at the bottom left (port, bottom). Rudder blades 1 and Rudder blade 4 and rudder blade 2 and rudder blade 3 each face each other.

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.By using an X rudder, two additional positions are possible in addition to being used as a virtual rudder or virtual rudder. The virtual rudder or virtual rudder corresponds to the rudder or the rudder in a conventional arrangement of the rudders in a cross shape. In the virtual roller rudder, the rudder blades work together in such a way that the submarine is rotated about its longitudinal axis without causing a further change in the direction of movement of the submarine, virtually a helical movement. With the virtual brake rudder, 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.

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: $$\left(\begin{array}{c}{\delta }_r\\ {\delta }_s\\ {\delta }_p\\ {\delta }_u\end{array}\right)=\frac{1}{4}\cdot \left(\begin{array}{cccc}-1& 1& 1& -1\\ 1& 1& 1& 1\\ -1& 1& -1& 1\\ 1& 1& -1& -1\end{array}\right)\cdot \left(\begin{array}{c}{\delta }_1\\ {\delta }_2\\ {\delta }_3\\ {\delta }_4\end{array}\right)$$

mit:

δ_r

Auslenkung bzw. Steuerwinkel des virtuellen Seitenruders (engl.: rudder)

δ_s

Auslenkung bzw. Steuerwinkel des virtuellen Tiefenruders (engl.: sternplane)

δ_p

Auslenkung bzw. Steuerwinkel des virtuellen Rollruders (engl.: roll rudder)

δ_u

Auslenkung bzw. Steuerwinkel des virtuellen Bremsruders (engl.: brake rudder)

δ ₁

Auslenkung bzw. Steuerwinkel des 1. Ruderblattes

δ ₂

Auslenkung bzw. Steuerwinkel des 2. Ruderblattes

δ ₃

Auslenkung bzw. Steuerwinkel des 3. Ruderblattes

δ ₄

Auslenkung bzw. Steuerwinkel des 4. Ruderblattes

For practical reasons, the steering is also carried out with an X rudder by specifying an effect corresponding to a virtual rudder and virtual rudder, with the rudder and braking rudder also being specified. The conversion between these specified values and the angles to be set on the rudder blades results in: $$\left(\begin{array}{c}{\delta }_r\\ {\delta }_s\\ {\delta }_p\\ {\delta }_u\end{array}\right)=\frac{1}{4}\cdot \left(\begin{array}{cccc}-1& 1& 1& -1\\ 1& 1& 1& 1\\ -1& 1& -1& 1\\ 1& 1& -1& -1\end{array}\right)\cdot \left(\begin{array}{c}{\delta }_1\\ {\delta }_2\\ {\delta }_3\\ {\delta }_4\end{array}\right)$$

With:

δ _r

Deflection or steering angle of the virtual rudder

δ _s

Deflection or steering angle of the virtual rudder

δ _p

Deflection or steering angle of the virtual roll rudder

δ _u

Deflection or steering angle of the virtual brake rudder

δ ₁

Deflection or steering angle of the 1st rudder blade

δ ₂

Deflection or steering angle of the 2nd rudder blade

δ ₃

Deflection or steering angle of the 3rd rudder blade

δ ₄

Deflection or steering angle of the 4th rudder blade

Positive Werte für δ ₁, δ ₂, δ ₃ und δ ₄ sowie δ_s gehen nach unten, positive Werte für δ_r gehen nach backbord.Positive values for δ ₁ , δ ₂ , δ ₃ and δ ₄ and δ _s go down, positive values for δ _r go to port.

δ ₁, δ ₂, δ ₃ und δ ₄ sind die Steuerwinkel. δ ₁ , δ ₂ , δ ₃ and δ ₄ are the control angles.

Bei Vorgabe des Seitenruders und des Tiefenruders ergeben sich die Auslenkungen der Ruderblätter durch Auflösen von Formel 1 entsprechend: $$\left(\begin{array}{c}{\delta }_1\\ {\delta }_2\\ {\delta }_3\\ {\delta }_4\end{array}\right)=\left(\begin{array}{llll}-1& 1& -1& 1\\ 1& 1& 1& 1\\ 1& 1& -1& -1\\ -1& 1& 1& -1\end{array}\right)\cdot \left(\begin{array}{c}{\delta }_r\\ {\delta }_s\\ {\delta }_p\\ {\delta }_u\end{array}\right)$$

If the rudder and the rudder are specified, the deflections of the rudder blades result from the dissolution of Formula 1 accordingly: $$\left(\begin{array}{c}{\delta }_1\\ {\delta }_2\\ {\delta }_3\\ {\delta }_4\end{array}\right)=\left(\begin{array}{llll}-1& 1& -1& 1\\ 1& 1& 1& 1\\ 1& 1& -1& -1\\ -1& 1& 1& -1\end{array}\right)\cdot \left(\begin{array}{c}{\delta }_r\\ {\delta }_s\\ {\delta }_p\\ {\delta }_u\end{array}\right)$$

Als 0° Auslenkung wird die Mittelstellung des Ruders betrachtet. Befinden sich alle Ruder in Mittelstellung wirkt keine fahrtrichtungsändernde Kraft auf das Ruder.The central position of the rudder is considered as 0 ° deflection. If all the rudders are in the middle position, there is no force changing the direction of travel on the rudder.

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.Due to the comparatively complex structure of the X rudder, a blocked rudder blade automatically affects both the virtual rudder and the virtual deep rudder.

Aus der DE 10 2012 222 812 A1 ist ein Verfahren zur Regelung eines Zustand eines Fahrzeugs, insbesondere eines Unterwasserfahrzeugs bekannt.From the DE 10 2012 222 812 A1 a method for controlling a state of a vehicle, in particular an underwater vehicle, is known.

Aus der JP 2016-88 348 A ist ein Controller für eine Ruderanlage für ein X-Ruder bekannt.From the JP 2016-88 348 A a controller for a rudder system for an X rudder is known.

Aus Albert S.-F Cheng et al: "fin failure compensation for an unmanned underwater vehicle" Proceedings of the 11th international symposium on unmanned untethered submersible technology, 25.08.1999 (1999-08-25), Seiten 342-351, XP55402802 ist ein Verfahren zur Kompensation eines blockierten Ruders mittels Gleitmodus bekannt.Out Albert S.-F Cheng et al: "fin failure compensation for an unmanned underwater vehicle" Proceedings of the 11th international symposium on unmanned untethered submersible technology, August 25, 1999 (1999-08-25), pages 342-351, XP55402802 a method for compensating a blocked rudder by means of sliding mode is known.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches die Manövrierfähigkeit des Unterseeboots auch mit einem blockierten Ruderblatt ermöglicht.The object of the invention is to provide a method which enables the maneuverability of the submarine even with a blocked rudder blade.

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.This object is achieved by the method with the features specified in claim 1. Advantageous further developments result from the subclaims, the following description and the drawings.

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.

The method according to the invention for compensating the blockage of a rudder blade in an X rudder has the following steps:

• a) Check whether a rudder blade is blocked,
• b) determining which rudder blade is blocked,
• c) determining the angle at which the blocked rudder blade is blocked,
• d) compensating the steering angles for the remaining three rudder blades,
• m) control of the rudder blades.

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.The advantage of the method is that the submarine remains maneuverable even after damage. The process avoids uncontrolled changes in position and direction. If a blocked rudder blade occurs during a combat mission or during a reconnaissance trip, the submarine can in particular be prevented from appearing, which would reveal the position and presence of the submarine.

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: $$\left(\begin{array}{c}{\delta }_{1,\mathit{jam}}\\ {\delta }_2\\ {\delta }_3\\ {\delta }_4\end{array}\right)=\left(\begin{array}{llll}-1& 1& -1& 1\\ 1& 1& 1& 1\\ 1& 1& -1& -1\\ -1& 1& 1& -1\end{array}\right)\cdot \left(\begin{array}{c}{\delta }_{r,\mathit{com}}\\ {\delta }_{s,\mathit{com}}\\ {\delta }_p\\ {\delta }_u\end{array}\right)$$

mit:

δ _1,jam

Auslenkung des blockierten 1. Ruderblattes

δ _2,jam

Auslenkung des blockierten 2. Ruderblattes

δ _3,jam

Auslenkung des blockierten 3. Ruderblattes

δ _4,jam

Auslenkung des blockierten 4. Ruderblattes

δ_r,com

Auslenkung des Seitenruders, vorgegeben

δ_s,com

Auslenkung des Tiefenruders, vorgegeben

If a rudder blade is blocked, the deflection is predetermined by the blocked position and can no longer be varied. With a predefined virtual rudder and a predefined virtual rudder, this results from formula 2: $$\left(\begin{array}{c}{\delta }_{1.\mathit{yam}}\\ {\delta }_2\\ {\delta }_3\\ {\delta }_4\end{array}\right)=\left(\begin{array}{llll}-1& 1& -1& 1\\ 1& 1& 1& 1\\ 1& 1& -1& -1\\ -1& 1& 1& -1\end{array}\right)\cdot \left(\begin{array}{c}{\delta }_{r.\mathit{com}}\\ {\delta }_{s.\mathit{com}}\\ {\delta }_p\\ {\delta }_u\end{array}\right)$$

With:

δ _{1, jam}

Deflection of the blocked 1st rudder blade

δ _{2, jam}

Deflection of the blocked 2nd rudder blade

δ _{3, jam}

Deflection of the blocked 3rd rudder blade

δ _{4, jam}

Deflection of the blocked 4th rudder blade

δ _{r, com}

Deflection of the rudder, predetermined

δ _{s, com}

Deflection of the rudder, predetermined

Da das Rollen eines Unterseeboots eine sehr ungünstige Bedingung ist, wird das Rollruder zunächst in der Neutrallage festgehalten: $${\delta }_p={\delta }_{p,\mathit{neut}}=0°$$

Since the rolling of a submarine is a very unfavorable condition, the rudder is first held in the neutral position: $${\delta }_p={\delta }_{p.\mathit{new}}=0°$$

Somit ist die Kompensation in Schritt d) gegeben als:

• Für blockiertes 1. Ruderblatt: $$\left(\begin{array}{c}{\delta }_2\\ {\delta }_3\\ {\delta }_4\\ {\delta }_u\end{array}\right)=\left(\begin{array}{llll}1& 2& 0& 2\\ -1& 0& 2& -2\\ -1& -2& 2& 0\\ 1& 1& -1& 1\end{array}\right)\cdot \left(\begin{array}{c}{\delta }_{1,\mathit{jam}}\\ {\delta }_{r,\mathit{com}}\\ {\delta }_{s,\mathit{com}}\\ {\delta }_{p,\mathit{neut}}\end{array}\right)$$
  
• Für blockiertes 2. Ruderblatt: $$\left(\begin{array}{c}{\delta }_1\\ {\delta }_4\\ {\delta }_3\\ {\delta }_u\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cccc}1& -2& 0& -2\\ -1& 0& 2& 2\\ -1& 2& 2& 0\\ 1& -1& -1& -1\end{array}\right)\cdot \left(\begin{array}{c}{\delta }_{2,\mathit{jam}}\\ {\delta }_{r,\mathit{com}}\\ {\delta }_{s,\mathit{com}}\\ {\delta }_{p,\mathit{neut}}\end{array}\right)$$
  
• Für blockiertes 3. Ruderblatt: $$\left(\begin{array}{c}{\delta }_4\\ {\delta }_1\\ {\delta }_2\\ {\delta }_u\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cccc}1& -2& 0& 2\\ -1& 0& 2& -2\\ -1& 2& 2& 0\\ -1& 1& 1& -1\end{array}\right)\cdot \left(\begin{array}{c}{\delta }_{3,\mathit{jam}}\\ {\delta }_{r,\mathit{com}}\\ {\delta }_{s,\mathit{com}}\\ {\delta }_{p,\mathit{neut}}\end{array}\right)$$
  
• Für blockiertes 4. Ruderblatt: $$\left(\begin{array}{c}{\delta }_3\\ {\delta }_2\\ {\delta }_1\\ {\delta }_u\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cccc}1& 2& 0& -2\\ -1& 0& 2& 2\\ -1& -2& 2& 0\\ -1& -1& 1& 1\end{array}\right)\cdot \left(\begin{array}{c}{\delta }_{4,\mathit{jam}}\\ {\delta }_{r,\mathit{com}}\\ {\delta }_{s,\mathit{com}}\\ {\delta }_{p,\mathit{neut}}\end{array}\right)$$
  

The compensation in step d) is thus given as:

• For blocked 1st rudder blade: $$\left(\begin{array}{c}{\delta }_2\\ {\delta }_3\\ {\delta }_4\\ {\delta }_u\end{array}\right)=\left(\begin{array}{llll}1& 2& 0& 2\\ -1& 0& 2& -2\\ -1& -2& 2& 0\\ 1& 1& -1& 1\end{array}\right)\cdot \left(\begin{array}{c}{\delta }_{1.\mathit{yam}}\\ {\delta }_{r.\mathit{com}}\\ {\delta }_{s.\mathit{com}}\\ {\delta }_{p.\mathit{new}}\end{array}\right)$$
  
• For blocked 2nd rudder blade: $$\left(\begin{array}{c}{\delta }_1\\ {\delta }_4\\ {\delta }_3\\ {\delta }_u\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cccc}1& -2& 0& -2\\ -1& 0& 2& 2\\ -1& 2& 2& 0\\ 1& -1& -1& -1\end{array}\right)\cdot \left(\begin{array}{c}{\delta }_{2.\mathit{yam}}\\ {\delta }_{r.\mathit{com}}\\ {\delta }_{s.\mathit{com}}\\ {\delta }_{p.\mathit{new}}\end{array}\right)$$
  
• For blocked 3rd rudder blade: $$\left(\begin{array}{c}{\delta }_4\\ {\delta }_1\\ {\delta }_2\\ {\delta }_u\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cccc}1& -2& 0& 2\\ -1& 0& 2& -2\\ -1& 2& 2& 0\\ -1& 1& 1& -1\end{array}\right)\cdot \left(\begin{array}{c}{\delta }_{3.\mathit{yam}}\\ {\delta }_{r.\mathit{com}}\\ {\delta }_{s.\mathit{com}}\\ {\delta }_{p.\mathit{new}}\end{array}\right)$$
  
• For blocked 4th rudder blade: $$\left(\begin{array}{c}{\delta }_3\\ {\delta }_2\\ {\delta }_1\\ {\delta }_u\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cccc}1& 2& 0& -2\\ -1& 0& 2& 2\\ -1& -2& 2& 0\\ -1& -1& 1& 1\end{array}\right)\cdot \left(\begin{array}{c}{\delta }_{4.\mathit{yam}}\\ {\delta }_{r.\mathit{com}}\\ {\delta }_{s.\mathit{com}}\\ {\delta }_{p.\mathit{new}}\end{array}\right)$$
  

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.In all cases the brake rudder is released as a variable, so the braking effect by the rudder is accepted in order to maintain the steerability of the boat. This means the slightest change in the steering behavior of the submarine.

Es kann bei der Kompensation jedoch auftreten, dass die maximal mögliche Auslenkung eines Ruderblattes überschritten wird. Um dieses Problem zu lösen, werden erfindungsgemäß nach Schritt d) folgende Schritte ausgeführt:

• 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.

However, with compensation it can occur that the maximum possible deflection of a rudder blade is exceeded. To solve this problem, the following steps are carried out according to the invention after step d):

• e) check whether one of the compensating steering angles is greater than the maximum permissible steering angle,
• f) If e) positive, then determine which compensating steering angle has the greatest deflection,
• g) scaling the compensating steering angles,
• m) If e) negative or after g) control of the rudder blades.

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.The maximum permitted steering angle is not only dependent on the type. For example, a rudder blade can be moved in the range from -45 ° to 45 °. In addition, the maximum permitted steering angle also depends on the speed of the submarine. While at a standstill (0 kn) a deflection of -45 ° to 45 ° is possible in the aforementioned case, due to the water pressure that acts on the rudder blade due to the flow, the deflection can increase to e.g. ° be limited to 30 °, since the torque of the rowing machine and thus the maximum available force is limited.

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.The scaling changes the control behavior quantitatively, but the properties are retained qualitatively. The ratio of deep rudder to rudder particularly preferably remains constant. For example, the submarine can also have a defined curve after scaling, For example, to starboard, without a significant change in diving depth, only the radius of the curve is increased during extreme maneuvers. The tax behavior remains predictable for the crew even under these conditions. A reduction in the accuracy of maintaining depth must be made if accepted.

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.The scaling is carried out in such a way that the steering 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.

Der Index sc beim Steuerwinkel δ_n,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.The index sc at the steering angle δ _{n, sc} with n selected from group 1, 2, 3 or 4 means that the steering angle of the rudder n is scaled to the maximum value.

Es wird a definiert zu $${\delta }_{r,\mathit{com}}=a\cdot {\delta }_{s,\mathit{com}}$$

It is defined as a $${\delta }_{r.\mathit{com}}=a\cdot {\delta }_{s.\mathit{com}}$$

Ist nun das 1. Ruderblatt blockiert, so ergibt sich bei maximaler Auslenkung des 2. Ruderblattes aus Formel 5 und Formel 9: $${\delta }_{r,\mathit{com},\mathit{sc}}=\frac{1}{2}\left({\delta }_{2,\mathit{sc}}-{\delta }_{1,\mathit{jam}}\right)$$

$${\delta }_{s,\mathit{com},\mathit{sc}}=\frac{1}{2a}\left({\delta }_{2,\mathit{sc}}-{\delta }_{1,\mathit{jam}}\right)$$

If the 1st rudder blade is now blocked, the maximum deflection of the 2nd rudder blade results from Formula 5 and Formula 9: $${\delta }_{r.\mathit{com}.\mathit{sc}}=\frac{1}{2}\left({\delta }_{2.\mathit{sc}}-{\delta }_{1.\mathit{yam}}\right)$$

$${\delta }_{s.\mathit{com}.\mathit{sc}}=\frac{1}{2a}\left({\delta }_{2.\mathit{sc}}-{\delta }_{1.\mathit{yam}}\right)$$

Ist nun das 1. Ruderblatt blockiert, so ergibt sich bei maximaler Auslenkung des 3. Ruderblattes aus Formel 5 und Formel 9: $${\delta }_{s,\mathit{com},\mathit{sc}}=\frac{1}{2}\left({\delta }_{3,\mathit{sc}}+{\delta }_{1,\mathit{jam}}\right)$$

$${\delta }_{r,\mathit{com},\mathit{sc}}=\frac{1}{2}a\left({\delta }_{3,\mathit{sc}}+{\delta }_{1,\mathit{jam}}\right)$$

If the 1st rudder blade is now blocked, the maximum deflection of the 3rd rudder blade results from Formula 5 and Formula 9: $${\delta }_{s.\mathit{com}.\mathit{sc}}=\frac{1}{2}\left({\delta }_{3.\mathit{sc}}+{\delta }_{1.\mathit{yam}}\right)$$

$${\delta }_{r.\mathit{com}.\mathit{sc}}=\frac{1}{2}a\left({\delta }_{3.\mathit{sc}}+{\delta }_{1.\mathit{yam}}\right)$$

Ist nun das 1. Ruderblatt blockiert, so ergibt sich bei maximaler Auslenkung des 4. Ruderblattes aus Formel 5 und Formel 9: $${\delta }_{s,\mathit{com},\mathit{sc}}=\frac{{\delta }_{4,\mathit{sc}}+{\delta }_{1,\mathit{jam}}}{2\left(1-a\right)}$$

$${\delta }_{r,\mathit{com},\mathit{sc}}=a\frac{{\delta }_{4,\mathit{sc}}+{\delta }_{1,\mathit{jam}}}{2\left(1-a\right)}$$

If the 1st rudder blade is now blocked, the maximum deflection of the 4th rudder blade results from Formula 5 and Formula 9: $${\delta }_{s.\mathit{com}.\mathit{sc}}=\frac{{\delta }_{4.\mathit{sc}}+{\delta }_{1.\mathit{yam}}}{2\left(1-a\right)}$$

$${\delta }_{r.\mathit{com}.\mathit{sc}}=a\frac{{\delta }_{4.\mathit{sc}}+{\delta }_{1.\mathit{yam}}}{2\left(1-a\right)}$$

Ist nun das 2. Ruderblatt blockiert, so ergibt sich bei maximaler Auslenkung des 1. Ruderblattes aus Formel 6 und Formel 9: $${\delta }_{r,\mathit{com},\mathit{sc}}=\frac{1}{2}\left({\delta }_{2,\mathit{jam}}-{\delta }_{1,\mathit{sc}}\right)$$

$${\delta }_{s,\mathit{com},\mathit{sc}}=\frac{1}{2a}\left({\delta }_{2,\mathit{jam}}-{\delta }_{1,\mathit{sc}}\right)$$

If the 2nd rudder blade is now blocked, the maximum deflection of the 1st rudder blade results from Formula 6 and Formula 9: $${\delta }_{r.\mathit{com}.\mathit{sc}}=\frac{1}{2}\left({\delta }_{2.\mathit{yam}}-{\delta }_{1.\mathit{sc}}\right)$$

$${\delta }_{s.\mathit{com}.\mathit{sc}}=\frac{1}{2a}\left({\delta }_{2.\mathit{yam}}-{\delta }_{1.\mathit{sc}}\right)$$

Ist nun das 2. Ruderblatt blockiert, so ergibt sich bei maximaler Auslenkung des 3. Ruderblattes aus Formel 6 und Formel 9: $${\delta }_{s,\mathit{com},\mathit{sc}}=\frac{{\delta }_{2,\mathit{jam}}+{\delta }_{3,\mathit{sc}}}{2\left(1+a\right)}$$

$${\delta }_{r,\mathit{com},\mathit{sc}}=a\frac{{\delta }_{2,\mathit{jam}}+{\delta }_{3,\mathit{sc}}}{2\left(1+a\right)}$$

If the 2nd rudder blade is now blocked, the maximum deflection of the 3rd rudder blade results from Formula 6 and Formula 9: $${\delta }_{s.\mathit{com}.\mathit{sc}}=\frac{{\delta }_{2.\mathit{yam}}+{\delta }_{3.\mathit{sc}}}{2\left(1+a\right)}$$

$${\delta }_{r.\mathit{com}.\mathit{sc}}=a\frac{{\delta }_{2.\mathit{yam}}+{\delta }_{3.\mathit{sc}}}{2\left(1+a\right)}$$

Ist nun das 2. Ruderblatt blockiert, so ergibt sich bei maximaler Auslenkung des 4. Ruderblattes aus Formel 6 und Formel 9: $${\delta }_{s,\mathit{com},\mathit{sc}}=\frac{1}{2}\left({\delta }_{2,\mathit{jam}}+{\delta }_{4,\mathit{sc}}\right)$$

$${\delta }_{r,\mathit{com},\mathit{sc}}=\frac{1}{2}a\left({\delta }_{2,\mathit{jam}}+{\delta }_{4,\mathit{sc}}\right)$$

If the 2nd rudder blade is now blocked, the maximum deflection of the 4th rudder blade results from Formula 6 and Formula 9: $${\delta }_{s.\mathit{com}.\mathit{sc}}=\frac{1}{2}\left({\delta }_{2.\mathit{yam}}+{\delta }_{4.\mathit{sc}}\right)$$

$${\delta }_{r.\mathit{com}.\mathit{sc}}=\frac{1}{2}a\left({\delta }_{2.\mathit{yam}}+{\delta }_{4.\mathit{sc}}\right)$$

Ist nun das 3. Ruderblatt blockiert, so ergibt sich bei maximaler Auslenkung des 1. Ruderblattes aus Formel 7 und Formel 9: $${\delta }_{s,\mathit{com},\mathit{sc}}=\frac{1}{2}\left({\delta }_{3,\mathit{jam}}+{\delta }_{1,\mathit{sc}}\right)$$

$${\delta }_{r,\mathit{com},\mathit{sc}}=\frac{1}{2}a\left({\delta }_{3,\mathit{jam}}+{\delta }_{1,\mathit{sc}}\right)$$

If the 3rd rudder blade is now blocked, the maximum deflection of the 1st rudder blade results from Formula 7 and Formula 9: $${\delta }_{s.\mathit{com}.\mathit{sc}}=\frac{1}{2}\left({\delta }_{3.\mathit{yam}}+{\delta }_{1.\mathit{sc}}\right)$$

$${\delta }_{r.\mathit{com}.\mathit{sc}}=\frac{1}{2}a\left({\delta }_{3.\mathit{yam}}+{\delta }_{1.\mathit{sc}}\right)$$

Ist nun das 3. Ruderblatt blockiert, so ergibt sich bei maximaler Auslenkung des 2. Ruderblattes aus Formel 7 und Formel 9: $${\delta }_{s,\mathit{com},\mathit{sc}}=\frac{{\delta }_{2,\mathit{sc}}+{\delta }_{3,\mathit{jam}}}{2\left(1+a\right)}$$

$${\delta }_{r,\mathit{com},\mathit{sc}}=a\frac{{\delta }_{2,\mathit{sc}}+{\delta }_{3,\mathit{jam}}}{2\left(1+a\right)}$$

If the 3rd rudder blade is now blocked, the maximum deflection of the 2nd rudder blade results from Formula 7 and Formula 9: $${\delta }_{s.\mathit{com}.\mathit{sc}}=\frac{{\delta }_{2.\mathit{sc}}+{\delta }_{3.\mathit{yam}}}{2\left(1+a\right)}$$

$${\delta }_{r.\mathit{com}.\mathit{sc}}=a\frac{{\delta }_{2.\mathit{sc}}+{\delta }_{3.\mathit{yam}}}{2\left(1+a\right)}$$

Ist nun das 3. Ruderblatt blockiert, so ergibt sich bei maximaler Auslenkung des 4. Ruderblattes aus Formel 7 und Formel 9: $${\delta }_{r,\mathit{com},\mathit{sc}}=\frac{1}{2}\left({\delta }_{3,\mathit{jam}}-{\delta }_{4,\mathit{sc}}\right)$$

$${\delta }_{s,\mathit{com},\mathit{sc}}=\frac{1}{2a}\left({\delta }_{3,\mathit{jam}}-{\delta }_{4,\mathit{sc}}\right)$$

If the 3rd rudder blade is now blocked, the maximum deflection of the 4th rudder blade results from Formula 7 and Formula 9: $${\delta }_{r.\mathit{com}.\mathit{sc}}=\frac{1}{2}\left({\delta }_{3.\mathit{yam}}-{\delta }_{4.\mathit{sc}}\right)$$

$${\delta }_{s.\mathit{com}.\mathit{sc}}=\frac{1}{2a}\left({\delta }_{3.\mathit{yam}}-{\delta }_{4.\mathit{sc}}\right)$$

Ist nun das 4. Ruderblatt blockiert, so ergibt sich bei maximaler Auslenkung des 1. Ruderblattes aus Formel 8 und Formel 9: $${\delta }_{s,\mathit{com},\mathit{sc}}=\frac{{\delta }_{1,\mathit{sc}}+{\delta }_{4,\mathit{jam}}}{2\left(1-a\right)}$$

$${\delta }_{r,\mathit{com},\mathit{sc}}=a\frac{{\delta }_{1,\mathit{sc}}+{\delta }_{4,\mathit{jam}}}{2\left(1-a\right)}$$

If the 4th rudder blade is now blocked, the maximum deflection of the 1st rudder blade results from Formula 8 and Formula 9: $${\delta }_{s.\mathit{com}.\mathit{sc}}=\frac{{\delta }_{1.\mathit{sc}}+{\delta }_{4.\mathit{yam}}}{2\left(1-a\right)}$$

$${\delta }_{r.\mathit{com}.\mathit{sc}}=a\frac{{\delta }_{1.\mathit{sc}}+{\delta }_{4.\mathit{yam}}}{2\left(1-a\right)}$$

Ist nun das 4. Ruderblatt blockiert, so ergibt sich bei maximaler Auslenkung des 2. Ruderblattes aus Formel 8 und Formel 9: $${\delta }_{s,\mathit{com},\mathit{sc}}=\frac{1}{2}\left({\delta }_{2,\mathit{sc}}+{\delta }_{4,\mathit{jam}}\right)$$

$${\delta }_{r,\mathit{com},\mathit{sc}}=\frac{1}{2}a\left({\delta }_{2,\mathit{sc}}+{\delta }_{4,\mathit{jam}}\right)$$

If the 4th rudder blade is blocked, the maximum deflection of the 2nd rudder blade results from Formula 8 and Formula 9: $${\delta }_{s.\mathit{com}.\mathit{sc}}=\frac{1}{2}\left({\delta }_{2.\mathit{sc}}+{\delta }_{4.\mathit{yam}}\right)$$

$${\delta }_{r.\mathit{com}.\mathit{sc}}=\frac{1}{2}a\left({\delta }_{2.\mathit{sc}}+{\delta }_{4.\mathit{yam}}\right)$$

Ist nun das 4. Ruderblatt blockiert, so ergibt sich bei maximaler Auslenkung des 3. Ruderblattes aus Formel 8 und Formel 9: $${\delta }_{r,\mathit{com},\mathit{sc}}=\frac{1}{2}\left({\delta }_{3,\mathit{sc}}-{\delta }_{4,\mathit{jam}}\right)$$

$${\delta }_{s,\mathit{com},\mathit{sc}}=\frac{1}{2a}\left({\delta }_{3,\mathit{sc}}-{\delta }_{4,\mathit{jam}}\right)$$

If the 4th rudder blade is now blocked, the maximum deflection of the 3rd rudder blade results from Formula 8 and Formula 9: $${\delta }_{r.\mathit{com}.\mathit{sc}}=\frac{1}{2}\left({\delta }_{3.\mathit{sc}}-{\delta }_{4.\mathit{yam}}\right)$$

$${\delta }_{s.\mathit{com}.\mathit{sc}}=\frac{1}{2a}\left({\delta }_{3.\mathit{sc}}-{\delta }_{4.\mathit{yam}}\right)$$

Mit den skalierten virtuellen Auslenkungen δ_r,com,sc und δ_s,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: $$\left(\begin{array}{c}{\delta }_2\\ {\delta }_3\\ {\delta }_4\\ {\delta }_u\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cccc}1& 2& 0& 2\\ -1& 0& 2& -2\\ -1& -2& 2& 0\\ 1& 1& -1& 1\end{array}\right)\cdot \left(\begin{array}{c}{\delta }_{1,\mathit{jam}}\\ {\delta }_{r,\mathit{com},\mathit{sc}}\\ {\delta }_{s,\mathit{com},\mathit{sc}}\\ {\delta }_{p,\mathit{neut}}\end{array}\right)$$
  
• Für blockiertes 2. Ruderblatt ergibt sich: $$\left(\begin{array}{c}{\delta }_1\\ {\delta }_4\\ {\delta }_3\\ {\delta }_u\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cccc}1& -2& 0& -2\\ -1& 0& 2& 2\\ -1& 2& 2& 0\\ 1& -1& -1& -1\end{array}\right)\cdot \left(\begin{array}{c}{\delta }_{2,\mathit{jam}}\\ {\delta }_{r,\mathit{com},\mathit{sc}}\\ {\delta }_{s,\mathit{com},\mathit{sc}}\\ {\delta }_{p,\mathit{neut}}\end{array}\right)$$
  
• Für blockiertes 3. Ruderblatt ergibt sich: $$\left(\begin{array}{c}{\delta }_4\\ {\delta }_1\\ {\delta }_2\\ {\delta }_u\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cccc}1& -2& 0& 2\\ -1& 0& 2& -2\\ -1& 2& 2& 0\\ -1& 1& 1& -1\end{array}\right)\cdot \left(\begin{array}{c}{\delta }_{3,\mathit{jam}}\\ {\delta }_{r,\mathit{com},\mathit{sc}}\\ {\delta }_{s,\mathit{com},\mathit{sc}}\\ {\delta }_{p,\mathit{neut}}\end{array}\right)$$
  
• Für blockiertes 4. Ruderblatt ergibt sich: $$\left(\begin{array}{c}{\delta }_3\\ {\delta }_2\\ {\delta }_1\\ {\delta }_u\end{array}\right)=\left(\begin{array}{llll}1& 2& 0& -2\\ -1& 0& 2& 2\\ -1& -2& 2& 0\\ -1& -1& 1& 1\end{array}\right)\cdot \left(\begin{array}{c}{\delta }_{4,\mathit{jam}}\\ {\delta }_{r,\mathit{com},\mathit{sc}}\\ {\delta }_{s,\mathit{com},\mathit{sc}}\\ {\delta }_{p,\mathit{neut}}\end{array}\right)$$
  

With the scaled virtual deflections δ _{r, com, sc} and δ _{s, com, sc} from formulas 10 to 37 and formulas 5 to 8, the control angles are:

• For blocked 1st rudder blade the following results: $$\left(\begin{array}{c}{\delta }_2\\ {\delta }_3\\ {\delta }_4\\ {\delta }_u\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cccc}1& 2& 0& 2\\ -1& 0& 2& -2\\ -1& -2& 2& 0\\ 1& 1& -1& 1\end{array}\right)\cdot \left(\begin{array}{c}{\delta }_{1.\mathit{yam}}\\ {\delta }_{r.\mathit{com}.\mathit{sc}}\\ {\delta }_{s.\mathit{com}.\mathit{sc}}\\ {\delta }_{p.\mathit{new}}\end{array}\right)$$
  
• For blocked 2nd rudder blade the following results: $$\left(\begin{array}{c}{\delta }_1\\ {\delta }_4\\ {\delta }_3\\ {\delta }_u\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cccc}1& -2& 0& -2\\ -1& 0& 2& 2\\ -1& 2& 2& 0\\ 1& -1& -1& -1\end{array}\right)\cdot \left(\begin{array}{c}{\delta }_{2.\mathit{yam}}\\ {\delta }_{r.\mathit{com}.\mathit{sc}}\\ {\delta }_{s.\mathit{com}.\mathit{sc}}\\ {\delta }_{p.\mathit{new}}\end{array}\right)$$
  
• For blocked 3rd rudder blade the following results: $$\left(\begin{array}{c}{\delta }_4\\ {\delta }_1\\ {\delta }_2\\ {\delta }_u\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cccc}1& -2& 0& 2\\ -1& 0& 2& -2\\ -1& 2& 2& 0\\ -1& 1& 1& -1\end{array}\right)\cdot \left(\begin{array}{c}{\delta }_{3.\mathit{yam}}\\ {\delta }_{r.\mathit{com}.\mathit{sc}}\\ {\delta }_{s.\mathit{com}.\mathit{sc}}\\ {\delta }_{p.\mathit{new}}\end{array}\right)$$
  
• For blocked 4th rudder blade the following results: $$\left(\begin{array}{c}{\delta }_3\\ {\delta }_2\\ {\delta }_1\\ {\delta }_u\end{array}\right)=\left(\begin{array}{llll}1& 2& 0& -2\\ -1& 0& 2& 2\\ -1& -2& 2& 0\\ -1& -1& 1& 1\end{array}\right)\cdot \left(\begin{array}{c}{\delta }_{4.\mathit{yam}}\\ {\delta }_{r.\mathit{com}.\mathit{sc}}\\ {\delta }_{s.\mathit{com}.\mathit{sc}}\\ {\delta }_{p.\mathit{new}}\end{array}\right)$$
  

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 erfindungsgemäß 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,
• l) dann Durchführung einer Anpassung mit erneut skaliertem Seitenruder, erneut skaliertem Tiefenruder und erneut skaliertem Rollruder,
• m) Wenn e) negativ oder nach i) oder nach l) Ansteuern der Ruderblätter.

Unfortunately, it is also not possible to control all directions if a rudder is blocked in the maximum position, for example ± 45 °. In order to improve maneuverability in such cases, it may be necessary to release the wheel rudder and allow rotation about the longitudinal axis. The following steps are therefore carried out according to the invention:

• h) Check whether the amount of the specified deep rudder is greater than or equal to 1 ° and the amount of the scaled deep rudder is less than 1 °,
• i) If h) negative, then carry out an adjustment with scaled rudder and scaled rudder according to step g) and with step m),
• j) If h) positive, then rescaling taking into account the roll rudder,
• k) determining the rescaled rudder, the rescaled rudder and the rescaled roll rudder,
• l) then carrying out an adaptation with a rescaled rudder, a rescaled rudder and a rescaled roll rudder,
• m) If e) negative or after i) or after l) control of the rudder blades.

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.Since depth and course can no longer be maintained in this case, priority is given to the depth of the dive and thus to the rudder. This is preferred because both falling below the maximum diving depth and surfacing can pose a great danger to the submarine.

Im Folgenden bezeichnen δ_r,ord das erneut skalierte Seitenruder und δ_p,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 hingegen nicht mehr eingehalten werden, da δ _p als weiterer Freiheitsgrad freigegeben ist. Die Variation wird hierbei so gewählt, dass δ_r,ord minimal ist.

• Für blockiertes 1. Ruderblatt ergibt sich: $${\delta }_{r,\mathit{ord}}=\frac{1}{2}\left(-{\delta }_{1,\mathit{jam}}-{\delta }_4+2{\delta }_{s,\mathit{com}}\right)$$
  
  $${\delta }_{p,\mathit{ord}}=\frac{1}{2}\left({\delta }_2-{\delta }_{1,\mathit{jam}}-2{\delta }_{r,\mathit{ord}}\right),\mathrm{wenn}\left|{\delta }_{1,\mathit{jam}}-2{\delta }_{r,\mathit{ord}}\right|>45°$$
  
  $${\delta }_{p,\mathit{ord}}=\frac{1}{2}\left(-{\delta }_3-{\delta }_{1,\mathit{jam}}+2{\delta }_{s,\mathit{com}}\right),\mathrm{wenn}\left|{\delta }_{1,\mathit{jam}}+2{\delta }_{s,\mathit{com}}\right|>45°$$
  
• Für blockiertes 2. Ruderblatt ergibt sich: $${\delta }_{r,\mathit{ord}}=\frac{1}{2}\left({\delta }_{2,\mathit{jam}}+{\delta }_3-2{\delta }_{s,\mathit{com}}\right)$$
  
  $${\delta }_{p,\mathit{ord}}=\frac{1}{2}\left(-{\delta }_1+{\delta }_{2,\mathit{jam}}-2{\delta }_{r,\mathit{ord}}\right),\mathrm{wenn}\left|{\delta }_{2,\mathit{jam}}-2{\delta }_{r,\mathit{ord}}\right|>45°$$
  
  $${\delta }_{p,\mathit{ord}}=\frac{1}{2}\left({\delta }_4+{\delta }_{2,\mathit{jam}}-2{\delta }_{s,\mathit{com}}\right),\mathrm{wenn}\left|{\delta }_{2,\mathit{jam}}-2{\delta }_{s,\mathit{com}}\right|>45°$$
  
• Für blockiertes 3. Ruderblatt ergibt sich: $${\delta }_{r,\mathit{ord}}=\frac{1}{2}\left({\delta }_{3,\mathit{jam}}+{\delta }_2-2{\delta }_{s,\mathit{com}}\right)$$
  
  $${\delta }_{p,\mathit{ord}}=\frac{1}{2}\left({\delta }_4-{\delta }_{3,\mathit{jam}}+2{\delta }_{r,\mathit{ord}}\right),\mathrm{wenn}\left|{\delta }_{3,\mathit{jam}}+2{\delta }_{r,\mathit{ord}}\right|>45°$$
  
  $${\delta }_{p,\mathit{ord}}=\frac{1}{2}\left(-{\delta }_1-{\delta }_{3,\mathit{jam}}+2{\delta }_{s,\mathit{com}}\right),\mathrm{wenn}\left|{\delta }_{3,\mathit{jam}}+2{\delta }_{s,\mathit{com}}\right|>45°$$
  
• Für blockiertes 4. Ruderblatt ergibt sich: $${\delta }_{r,\mathit{ord}}=\frac{1}{2}\left(-{\delta }_{4,\mathit{jam}}-{\delta }_1+2{\delta }_{s,\mathit{com}}\right)$$
  
  $${\delta }_{p,\mathit{ord}}=\frac{1}{2}\left(-{\delta }_3-{\delta }_{4,\mathit{jam}}+2{\delta }_{r,\mathit{ord}}\right),\mathrm{wenn}\left|{\delta }_{4,\mathit{jam}}+2{\delta }_{r,\mathit{ord}}\right|>45°$$
  
  $${\delta }_{p,\mathit{ord}}=\frac{1}{2}\left({\delta }_2+{\delta }_{4,\mathit{jam}}-2{\delta }_{s,\mathit{sc}}\right),\mathrm{wenn}\left|{\delta }_{4,\mathit{jam}}-2{\delta }_{s,\mathit{com}}\right|>45°$$
  

In the following, δ _{r, order} the re-scaled rudder and δ _{p, order} the re-scaled roll rudder, which are not completely correctly scaled values. The values are determined in such a way that δ _{s, com} can be achieved. δ _{r, com} , however, can no longer be complied with, since δ _{p is released} as a further degree of freedom. The variation is chosen so that δ _{r, ord is} minimal.

• For blocked 1st rudder blade the following results: $${\delta }_{r.\mathit{ord}}=\frac{1}{2}\left(-{\delta }_{1.\mathit{yam}}-{\delta }_4+2{\delta }_{s.\mathit{com}}\right)$$
  
  $${\delta }_{p.\mathit{ord}}=\frac{1}{2}\left({\delta }_2-{\delta }_{1.\mathit{yam}}-2{\delta }_{r.\mathit{ord}}\right).\mathrm{if}\left|{\delta }_{1.\mathit{yam}}-2{\delta }_{r.\mathit{ord}}\right|>45°$$
  
  $${\delta }_{p.\mathit{ord}}=\frac{1}{2}\left(-{\delta }_3-{\delta }_{1.\mathit{yam}}+2{\delta }_{s.\mathit{com}}\right).\mathrm{if}\left|{\delta }_{1.\mathit{yam}}+2{\delta }_{s.\mathit{com}}\right|>45°$$
  
• For blocked 2nd rudder blade the following results: $${\delta }_{r.\mathit{ord}}=\frac{1}{2}\left({\delta }_{2.\mathit{yam}}+{\delta }_3-2{\delta }_{s.\mathit{com}}\right)$$
  
  $${\delta }_{p.\mathit{ord}}=\frac{1}{2}\left(-{\delta }_1+{\delta }_{2.\mathit{yam}}-2{\delta }_{r.\mathit{ord}}\right).\mathrm{if}\left|{\delta }_{2.\mathit{yam}}-2{\delta }_{r.\mathit{ord}}\right|>45°$$
  
  $${\delta }_{p.\mathit{ord}}=\frac{1}{2}\left({\delta }_4+{\delta }_{2.\mathit{yam}}-2{\delta }_{s.\mathit{com}}\right).\mathrm{if}\left|{\delta }_{2.\mathit{yam}}-2{\delta }_{s.\mathit{com}}\right|>45°$$
  
• For blocked 3rd rudder blade the following results: $${\delta }_{r.\mathit{ord}}=\frac{1}{2}\left({\delta }_{3.\mathit{yam}}+{\delta }_2-2{\delta }_{s.\mathit{com}}\right)$$
  
  $${\delta }_{p.\mathit{ord}}=\frac{1}{2}\left({\delta }_4-{\delta }_{3.\mathit{yam}}+2{\delta }_{r.\mathit{ord}}\right).\mathrm{if}\left|{\delta }_{3.\mathit{yam}}+2{\delta }_{r.\mathit{ord}}\right|>45°$$
  
  $${\delta }_{p.\mathit{ord}}=\frac{1}{2}\left(-{\delta }_1-{\delta }_{3.\mathit{yam}}+2{\delta }_{s.\mathit{com}}\right).\mathrm{if}\left|{\delta }_{3.\mathit{yam}}+2{\delta }_{s.\mathit{com}}\right|>45°$$
  
• For blocked 4th rudder blade the following results: $${\delta }_{r.\mathit{ord}}=\frac{1}{2}\left(-{\delta }_{4.\mathit{yam}}-{\delta }_1+2{\delta }_{s.\mathit{com}}\right)$$
  
  $${\delta }_{p.\mathit{ord}}=\frac{1}{2}\left(-{\delta }_3-{\delta }_{4.\mathit{yam}}+2{\delta }_{r.\mathit{ord}}\right).\mathrm{if}\left|{\delta }_{4.\mathit{yam}}+2{\delta }_{r.\mathit{ord}}\right|>45°$$
  
  $${\delta }_{p.\mathit{ord}}=\frac{1}{2}\left({\delta }_2+{\delta }_{4.\mathit{yam}}-2{\delta }_{s.\mathit{sc}}\right).\mathrm{if}\left|{\delta }_{4.\mathit{yam}}-2{\delta }_{s.\mathit{com}}\right|>45°$$
  

In einem alternativen Verfahren wird die Priorität auf den Kurs gelegt, die Tauchtiefe wird variiert. In diesem alternativen Verfahren 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,
• l') dann Durchführung einer Anpassung mit erneut skaliertem Tiefenruder, erneut skaliertem Seitenruder und erneut skaliertem Rollruder,
• m) Wenn e) negativ oder nach i') oder nach l') Ansteuern der Ruderblätter.

In an alternative procedure, the priority is placed on the course, the diving depth is varied. In this alternative procedure, the following steps are performed:

• h ') check whether the amount of the specified rudder is greater than or equal to 1 ° and the amount of the scaled rudder is less than 1 °,
• i ') If h') negative, then make an adjustment with scaled rudder and scaled rudder,
• j ') If h') positive, then rescaling taking the roll rudder into account,
• k ') determining the rescaled rudder, the rescaled rudder and the rescaled roll rudder,
• l ') then performing an adjustment with a rescaled depth rudder, a rescaled rudder and a rescaled rudder,
• m) If e) negative or after i ') or after l') control of the rudder blades.

In diesem Fall erfolgt die Berechnung analog zur vorherigen Methode, als die Priorität auf die Tauchtiefe und somit auf das Tiefenruder gelegt wurde.In this case, the calculation is carried out in the same way as the previous method, with priority given to the depth and thus to the rudder.

Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

• Fig. 1 Ablaufdiagramm
• Fig. 2 Ruderanordnung

The method according to the invention is explained in more detail below on the basis of an exemplary embodiment shown in the drawing.

• Fig. 1 Flow chart
• Fig. 2 Rudder arrangement

In Fig. 1 ist ein Ablaufdiagramm für die Ansteuerung von Ruderblättern eines X-Ruders gezeigt.In Fig. 1 a flow chart for the control of rudder blades of an X rudder is shown.

In Schritt A wird der Wert für das Seitenruder δ_r,com und der Wert für das Tiefenruder δ_s,com vorgegeben.In step A, the value for the rudder δ _{r, com} and the value for the rudder δ _{s, com are} specified.

In Schritt B werden die Werte in die Steuerwinkel δ_i der vier Ruderblätter entsprechend Formel 2 umgerechnet.In step B, the values are converted into the steering angles δ _{i of} the four rudder blades according to formula 2.

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 step C it is checked whether a rudder blade is blocked. If no rudder blade is blocked, the process continues with step N; if a rudder blade is blocked, the process continues with step D.

In Schritt N wird geprüft, ob einer der Steuerwinkel δ_i 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 step N it is checked whether one of the steering angles δ _{i of} the four rudder blades is larger than the maximum steering angle. If this is the case, the process continues with step 0; if this is not the case, the process continues with step K.

In Schritt 0 werden die Steuerwinkel δ_i der vier Ruderblätter so skaliert, dass der höchste Wert der Steuerwinkel δ_i der vier Ruderblätter den Wert des maximalen Steuerwinkel annimmt. Anschließend wird mit Schritt K fortgefahren.In step 0, the steering angles δ _{i of} the four rudder blades are scaled such that the highest value of the steering angles δ _{i of} the four rudder blades assumes the value of the maximum steering angle. The process then continues with step K.

In Schritt D wird geprüft, welches Ruderblatt blockiert ist und in welchem Winkel δ_i das blockierte Ruderblatt blockiert ist.In step D it is checked which rudder blade is blocked and at what angle δ _i the blocked rudder blade is blocked.

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 step E, the steering 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.

In Schritt F wird geprüft, ob einer der Steuerwinkel δ_i 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 step F it is checked whether one of the steering angles δ _{i of} the four rudder blades is larger than the maximum steering angle. If this is the case, proceed to step G; if this is not the case, proceed to step K.

In Schritt G wird ermittelt, welches Ruderblatt den größten kompensierenden Steuerwinkel aufweist.In step G, it is determined which rudder blade has the largest compensating steering angle.

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 step H, the control angles are scaled in order to reduce the largest compensating control angle to the maximum control angle. Scaling is done using formulas 10 to 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 step I it is checked whether the amount of the predefined rudder is greater than or equal to 1 and whether the amount of the scaled rudder is less than 1. If this is the case, proceed to step L; if this is not the case, then proceed to step J.

In Schritt J werden die Einzelruderlagen für die in Schritt H skalierten Steuerwinkel berechnet. Die Berechnung erfolgt entsprechend der Formeln 34 bis 37.In step J, the individual rudder positions are calculated for the steering angles scaled in step H. The calculation is carried out according to formulas 34 to 37.

In Schritt L werden die Steuerwinkel mit variablem Rollruder mittels der Formeln 38 bis 49 berechnet.In step L, the steering angles with variable roll rudder are calculated using formulas 38 to 49.

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 step M, the individual rudder positions for the scaled control variables are calculated according to formulas 5 to 8 or according to formulas 34 to 37.

In Schritt K werden die Ruderblätter angesteuert.In step K the rudder blades are activated.

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.In Fig. 2 The four rudder blades as well as the virtual rudder 50 and the virtual deep rudder 60 are shown, with the submarine being viewed from behind in the direction of travel.

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.You can see rudder blade 1 10, rudder blade 2 20, rudder blade 3 30 and rudder blade 4 40 as well as the virtual rudder 50 and the virtual deep rudder 60.

Claims (1)

1. Method for compensation of the blockage of a rudder blade in an X-shaped rudder of a submarine, wherein the method comprises the following steps:

   a) check whether a rudder blade is blocked,

   b) determine which rudder blade is blocked,

   c) determine the angle at which the blocked rudder blade is blocked,

   d) compensate the control angle for the remaining three rudder blades,

   m) actuate the rudder blades,

   wherein following step d) the following steps are carried out:

   e) check whether one of the compensating control angles is greater than the maximum permissible control angle,

   f) if e) is positive, then determine which compensating control angle has the largest deflection,

   g) scale the compensating control angle,

   m) if e) is negative or following g), actuate the rudder blades,

   wherein following step g), the following steps are carried out:

   h) check whether the magnitude of the specified stern plane is greater than or equal to 1° and the magnitude of the scaled stern plane is less than 1°,

   i) if h) is negative, then perform an adjustment with a scaled rudder and a scaled stern plane according to step g) and continue with step m),

   j) if h) is positive then re-scale, taking into account the roll rudder,

   k) determine the re-scaled rudder, the re-scaled stern plane and the re-scaled roll rudder,

   l) then perform an adjustment with the re-scaled rudder, re-scaled stern plane and re-scaled roll rudder,

   m) if e) is negative or following i) or following l), actuate the rudder blades.

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