IT201900007872A1 - Jet-propelled boat control system - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE dell'Invenzione Industriale dal titolo: “Sistema di controllo di imbarcazioni a propulsione a getto” DESCRIPTION of the Industrial Invention entitled: "Control system of jet propulsion boats"
TESTO DELLA DESCRIZIONE TEXT OF THE DESCRIPTION
La presente invenzione ha per oggetto un sistema di controllo di imbarcazioni a propulsione a getto comprendente: The present invention relates to a jet propulsion boat control system comprising:
almeno un gruppo di propulsione a getto d’acqua, come una turbina o simili; at least one water jet propulsion unit, such as a turbine or the like;
un ugello di emissione del getto d’acqua collegato all’uscita del detto gruppo di propulsione a getto d’acqua, il quale ugello è orientato in modo tale da direzionare il getto d’acqua essenzialmente almeno in direzione longitudinale dell’imbarcazione; a water jet emission nozzle connected to the outlet of said water jet propulsion unit, which nozzle is oriented in such a way as to direct the water jet essentially at least in the longitudinal direction of the boat;
un deflettore del getto per modificare la direzione di flusso di almeno parte del getto d’acqua in uscita dall’ugello rispetto alla direzione essenzialmente parallela all’asse longitudinale dell’imbarcazione e concorde con un verso dalla prua alla poppa dell’imbarcazione; a jet deflector to change the flow direction of at least part of the water jet exiting the nozzle with respect to the direction essentially parallel to the longitudinal axis of the boat and agrees with a direction from the bow to the stern of the boat;
il detto deflettore essendo comandabile in modo tale da variare in modo progressivo la detta parte del getto d’acqua deviata dalla detta direzione essenzialmente parallela all’asse longitudinale dell’imbarcazione e concorde con un verso dalla prua alla poppa dell’imbarcazione, per determinare una condizione di spinta neutra in cui l’imbarcazione è ferma, di spinta in avanti con velocità variabile e di spinta in dietro con almeno una velocità prestabilita o con velocità variabile; said deflector being controllable in such a way as to vary progressively the said part of the jet of water deviated from said direction essentially parallel to the longitudinal axis of the boat and concordant with a direction from the bow to the stern of the boat, to determine a neutral thrust condition in which the boat is stationary, thrust forward with variable speed and thrust backward with at least a predetermined speed or with variable speed;
un organo di comando della posizione del deflettore per portare alternativamente in una delle dette condizioni; a member for controlling the position of the deflector for alternately bringing in one of said conditions;
un organo di impostazione del detto deflettore in modo da regolare il deflettore per ottenere la condizione di spinta neutra, il detto deflettore essendo provvisto di una posizione di spinta neutra prestabilita e preimpostata. a member for setting said deflector so as to adjust the deflector to obtain the neutral thrust condition, said deflector being provided with a predetermined and preset neutral thrust position.
Sistemi simili sono noti ad esempio dai documenti US2001029134, US2008233811, US9682757B1, US2002028615A1 o US2004144293A1. Similar systems are known for example from documents US2001029134, US2008233811, US9682757B1, US2002028615A1 or US2004144293A1.
In questi noti sistemi è presente un organo di comando che consente la variazione della posizione del deflettore del flusso di acqua per personalizzare in modo corrispondente alle esigenze contingenti la posizione del deflettore in cui l’imbarcazione è in condizione di marcia neutra, cioè non subisce spinte di avanzamento o di retromarcia, ma l’azione del deflettore sul flusso di acqua in uscita dalla turbina è tale da garantire un condizione di bilanciamento fra spinta in avanti e spinta in dietro dell’imbarcazione stessa. In these known systems there is a control element that allows the variation of the position of the water flow deflector to customize the position of the deflector in which the boat is in neutral running condition, i.e. it is not subjected to thrusts in a manner corresponding to the contingent needs. forward or reverse, but the action of the deflector on the flow of water leaving the turbine is such as to ensure a balanced condition between thrust forward and thrust back of the boat itself.
Le diverse personalizzazioni comportano tuttavia che venga persa una posizione di riferimento inziale che sia sempre identica e da cui partire per le eventuali correzioni di assetto personalizzate dovute alla condizione contingente ed alle specifiche caratteristiche dello scafo dell’imbarcazione. The different customizations, however, result in the loss of an initial reference position that is always identical and from which to start for any customized trim corrections due to the contingent condition and the specific characteristics of the boat hull.
Questa è una esigenza quindi non soddisfatta e che la presente invenzione mira a soddisfare. This is therefore a need which is not satisfied and which the present invention aims to satisfy.
Scopo della presente invenzione è quindi quello di realizzare un sistema di controllo di imbarcazioni a propulsione a getto in cui sia possibile tornare in ogni momento e con facilità e rapidità ad una condizione di assetto dell’imbarcazione e del propulsore che costituisca un riferimento stabile nel tempo e sempre uguale. The purpose of the present invention is therefore to provide a control system for jet-propelled boats in which it is possible to return at any time and with ease and speed to a trim condition of the boat and of the propeller that constitutes a stable reference over time. and always the same.
Secondo un primo aspetto della presente invenzione, tale scopo è raggiunto con un sistema di controllo di imbarcazioni a propulsione a getto, comprendente: According to a first aspect of the present invention, this object is achieved with a jet propulsion boat control system, comprising:
almeno un gruppo di propulsione a getto d’acqua, come una turbina o simili; at least one water jet propulsion unit, such as a turbine or the like;
un ugello di emissione del getto d’acqua collegato all’uscita del detto gruppo di propulsione a getto d’acqua, il quale ugello è orientato in modo tale da direzionare il getto d’acqua essenzialmente almeno in direzione longitudinale dell’imbarcazione; a water jet emission nozzle connected to the outlet of said water jet propulsion unit, which nozzle is oriented in such a way as to direct the water jet essentially at least in the longitudinal direction of the boat;
un deflettore del getto per modificare la direzione di flusso di almeno parte del getto d’acqua in uscita dall’ugello rispetto alla direzione essenzialmente parallela all’asse longitudinale dell’imbarcazione e concorde con un verso dalla prua alla poppa dell’imbarcazione; a jet deflector to change the flow direction of at least part of the water jet exiting the nozzle with respect to the direction essentially parallel to the longitudinal axis of the boat and agrees with a direction from the bow to the stern of the boat;
il detto deflettore essendo comandabile in modo tale da variare in modo progressivo la detta parte del getto d’acqua deviata dalla detta direzione essenzialmente parallela all’asse longitudinale dell’imbarcazione e concorde con un verso dalla prua alla poppa dell’imbarcazione, per determinare una condizione di spinta neutra in cui l’imbarcazione è ferma, di spinta in avanti con velocità variabile e di spinta in dietro con almeno una velocità prestabilita o con velocità variabile; said deflector being controllable in such a way as to vary progressively the said part of the jet of water deviated from said direction essentially parallel to the longitudinal axis of the boat and concordant with a direction from the bow to the stern of the boat, to determine a neutral thrust condition in which the boat is stationary, thrust forward with variable speed and thrust backward with at least a predetermined speed or with variable speed;
un organo di comando della posizione del deflettore per portare alternativamente in una delle dette condizioni; a member for controlling the position of the deflector for alternately bringing in one of said conditions;
un organo di impostazione del detto deflettore in modo da regolare il deflettore per ottenere la condizione di spinta neutra, il detto deflettore essendo provvisto di una posizione di spinta neutra prestabilita e preimpostata a member for setting said deflector so as to adjust the deflector to obtain the neutral thrust condition, said deflector being provided with a predetermined and preset neutral thrust position
caratterizzato dal fatto che characterized by the fact that
il detto sistema comprende un organo di comando del detto deflettore nella posizione preimpostata di spinta neutra, annullando le eventuali impostazioni successive di personalizzazione. the said system comprises a control member of the said deflector in the pre-set neutral thrust position, canceling any subsequent customization settings.
Un sistema del suddetto tipo può essere realizzato secondo diverse varianti che possono prevedere organi manuali di spostamento del deflettore ed organi manuali di impostazione dell’assetto dell’imbarcazione mediante impostazione di una posizione del deflettore personalizzata. A system of the aforementioned type can be made according to different variants that may include manual organs for moving the deflector and manual organs for setting the trim of the boat by setting a customized deflector position.
Alternativamente il sistema può essere elettromeccanico, elettroidraulico o elettropneumatico prevedendo un attuatore di posizionamento del deflettore che è idraulico, meccanico o penumatico e prevedendo almeno un motore elettrico, una pompa idraulica o pneumatica in combinazione con valvole servocomandate i quali motori e le quali valvole servocomandate sono attivati e disattivati da un segnale di controllo che viene generato da una centralina in funzione di un segnale di comando generato da un organo di comando. Alternatively, the system can be electromechanical, electro-hydraulic or electro-pneumatic providing an actuator for positioning the deflector which is hydraulic, mechanical or pneumatic and providing at least one electric motor, a hydraulic or pneumatic pump in combination with servo-controlled valves which motors and which servo-controlled valves are activated and deactivated by a control signal which is generated by a control unit as a function of a control signal generated by a control member.
In una forma esecutiva, il sistema prevede che l’organo di comando della posizione variabile del deflettore per controllare le condizioni di marcia avanti, marcia in dietro e marcia neutra sono separati dagli organi di comando dell’assetto che controllano la posizione del deflettore per determinare una posizione dello stesso corrispondente alla marcia neutra ed adattata al comportamento fluidodinamico dell’imbarcazione. Questo può essere sia causato dalle specifiche caratteristiche fluidodinamiche dello scafo dell’imbarcazione, ma anche da condizioni ambientali specifiche, come correnti, venti, distribuzione dei carichi ed altre variazioni delle condizioni operative determinate da agenti esterni. In one embodiment, the system provides that the variable position control member of the flap for controlling the forward, reverse and neutral running conditions are separated from the trim control members which control the position of the flap to determine a position of the same corresponding to neutral gear and adapted to the fluid dynamic behavior of the boat. This can be caused both by the specific fluid dynamic characteristics of the boat hull, but also by specific environmental conditions, such as currents, winds, load distribution and other variations in operating conditions determined by external agents.
L’organo di comando di assetto consente quindi indipendentemente dalla condizione di controllo della posizione del deflettore avente lo scopo di governo dell’imbarcazione, di impostare una condizione di equilibrio fra le forze agenti sull’imbarcazione tale da menartene la stessa ferma ovvero avere un equilibrio fra una spinta complessiva in avanti ed una spinta complessiva in dietro. The trim control unit therefore allows, independently of the condition of control of the position of the deflector having the purpose of steering the boat, to set a condition of equilibrium between the forces acting on the boat such as to keep it stationary or to have a balance between an overall forward thrust and an overall rear thrust.
L’organo di comando di spostamento del deflettore in una condizione prestabilita corrispondente ad una condizione di marcia neutra, ovvero di equilibrio fra i flussi del getto che generano una spinta in avanti ed una indietro dell’imbarcazione consente di ritornare sempre in modo veloce e certo ad una condizione di posizionamento del deflettore che è fissa, stabile ed in cui all’atto della costruzione del propulsore, ovvero della turbina e dell’ugello con il deflettore i flussi generati dal deflettore si equivalgono in relazione alla spinta esercitata su un carico e ciò a prescindere da influenze esterne od alla imbarcazione in cui il propulsore è montato. The deflector displacement control member in a predetermined condition corresponding to a neutral running condition, i.e. of equilibrium between the jet flows that generate a forward and a backward thrust of the boat, always allows to return quickly and safely. to a condition of positioning of the deflector which is fixed, stable and in which at the time of construction of the propeller, or of the turbine and of the nozzle with the deflector, the flows generated by the deflector are equivalent in relation to the thrust exerted on a load and this regardless of external influences or the vessel in which the propeller is mounted.
Questa condizione consente di avere sempre la possibilità di ritornare ad una condizione certa e stabile per ricostruire le impostazioni personalizzate di assetto mediante gli organi di comando del deflettore e/o gli organi di controllo di assetto. This condition makes it possible to always have the possibility of returning to a certain and stable condition in order to reconstruct the customized attitude settings by means of the deflector control members and / or the attitude control members.
Ulteriori perfezionamenti dell’invenzione sono oggetto delle sottorivendicazioni. Further refinements of the invention are the subject of the sub-claims.
Queste ed altre caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno più chiaramente dalla seguente descrizione di un esempio esecutivo illustrato schematicamente nello schema a blocchi della figura 1. These and other features and advantages of the present invention will become clearer from the following description of an embodiment schematically illustrated in the block diagram of Figure 1.
La figura 2 mostra una variante esecutiva dell’esempio della figura 1. Figure 2 shows an executive variant of the example of Figure 1.
Con riferimento alla figura 1, lo schema a blocchi si riferisce ad un sistema di controllo di imbarcazioni a propulsione a getto secondo la presente invenzione. With reference to Figure 1, the block diagram refers to a jet propulsion boat control system according to the present invention.
Il detto sistema comprende nella sua forma più generale, almeno un gruppo di propulsione a getto d’acqua, come una turbina o simili; The said system comprises in its most general form, at least one water jet propulsion unit, such as a turbine or the like;
un ugello di emissione del getto d’acqua collegato all’uscita del detto gruppo di propulsione a getto d’acqua, il quale ugello è orientato in modo tale da direzionare il getto d’acqua essenzialmente almeno in direzione longitudinale dell’imbarcazione; a water jet emission nozzle connected to the outlet of said water jet propulsion unit, which nozzle is oriented in such a way as to direct the water jet essentially at least in the longitudinal direction of the boat;
un deflettore del getto per modificare la direzione di flusso di almeno parte del getto d’acqua in uscita dall’ugello rispetto alla direzione essenzialmente parallela all’asse longitudinale dell’imbarcazione e concorde con un verso dalla prua alla poppa dell’imbarcazione; a jet deflector to change the flow direction of at least part of the water jet exiting the nozzle with respect to the direction essentially parallel to the longitudinal axis of the boat and agrees with a direction from the bow to the stern of the boat;
il detto deflettore essendo comandabile in modo tale da variare in modo progressivo la detta parte del getto d’acqua deviata dalla detta direzione essenzialmente parallela all’asse longitudinale dell’imbarcazione e concorde con un verso dalla prua alla poppa dell’imbarcazione, per determinare una condizione di spinta neutra in cui l’imbarcazione è ferma, di spinta in avanti con velocità variabile e di spinta in dietro con almeno una velocità prestabilita o con velocità variabile; said deflector being controllable in such a way as to vary progressively the said part of the jet of water deviated from said direction essentially parallel to the longitudinal axis of the boat and concordant with a direction from the bow to the stern of the boat, to determine a neutral thrust condition in which the boat is stationary, thrust forward with variable speed and thrust backward with at least a predetermined speed or with variable speed;
un organo di comando della posizione del deflettore per portare alternativamente in una delle dette condizioni; a member for controlling the position of the deflector for alternately bringing in one of said conditions;
un organo di impostazione del detto deflettore in modo da regolare il deflettore per ottenere la condizione di spinta neutra, il detto deflettore essendo provvisto di una posizione di spinta neutra prestabilita e preimpostata. a member for setting said deflector so as to adjust the deflector to obtain the neutral thrust condition, said deflector being provided with a predetermined and preset neutral thrust position.
Sistemi di questo tipo secondo una o più varianti esecutive sono noti e sono descritti ad esempio nei documenti: US2001029134, US2008233811, US2008233811, US9682757B1, US2002028615A1 o US2004144293A1. Il sistema secondo la presente invenzione si applica a qualsivoglia dei dispositivi descritti nei documenti sopra citati e le descrizioni di questi dispositivi sono da considerarsi parte della presente descrizione, in particolare per quanto attiene la costruzione dei propulsori a getto di acqua, degli ugelli e dei deflettori, nonché dei sistemi di comando e controllo della posizione dei deflettori con riferimento alle condizioni di marcia avanti, marcia in dietro, marcia neutra ed alle impostazioni di assetto. Systems of this type according to one or more executive variants are known and are described for example in documents: US2001029134, US2008233811, US2008233811, US9682757B1, US2002028615A1 or US2004144293A1. The system according to the present invention is applied to any of the devices described in the documents cited above and the descriptions of these devices are to be considered part of the present description, in particular as regards the construction of the water jet propellers, of the nozzles and of the deflectors. , as well as the control and control systems for the position of the deflectors with reference to the conditions of forward travel, reverse travel, neutral travel and the trim settings.
Come appare anche dai documenti citati, l’imbarcazione può essere provvista di uno o più propulsori, può essere una imbarcazione tradizionale, oppure anche una cosiddetta moto d’acqua od altri natanti appartenenti a tipologie diverse. As also appears from the documents cited, the boat can be equipped with one or more propellers, it can be a traditional boat, or even a so-called jet ski or other vessels belonging to different types.
La variante della figura 1 mostra un sistema in cui è previsto un organo di comando separato indicato con 100 e con 110 rispettivamente per i comandi di movimentazione, avanti, in dietro, e accelerazione in avanti e/o in dietro come indicato con 111, 112, 113. The variant of Figure 1 shows a system in which a separate control element is provided, indicated with 100 and 110, respectively, for the forward, backward, and forward and / or backward acceleration commands as indicated with 111, 112, respectively. , 113.
Inoltre sono previsti organi di comando per il la regolazione dell’assetto dell’imbarcazione e con cui è possibile impostare una posizione personalizzata del deflettore. There are also control elements for adjusting the trim of the boat and with which it is possible to set a customized position of the deflector.
L’organo di comando dell’assetto comprende comandi di spostamento della posizione del deflettore in una condizione in cui il deflettore è portato in condizione da sbilanciare i flussi in avanti ed in dietro l’uno rispetto all’altro rispettivamente con i comandi 101, 102. The trim control member comprises commands for moving the position of the deflector in a condition in which the deflector is brought into a condition to unbalance the flows forward and backward with respect to each other respectively with the controls 101, 102 .
L’organo di comando di assetto 100 presenta inoltre un comando 103 per resettare il posizionamento del deflettore modificato con i pulsanti 101 e/o 102 e portarlo in una prestabilita posizione di default dello stesso in cui i flussi in avanti ed in dietro sono bilanciati in sede di impostazione di fabbrica o di installazione del propulsore su una imbarcazione. The trim control member 100 also has a control 103 for resetting the positioning of the deflector modified with the buttons 101 and / or 102 and bringing it to a predetermined default position thereof in which the forward and backward flows are balanced in location of factory setting or installation of the thruster on a boat.
Gli organi di comando 100 e 110 inviano i comandi sotto forma di segnali elettrici ad una centralina di controllo 120. La centralina può essere di tipo qualsivoglia sia solo hardware, in cui l’hardware è configurato per svolgere le funzioni previste per la centralina e che verranno descritte a seguito, sia costituita da un hardware generico che esegue un software costituito da un programma in cui sono configurate le istruzioni per trattare i segnali ricevuti dagli organi di comando 100 e 110 in modo da eseguire le suddette funzioni. The control members 100 and 110 send the commands in the form of electrical signals to a control unit 120. The control unit can be of any type, whether it is just hardware, in which the hardware is configured to perform the functions envisaged for the control unit and which will be described below, is constituted by a generic hardware which executes a software constituted by a program in which the instructions are configured for processing the signals received by the control members 100 and 110 so as to perform the aforesaid functions.
La centralina 120 genera segnali di comando in funzione dei segnali in entrata forniti dagli organi di comando 110, 100 i quali vengono inviati all’ugelli di emissione del getto indicato con 160 per variare ad esempio la portata del getto ed a un driver 130 che genera a sua volta il segnale di alimentazione ovvero di attivazione e disattivazione di un motore di spostamento 140 che agisce sul deflettore 150, ad esempio sotto forma di un tegolo di deviazione od inversione del flusso grazie a cui il flusso in uscita dall’ugello viene almeno parzialmente deviato in direzioni fra loro contrarie per generare una condizione di posizione neutra dell’imbarcazione, cioè in condizione ferma dell’imbarcazione od in condizione di marcia avanti od in condizione di marcia indietro. The control unit 120 generates control signals as a function of the input signals supplied by the control members 110, 100 which are sent to the jet emission nozzles indicated with 160 to vary, for example, the jet flow rate and to a driver 130 which generates in turn, the power supply or activation and deactivation signal of a displacement motor 140 which acts on the deflector 150, for example in the form of a flow deviation or inversion tile thanks to which the flow leaving the nozzle is at least partially deflected in opposite directions to generate a neutral position condition of the boat, that is, in a stationary condition of the boat or in a forward running condition or in a reverse running condition.
Come già indicato nella descrizione precedente e rivendicato a seguito, è possibile prevedere diverse variati esecutive rispetto al sistema di tipo elettromeccanico qui descritto. As already indicated in the previous description and claimed hereafter, it is possible to provide various executive variations with respect to the electromechanical type system described here.
Oltre alle opzioni possibili di tipo elettropneumatico od elettroidraulico in cui il motore non aziona direttamente un attuatore meccanico, ma una pompa idraulica o pneumatica che fornisce fluido a pressione ad un corrispondente attuatore e che generalmente è previsto in combinazione con sistemi di valvole di inversione del flusso o di regolazione dello stesso, sono possibili anche soluzioni con azionamento manuale in cui la forza meccanica e/o idraulica e/o pneumatica viene generata manualmente grazie ad un organo meccanico di esercizio della forza muscolare e/o una pompa manuale. In addition to the possible options of electro-pneumatic or electro-hydraulic type in which the motor does not directly drive a mechanical actuator, but a hydraulic or pneumatic pump which supplies fluid under pressure to a corresponding actuator and which is generally provided in combination with flow reversal valve systems or adjustment of the same, solutions with manual actuation are also possible in which the mechanical and / or hydraulic and / or pneumatic force is generated manually thanks to a mechanical device for exercising the muscular force and / or a manual pump.
Le diverse soluzioni sono o utilizzate in campi paralleli come nel comando direzionale delle imbarcazioni o in campi come il comando di autoveicoli o simili. The different solutions are either used in parallel fields such as in the directional command of boats or in fields such as the command of motor vehicles or the like.
La variante della figura 2, prevede che non è separata l’interfaccia di comando delle condizioni di governo e marcia del dispositivo dall’interfaccia di comando per le condizioni di assetto dell’imbarcazione. The variant of Figure 2 provides that the control interface for the steering and running conditions of the device is not separated from the control interface for the trim conditions of the boat.
In questo caso l’organo di comando indicato con 200 comprende comandi per accelerazione 213, comandi per spostamento del deflettore in modo da generare uno sbilanciamento del flusso in direzione di marcia avanti 201, comandi per la marcia in dietro 202 ed il comando di reset della posizione inziale del deflettore 203. In this case, the control member indicated with 200 comprises acceleration controls 213, controls for moving the deflector so as to generate an unbalance of the flow in the forward travel direction 201, controls for reverse travel 202 and the reset control of the initial position of the deflector 203.
La restante configurazione riprende quanto descritto in precedenza con una centralina di controllo 220, l’ugello 260 il driver del motore 230 il motore 240 ed il deflettore 250. The remaining configuration takes up what was previously described with a control unit 220, the nozzle 260, the driver of the motor 230, the motor 240 and the deflector 250.
Appare chiaro che in questa configurazione, la funzione dei comandi 201 e 202 può essere modificata da comandi di governo per comandare in avanti ed in dietro l’imbarcazione e comandi di impostazione dell’assetto per variare l’assetto dell’imbarcazione grazie ad un selettore (non illustrato) che trasferisce i segnali di comando ad una unità hardware software della centralina 220 che opera quindi alternativamente per il governo dell’imbarcazione o per la regolazione dell’assetto. It is clear that in this configuration, the function of commands 201 and 202 can be modified by steering commands to command the boat forward and backward and trim setting commands to vary the boat trim thanks to a selector. (not shown) which transfers the command signals to a software hardware unit of the control unit 220 which then operates alternatively to steer the boat or to adjust the trim.
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