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Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung
eines Wasserstrahl-Antriebsgeräts für ein
Wasserfahrzeug, die es bei einem wasserstrahlgetriebenen
Wasserfahrzeug mit zwei Propellern, vier Propellern oder mehr
nur einer Person ermöglicht, auf einfache Weise
komplizierte Manövriervorgänge zu steuern, die beim Annähern
oder Verlassen einer Pier erforderlich sind, und zwar
durch Steuerung der Motordrehzahl (des Schubs), der
Reversier- und Ablenkwinkel des
Wasserstrahl-Antriebsgeräts mittels eines einzigen Steuerknüppels oder des
Steuerknüppels und einer Kurssteuerscheibe.
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Bei bekannten wasserstrahlgetriebenen Wasserfahrzeugen
mit zwei Antriebsmotoren und zwei Propellern werden in
vielen Fällen der Schub jedes
Wasserstrahl-Antriebsgeräts (Reversierwinkel und Motordrehzahl) und der
Ablenkwinkel entweder individuell für jedes Antriebsgerät
oder gemeinsam so gesteuert, daß diese Werte
verschiedener Antriebsgeräte in der gleichen Richtung gleich
sind. Wenn ein solches Steuerverfahren bei einer
Antriebsanordnung nach vorliegender Erfindung,
beispielsweise einer Antriebsanordnung mit vier Antriebsmotoren
und vier Propellern, angewandt wird, ist eine
individuelle Manövriersteuerung wegen der großen Anzahl der das
Manövrieren des Schiffes beeinflussenden Größen sehr
schwierig und eine komplizierte Manövrierung, z. B. in
einem Hafen, mit einer einfachen Gesamtsteuerung
unmöglich.
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Die ungeprüfte japanische Patentanmeldung 1-285486
offenbart eine Steuervorrichtung für ein Wasserfahrzeug,
die mit zwei Antriebsgeräten, die eine freie
Einstellung der Richtung und Größe des Schubs ermöglichen,
einem Steuergerät für alle Richtungen, z. B. einem
einzigen Steuerknüppel, einem Wählschalter und einem
Steuerrad versehen ist und die Richtung und Größe des Schubs
jedes Antriebsgeräts entsprechend der Position und dem
Betrag der Drehung einer Antriebseinheit des
Steuergeräts für alle Richtungen steuert. Bei der
Steuervorrichtung mit dem offenbarten Aufbau werden das
Steuergerät für alle Richtungen und der Wählschalter so
betätigt, daß ein Schiff zur Annäherung an eine Pier oder
zum Verlassen einer Pier manövriert wird, d. h. das
Schiff quer oder schräg bewegt oder auf der Stelle
gedreht wird. Jede dieser Bewegungen erfordert jedoch
eine Umschaltung der Betriebsart, was eine Diskontinuität
bei der Manövrierung bewirkt und die Gleichmäßigkeit
der Manövriersteuerung verringert, so daß dieser Aufbau
ungeeignet ist, um mit nur einer Person alle
komplizierten Manövriervorgänge, z. B. in einem Hafen,
durchzuführen.
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Bei der in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung
6-24388 offenbarten Steuervorrichtung müssen zwei
Vorwärts- Rückwärtshebel zusätzlich zu einem Steuerrad
gleichzeitig betätigt werden. Sie hat daher den
Nachteil, daß eine Manövriersteuerung, z. B. in einem Hafen,
durch eine einzige Person schwierig ist.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin,
eine Steuervorrichtung für ein Wasserstrahl-
Antriebsgerät anzugeben, die es ermöglicht, eine
angemessene Manövrierkraft einzustellen, und zur
Durchführung komplizierter Manövriervorgänge geeignet ist, die
viele das Manövrieren eines Schiffes beeinflussende
Größen umfassen, wie sie beispielsweise in einem Hafen
auftreten.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist in einer
Steuervorrichtung eines Wasserstrahl-Antriebsgeräts für ein
Wasserfahrzeug gemäß der Erfindung ein einziger Steuerknüppel
installiert, der innerhalb einer vorbestimmten
Steuerebene frei beweglich ist, wobei die Mitte der
Steuerebene als neutraler Ursprungspunkt gekennzeichnet ist
und eine Vielzahl von Einstellpunkten in
Betriebsgrenzpositionen in der Steuerebene des Steuerknüppels
vorgesehen sind, während ein maximaler Schub und ein
maximaler Ablenkwinkel jedes der Hauptantriebsgeräte, die an
der Back- und Steuerbordseite angebracht sind, für die
Vielzahl der Einstellpunkte eingestellt sind, und ein
Sollwert des Schubs und ein Sollwert des Ablenkwinkels
für einen Zwischensteuerpunkt in der Steuerebene des
Steuerknüppels durch Interpolation zwischen drei
Punkten bestimmt werden, nämlich dem Ursprungspunkt und
zwei Einstellpunkten in seiner Nähe, so daß der
Vorwärts/Rückwärts-Schub und der Ablenkwinkel der Back-
und steuerbordseitigen Hauptantriebsgeräte mittels des
einzigen Steuerknüppels entsprechend den Sollwerten
gesteuert werden.
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Bei dieser Steuervorrichtung sind vorzugsweise zwei
Hilfsantriebsgeräte, die jeweils eine Umkehreinrichtung
aufweisen, back- und steuerbordseitig in der obigen
Anordnung installiert, so daß ein wasserstrahlgetriebenes
Wasserfahrzeug mit vier oder mehr Propellern gebildet
ist, während eine Kurssteuerscheibe für zwei
Hilfsantriebsgeräte in der Nähe des Steuerknüppels angebracht
ist, wobei eine Position mit dem Drehwinkel Null der
Kurssteuerscheibe als neutraler Ursprungspunkt
eingestellt ist und ein Einheitsbetrag des maximalen Schubs
jedes der Hilfsantriebsgeräte auf seitlich symmetrische
Positionen mit vorbestimmten Drehwinkeln eingestellt
ist, so daß der Vorwärts-/Rückwärts-Schub jedes
Hilfsantriebsgerät durch Betätigung der Kurssteuerscheibe
unabhängig von den Hauptantriebsgeräten gesteuert wird.
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Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Steuervorrichtung
eines Wasserstrahl-Antriebsgeräts für ein
wasserstrahlgetriebenes Wasserfahrzeug mit wenigstens vier
Propellern, das wenigstens zwei Hauptantriebsgeräte aufweist,
die jeweils eine Umkehreinrichtung zur Steuerung des
Vorwärts/Rückwärts-Schubs und eine Ablenkeinrichtung
zur Steuerung des Ablenkwinkels aufweisen, und mit
wenigstens zwei back- und steuerbordseitigen
Hilfsantriebsgeräten am Heck, ist ein einziger Steuerknüppel
vorgesehen, der in einer bestimmten Steuerebene frei
bewegbar ist, deren Mitte als neutraler Ursprungspunkt
gekennzeichnet ist, und eine Vielzahl von
Einstellpunkten in Betriebsgrenzpositionen der Steuerebene des
Steuerknüppels vorgesehen sind, während ein
Einheitsbetrag des maximalen Schubs jedes der Hauptantriebsgeräte
und der Hilfsantriebsgeräte, die auf der Back- und
Steuerbordseite angebracht sind, und ein Einheitsbetrag
des maximalen Ablenkwinkels jedes der
Hauptantriebsgeräte für die Vielzahl der Einstellpunkte eingestellt
sind, und ein Sollwert des Schubs und ein Sollwert des
Ablenkwinkels für irgendeinen Zwischeneinstellpunkt in
der Steuerebene des Steuerknüppels durch Interpolation
zwischen drei Punkten bestimmt werden, dem
Ursprungs
punkt und zwei Punkten in seiner Nähe, so daß die
Vorwärts/Rückwärts-Schübe und die Ablenkwinkel der
backbord- und steuerbordseitigen Hauptantriebsgeräte und
die Vorwärts/Rückwärts-Schübe der back- und
steuerbordseitigen Hilfsantriebsgeräte mittels des einzigen
Steuerknüppels entsprechend den Sollwerten gesteuert
werden.
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Bei dieser Steuervorrichtung ist vorzugsweise eine
Kurssteuerscheibe für jedes Hilfssteuergerät in der
Nähe des Steuerknüppels angebracht, wobei eine Position
des Drehwinkels Null der Kurssteuerscheibe als
neutraler Ursprungspunkt eingestellt ist und ein
Einheitsbetrag des maximalen Schubs jedes back- und
steuerbordseitigen Hilfssteuergeräts auf seitlich symmetrische
Positionen der vorbestimmten Drehwinkel eingestellt
ist, so daß der Vorwärts/Rückwärts-Schub jedes
Hilfssteuergeräts durch Überlagerung eines Steuersollwerts
der Kurssteuerscheibe und eines Steuersollwerts des
Steuerknüppels gesteuert wird.
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Mittels dieser Steuervorrichtungen können alle
Manövriervorgänge in einem Hafen, die die größte Anzahl von
Schiffsmanövrier-Einflußgrößen (-Effektoren) aufweisen,
mittels nur eines Steuerknüppels oder durch einfache
Betätigung der Kurssteuerscheibe zusammen mit dem
Steuerknüppel ausgeführt werden. Da ferner eine solche
Anordnung ausgebildet werden kann, daß die
Betätigungsrichtung des Steuerknüppels oder der Kurssteuerscheibe
mit der tatsächlichen Richtung der Schiffsbewegung
übereinstimmt, stimmt die Betätigung mit dem Gefühl der
das Schiff steuernden Person überein, so daß das
Manövrieren sehr einfach wird. Infolgedessen ist ein
rasches und genaues Manövrieren möglich, so daß die zum
Annähern an eine oder Verlassen einer Pier
erforderliche Zeit erheblich verkürzt wird.
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Da eine Vielzahl von Wasserstrahl-Antriebsgeräten
vorgesehen ist, kann die Manövrierkraft leicht gesteigert
werden, und es können daher die zum Manövrieren großer
Schiffe geeignetsten Wasserstrahl-Antriebsgeräte
erzielt werden.
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Da die Mittel nach den Ansprüchen 2 bis 4 ein durch die
beiden Hilfsantriebsgeräte erzeugtes Wendemoment
aufbringen können, können Manövriervorgänge ähnlich denen
ausgeführt werden, die mit einem Bugantrieb ausgeführt
werden, nämlich eine Querbewegung des Schiffes und ein
Kurs um einen Punkt in der Nähe des Hecks.
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Das Mittel nach Anspruch 3 macht es insbesondere
möglich, das Schiff quer oder rasch mit einem kleinen
Wenderadius durch alleinige Betätigung des Steuerknüppels
zu wenden.
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Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der
vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden
Zeichnungen beschrieben.
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Fig. 1 stellt ein erstes Ausführungsbeispiel der
Erfindung dar, in der ein Teil (a) eine
schematische Draufsicht eines
wasserstrahlgetriebenen Schiffs mit zwei Propellern und ein Teil
(b) eine vergrößerte perspektivische Ansicht
des Heckteils eines mit den beiden
Wasserstrahl-Antriebsgeräten versehenen Schiffes
darstellt.
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Fig. 2 stellt in einem Teil (a) eine
Längsschnittansicht des Wasserstrahl-Antriebsgeräts im
neutralen zustand und in einem Teil (b) eine
Tabelle von augenblicklichen Sollwerten dar.
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Fig. 4 stellt in einem Teil (a) eine
Längsschnittansicht des Wasserstrahl-Antriebsgeräts im
Umkehrzustand und in einem Teil (b) eine
Tabelle augenblicklicher Sollwerte dar.
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Fig. 5 ist eine Zeichnung zur Erläuterung einer
kombinierten Steuerung.
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Fig. 6 ist eine Zeichnung zur Veranschaulichung des
Betätigungsbereichs eines Steuerknüppels.
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Fig. 7 ist eine Zeichnung, die Sollwerte und Fälle
von Manövriervorgängen bei dem ersten
Ausführungsbeispiel darstellt.
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Fig. 8 stellt ein zweites Ausführungsbeispiel der
Erfindung dar, wobei ein Teil (a) eine
schematische Zeichnung eines
wasserstrahlgetriebenen Wasserfahrzeugs mit vier Propellern und
ein Teil (b) eine vergrößerte perspektivische
Ansicht des Heckteils darstellt, bei dem
Hauptantriebsgeräte und Hilfsantriebsgeräte
installiert sind.
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Fig. 9 ist eine Draufsicht des Heckteils eines
wasserstrahlgetriebenen Wasserfahrzeugs mit 6
Propellern.
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Fig. 10 ist eine Darstellung von Sollwerten und
Fällen des Manövrierbetriebs bei dem zweiten
Ausführungsbeispiel.
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Fig. 11 ist eine schematische Zeichnung eines
wasserstrahlgetriebenen Wasserfahrzeugs mit vier
Propellern als ein drittes
Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Fig. 12 stellt Sollwerte und Manövrierfälle bei dem
dritten Ausführungsbeispiel dar.
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Das erste Ausführungsbeispiel der Erfindung stellt
einen Fall der Steuerung von Schiffsmanövrier-Effektoren
mittels nur eines Steuerknüppels bei einem
Doppelpropellerschiff dar. Fig. 1 stellt ein Schiff mit
Doppelantriebsmotor/Doppelantriebspropeller-Wasserstrahl-
Antriebsgeräten dar, wobei (a) eine schematische
Draufsicht des Schiffes und (b) eine vergrößerte
perspektivische Ansicht des Hecks eines Schiffes mit zwei
Wasserstrahl-Antriebsgeräten darstellt.
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Nach Fig. 1(a) ist eine Fernsteuervorrichtung
(einschließlich eines Steuerwerks) 3 mit einem
einzigen, in alle Richtungen einstellbaren Steuerknüppel 1
vorgesehen, um einer einzigen Person das Manövrieren
des Schiffes zu erleichtern, wenn es sich einer Pier
nähert oder sie verläßt (Ein-Mann-Steuerung). Die
Steuervorrichtung 3 ist zur Erleichterung des Manövrierens
in einem Hafen gewöhnlich in jedem Flügel eines
Steuerhauses installiert. Jedes der beiden Wasserstrahl-
Antriebsgeräte (Hauptantriebsgeräte) 5, 6, die am Ende
eines Hecks installiert sind, ist mit einer Maschine
bzw. einem Motor 4 versehen, der damit gekuppelt ist,
um das Wasserstrahl-Antriebsgerät anzutreiben, so daß
ein Doppelmotor/Doppelpropeller-Wasserstrahl-
Antriebsgerät gebildet wird. Die Drehzahl jedes Motors
4 und der Reversiereinrichtungen R und
Ablenkeinrichtungen D der backbord- und steuerbordseitigen
Hauptantriebsgeräte 5, 6 nach Fig. 1(b) wird durch Betätigung
des Steuerknüppels 1 gesteuert. D. h. die zwei
Wasserstrahlantriebsgeräte sind als Hauptantriebsgeräte
ausgebildet, die mit den Reversier- oder
Umkehreinrichtungen R zur Steuerung der Vor- und Rückbewegung und mit
den Ablenkeinrichtungen D zur Steuerung des Kurses
versehen sind. Die beiden Antriebsgeräte sind symmetrisch
auf der Backbord- und der Steuerbordseite angeordnet.
Von den beiden Wasserstrahl-Antriebsgeräten wird das
auf der Backbordseite angeordnete auch Backbordeinheit
5 und das auf der Steuerbordseite angeordnete auch
Steuerbordeinheit 6 genannt.
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Die Fig. 2(a), 3(a) und 4(a) stellen Längsschnitte
des Wasserstrahl-Antriebsgeräts jeweils im neutralen,
Vorwärts- und Rückwärtszustand dar. Die in der
Zeichnung dargestellte Reversiereinrichtung R wird auch
Umkehr- oder Rückwärtsstrahlgerät genannt und enthält
eine obere Klappe 10, eine untere Klappe 11, die zur
Durchführung einer koordinierten Bewegung durch eine
gelenkige Verbindungsrichtung L verbunden sind und
durch Vor- und Rückbewegungen eines Stellers
(Antriebszylinders) 9 bewegt werden, und eine Umkehr-
oder Reversierschaufel 12. Wenn sich das Schiff
beispielsweise vorwärts bewegt, befindet sich die
Reversierschaufel 12 in einer horizontalen Lage, wie es in
Fig. 3(a) dargestellt ist, während die obere Klappe 10
und die untere Klappe 11 parallel zueinander
ausgerichtet sind, um eine maximale Austrittsöffnung 14
zwischen sich zu bilden (dies ist ein Zustand mit einem
Reversierwinkel für maximalen Vorwärtsantrieb), so daß
der aus einer Düse 18 ausgestoßene Wasserstrahl direkt
nach hinten ausgestoßen wird, um den maximalen Schub zu
erzielen. Um das Schiff rückwärtsfahren zu lassen,
nehmen die Klappen 10, 11 eine Schließlage ein, wie es in
Fig. 4(a) dargestellt ist, wobei die Reversierschaufel
12 nach unten in eine Lage geschwenkt worden ist, in
der eine untere Öffnung 15 vollständig geöffnet ist
(d. h. einen Zustand mit einem Reversierwinkel für
maximalen Rückwärtsantrieb), so daß der Wasserstrahl auf
die Klappen 10, 11 trifft und nach unten abgelenkt und
längs der Reversierschaufel 12 schräg nach vorn
ausgestoßen wird, so daß der maximale Rückwärtsschub erzielt
wird. Fig. 1(a) stellt ebenfalls den Zustand einer
Rückwärtsbewegung dar. Die Erfindung ist nicht auf die
beschriebenen Ausbildungen beschränkt und kann
abgewandelt werden, soweit das Wasserstrahl-Antriebsgerät
einen solchen Aufbau aufweist, daß zumindest ähnliche
Funktionen wie die der beschriebenen Reversier- und
Ablenkeinrichtung usw. erreicht werden.
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Die Ablenkeinrichtung D wird auch Horizontal-
Strahlwinkelablenkeinrichtung genannt und hat die
gleiche Funktion wie die einer Kurssteuereinrichtung durch
Schwenkung des Ablenkers 13 um einen vertikalen Zapfen
17 auf seiten des Pumpengehäuses 16, wie es in Fig.
3(a) dargestellt ist, und Horizontalschwenkung des
Ablenkers 13 um den Zapfen 17 mittels eines weiteren
Stellers (der in der Zeichnung weggelassen ist), (wobei
der Schwenkwinkel auch Ablenkwinkel genannt und der
maximale Ablenkwinkel erzielt wird, wenn der Ablenker 13
vollständig nach links oder rechts geschwenkt worden
ist). Der Steller ist in Fig. 2(a) bis Fig. 3(a) nicht
dargestellt, um die Zeichnung zu vereinfachen.
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Wie Fig. 5 zeigt, wird der Schub der Backbord- und
Steuerbord-Hauptantriebsgeräte durch den
Reversierwinkel und die Drehzahl des Hauptmotors gemeinsam
gesteuert, und zwar durch ein sogenanntes kombiniertes
Steuerverfahren (das gleiche gilt auch für die
Hilfsantriebsgeräte, die nachstehend beschrieben werden). Fig.
5 zeigt den Zusammenhang zwischen der Drehzahl UPM des
Motors und dem Reversierwinkel, die auf der Ordinate
aufgetragen sind, und dem auf der Abszisse
aufgetragenen Schub. Der Reversierwinkel längs der Ordinate
stellt, wenn er in der oberen Hälfte liegt, eine
Vorwärtsbewegung, in der unteren Hälfte eine
Rückwärtsbewegung und bei dem Wert O einen neutralen Zustand dar.
Der neutrale Zustand entspricht dem Fall, daß sich die
Reversiereinrichtung R in der in Fig. 2(a)
dargestellten Position befindet. Die rechte Hälfte der Abszisse
stellt einen Vorwärtsschub und die linke Hälfte der
Abszisse einen Rückwärtsschub dar. Wie sich aus dieser
Darstellung ergibt, wird bei dem kombinierten
Steuerverfahren die Größe des Vorschubs durch Verringerung
der Motordrehzahl bis zur Lehrlaufdrehzahl und Änderung
des Reversierwinkels, wenn ein geringer Schub gewünscht
wird, eingestellt wird, wobei die Größe des Schubs
durch Änderung der Motordrehzahl bei fest auf maximalen
Vorwärtsschub oder maximalen Rückwärtsschub
eingestelltem Reversierwinkel eingestellt wird, wenn ein hoher
Schub gewünscht wird.
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Der Steuerknüppel 1 ist frei in dem durch das Rechteck
in Fig. 6 begrenzten Bereich einstellbar, nämlich in
einer vorbestimmten Steuerebene, wobei der Schub jedes
Hauptantriebsgerät und des Ablenkwinkels durch die
Mitte (den Ursprungspunkt) O der Steuerebene,
Betätigungsgrenzpositionen (1), (5) des Steuerknüppels in der
Steuerebene unmittelbar oberhalb und unterhalb des
Ur
sprungspunktes und Endpunkte (3), (7) rechts und links
vom Ursprungspunkt, Endpunkte (3), (7) nach rechts und
links vom Ursprungspunkt und vier Ecken (2), (4), (6),
(8) auf den Diagonalen zwischen diesen Punkten,
insgesamt 9 Einstellpunkte, in dem Rechteck definiert sind
(das nicht quadratisch sein muß; vielmehr kann die
Steuerebene auch kreisförmig sein oder eine andere Form
haben). Üblicherweise werden der maximale Schub und der
maximale Ablenkwinkel auf Einheitsbeträge eingestellt
(wobei der Einheitsbetrag einen Steuersollwert bedeutet
und der maximale Wert bei den folgenden
Ausführungsbeispielen gleich 1 ist), wobei der Schub bei einer
Vorwärtsbewegung mit positivem Vorzeichen und bei einer
Rückwärtsbewegung negativem Vorzeichen und der
Ablenkwinkel bei einem Kurs im Gegenuhrzeigersinn mit
positivem Vorzeichen und bei einem Kurs im Uhrzeigersinn mit
negativem Vorzeichen versehen werden. Der
Einheitsbetrag ist ein spezieller Wert des jeweiligen Schiffes
und wird gewöhnlich durch eine Simulation bestimmt. Bei
obigem Beispiel wird der Einheitsbetrag des maximalen
Schubs jedes Hauptantriebsgeräts bei den 8
Einstellpunkten, außer dem Ursprungspunkt, auf 1 eingestellt
(einem absoluten Wert). Der Ablenkwinkel wird im
Ursprungspunkt, im Einstellpunkt (1) und im Einstellpunkt
(5) auf null eingestellt, während der Einheitsbetrag
des maximalen Ablenkwinkels bei den anderen
Einstellpunkten (2) bis (4) und (6) auf 1 (einen absoluten
Wert) eingestellt wird. Wenn der Steuerknüppel 1
beispielsweise auf den Einstellpunkt (1) eingestellt wird,
überträgt die Manövriersteuervorrichtung 3 den
Schubsteuerwert 1 in die Steuervorrichtung (in der Zeichnung
nicht dargestellt) jedes Hauptsteuergeräts, wodurch die
Wasserstrahl-Antriebsgeräte so gesteuert werden, daß
sie den maximalen Schub erzeugen (insbesondere einen
Hydraulikzylinder 9 nach Fig. 2 steuern).
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Bei einem bestimmten Einstellpunkt kann der Wert aus
Gründen der Manövriersteuerung eingestellt und geändert
werden. Beispielsweise kann der Wert von 1 auf 0,75
entsprechend dem augenblicklichen Zustand der
Manövrierung eingestellt werden.
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Wenn der Steuerknüppel 1 sich in einem
Zwischenbetriebspunkt befindet, z. B. im Punkt A der Fig. 6, werden bei
jeder Betätigung des Steuerknüppels sofort
Steuersollwerte für den Schub und den Ablenkwinkel durch
Interpolation dreier Punkte, einschließlich des
Ursprungspunktes und seiner unmittelbaren Umgebung (in diesem Falle
des Ursprungspunktes und der Einstellpunkte (1), (2))
bestimmt. Wenn der Steuerknüppel 1 beispielsweise vom
Punkt O um ¹/&sub2; vorwärts und ³/&sub4; nach rechts gedreht wird,
um ihn auf den Punkt A einzustellen, werden der
Vorschub und der Ablenkwinkel in diesem Augenblick wie
folgt durch Interpolation bestimmt:
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Backbord-Steuergerät-Schub = (backbordseitiger Schub von
(1) - steuerbordseitiger Schub von O) · ¹/&sub2; +
(backbordseitiger Schub (2) - backbordseitiger Schub
von (1)) · ¹/&sub4; = 0,5.
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Steuerbord-Antriebsgerät-Schub = (steuerbordseitiger
Schub von (1) - steuerbordseitiger Schub von O) · ¹/&sub2; +
(steuerbordseitiger Schub von (2) - steuerbordseitiger
Schub von (1)) · ¹/&sub4; = 0,5.
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Backbord-Anlenkwinkel = (backbordseitiger Winkel von
(1) - backbordseitiger Winkel von O) · ¹/&sub2; +
(backbordseitiger Winkel von (2) - backbordseitiger
Winkel von (1)) · ¹/&sub4; = -0,25.
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Steuerbord-Ablenkwinkel = (steuerbordseitiger Winkel
von (1) - steuerbordseitiger Winkel von O) · ¹/&sub2; +
(steuerbordseitiger Winkel von (2) - steuerbordseitiger
Winkel von (1)) · ¹/&sub4; = -0,25.
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In Fig. 7 sind neun Fälle der Manövrierung eines
Schiffes mittels der vorstehend beschriebenen Anordnung
dargestellt. Die in der oberen Zeile dargestellten Werte
sind Schub-Sollwerte, wobei der linke Wert den Sollwert
für das backbordseitige Antriebsgerät und der rechte
Wert den Sollwert für das steuerbordseitige
Antriebsgerät darstellt. Die Werte in der unteren Zeile sind
Ablenkwinkel-Sollwerte. Wie zuvor erwähnt, sind die Werte
zweckdienlich eingestellt, und in diesem Beispiel
bedeutet der Wert 1 den zur Erzielung des maximalen
Schubs oder maximalen Ablenkwinkels vorzugebenden
Sollwert. Wenn daher ein kleinerer Sollwert als 1
vorgegeben wird, bedeutet dies, daß den Hauptantriebsgeräten
5, 6 von der Steuervorrichtung der
Manövriersteuervorrichtung 3 Schub- und Ablenkwinkel-Sollwerte zugeführt
werden, die kleiner als der maximale Schub- oder
Ablenkwinkel sind.
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In der Zeichnung stellt die etwa dreieckige Form
schematisch das wasserstrahlgetriebene Schiff, der schwarze
Pfeil die Richtung (die Schubrichtung ist
entgegengesetzt dazu) und die Stärke des Wasserstrahls und der
weiße Pfeil die Bewegung des Schiffs dar. Die
Steuervorrichtung in der rechten oberen Ecke zeigt die
Position des Steuerknüppels an.
(O) für neutral
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Unter den in Fig. 7 dargestellten Diagrammen von 9
Manövrierfällen stellt das Diagramm in der Mitte den
neu
tralen Zustand dar, weil der Steuerknüppel auf den
Ursprungspunkt O eingestellt ist, während das
Wasserstrahl-Antriebsgerät sich in diesem Fall in dem in Fig.
2(a) dargestellten Zustand befindet. Die in Fig. 7
eingekreisten Zahlen entsprechen den Positionen des
Steuerknüppels in Fig. 6. Das gleiche gilt für die
nachstehende Beschreibung.
(1) für vorwärts
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Wenn der Steuerknüppel in die Position (1) nach Fig. 6
gebracht worden ist, befinden sich die Backbord- und
Steuerbord-Antriebsgeräte in dem in Fig. 3(a)
dargestellten Zustand, in dem der Wasserstrahl nach hinten
ausgestoßen wird, um einen Vorwärtsschub zu erzielen.
In diesem Falle wird, da der Sollwert 1 ist, der
maximale Vorwärtsschub erzeugt, so daß sich das Schiff in
Richtung des weißen Pfeils bewegt.
(2) für vorwärts bei Drehung nach steuerbord
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Wenn der Steuerknüppel in die Position (2) der Fig. 6
(in die rechte obere Ecke) gebracht worden ist, werden
beiden Back- und Steuerbord-Antriebsgeräten der Schub-
Sollwert 1 und der Ablenkwinkel-Sollwert -1 zugeführt,
so daß die Back- und Steuerbord-Antriebsgeräte den
maximalen Vorwärtsschub erzeugen, bei dem die Ablenker
nach rechts auf den maximalen Ablenkwinkel geschwenkt
werden, so daß der Wasserstrahl schräg nach hinten
ausgestoßen und das Schiff nach steuerbord gedreht wird,
während es sich vorwärts bewegt.
(3) für Querbewegung nach steuerbord
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Wenn der Steuerknüppel in die Position (3) der Fig. 6
(rechts vom Ursprungspunkt) gebracht wird, werden dem
Backbord-Antriebsgerät der Schub-Sollwert 1 und der
Ablenkwinkel-Sollwert 1 zugeführt, während dem
Steuerbord-Antriebsgerät der Schub-Sollwert -1 und der
Ablenkwinkel-Sollwert -1 zugeführt werden. Daher schwenkt
der Ablenker des Backbord-Antriebsgeräts nach links auf
den maximalen Ablenkwinkel und der Ablenker des
Steuerbord-Antriebsgeräts nach rechts auf den maximalen
Ablenkwinkel, so daß der Wasserstrahl schräg nach vorne
und nach links ausgestoßen wird. Hierbei bewegt sich
das Schiff quer nach steuerbord, wobei es sich jedoch
langsam nach backbord dreht, weil eine
Richtungseinhaltefunktion nicht bewirkt wird.
(4) für Reversier-(rückwärts)bewegung bei Drehung nach
steuerbord.
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Wenn der Steuerknüppel in die Position (4) der Fig. 6
(in die rechte untere Ecke) gebracht wird, werden
sowohl dem Backbord- als auch dem Steuerbord-
Antriebsgerät der Schub-Sollwert -1 und der
Ablenkwinkel-Sollwert -1 zugeführt. Daher werden die Ablenker
beider Backbord- und Steuerbord-Antriebsgeräte nach
rechts auf den maximalen Ablenkwinkel geschwenkt, so
daß der Wasserstrahl schräg nach oben rechts
ausgestoßen wird, um das Schiff nach steuerbord zu drehen,
während es sich rückwärts bewegt.
(5) für Reversier-(rückwärts)bewegung
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Wenn der Steuerknüppel in die Position (5) der Fig. 6
gebracht wird, werden sowohl dem Backbord- als auch dem
Steuerbord-Antriebsgerät der Schub-Sollwert -1 und der
Ablenkwinkel-Sollwert 0 zugeführt, so daß der
Wasserstrahl nach vorn (Fig. 4) ausgestoßen und der maximale
Rückwärtsschub erzeugt wird, so daß sich das Schiff
genau rückwärts bewegt.
(6) für rückwärts bei Drehung nach backbord
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Wenn der Steuerknüppel in die Position (6) der Fig. 6
gebracht wird, werden sowohl dem Backbord- als auch dem
Steuerbord-Steuergerät der Schub-Sollwert -1 und der
Ablenkwinkel-Sollwert 1 zugeführt. Die Ablenker
schwenken daher nach links, und der Wasserstrahl wird schräg
nach vorne rechts ausgestoßen, so daß das Schiff sich
rückwärts bewegt und nach backbord dreht.
(7) für Querbewegung nach backbord
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Wenn der Steuerknüppel in die Position (7) der Fig. 6
gebracht wird, werden dem Backbord-Antriebsgerät der
Schub-Sollwert -1 und der Ablenkwinkel-Sollwert 1
zugeführt, während dem Steuerbord-Antriebsgerät der Schub-
Sollwert und der Ablenkwinkel-Sollwert -1 zugeführt
werden. Daher schwenkt der Ablenker des Backbord-
Antriebsgeräts nach links, so daß der Wasserstrahl
schräg nach vorne rechts ausgestoßen wird, während der
Ablenker des Steuerbord-Antriebsgeräts nach rechts
schwenkt, um den Wasserstrahl schräg nach hinten links
auszustoßen. Das Schiff bewegt sich daher quer nach
backbord, während es sich langsam nach steuerbord
dreht, weil keine Richtungseinhaltefunktion vorgesehen
ist.
(8) für vorwärts, bei Drehung nach backbord
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Wenn der Steuerknüppel in die Position (8) der Fig. 6
gebracht wird, werden sowohl dem Backbord-, als auch
dem Steuerbord-Antriebsgerät der Schub-Sollwert 1 und
der Ablenkwinkel-Sollwert 1 zugeführt. Die Ablenker
schwenken daher nach links, so daß der Wasserstrahl
schräg nach hinten links ausgestoßen wird und sich das
Schiff nach vorne bei gleichzeitiger Drehung nach
backbord bewegt.
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Wenn der Steuerknüppel in die Position A
(Zwischenposition) der Fig. 6 gebracht wird, ist der Schub-
Sollwert für das Backbord-Antriebsgerät 0,5, der Schub-
Sollwert für das Steuerbord-Antriebsgerät 0,5, der
Ablenkwinkel des Backbord-Antriebsgeräts -0,25 und der
Ablenkwinkel des Steuerbord-Antriebsgeräts -0,25. Das
Schiff bewegt sich daher, ähnlich wie im Zustand (2),
vorwärts, während es sich gleichzeitig nach Steuerbord
dreht, jedoch langsamer (mit größerem Wenderadius).
Zweites Ausführungsbeispiel
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Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung
werden Wasserstrahl-Antriebsgeräte mit insgesamt vier
Propellern mittels eines Steuerknüppels und einer
Kurssteuerscheibe gesteuert. D. h., wie Fig. 8(a) zeigt, es
ist eine Fernsteuervorrichtung (einschließlich eines
Steuerwerks) 3 mit einem Steuerknüppel für alle
Richtungen, ähnlich dem zuvor beschriebenen, und eine
Kurssteuerscheibe 2 installiert, so daß nur eine Person die
Manövriervorgänge in einem Hafen leicht steuern kann.
Alle vier am Heck installierten Wasserstrahl-
Antriebsgeräte 5 bis 8 sind jeweils mit einem daran
angeschlossenen Motor 4 versehen, so daß sich eine
Wasserstrahl-Antriebsvorrichtung mit vier Motoren und vier
Propellern ergibt. Das backbordseitig innen (in der
Nä
he der Schiffsmitte) installierte Gerät wird Backbord-
Hauptantriebsgerät (innere Einheit) 5 genannt, das
backbordseitig außen installierte Gerät wird Backbord-
Hilfsantriebsgerät (äußere Einheit) 7 genannt, während
die zur Paarbildung symmetrisch zu diesen
Antriebsgeräten angeordneten Antriebsgeräte Steuerbord-
Hauptantriebsgerät (innere Einheit) 6 und Steuerbord-
Hilfsantriebsgerät (äußere Einheit) 8 genannt werden.
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Wie Fig. 8(b) zeigt, sind zwei (das innere
Antriebsgerätepaar 5, 6 in diesem Beispiel) der vier
Wasserstrahl-Antriebsgeräte als Hauptantriebsgeräte mit
Reversiereinrichtungen R zur Steuerung der Vorwärts-
Rückwärtsbewegung und Ablenkeinrichtungen D zur
Kurssteuerung versehen, während die anderen beiden
Antriebsgeräte (die äußeren Antriebsgeräte 7, 8) nur
Reversiereinrichtungen R aufweisen (die feststehen, so
daß sie nicht horizontal geschwenkt werden können). Die
inneren Antriebsgeräte 5, 6 und die äußeren
Antriebsgeräte 7, 8 brauchen nicht notwendigerweise so
ausgebildet zu sein, daß sie die gleiche Fähigkeit besitzen,
obwohl die beiden jeweils ein Paar bildenden
Antriebsgeräte vorzugsweise so ausgebildet sind, daß sie die
gleiche Fähigkeit haben, um eine komplizierte Steuerung
zu vermeiden.
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Der Steuerknüppel 1 dient zur Steuerung der Drehzahlen
der Motoren 4 der Backbord- und Steuerbord-
Hauptantriebsgeräte 5, 6 und ihrer
Reversiereinrichtungen R oder Ablenkeinrichtungen D, während die
Steuerungs-Sollwerte in ähnlicher Weise wie bei dem ersten
Ausführungsbeispiel bestimmt werden. In der Nähe des
Steuerknüppels ist die Kurssteuerscheibe 2 installiert,
die zur Steuerung der Drehzahlen der Motoren 4 der
Backbotd- und Steuerbord-Hilfsantriebsgeräte 7, 8 und
der Reversiereinrichtungen R dient. Der Steuerknüppel
hat nichts mit der Steuerung der Hilfsantriebsgeräte 7,
8 zu tun. Zusammengefaßt werden eine Position für den
Drehwinkel Null der Kurssteuerscheibe 2 als neutraler
Ursprungspunkt des Schubs Null und Einheitsbeträge der
maximalen Schübe der Hilfsantriebsgeräte 7, 8 seitlich
und symmetrisch zu einem vorbestimmten Drehwinkel
(gewöhnlich 90 Grad) eingestellt (siehe Fig. 10), so
daß die Vorwärts-Rückwärtsschübe der
Hilfsantriebsgeräte 7, 8 durch Betätigung der Kurssteuerscheibe 2 über
die Reversiereinrichtungen der Hilfsantriebsgeräte 7, 8
unabhängig von den Hauptantriebsgeräten 5, 6 gesteuert
werden können. Von dem ersten Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich dieses Ausführungsbeispiel darin, daß
es zusätzlich zwei Hilfsantriebsgeräte aufweist und die
Kurssteuerscheibe zur Steuerung der Hilfsantriebsgeräte
installiert ist, so daß die Steuerung der
Hilfsantriebsgeräte unabhängig von den Hauptantriebsgeräten
nur eine Drehbewegung bewirkt.
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Fig. 8 zeigt zwar eine Anordnung mit 4 Motoren und 4
Propellern, doch kann die Erfindung auch auf eine
Anordnung mit sechs Motoren und sechs Propellern, wie es
in Fig. 9 dargestellt ist, und eine Anordnung mit acht
Motoren und acht Propellern, die nicht in der Zeichnung
dargestellt sind, angewandt werden. Wenn es
erforderlich ist, die Fähigkeit der Hauptantriebsgeräte zu
steigern, können zwei oder mehr Paare von
Hauptantriebsgeräten 5, 6 installiert werden.
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Fig. 10 zeigt einige Fälle von Manövriersteuervorgängen
bei obigem Aufbau. Es sind nur diejenigen Fälle von
Manövriersteuervorgängen dargestellt, die in Fig. 7 nicht
dargestellt sind. Durch Installierung der
Hilfsantriebsgeräte 7, 8 können Funktionen erreicht werden,
die denjenigen ähnlich sind, die durch Installierung
eines Bugantriebs erreicht werden. Wenn die
Kurssteuerscheibe in eine Position (a) gebracht wird, wird kein
Schub erzeugt, während eine Drehung der
Kurssteuerscheibe um 90 Grad in die Position (c) bewirkt, daß der
Sollwert -1 dem Backbord-Hilfsantriebsgerät 7 und der
Sollwert +1 dem Steuerbord-Hilfsantriebsgerät 8
zugeführt wird. Die Vorzeichen dieser Werte werden
umgekehrt, wenn die Kurssteuerscheibe in die
entgegengesetzte Richtung gedreht wird. Wenn die
Kurssteuerscheibe in eine Zwischenposition (45 Grad Drehung) zwischen
(a) und (c) gebracht wird, wird der Sollwert 0,5
vorgegeben. D. h., der Sollwert ändert sich linear in
Abhängigkeit von dem Drehwinkel der Kurssteuerscheibe.
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Wenn der Steuerknüppel gemäß Fig. 10 in der neutralen
Position gehalten und die Kurssteuerscheibe in die
Position (c) gebracht wird, werden die Richtungen der von
den Backbord- und Steuerbord-Hilfsantriebsgeräten
ausgestoßenen Wasserstrahlen umgekehrt (Rückwärtsschub des
Backbord- und Vorwärtsschub des
Steuerbord-Antriebsgeräts), so daß sich das Schiff auf der Stelle nach
backbord dreht. Wenn die Kurssteuerscheibe in die Position
(d) gedreht wird, die symmetrisch zur Position (c)
liegt, dreht sich das Schiff nach steuerbord.
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Wenn dagegen der Steuerknüppel 1 nach rechts und die
Kurssteuerscheibe zum Punkt (b) gedreht wird, wird zu
dem Manövriersteuerfall (7) nach Fig. 7 eine
Richtungshaltefunktion addiert, so daß sich das Schiff quer nach
rechts nach backbord bewegt. Wenn der Steuerknüppel und
die Kurssteuerscheibe dagegen in symmetrisch zu obigen
Positionen legenden Positionen gedreht werden, wird zu
dem Manövriersteuerfall (3) nach Fig. 7 eine
Richtungshaltefunktion addiert, so daß sich das Schiff quer nach
rechts nach steuerbord bewegt. Dadurch kann eine
ähnliche Funktion wie die durch Installierung eines
Bugantriebs durch Installierung der Hilfsantriebsgeräte 7, 8
erzielt werden.
Drittes Ausführungsbeispiel
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Obwohl bei diesem Ausführungsbeispiel eine
Antriebsanordnung mit vier Motoren und vier Propellern in
ähnlicher Weise wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel nach
Fig. 11 angewandt wird, ist die Kurssteuerscheibe hier
nicht vorgesehen, so daß die Hauptantriebsgeräte 5, 6
und die Hilfsantriebsgeräte 7, 8 backbordseitig und
steuerbordseitig mit nur einem Steuerknüppel gesteuert
werden.
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Der Steuerknüppel 1 ist in einer quadratischen
Steuerebene frei beweglich, wobei die Mitte der Steuerebene
als neutraler Ursprungspunkt mit dem Vorschub Null
eingestellt ist, Einheitswerte des Vorschubs der
Hauptantriebsgeräte 5, 6 am oberen und unteren Ende eines
durch den Ursprungspunkt verlaufenden Liniensegments am
rechten und linken Ende und an den vier Ecken
eingestellt sind, insgesamt 8 Einstellpunkte, und ferner der
Ursprungspunkt und das obere und untere Ende als
neutrale Punkte mit dem Ablenkwinkel Null und
Einheitswerte des Ablenkwinkels am rechten und linken Ende sowie
den vier Ecken eingestellt sind. Ferner sind der
Ursprungspunkt und das obere und untere Ende als neutrale
Punkte mit dem Vorschub Null für die
Hilfsantriebsgeräte 7, 8 und Einheitswerte der Vorschübe der
Hilfsantriebsgeräte 7, 8 am rechten und linken Ende und den
vier Ecken eingestellt, insgesamt 8 Punkte. Der
Sollwert des Vorschubs und der Sollwert des Ablenkwinkels
für Zwischenpunkte in der Steuerebene des
Steuerknüp
pels 1 werden durch Interpolation von drei Punkten, dem
Ursprungspunkt und Einstellpunkten in seiner Nähe,
bestimmt, um dadurch den Vorwärts- und Rückwärtsschub
sowie den Ablenkwinkel der backbordseitigen und
steuerbordseitigen Hauptantriebsgeräte 5, 6 und den Vorwärts-
und Rückwärtsschub der backbordseitigen und
steuerbordseitigen Hilfsantriebsgeräte 7, 8 mittels nur eines
Steuerknüppels in Abhängigkeit von den Sollwerten zu
steuern.
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Fig. 12 zeigt Beispiele eingestellter
Steuerungs-Sollwerte. Wenn der Steuerknüppel beispielsweise auf den
Steuerpunkt (1) oder (2) ein gestellt worden ist, sind
die Einheitswerte des Vorschubs, die den
Hauptantriebsgeräten zugeführt werden, nämlich die
Vorschub-Sollwerte, die Maximalwerte 1 oder -1, während die
Vorschübe der Hilfsantriebsgeräte und die Ablenkwinkel null
sind. Im Steuerpunkt (2) wird den Hauptantriebsgeräten
der Vorschub Sollwert 0,5 und der Ablenkwinkel -1
zugeführt, während den Hilfsantriebsgeräten auf der
Backbordseite der Vorschub-Sollwert -0,75 und auf der
Steuerbordseite 0,75 und auf beiden Seiten die Ablenkwinkel
null zugeführt werden. Die Werte 0,5 und 0,75 sind
keine absoluten Werte, sondern beziehen sich auf spezielle
Eigenschaften des Schiffes (Schwerpunkt,
Manövrierbarkeit usw., die durch den Schiffstyp, das Schiffsmodell,
die Breite, Länge und andere Einzelheiten bestimmt
werden). Da die Sollwerte nach Fig. 12 durch eine
Simulation unter allgemeinen Bedingungen bestimmt werden,
kann beispielsweise der Wert 0,75 durch den Kapitän an
Bord in 1 geändert werden, wenn die Schiffsbewegung
nicht den Anforderungen genügt. Hierbei werden nur
geringe Änderungen der Schiffsbewegung bewirkt (z. B. der
Wenderadius des Schiffes).
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Bei der Steuervorrichtung mit den vorstehend
beschriebenen Steuerfunktionen können die
Manövriersteuervorgänge (1) bis (8) nach Fig. 12 durch Betätigung eines
einzigen Steuerknüppels 1 bewirkt werden. Die schwarzen
Pfeile am Heck in diesen Zeichnungen stellen die
Richtung des Strahls (die Schubrichtung ist demgegenüber
umgekehrt) und dessen Stärke dar, während die weißen
Pfeile, die am Schiffskörper angebracht sind, die
Schiffsbewegung ähnlich zu obigem anzeigen. D. h.,
obwohl die zuvor beschriebenen Manövrierfälle nach Fig. 7
erzielt werden können, ist es möglich, das Schiff quer
nach backbord und steuerbord ohne Drehung zu bewegen,
weil durch die Installierung wenigstens eines Paares
von backbordseitigen und steuerbordseitigen
Hilfsantriebsgeräten 7, 8 eine Richtungshaltefunktion in den
Steuerpunkten (3) und (7) vorgesehen ist. Weitere
Vorgänge ähneln den anhand von Fig. 7 beschriebenen. Sie
werden daher nicht beschrieben.
Viertes Ausführungsbeispiel
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Bei diesem Ausführungsbeispiel, das in der Zeichnung
nicht dargestellt ist, ist ähnlich wie bei dem dritten
Ausführungsbeispiel die Kurssteuerscheibe des zweiten
Ausführungsbeispiels (Fig. 8) bei den
Hilfsantriebsgeräten in der Wasserstrahl-Antriebsvorrichtung nach Fig.
11 mit den vier Motoren und vier Propellern ergänzt
worden. D. h., die Kurssteuerscheibe ist in der Nähe des
Steuerknüppels für die beiden Backbord- und Steuerbord-
Hilfsantriebsgeräte installiert, wobei die Position der
Kurssteuerscheibe für den Drehwinkel Null als neutraler
Ursprungspunkt eingestellt ist und Einheitswerte der
maximalen Schübe des Backbord- und Steuerbord-
Hilfsantriebsgeräts auf seitliche symmetrische
Positionen mit bestimmtem Drehwinkel (üblicherweise 90 Grad)
eingestellt sind. Der Vorwärts- und Rückwärtsschub wird
durch eine Umkehreinrichtung jedes Hilfsantriebsgeräts
durch Überlagerung des Steuersollwerts der
Kurssteuerscheibe und des Steuersollwerts des Steuerknüppels
gesteuert. Für den Fall, daß der durch die Überlagerung
der Sollwerte erhaltene Wert den maximalen Schub
überschreitet, wird der Sollwert auf dem maximalen Schub
festgehalten.