Система автоматического управления движением судна на подводных крыльях

 

Использование: в судостроении. Сущность изобретения: система автоматического управления движением судна на подводных крыльях содержит гидровертикаль 4, вырабатывающую сигналы кинематических параметров движения, датчик 5 заглубления крыла 3, датчик 6 текущей высоты волны, располагаемый на носу судна, и датчик 7 текущей скорости относительно воды. Все датчики электрическими связями 8 соединены со счетно-решающим устройством 9, которое электрически связано с исполнительным механизмом 10 управления подъемной силой крыла 3. 1 ил.

Изобретение относится к судостроению, в частности к системам автоматического управления движением судна на подводных крыльях (СПК).

Известна система автоматического управления движением судна на подводных крыльях, использующая в качестве входных сигналов реакции судна, углы крена, дифферента, их угловые скорости и перегрузки [1] Данной системе присущ недостаток, заключающийся в том, что управляющий сигнал вырабатывается от реакции судна и запаздывает по времени. Эффект от применения такой системы невелик, тем более, что она не может парировать удары корпуса о волну как не укладывающиеся в статистические закономерности стационарного движения.

Система, принятая в качестве прототипа [2] содержит гидровертикаль, вырабатывающую сигналы кинематических параметров движения, датчик скорости движения и датчик заглубления крыла, электрически связанные со счетно-решающим устройством, электрически связанным с исполнительным механизмом устройства управления подъемной силой крыла. Эта система (рассматривается только продольное движение) в качестве входных сигналов рассматривает Ψ -дифферент, Y высоту центра тяжести (ц. т.) относительно невозмущенного уровня, H высоту ц. т. относительно возмущенного уровня, V линейную скорость перемещения.

По дифференту и высоте управляющие сигналы имеют структуру: для носовых крыльев σ_н= f₁(H, , , ) для кормового крыла σ_к= f₂(Ψ, , H, ) Эта система, использующая в качестве входных параметров реакции судна в данный момент времени, показала удовлетворительные качества для опытного судна с глубокопогруженными крыльями при высоком клиренсе, исключающем удары волны с корпусом. Эта система удовлетворительно работает при высоте волны меньшей, чем клиренс. Для СПК с малопогруженными крыльями эта система не может обеспечить удовлетворительные качества на большой волне.

Цель изобретения разработка системы, пригодной и для СПК с малопогруженными крыльями, обеспечивающей высокое качество стабилизации с возможностью адаптации к волнению различного спектра.

Цель достигается тем, что известная система снабжена датчиком изменения текущей высоты волны, установленным перед носовым крыльевым устройством и электрически связанным со счетно-решающим устройством. В качестве стабилизируемого параметра принимается прогнозируемая через время Δ t подъемная сила на носовом крыле. Это является принципиальным, ибо P_yconst обеспечивает движение без перегрузок, а запас времени позволяет предвидеть неблагоприятные ситуации.

На чертеже изображена система автоматического управления движением судна на подводных крыльях.

Корпус судна 1 снабжен подводными крыльями 2, которые имеют устройство управлением подъемной силой на крыле 3 (как более простое на схеме изображены закрылки). Система автоматического управления движением состоит из гидровертикали 4, вырабатывающей сигналы кинематических параметров движения, датчика 5 заглубления крыла 3, датчика 6 текущей волны, располагаемая на носу судна на расстоянии l от носового крыла, датчика 7 текущей скорости относительно воды. Все датчики электрическими связями 8 соединены со счетно-решающим устройством 9, которое электрически связано с исполнительным механизмом 10 управления подъемной силой крыла 3.

Система работает следующим образом.

Описывается продольное движение на волнении, для других каналов используются аналогичные процедуры. Судно устойчиво движется на тихой воде с начальными кинематическими параметрами: V_о скорость хода; Ψ_o угол дифферента; h_o углубление носового крыла; β_o положение закрылка.

При этих параметрах на крыле 3 возникает оптимальная подъемная сила: P_yo=f(V_o, Ψ_o, h_o, β_o ).

При движении на волнении эти параметры в некоторое фиксированное время t изменяются и будут: v_t, Ψ_t, , h_t, β_o, а подъемная сила изменится и будет P_yt= f(v_t, Ψ_t, , h_t, β_o) Можно бы стабилизировать эту величину, но учитывая, что волнение постоянно меняется, целесообразно стабилизировать силу P_y в момент через время Δ t, когда измеренная высота волны окажется в плоскости крыла Δ t=l/V_t В момент t+ Δ t все параметры станут: V_t=const, Ψ_t+Δt Ψ_t+
= +f₂(Δt)
h_t+Δt=h_t+f₃(h_b,l,V_t).

Тогда подъемная сила на крыле 3 в момент Δ+ Δt будет:
P_yt+Δt= ϕ(U_t, Ψ_t+, +Δt, h_t+Δt, β_o)
После определения скорости подъемных сил P_yo и P_t+Δt
Δ P_о= Р_yo-P_y(t+ Δ t) определится угол перекладки закрылка для создания силы с обратным знаком Δ P_y=ϕ₂(Δβ). Вычислитель дает сигнал исполнительному механизму 10 по повороту закрылка на угол Δβ, чтобы в момент времени t+ Δ t на крыле 3 возникла сила P_yo.

Если реальная сила, определенная по фактическим параметрам в момент t+ Δt, будет отличаться от прогнозируемой, то вводится поправочный коэффициент:
K , который вводится в формулу для определения P_t+Δt^прочн для следующего момента времени.

После нескольких вычислений К он должен стабилизироваться и для параметров движения V, h_волны и курсового угла быть постоянным.

При поддержании постоянной подъемной силы на носовом крыле 3 параметры продольной качки, перегрузки и нагрузки на крыло будут минимальными.

Формула изобретения

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ СУДНА НА ПОДВОДНЫХ КРЫЛЬЯХ, содержащая гидровертикаль, вырабатывающую сигналы кинематических параметров движения, датчик скорости движения и датчик заглубления крыла, электрически связанные со счетно-решающим устройством, электрически связанным с исполнительным механизмом устройства управления подъемной силой крыла, отличающаяся тем, что она снабжена датчиком изменения текущей высоты волны, установленным перед носовым крыльевым устройством и электрически связанным со счетно-решающим устройством.

РИСУНКИ

Рисунок 1