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-DISPOSITIF POUR LA STABILISATION DES NAVIRES"
La présente invention est relative à un dispositif pour la stabilisation dès-navires, particulièrement applicable à l'amortissement du roulis.
On sait que tout dispositif de ce genre comporte d'une part un appareil, tel qu'un gyroscope, un poids mobile ou analogue, fournissant le couple stabilisateur, et, d'autre part un dispositif automatique ou non, permettant de contrôler la valeur de ce couple. Si l'on appelle A l'angle de roulis du navire, 1 son moment d'inertie par rapport à un axe longitudi- nal passant par son centre de gravité, M(t) le couple de roulis appliqué au navire et X le couple stabilisateur, l'équation du roulis s'écrit :
EMI1.1
(1) 1 d4A + X = M(t) dt2
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et le problème consiste à déterminer la loi de variation d de manière à obtenir un amortissement aussi complet que po du roulis.
Parmi les dispositifs connus de commande automatiqu certains sont basés sur le changement de sens de l'angle d roulis A, en faisant par exemple X = KA. Or, dans la valeur on peut faire apparaître un terme mg (r-a)A(m masse du na@ g accélération de la pesanteur, r-a distance métacentrique joue le rôle d'un couple de rappel, et l'équation (1) monti dans ces conditions, le réglage X = KA ne peut que modifier période propre du bateau.
Dans d'autres dispositifs,la commande est basée sur la vitesse DA/dt du roulis, et consiste par exemple à main- tenir constanta la vitesse de précession d'un gyroscope sta teur en en changeant brusquement le sens lorsque dA/dt s'anm dt En admettant grossièrement X = K dA/dt ,on voit dans ce cas, d'après l'équation (1) que, tout en se traduisant par un am@ tissement favorable, l'introduction d'un terme en dA/dt donne dt pour certaines lois de variation de M(t),par exemple dans le ternent de deux systèmes de houles, à des amplitudes A anorms susceptibles de provoquer des accidents.
De plus, les dispos de commande basés sur l'angle A ou la vitesse dA/dt exigent dt y ait déjà un roulis pour que l'influence stabilisatrice pui commencer à s'exercer pour le diminuer.
On voit donc que, d'une manière générale, les commande: basées sur l'angle de roulis ou sur ses dérivées ne peuvent tituer que des solutions imparfaites.
Dans un autre dispositif connu, on a proposé de faire X = M(t). Dans ce cas, l'influence du couple de roulis se trouve éliminée, mais l'équation (1) des oscillations du navi devient :
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EMI3.1
d2A dt2 ; 0 Ce mouvement ne comporte pas de rappel vers une position d'équilibre. Si le navire reste incliné pendant plusieurs périodes de houle,il y aura un changement de régime forcé lors- que le mouvement de précession, dans le cas d'un gyroscope, par exemple, arrive à fond de course, de sorte que le fonction- nement de l'appareil anti-roulis tend continuellement à se dé- truire.
Le dispositif faisant l'objet de la présente invention a pour but de remédier à tous ces inconvénients; il est caracté- risé par le fait que l'appareil fournissant le couple stabili- sateur est muni d'un dispositif de commande automatique organisé de telle manière que ce couple stabilisateur se compose à tout instant de deux parties dont l'une est sensiblement égale et opposée au couple du roulis appliqué au navire, et dont l'autre varie en fonction de l'angle de roulis, ainsi que des dérivées et des intégrales dans le temps de cet angle.
Ce résultat est obtenu suivant l'invention par le fait que l'action exercée par le dispositif automatique de commande sur l'appareil fournissant le couple stabilisateur comprend une composante fonction du couple de roulis et éventuellement des dérivées et de l'intégrale dans le temps de ce couple, et une autre composante fonction de l'angle de roulis, de la dérivée première et éventuellement de la dérivée d'ordre supérieur et des intégrales dans le temps de cet angle.
A titre d'exemple, on a décrit ci-dessous et représenté au dessin annexé deux formes de réalisation du dispositif faisant l'objet de l'invention.
Les Figures 1, 2 et 3 représentent schématiquement les dispositifs permettant de mesurer le couple de roulis.
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La Figure 4 représente la mesure de l'angle de roul
Les Figures 5 et 6 représentent les dispositifs per mettant d'obtenir des quantités proportionnelles aux dériv et à l'intégrale du couple et de l'angle de roulis.
La Figure 7 représente schématiquement le dispositif de commande complet appliqué au cas où le couple anti-roul: fourni par réaction au refoulement de deux pompes.
Le principe et les avantages de l'invention seront mieux compris par l'analyse mathématique brièvement exposée dessous du fonctionnement de deux appareils fournissant le anti-roulis.
Tout d'abord, dans le cas d'un gyroscope, on sait que le couple anti-roulis est donné par l'expression :
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JW ..@... dt en appelant J le moment d'inertie du volant, W sa vitesse se re et B l'angle de précession. L'équation (1) ci-dessus du roulis du navire devient alors :
EMI4.2
(2) 1 µ. - ivi e aM(t) dut- dt D'autre part, le mouvement de précession est réglé par la le
EMI4.3
(3) 1- "d 2B ..L J1. dB .L KB s y dt2' en appelant 1. le moment d'inertie des pièces subissant la précession, KB étant un couple de rappel élastique nécessair pour que les oscillations de précession aient lieu autour de B = 0, et Y étant le couple provenant du dispositif de comma et contrôlant le mouvement de précession. C'est la valeur de couple Y qu'il faut déterminer pour pouvoir réaliser un disp@ tif de commande approprié.
Le calcul montre que, en éliminant B entre (2) et (3) et en faisant
Y = Yi + Y2
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avec
EMI5.1
l'équation du roulis devient :
EMI5.2
(4) ll' d4A L jWo d3A +flK (iw)2] dA -L jWb dà a jWa,& c4 o (4) 11' r fiµ ' Il (,J'V)2.1-- dt dt et si les coefficients c et h sont suffisamment grands, cette équation représente bien une combinaison de mouvements sinusoï- daux, individuellement amortis. Dans ces conditions, dès la mise en marche de l'appareil anti-roulis, le navire tend rapidement vers la position d'équilibre verticale, quel que soit l'état irrégulier de la mer.
En effectuant le calcul, on vérifie que le couple anti-roulis JW dB/dt se compose bien d'un-terme égal à M(t) et de dt termes comprenant l'angle A et les dérivées successives de celui- ci.
Avec un appareil fournissant le couple stabilisateur autre que le gyroscope, on obtient le même résultat, c'est-à-dire un angle de roulis A régi par une équation différentielle linéai- re contrôlant, comme ci dessus, l'appareil anti-roulis par une action dépendant du couple de roulis et de l'angle de roulis, ainsi que des dérivées et intégrales de ces deux quantités.
Un exemple particulièrement intéressant est celui où le couple stabilisateur est fourni par un appareil sensiblement dénué d'inertie, par exemple par réaction à l'aspiration ou au refoulement de pompes convenablement disposées sur le navire, comme cela a été récemment proposé.
Dans ce cas, le couple stabilisateur est contrôlé par le débit de ces pompes que l'on peut commander sans inertie.
On peut alors, dans l'équation :
EMI5.3
1 d2A + xsM(t) dt2
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EMI6.1
faire X =X1 + X2 avec Xl =: M(t) X2= a dà i bà Il suffit de mesurer la quantité M(t) + a LA + bA et de corne les vannes des pompes par une action proportionnelle à celle
Au dessin annexé,on a représenté les moyens permette de mesurer le couple et l'angle de roulis, et d'en déduire matiquement l'action que le dispositif de commande doit exei sur l'appareil fournissant le couple stabilisateur.
En se reportant aux Figures 1 et 2, on voit que le couple exercé par la mer sur le navire est mesuré au moyen @ deux séries de manomètres 1, 2, 3 et 1', 2', 3' disposées de que côté de la coque au-dessous de la ligne de flottaison x@ navire, ces manomètres étant de préférence placés en des po où le rayon de courbure de la section de la coque s'écarte < centre de gravité de cette section.
Les manomètres sont reliés entre eux de telle manière que les actions de ceux d'entre eux disposés du même côté du navire s'ajoutent, tandis que les actions des deux ensemble (1,2,3)=(1',2',3') se retranchent.On obtient ainsi une pres proportionnelle au couple du roulis.
Suivant la Figure 3. chacun des manomètres actionne le curseur d'un potentiomètre, chacun des potentiomètres 4, étant muni d'une source 7,8,9. Les potentiomètres d'un même sont reliés en série, et les deux séries ainsi obtenues son montées en opposition, de sorte que l'on trouve aux bornes une tension proportionnelle au couple M(t).
Suivant la Figure 4, l'angle de roulis A est mesuré, d'une manière qui est d'ailleurs déjà connue, à l'aide d'ur, petit gyroscope 12 actionnant le curseur d'un potentiomètre alimenté par une batterie 14; une tension proportionnelle è
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l'angle A est recueillie aux bornes 15,16.
Des tensions proportionnelles à A et à M(t) une fois obtenues, les dispositifs représentés en Figures 5 à 7 permettent d'en déduire les dérivées et les intégrales et de combiner ces diverses quantités entre elles. D'une manière générale, les ten- sions proportionnelles à A ou à M (t) sont appliquées chacune à l'entrée d'un amplificateur,par exemple une lampe-écran, et en disposant dans le circuit de sortie des organes appropriés : résistances, selfs, condensateurs, on obtient une tension de la forme voulue. La Figure 5 représente par exemple le cas où la tension cherchée doit être de la forme aA + b DA/dt (ou a M(t) + dt b d M(t)/dt).
Pour cela, on connecte les bornes 10-11 (ou 15-16) dt à l'entrée 17-18 d'une lampe-écran 19,. dans le circuit-plaque de laquelle on dispose une résistance 20 proportionnelle au coef- ficient a et une self 21 proportionnelle à h, de sorte que l'on obtient aux bornes 22-23 une tension de la forme voulue à un terme constant près.
Pour obtenir une composante proportionnelle à l'inté- grale dans le temps de la quantité mesurée (A ou M(t)), on dis- pose dans le circuit de plaque de la lampe 19 un condensateur de valeur appropriée au coefficient numérique nécessaire. La tension aux bornes de ce condensateur u = q/c 1/c # idt donne la valeur cherchée, puisque le courant de plaque est proportion- nel à la quantité mesurée, A ou M(t) appliquée au circuit de grille de la lampe. La Figure 6, où le circuit de plaque de la lampe 19 comporte une résistance 20, une self 21 et une capacité 24, permet ainsi d'obtenir une tension de la forme aA + b c Adt.
La tension continue d'alimentation de la lampe 19 est fournie dans ce cas par l'intermédiaire d'une valve saturée 25,ou un organe analogue ayant une résistance pratiquement infinie pour un courant variable.
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Si l'on veut obtenir un terme proportionnel à la dérivée seconde de la tension appliquée à l'entrée de 19, on pourra appliquer la tension aux bornes de la self 21, à l'entrée d'une deuxième lampe dont le circuit de plaque comporte une self de valeur appropriée.
Ayant ainsi obtenu les diverses tensions fonctions de l'angle A et du couple M(t) du roulis, on les applique à un re- lais contrôlant l'organe de commande du couple stabilisateur.
Par exemple, dans le cas de la Figure 7, où ce couple est fourni par deux pompes 24, 24', et où le couple anti-roulis doit être de la forme M(t) + a SA- + bA; la tension proportion, dt nelle à A, fournie par le dispositif de la Figure 4, est appli quée à la grille de la lampe 25 dont le circuit de plaque com- porte une self 26 proportionnelle à a et une résistance en deux parties 27, 28 proportionnelle à h. Cette résistance est divisée en deux parties dans le but suivant : la tension proportionnell au couple M(t), fournie par le dispositif de la Figure 3, est appliquée à la grille d'une deuxième lampe 25', dont la plaque débite dans la résistance 28.
On trouve bien ainsi aux bornes 29-30 une tension de la forme M(t) + a dA/dt + bA. Cette tensioi dt est appliquée à un dispositif 31 comportant un appareillage de puissance appropriée quelconque commandant les vannes 33, 33' des deux pompes 24, 24'.
Le dispositif 31 est muni d'un organe 32 permettant de régler la sensibilité de la commande et de modifier, en particu' lier par le jeu des termes fonctions de l'angle de roulis et de ses dérivées, la période propre du navire dont l'augmentation peut être avantageuse. Ce réglage permet également de faire tra@ vailler l'appareil anti-roulis à couple constant, par exemple dans le cas d'une mer très dure où le couple stabilisateur qui
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peut être fourni par l'appareil anti-roulis employé est inférieur au couple maximum exercé par la mer sur le bateau. Il est utile également de prévoir deux réglages de sensibilité distincts pour les composantes dépendant du couple M(t), et celles dépendant de l'angle A.
Bien entendu, les dispositifs qui viennent d'être décrits ne sont indiqués qu'à titre d'exemple non limitatif et peuvent être modifiés sans sortir du cadre de l'invention ; par exemple, dans le cas de la Fig. 7, si les appareils anti-roulis ou leurs
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organes de commande Ii'* XlX#:x.!JCu(9t présentaient de l'inertie, il y aurait lieu d'introduire dans la commande un terme de la forme d2M(t)/2,ou de combiner de toute manière utile des actions dépen- dant de l'angle et du couple de roulis.
Figure 8 représente un autre arrangement des manomètres pour la mesure de la pression. Dans la paroi du navire 35, on encastre une boite 36, fermée par une membrane 57,résistante et flexible, en acier inoxydable par exemple. Cette membrane forme une armature mobile d'un condensateur dont l'autre armature est 38, 37 est à la masse, 38 est relié à d'autres organes par un fil 40. On conçoit que la pression variable de l'eau agissant sur 37 va faire varier la capacité de ce condens ateur. Dans la boite 41, on dispose des organes électriques capables de traduire cette va riation de capacité par une indication électrique aux bornes 42.
L'avantage d'un tel dispositif,par rapport aux manomètres méca- niques usuels est d'être rigoureusement dénué d'inertie pour les variations les plus rapides de pression que l'on ait à envisager.
La boîte 36 et la membrane 37 doivent naturellement être arrangés de façon à ne pas déranger l'écoulement des filets d'eau le long de la coque du navire, pour mesurer sensiblement la pression non perturbée sur la coque.
Figure 9 indique un schéma de réalisation employant de tels
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manomètres électriques ; manomètres correspondants de chaqt bord 1 et 1'; 2 et 2'; 3 et 3', voient leurs indications comb nées dans des appareils qui sont respectivement 43, 44, 45. ces appareils sortent des indications qui sont proportionnel] aux couples exercés par l'eau sur le navire dans la région 1- 2-2', 3-3' respectivement.
Ces indications sont ajoutées dans l'appareil 46 qui délivre donc une mesure du couple M(t) exercé par la mer sur le bateau. L'appareil 47 effectue alors les opérations M(t) c d/dt M (t) etc.. désirées suivant les principes indiqués plus ha@ dt Comme on l'a dit déjà, cet organe 47 est inutile dans le cas d'un appareil anti-roulis fonctionnant pratiquement sans inei Bien entendu les couplages des manomètres entre eux par l'in médiaire d'appareils 43, 44, 45, 46, peuvent être arrangés dE toute manière différente pour conduire à une mesure du couple roulis. En outre on peut affecter de,, coefficients réglables ou moins grands les indications de chaque manomètre. La mesur de A se fait dans l'appareil 48.
Les dérivations et intégrale nécessaires se font dans l'appareil 49 et finalement le relai combine les indications venant du couple de la mer et celles nant de l'angle de roulis A, pour commander finalement l'appa anti-roulis 51.
On va décrire une variante très importante de l'invent qui comporte une grande simplification dans le réglage. On su pose dans cette réalisation que l'appareil anti-roulis est du type sensiblement dénué d'inertie. Exemple : création de jet pompe centrifuge ou autre. Il suffit donc de régler le couple anti-roulis suivant une loi
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1 0 M(t) + aA -+ b ...9A dt Mais on peut remarquer que dans M(t) la seule partie qui soit constante par rapport au temps provient de mg (r-a) A et cor@
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pond à une inclinaison permanente du bateau,, inclinaison qu'on empêche précisément en introduisant le couple de rappel a A dans le couple anti-roulis X.
Si alors on modifie légèrement les ap- pareils tels que 43, 44,45 ou encore 46 de façon à les rendre inaptes à transmettre la partie constante au cours du temps que peut comporter M(t), et si l'on appelle M,(t) l'indication trans- mise par les appareils ainsimodifiés, comme on est sûr que M, ( t ) par son caractère alternatif contribue à ramener le navire dans une position d'équilibre sensiblement verticale, on peut sup- primer le couple de rappel a A et régler le couple anti-roulis suivant la loi simplifiée X = M, (t) + b dA/dt dt Les moyens à employer pour ne pas transmettre la partie constante de la mesure du couple M(t) sont connus de l'homme de l'art, on peut par exemple intercaler en série sur la ligne où passe un courant proportionnel à M(t) une simple capacité offrant une impédance infinie au passage du courant continu,
mais choisie assez forte pour laisser passer toutes les composantes alternas tives, même les plus lentes qu'on ait à considérer, ce choix devant se faire d'autre part en prenant en considération l'impé- dance d'entrée et de sortie des appareils auxquels aboutit la ligne en question.
Dans un tel cas, il est alors inutile de mesurer A direc- tement, et il suffit de mesurer dA/dt, ce qui est possible par des dt moyens simples.
Figure 10 décrit un arrangement pour la mesure directe de ...sA : Un petit gyroscope 52 est lié au navire comme l'indique dt la Figure, de sorte qu'il ne peut plus avoir en outre du roulis du navire, qu'un mouvement de précession. A ce mouvement de pré- cession s'oppose un ressort puissant 53, les légers déplacements permis en vainquant l'effort du ressort 53, commandent au poten-
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tiomètre 54 qui fournit aux bornes 55 une tension dont la par variable est bien proportionnelle à dA . dt
Dans une réalisation basée sur ce dernier principe, et appliquée à un appareil anti-roulis sans inertie sensible, ei notamment au dispositif à pompes centrifuges ou autres créani des jets, l'arrangement de la Fig.
9 se simplifie par la sup pression de l'organe 47 et par le fait que les organes 48, 4 se réduisent au seul appareil de la Fig. 10, sans qu'aucun d : positif d'intégration ou de dérivation soit utilisé.
Il reste à préciser le nombre minimum indispensable de manomètres pour réaliser une mesure suffisamment correcte de M(t). Il est clair qu'une mesure exacte n'est pas nécessaire qu'il faut obtenir une quantité qui varie bien à peu près con le couple M(t) et, surtout, dans le même sens. Deux manomètre (un de chaque bord) dans le maître-couple sont nettement suff sants, mais quatre fournissent déjà une mesure suffisamment approchéé , et six (trois de chaque bord) donnent une mesure 1% près si la pression a une distribution sinusoïdale (par exemple) le long de la coque, c'est donc une caractéristique essentielle de l'invention de prévoir en différentes section, du navire les moyens suffisants pour mesurer le couple exercé par la mer.
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- DEVICE FOR THE STABILIZATION OF SHIPS "
The present invention relates to a device for off-ship stabilization, particularly applicable to roll damping.
It is known that any device of this type comprises on the one hand an apparatus, such as a gyroscope, a mobile weight or the like, providing the stabilizing torque, and, on the other hand, an automatic device or not, making it possible to control the value. of this couple. If we call A the ship's roll angle, 1 its moment of inertia with respect to a longitudinal axis passing through its center of gravity, M (t) the roll torque applied to the ship and X the torque stabilizer, the roll equation is written:
EMI1.1
(1) 1 d4A + X = M (t) dt2
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and the problem consists in determining the law of variation d so as to obtain a damping as complete as po of the roll.
Among the known automatic control devices, some are based on changing the direction of the roll angle A, for example by making X = KA. Now, in the value we can show a term mg (ra) A (m mass of na @ g acceleration of gravity, ra metacentric distance plays the role of a restoring torque, and equation (1) monti in these conditions, the setting X = KA can only modify the natural period of the boat.
In other devices, the control is based on the roll speed DA / dt, and consists, for example, in keeping the precession speed of a static gyroscope constant by abruptly changing its direction when dA / dt s' anm dt Assuming roughly X = K dA / dt, we see in this case from equation (1) that, while resulting in a favorable damping, the introduction of a term in dA / dt gives dt for certain laws of variation of M (t), for example in the ternent of two systems of waves, at abnormal amplitudes A likely to cause accidents.
In addition, the controls based on the angle A or the speed dA / dt require that there is already a roll so that the stabilizing influence can begin to be exerted to decrease it.
We therefore see that, in general, the commands: based on the roll angle or on its derivatives can only tituate imperfect solutions.
In another known device, it has been proposed to make X = M (t). In this case, the influence of the roll torque is eliminated, but the equation (1) of the oscillations of the navi becomes:
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d2A dt2; 0 This movement does not involve a return to a position of equilibrium. If the vessel remains tilted for several periods of swell, there will be a forced change of regime when the precession movement, in the case of a gyroscope, for example, reaches full stroke, so that the function- The anti-roll device continually tends to destroy itself.
The object of the device of the present invention is to remedy all these drawbacks; it is characterized by the fact that the apparatus supplying the stabilizing torque is provided with an automatic control device organized in such a way that this stabilizing torque consists at all times of two parts, one of which is substantially equal. and opposite to the roll torque applied to the ship, and the other of which varies as a function of the roll angle, as well as the derivatives and integrals over time of this angle.
This result is obtained according to the invention by the fact that the action exerted by the automatic control device on the apparatus supplying the stabilizing torque comprises a component which is a function of the roll torque and possibly of the derivatives and of the integral over time. of this torque, and another component which is a function of the roll angle, of the first derivative and possibly of the higher order derivative and of the integrals over time of this angle.
By way of example, two embodiments of the device forming the subject of the invention have been described below and shown in the accompanying drawing.
Figures 1, 2 and 3 schematically show the devices for measuring the rolling torque.
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Figure 4 shows the measurement of the roll angle
Figures 5 and 6 show the devices making it possible to obtain quantities proportional to the derivative and to the integral of the torque and of the roll angle.
Figure 7 shows schematically the complete control device applied to the case where the anti-roll torque: provided by reaction to the discharge of two pumps.
The principle and the advantages of the invention will be better understood by the mathematical analysis briefly exposed below of the operation of two devices providing anti-roll.
First of all, in the case of a gyroscope, we know that the anti-roll torque is given by the expression:
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JW .. @ ... dt by calling J the moment of inertia of the flywheel, W its speed is re and B the precession angle. The equation (1) above for the roll of the ship then becomes:
EMI4.2
(2) 1 µ. - ivi e aM (t) dut- dt On the other hand, the precession movement is regulated by the le
EMI4.3
(3) 1- "d 2B ..L J1. DB .L KB sy dt2 'by calling 1. the moment of inertia of the parts undergoing the precession, KB being an elastic restoring torque necessary for the precession oscillations to have place around B = 0, and Y being the torque coming from the control device and controlling the precession movement It is the value of torque Y that must be determined in order to be able to make an appropriate control device.
The calculation shows that, by eliminating B between (2) and (3) and making
Y = Yi + Y2
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with
EMI5.1
the roll equation becomes:
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(4) ll 'd4A L jWo d3A + flK (iw) 2] dA -L jWb dà a jWa, & c4 o (4) 11' r fiµ 'Il (, J'V) 2.1-- dt dt and if the coefficients c and h are sufficiently large, this equation well represents a combination of sinusoidal movements, individually damped. Under these conditions, as soon as the anti-roll device is activated, the ship tends rapidly towards the position of vertical equilibrium, whatever the irregular state of the sea.
By performing the calculation, it is verified that the anti-roll torque JW dB / dt is indeed composed of a term equal to M (t) and of dt terms comprising the angle A and the successive derivatives thereof.
With a device providing the stabilizing torque other than the gyroscope, the same result is obtained, that is to say a roll angle A governed by a linear differential equation controlling, as above, the anti-roll device by an action depending on the roll torque and the roll angle, as well as the derivatives and integrals of these two quantities.
A particularly interesting example is that where the stabilizing torque is provided by an apparatus substantially devoid of inertia, for example by reaction to the suction or discharge of pumps suitably placed on the ship, as has been recently proposed.
In this case, the stabilizing torque is controlled by the flow rate of these pumps which can be controlled without inertia.
We can then, in the equation:
EMI5.3
1 d2A + xsM (t) dt2
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EMI6.1
do X = X1 + X2 with Xl =: M (t) X2 = a dà i bà It suffices to measure the quantity M (t) + a LA + bA and horn the valves of the pumps by an action proportional to that
In the accompanying drawing, there is shown the means for measuring the torque and the roll angle, and to deduce matically the action that the control device must exei on the device providing the stabilizing torque.
Referring to Figures 1 and 2, it can be seen that the torque exerted by the sea on the vessel is measured by means of two series of manometers 1, 2, 3 and 1 ', 2', 3 'arranged on either side of the hull below the x @ ship waterline, these gauges preferably being placed at inches where the radius of curvature of the hull section deviates from the center of gravity of that section.
The pressure gauges are linked together in such a way that the actions of those of them arranged on the same side of the vessel are added, while the actions of the two together (1,2,3) = (1 ', 2', 3 ') become entrenched, thus obtaining a pressure proportional to the torque of the roll.
According to Figure 3. each of the manometers actuates the cursor of a potentiometer, each of the potentiometers 4, being provided with a source 7,8,9. The potentiometers of the same are connected in series, and the two series thus obtained are mounted in opposition, so that one finds at the terminals a voltage proportional to the couple M (t).
According to Figure 4, the roll angle A is measured, in a manner which is moreover already known, using ur, small gyroscope 12 actuating the cursor of a potentiometer supplied by a battery 14; a voltage proportional to
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angle A is collected at terminals 15,16.
Voltages proportional to A and to M (t) once obtained, the devices represented in FIGS. 5 to 7 make it possible to deduce therefrom the derivatives and the integrals and to combine these various quantities with one another. In general, the voltages proportional to A or to M (t) are each applied to the input of an amplifier, for example a screen lamp, and by placing appropriate components in the output circuit: resistors, inductors, capacitors, we obtain a voltage of the desired form. FIG. 5 represents for example the case where the sought voltage must be of the form aA + b DA / dt (or a M (t) + dt b d M (t) / dt).
To do this, connect terminals 10-11 (or 15-16) dt to input 17-18 of a screen lamp 19 ,. in the circuit-plate of which one has a resistance 20 proportional to the coefficient a and an inductor 21 proportional to h, so that one obtains at the terminals 22-23 a voltage of the desired form except for a constant term.
To obtain a component proportional to the integral over time of the measured quantity (A or M (t)), a capacitor of suitable value for the necessary digital coefficient is placed in the plate circuit of the lamp 19. The voltage across this capacitor u = q / c 1 / c # idt gives the desired value, since the plate current is proportional to the measured quantity, A or M (t) applied to the gate circuit of the lamp . Figure 6, where the plate circuit of the lamp 19 comprises a resistor 20, an inductor 21 and a capacitor 24, thus makes it possible to obtain a voltage of the form aA + b c Adt.
The DC supply voltage of the lamp 19 is supplied in this case through a saturated valve 25, or the like having a practically infinite resistance for a variable current.
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If we want to obtain a term proportional to the second derivative of the voltage applied to the input of 19, we can apply the voltage across the inductor 21, at the input of a second lamp whose plate circuit has an appropriate value choke.
Having thus obtained the various voltages which are functions of the angle A and of the torque M (t) of the roll, they are applied to a relay controlling the control member of the stabilizing torque.
For example, in the case of Figure 7, where this torque is provided by two pumps 24, 24 ', and where the anti-roll torque must be of the form M (t) + a SA- + bA; the proportional voltage, dt nel to A, supplied by the device of Figure 4, is applied to the gate of the lamp 25, the plate circuit of which comprises an inductor 26 proportional to a and a two-part resistor 27, 28 proportional to h. This resistor is divided into two parts for the following purpose: the voltage proportional to the torque M (t), provided by the device of Figure 3, is applied to the grid of a second lamp 25 ', the plate of which delivers into the resistance 28.
We thus find at terminals 29-30 a voltage of the form M (t) + a dA / dt + bA. This tensioi dt is applied to a device 31 comprising an apparatus of any suitable power controlling the valves 33, 33 'of the two pumps 24, 24'.
The device 31 is provided with a member 32 making it possible to adjust the sensitivity of the control and to modify, in particular by the play of terms which are functions of the angle of roll and of its derivatives, the natural period of the ship whose l The increase can be beneficial. This setting also makes it possible to operate the anti-roll device at constant torque, for example in the case of very hard sea where the stabilizing torque which
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can be supplied by the anti-roll device employed is less than the maximum torque exerted by the sea on the boat. It is also useful to provide two separate sensitivity settings for the components depending on the torque M (t), and those depending on the angle A.
Of course, the devices which have just been described are only given by way of non-limiting example and can be modified without departing from the scope of the invention; for example, in the case of FIG. 7, if the anti-roll devices or their
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controls Ii '* XlX #: x.! JCu (9t exhibited inertia, it would be appropriate to introduce in the control a term of the form d2M (t) / 2, or to combine in any useful way actions depending on the roll angle and torque.
Figure 8 shows another arrangement of manometers for measuring pressure. In the wall of the vessel 35, a box 36 is embedded, closed by a membrane 57, resistant and flexible, made of stainless steel for example. This membrane forms a movable armature of a capacitor, the other armature of which is 38, 37 is earthed, 38 is connected to other members by a wire 40. It is understood that the variable pressure of the water acting on 37 will vary the capacity of this condenser. In box 41, there are electrical components capable of translating this variation in capacity by an electrical indication at terminals 42.
The advantage of such a device, over conventional mechanical manometers, is that it is rigorously devoid of inertia for the fastest pressure variations that one has to consider.
The box 36 and the membrane 37 must of course be arranged so as not to disturb the flow of the streams of water along the hull of the vessel, to substantially measure the undisturbed pressure on the hull.
Figure 9 shows an embodiment diagram employing such
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electric manometers; corresponding manometers on each side 1 and 1 '; 2 and 2 '; 3 and 3 ', see their combined indications in devices which are respectively 43, 44, 45. these devices come out of the indications which are proportional] to the torques exerted by the water on the vessel in the region 1- 2-2' , 3-3 'respectively.
These indications are added to the device 46 which therefore delivers a measurement of the torque M (t) exerted by the sea on the boat. The apparatus 47 then performs the desired operations M (t) cd / dt M (t) etc. .. according to the principles indicated above ha @ dt As has already been said, this member 47 is unnecessary in the case of a anti-roll device operating practically without inei Of course the couplings of the pressure gauges between them by means of devices 43, 44, 45, 46, can be arranged in any different manner to lead to a measurement of the roll torque. In addition, adjustable or smaller coefficients can be assigned to the indications of each pressure gauge. The measurement of A is done in device 48.
The necessary derivations and integral are made in the device 49 and finally the relay combines the indications coming from the sea torque and those coming from the roll angle A, to finally control the anti-roll appa 51.
We will describe a very important variant of the invention which includes a great simplification in the adjustment. It is known in this embodiment that the anti-roll device is of the type substantially devoid of inertia. Example: creation of a centrifugal or other jet pump. It is therefore sufficient to adjust the anti-roll torque according to a law
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1 0 M (t) + aA - + b ... 9A dt But we can notice that in M (t) the only part which is constant with respect to time comes from mg (r-a) A and cor @
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pond to a permanent inclination of the boat ,, inclination which is precisely prevented by introducing the return torque a A into the anti-roll torque X.
If then we slightly modify the devices such as 43, 44, 45 or 46 so as to make them unsuitable for transmitting the constant part over time that M (t) may include, and if we call M, (t) the indication transmitted by the devices thus modified, since it is certain that M, (t) by its alternating character contributes to bringing the vessel back to a position of substantially vertical equilibrium, the torque of recall a A and adjust the anti-roll torque according to the simplified law X = M, (t) + b dA / dt dt The means to be employed in order not to transmit the constant part of the measurement of the torque M (t) are known from those skilled in the art, it is for example possible to insert in series on the line through which a current flows proportional to M (t) a simple capacitor offering an infinite impedance to the passage of direct current,
but chosen strong enough to let all the alternating components pass, even the slowest that one has to consider, this choice having to be made on the other hand by taking into consideration the input and output impedance of the devices. to which the line in question ends.
In such a case, it is then unnecessary to measure A directly, and it suffices to measure dA / dt, which is possible by simple means.
Figure 10 depicts an arrangement for the direct measurement of ... sA: A small gyroscope 52 is linked to the vessel as shown in the Figure, so that it can no longer have further roll of the vessel, than a precession movement. To this precession movement is opposed a powerful spring 53, the slight displacements allowed by overcoming the force of the spring 53, control the poten-
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tiometer 54 which supplies to the terminals 55 a voltage whose par variable is indeed proportional to dA. dt
In an embodiment based on the latter principle, and applied to an anti-roll device without appreciable inertia, ei in particular to the device with centrifugal pumps or other creating jets, the arrangement of FIG.
9 is simplified by the removal of the member 47 and by the fact that the members 48, 4 are reduced to the single apparatus of FIG. 10, without any integration or derivation d: positive being used.
It remains to specify the minimum number of manometers essential to achieve a sufficiently correct measurement of M (t). It is clear that an exact measurement is not necessary that it is necessary to obtain a quantity which varies very approximately with the couple M (t) and, above all, in the same direction. Two manometers (one on each edge) in the master torque are clearly sufficient, but four already provide a sufficiently approximate measurement, and six (three on each edge) give a measurement within 1% if the pressure has a sinusoidal distribution (for example) along the hull, it is therefore an essential characteristic of the invention to provide in different sections of the ship sufficient means to measure the torque exerted by the sea.