JPH1016882A - Fin control device - Google Patents
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- JPH1016882A JPH1016882A JP17786796A JP17786796A JPH1016882A JP H1016882 A JPH1016882 A JP H1016882A JP 17786796 A JP17786796 A JP 17786796A JP 17786796 A JP17786796 A JP 17786796A JP H1016882 A JPH1016882 A JP H1016882A
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- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、可動フィンのキャ
ビテーションを防止するフィン制御装置に関し、例えば
フィンスタビライザのフィン制御や可動フィンを備える
高速水中翼船のフィン制御に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fin control device for preventing cavitation of a movable fin, and more particularly to a fin control of a fin stabilizer and a fin control of a high-speed hydrofoil ship having a movable fin.
【0002】[0002]
【従来の技術】波浪中における船体の横揺れ防止装置と
してフィンスタビライザが知られている。これは、船体
外部に張り出した可動フィンを傾転させ、船体に沿って
流れる水流に対してフィンの迎角を生じさせることによ
り得られる揚力を波外力に対向させることで、船体の横
揺れを防止するものである。2. Description of the Related Art A fin stabilizer is known as a device for preventing a ship from rolling in waves. This means that the movable fins that protrude outside the hull are tilted, and the lift obtained by generating the angle of attack of the fins with respect to the water flow flowing along the hull is opposed to the external force. It is to prevent.
【0003】図3は、従来のフィンスタビライザの構成
を示す図である。このフィンスタビライザは、船体10
の横揺れ角速度ωH を横揺れセンサ12から、船体10
の海水に対する速力すなわち船速VH を航海用のログ等
の船速センサ13から、各々減揺制御器11に入力す
る。そして減揺制御器11において、船体10の横揺れ
角速度ωH に応じて、船体10の横揺れを防止するのに
必要なフィン揚力LD を演算する。FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a conventional fin stabilizer. This fin stabilizer has a hull 10
Of the hull 10 from the roll sensor 12
Of the seawater, that is, the ship speed VH, is input to the anti-oscillation controller 11 from a ship speed sensor 13 such as a log for navigation. Then, the fin lift LD required for preventing the hull 10 from rolling is calculated by the anti-rolling controller 11 in accordance with the rolling angular velocity ωH of the hull 10.
【0004】次に減揺制御器11において、必要なフィ
ン揚力LD と船速VH から所要のフィンの迎角αD を下
式(1)から演算し(αD =…の形式で導く)、迎角制
限器14を介してフィン駆動装置3,3へ指令フィン迎
角αD として出力する。[0004] Next, the anti-oscillation controller 11 calculates the required fin angle of attack αD from the required fin lift LD and the boat speed VH from the following equation (1) (derived in the form of αD =...). A command fin attack angle αD is output to the fin drive devices 3 and 3 via the limiter 14.
【0005】 LD =(ρ/2)VH 2 CL (αD )A …(1) CL (αD ):揚力係数,αD の関数 A:フィン面積 ρ:海水密度 フィン駆動装置3は、船が平水中を航行するときの水流
の方向にフィン1の弦が一致する方向をフィン傾転角β
F の中立位置(βF =0)として、フィン傾転角βF を
傾転角センサ(図示せず)により検出し、指令フィン迎
角αD の数値とフィン傾転角βF の数値偏差を縮小する
ようにフィン傾転角βF を修正し、ほぼαD =βF とみ
なせるようにフィン1の傾転を制御する。LD = (ρ / 2) VH 2 CL (αD) A (1) CL (αD): lift coefficient, function of αD A: fin area ρ: seawater density The direction in which the chord of the fin 1 matches the direction of the water flow when navigating
As the neutral position of F (βF = 0), the fin tilt angle βF is detected by a tilt angle sensor (not shown) to reduce the numerical deviation between the command fin attack angle αD and the fin tilt angle βF. The fin tilt angle βF is corrected to control the tilt of the fin 1 so that αD = βF.
【0006】このように指令フィン迎角αD に追従する
ようにフィン傾転角βF を制御することで、必要なフィ
ン揚力LD に追従する実フィン揚力LF を発生させ、減
揺制御器11に組み込まれた演算の意図する横揺れの低
下がほぼ達成される。As described above, by controlling the fin tilt angle βF so as to follow the command fin attack angle αD, an actual fin lift LF that follows the required fin lift LD is generated, and is incorporated in the vibration reduction controller 11. The intended reduction in roll of the calculated operation is almost achieved.
【0007】ところで、船の吃水程度の浅海中でフィン
を傾転させたとき、フィンの迎角αF が大きくなり、あ
る一定の迎角(以下臨界迎角αCRと称す)に達すると、
キャビテーションが発生するようになる。なお臨界迎角
αCRは船速(船速の関数)に依存するが、ここでは船速
VH は一定としておく。By the way, when the fin is tilted in the shallow water of about the draft of the ship, when the angle of attack αF of the fin becomes large and reaches a certain angle of attack (hereinafter referred to as critical angle of attack αCR),
Cavitation occurs. Although the critical angle of attack αCR depends on the ship speed (a function of the ship speed), here, the ship speed VH is kept constant.
【0008】図4は、フィンの迎角αF とフィンの揚力
LF との関係を示した図である。図4において、実線は
十分な深海中のフィンの迎角αF と揚力LF とのなす関
係を示している。図4において破線は、船の吃水程度の
浅海中に配置されたフィンの迎角αF と揚力LF とのな
す関係を示している。フィンの迎角αF が小さい範囲で
は、深海中と浅海中のフィンの揚力は一致しているが、
迎角αF が臨界迎角αCRを超えると浅海中の揚力LF が
深海中の揚力LF に比べて小さくなる。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the angle of attack αF of the fin and the lift LF of the fin. In FIG. 4, the solid line shows the relationship between the angle of attack αF of the fin and the lift LF in the deep sea. In FIG. 4, the broken line indicates the relationship between the angle of attack αF of the fins arranged in the shallow water of about the draft of the ship and the lift LF. In the range where the angle of attack of the fin αF is small, the lift of the fin in the deep sea and in the shallow sea is the same,
When the angle of attack αF exceeds the critical angle of attack αCR, the lift LF in shallow water becomes smaller than the lift LF in deep sea.
【0009】これは、浅海中のフィンにおいてその負圧
側側面の局所圧力が飽和水蒸気圧まで低下することによ
り、微少な水蒸気気泡から成るキャビテーションが発生
するためであり、その局所圧力が水蒸気圧以下に低下せ
ず、揚力の低下が生ずる。This is because the local pressure on the suction side of the fin in the shallow sea decreases to the saturated water vapor pressure, which causes cavitation composed of minute water vapor bubbles. The local pressure becomes lower than the water vapor pressure. It does not decrease, and a decrease in lift occurs.
【0010】したがって図4において、実線と破線の分
岐点であるP点の迎角αCRを越えて迎角αF を大きくす
ると、キャビテーションが発生することになる。発生し
た水蒸気気泡はフィン表面に沿って流下し、圧力が上昇
しはじめるときに瞬時に壊滅する。このとき発生する圧
力は、気泡の近傍では金属を壊食するのに十分な圧力に
達する。このため、フィンの損傷防止、騒音の抑制の観
点から、キャビテーションの発生を防止する必要があ
る。Accordingly, in FIG. 4, if the angle of attack αF is increased beyond the angle of attack αCR at the point P, which is the branch point between the solid line and the broken line, cavitation will occur. The generated water vapor bubbles flow down along the fin surface and are instantaneously destroyed when the pressure starts to increase. The pressure generated at this time reaches a pressure sufficient to erode the metal near the bubbles. Therefore, it is necessary to prevent the occurrence of cavitation from the viewpoint of preventing damage to the fins and suppressing noise.
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のフィン
スタビライザでは、基本的には船体の横揺れに基いて演
算した指令フィン仰角αD が臨界フィン角αCRを越えた
場合に、指令フィン仰角αD を臨界フィン角αCRに等し
く制限することでキャビテーションの発生を防止してい
る。In the above-mentioned conventional fin stabilizer, basically, when the commanded fin elevation angle αD calculated based on the roll of the hull exceeds the critical fin angle αCR, the commanded fin elevation angle αD is reduced. Cavitation is prevented from occurring by limiting the critical fin angle αCR equally.
【0012】しかし波浪中を航行する場合、波による水
粒子の運動および船体の横揺れ等による船体と海水との
相対運動が生じており、フィンに流入する水流は、平水
中を航行する場合の水流の方向であるフィン傾転角βF
が0であるときのフィンの弦の方向と、その方向が異な
ってくる。この差は応々にして臨界フィン角αCRの20
%程度になる。そしてフィンの傾転角βF とフィンの迎
角αF に上記の差だけの角度差が生じることになる。す
なわち、However, when navigating in waves, the motion of water particles due to waves and the relative motion between the hull and seawater due to the swaying of the hull occur, and the water flow flowing into the fins in the case of navigating in flat water. Fin tilt angle βF which is the direction of water flow
Is 0, the direction of the chord of the fin differs from that direction. This difference is, as the case may be, the critical fin angle αCR of 20
%. Then, an angle difference equal to the above difference occurs between the fin tilt angle βF and the fin attack angle αF. That is,
【0013】[0013]
【数1】 (Equation 1)
【0014】[0014]
【数2】 Δα:波浪中でのフィンに流入する水流の、平水中にお
ける水流の方向からの偏差(Δαは正、負、両方の値を
とる)したがって、波浪中を航行する場合においてもキ
ャビテーションの発生を防止することができるよう、指
令フィン仰角αD は例えば0.8αCR以下になるように
迎角制限器14を介して出力される。このようにして迎
角を制限することで指令揚力を制限することは、必要な
減揺揚力を確保するためにフィンの大型化、コストの増
加を招き問題になる。(Equation 2) Δα: Deviation of the water flow flowing into the fins in waves from the direction of the water flow in plain water (Δα takes both positive and negative values) Therefore, cavitation is prevented even when sailing in waves The command fin elevation angle αD is output via the elevation angle limiter 14 so as to be, for example, 0.8 αCR or less. Limiting the command lift by limiting the angle of attack in this way causes a problem in that the size of the fins increases and the cost increases in order to secure the required reduced swing lift.
【0015】このような従来の技術の問題点は、フィン
に流入する水流の方向および流速を検出する手段を備え
ないことに起因する。しかし、個々のフィン直前の水流
の流速とその方向を確実に検出する手段には、例えば流
木との衝突あるいは海生物がその表面に繁殖することな
どへの対応が必要であり、経済的な面から実用に供され
ていない。本発明の目的は、フィンに発生するキャビテ
ーションを検出することでキャビテーションを抑制する
フィン制御装置を提供することにある。[0015] Such a problem of the prior art arises from the fact that there is no means for detecting the direction and the flow velocity of the water flowing into the fin. However, means for reliably detecting the flow velocity and direction of the water flow immediately before each fin requires measures such as collision with driftwood or the propagation of marine organisms on the surface. Not in practical use. An object of the present invention is to provide a fin control device that suppresses cavitation by detecting cavitation generated in fins.
【0016】[0016]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するために、本発明のフィン制御装置は以下の如く
構成されている。 (1)本発明のフィン制御装置は、水面近傍の水中で用
いられるフィンの傾転角制御を行なうフィン制御装置で
あり、前記フィンの外板付近で発生するキャビテーショ
ンを検出するキャビテーション発生検出手段と、このキ
ャビテーション発生検出手段でキャビテーションの発生
を検出したとき、指令されたフィン角度が前記キャビテ
ーションの発生した時点のフィン角度を越える場合に、
前記指令されたフィン角度を前記キャビテーションの発
生した時点のフィン角度に維持するよう制御する制御手
段と、から構成されている。 (2)本発明のフィン制御装置は上記(1)に記載の装
置であり、かつ前記キャビテーション発生検出手段は、
前記フィンの内面に装着された超音波センサで検出され
た応力変動信号における超音波帯域信号をバンドパスフ
ィルタ処理した超音波信号の大きさに基づき、前記フィ
ンのキャビテーションの発生を検出するよう構成されて
いる。Means for Solving the Problems To solve the above problems and achieve the object, a fin control device of the present invention is configured as follows. (1) A fin control device of the present invention is a fin control device for controlling a tilt angle of a fin used in water near a water surface, and includes a cavitation occurrence detecting means for detecting cavitation occurring near an outer plate of the fin. When the cavitation occurrence detecting means detects the occurrence of cavitation, when the commanded fin angle exceeds the fin angle at the time when the cavitation occurs,
Control means for controlling the instructed fin angle to be maintained at the fin angle at the time when the cavitation occurs. (2) The fin control device of the present invention is the device described in (1) above, and the cavitation occurrence detecting means includes:
It is configured to detect the occurrence of cavitation of the fin based on the magnitude of the ultrasonic signal obtained by band-pass filtering the ultrasonic band signal in the stress fluctuation signal detected by the ultrasonic sensor mounted on the inner surface of the fin. ing.
【0017】上記手段を講じた結果、それぞれ次のよう
な作用が生じる。 (1)本発明のフィン制御装置によれば、フィンの外板
付近で発生するキャビテーションを検出し、指令された
フィン角度が前記キャビテーションが発生した時点のフ
ィン角度を越える場合、前記指令されたフィン角度を前
記キャビテーションが発生した時点のフィン角度に維持
するよう制御するので、前記キャビテーションの発生を
キャビテーション気泡が壊滅する際生じる超音波により
検出することで、キャビテーションの発生が続いている
期間に亘って、指令迎角をキャビテーションが最初に発
生したときのフィン傾転角に制限することができる。 (2)本発明のフィン制御装置によれば、前記フィンの
内面に装着された超音波センサで検出された応力変動信
号における超音波帯域信号をバンドパスフィルタ処理し
た超音波信号の大きさに基づき、前記フィンのキャビテ
ーションの発生を検出するので、フィルタ処理された超
音波信号の出力が事前に検定されたキャビテーション発
生に対応する出力を越えた場合にキャビテーションの発
生を検出することができる。As a result of taking the above-mentioned measures, the following effects are produced. (1) According to the fin control device of the present invention, cavitation generated near the outer plate of the fin is detected, and if the commanded fin angle exceeds the fin angle at the time when the cavitation occurs, the commanded fin angle is detected. Since the angle is controlled to be maintained at the fin angle at the time when the cavitation occurs, by detecting the occurrence of the cavitation by the ultrasonic wave generated when the cavitation bubbles are destroyed, over the period during which the cavitation continues , The command angle of attack can be limited to the fin tilt angle when cavitation first occurs. (2) According to the fin control device of the present invention, the ultrasonic band signal in the stress fluctuation signal detected by the ultrasonic sensor mounted on the inner surface of the fin is subjected to band-pass filtering based on the magnitude of the ultrasonic signal. In addition, since the occurrence of cavitation of the fin is detected, the occurrence of cavitation can be detected when the output of the filtered ultrasonic signal exceeds the output corresponding to the cavitation occurrence that has been verified in advance.
【0018】[0018]
【発明の実施の形態】図1の(a)は、本発明の実施の
形態に係るフィン制御装置であるフィンスタビライザを
装備した船体を示す平面図であり、図1の(b)は超音
波センサを装備したフィンの断面図である。図1の
(a)および(b)において、図4と同一な部分には同
一符号を付してある。FIG. 1A is a plan view showing a hull equipped with a fin stabilizer as a fin control device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is an ultrasonic wave. It is sectional drawing of the fin equipped with the sensor. 1A and 1B, the same parts as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals.
【0019】船体外板10の外側の海水中に張り出され
たフィン1,1は、それぞれフィン1,1に固定された
フィン軸2,2により船体内側に設置されたフィン駆動
装置3,3から回動自在に支持されている。フィン駆動
装置3は、入力した指令フィン迎角αD と現在のフィン
傾転角βF の差にほぼ比例した傾転速度でフィン軸2を
傾転させ、フィン傾転角βF の値を指令フィン迎角αD
の値に等しくするようにフィン1を傾転させる。減揺制
御器11は、横揺れセンサ12から船体の横揺れ角速度
ωH を入力するとともに、船速センサ13から船速VH
を入力し、所要のフィンの迎角αD を出力する。The fins 1, 1 protruding into the seawater outside the hull outer panel 10 are provided with fin drive devices 3, 3 installed inside the hull by fin shafts 2, 2 fixed to the fins 1, 1, respectively. And is supported rotatably. The fin drive device 3 tilts the fin shaft 2 at a tilt speed substantially proportional to the difference between the input command fin attack angle αD and the current fin tilt angle βF, and sets the value of the fin tilt angle βF to the command fin tilt angle βF. Angle αD
The fin 1 is tilted so as to be equal to the value of. The anti-rolling controller 11 inputs the roll angular velocity ωH of the hull from the roll sensor 12 and receives the ship speed VH from the boat speed sensor 13.
And outputs the required fin angle of attack αD.
【0020】本実施の形態では、減揺制御器11の出力
である指令フィン仰角αD は個々のフィン1,1に付随
するキャビテーション制御器23,23にそれぞれ伝達
される。また、新たにピエゾ圧電素子等の応力検出器で
ある超音波センサ21をフィン1の前縁に近い部分に装
着している。In the present embodiment, the command fin elevation angle αD, which is the output of the vibration reduction controller 11, is transmitted to the cavitation controllers 23, 23 associated with the individual fins 1, 1, respectively. Further, an ultrasonic sensor 21 which is a stress detector such as a piezoelectric element is newly mounted on a portion near the front edge of the fin 1.
【0021】図1の(b)は、超音波センサ21の装着
例を示しており、フィン1の弦に対して対称位置でかつ
前縁に近い部分におけるフィン1の外板20の内面に超
音波センサ21の応力検出面を接着して装備している。
フィン1の上面と下面に超音波センサ21を計二個装着
するのは、フィン1の頭上げ時のキャビテーションと頭
下げ時のキャビテーションを、それぞれキャビテーショ
ン発生位置に近い超音波センサ21により効率よく検出
するためである。FIG. 1B shows an example in which the ultrasonic sensor 21 is mounted. The ultrasonic sensor 21 is superposed on the inner surface of the outer plate 20 of the fin 1 at a position symmetrical to the chord of the fin 1 and near the front edge. The stress detection surface of the acoustic wave sensor 21 is provided by bonding.
The reason that two ultrasonic sensors 21 are mounted on the upper and lower surfaces of the fin 1 is that the cavitation when the fin 1 is raised and the cavitation when the head is lowered are efficiently detected by the ultrasonic sensor 21 close to the cavitation generating position. To do that.
【0022】超音波センサ21で検出したフィン外板2
0の応力変動信号は、対応するキャビテーション判定器
22に伝達される。キャビテーション判定器22は、応
力変動信号の数十kHzの部分をピックアップするバン
ドパスフィルタにより、入力した応力変動信号をフィル
タ処理する。次に、フィルタ処理された信号の出力が事
前に検定されたキャビテーション発生に対応する出力を
越えると、キャビテーション発生を示す信号をキャビテ
ーション判定器22からキャビテーション制御器23へ
出力するよう構成されている。Fin outer plate 2 detected by ultrasonic sensor 21
The zero stress fluctuation signal is transmitted to the corresponding cavitation determiner 22. The cavitation determiner 22 filters the input stress fluctuation signal with a band-pass filter that picks up a part at several tens of kHz of the stress fluctuation signal. Next, when the output of the filtered signal exceeds the output corresponding to the cavitation occurrence that has been verified in advance, a signal indicating the occurrence of cavitation is output from the cavitation determiner 22 to the cavitation controller 23.
【0023】キャビテーション制御器23は、キャビテ
ーション判定器22から入力するキャビテーション発生
信号およびフィン駆動装置3から入力したフィン傾転角
βFを利用し、減揺制御器11から入力する指令フィン
仰角αD に必要な制限を加えフィン駆動装置3へ出力す
る。The cavitation controller 23 uses the cavitation generation signal input from the cavitation determiner 22 and the fin tilt angle βF input from the fin drive device 3 to generate a command fin elevation angle αD input from the anti-oscillation controller 11. The signal is output to the fin drive device 3 with some restrictions.
【0024】図2は、キャビテーション制御器23の制
御手順を示すフローチャートである。以下、図2を基に
キャビテーション制御器23の制御手順を説明する。キ
ャビテーション制御器23は、まずステップS101で
減揺制御器11から指令フィン仰角αD を、またフィン
駆動装置3から実際のフィン傾転角βF を入力する。次
にステップS102で、キャビテーション判定器22か
らの入力に基づき、キャビテーションの発生の有無を判
定する。FIG. 2 is a flowchart showing a control procedure of the cavitation controller 23. Hereinafter, a control procedure of the cavitation controller 23 will be described with reference to FIG. First, the cavitation controller 23 inputs the commanded fin elevation angle αD from the vibration reduction controller 11 and the actual fin tilt angle βF from the fin drive device 3 in step S101. Next, in step S102, the presence or absence of cavitation is determined based on the input from the cavitation determination unit 22.
【0025】上記ステップS102でキャビテーション
が発生しない場合には、ステップS103で指令フィン
仰角αD をそのまま指令傾転角βD として出力する。キ
ャビテーションが発生している場合、ステップS201
で直前のタイムサイクルでキャビテーションが発生して
いた否かを判定する。前記ステップS201で直前のタ
イムステップでキャビテーションが発生していなかった
場合は、ステップS202で初めてキャビテーションが
発生したと判断し、今後維持すべきフィン傾転角βH を
現在のフィン傾転角βF に設定する。次に、ステップS
203で指令フィン傾転角βD を維持すべきフィン傾転
角βH に一致させる。If cavitation does not occur in step S102, the command fin elevation angle αD is directly output as the command tilt angle βD in step S103. If cavitation has occurred, step S201
It is determined whether or not cavitation has occurred in the immediately preceding time cycle. If cavitation has not occurred in the immediately preceding time step in step S201, it is determined in step S202 that cavitation has occurred for the first time, and the fin tilt angle βH to be maintained in the future is set to the current fin tilt angle βF. I do. Next, step S
At 203, the command fin tilt angle βD is made to coincide with the fin tilt angle βH to be maintained.
【0026】上記ステップS201で、直前のタイムス
テップでキャビテーションが発生していた場合、ステッ
プS301で指令迎角αD の大きさが維持すべきフィン
傾転角βH の大きさよりも大きいか否かを判定する。こ
こで指令フィン仰角αD の大きさの方が大きい場合は、
ステップS203で指令フィン傾転角βD は維持すべき
フィン傾転角βH に一致させる。In step S201, if cavitation has occurred in the immediately preceding time step, it is determined in step S301 whether the magnitude of the command attack angle αD is greater than the magnitude of the fin tilt angle βH to be maintained. I do. If the command fin elevation angle αD is larger,
In step S203, the command fin tilt angle βD is made to coincide with the fin tilt angle βH to be maintained.
【0027】上記ステップS301で、指令フィン仰角
αD の大きさの方が小さい場合は、ステップS103で
指令フィン傾転角βD は指令迎角αD に一致させる。そ
して一般にこのルートを通る場合には、フィン傾転角β
F の大きさが漸次縮小され、キャビテーションが発生し
ていない場合の通常の制御(ステップS102→ステッ
プS103のルート)に戻る。以上の各ケースに決定さ
れた指令フィン傾転角βD は、ステップS401におい
てフィン駆動装置3へ出力され、次いで新たなタイムサ
イクルの演算が行なわれる。If the command fin elevation angle αD is smaller in step S301, the command fin tilt angle βD is made equal to the command attack angle αD in step S103. Generally, when passing through this route, the fin tilt angle β
The control returns to the normal control (the route from step S102 to step S103) when the size of F is gradually reduced and no cavitation occurs. The command fin tilt angle βD determined in each of the above cases is output to the fin drive device 3 in step S401, and then a new time cycle is calculated.
【0028】以上のようにしてフィン1にキャビテーシ
ョンが発生していない場合には、フィン傾転角βF は指
令迎角αD に等しくなるよう、またはキャビテーション
が発生した場合には最初にキャビテーションが発生した
時点のフィン傾転角βH 以上にフィン傾転角βF が増加
しないよう制御することができる。As described above, when cavitation does not occur in the fin 1, the fin tilt angle βF is set to be equal to the command angle of attack αD, or when cavitation occurs, cavitation occurs first. Control can be performed so that the fin tilt angle βF does not increase beyond the fin tilt angle βH at the time.
【0029】本実施の形態では従来と同様、直接フィン
直近の水流の方向と流速を検出することは放棄するが、
キャビテーションの発生をキャビテーション気泡が壊滅
するときに発生する超音波で検出し、フィンの迎角αF
が臨界迎角αCRに達したことを判断するキャビテーショ
ン判定器22を有する。このキャビテーション判定器2
2によりキャビテーションの発生が検出された時点から
フィンの傾転角βF をキャビテーションの発生が検出さ
れた時点の傾転角βH に維持する制御を行なうことで、
フィン1に発生するキャビテーションを抑制することを
意図している。In the present embodiment, as in the conventional case, the detection of the direction and the flow velocity of the water flow in the immediate vicinity of the fin is abandoned.
The occurrence of cavitation is detected by ultrasonic waves generated when the cavitation bubbles collapse, and the fin's angle of attack αF
Has a cavitation determiner 22 for determining that has reached the critical angle of attack αCR. This cavitation determiner 2
By performing control to maintain the tilt angle βF of the fin from the time when the occurrence of cavitation is detected to the tilt angle βH at the time when the occurrence of cavitation is detected,
It is intended to suppress cavitation generated in the fin 1.
【0030】なお実際には、キャビテーションが発生す
ることを検出してから、フィンの傾転角をその角度に維
持するので、キャビテーションは発生しているが、図4
に示す迎角αCR近傍で発生するキャビテーションは、水
中に溶解している空気がガス化する所謂エアレーション
であり、気泡が壊滅する際の圧力も小さく、フィンの損
傷も問題とならない程度に収まるため、実用的にキャビ
テーション防止制御が行なえる。Actually, since the tilt angle of the fin is maintained at that angle after the occurrence of cavitation is detected, cavitation occurs.
The cavitation that occurs near the angle of attack αCR shown in the figure is so-called aeration in which air dissolved in water is gasified, the pressure at which bubbles are destroyed is small, and damage to the fins is small enough to be a problem, Practical cavitation prevention control can be performed.
【0031】さらに、フィン表面の材質及びフィンの構
造が改善された場合、キャビテーションが発生しても良
いので、フィンの最大揚力(図4に示すQ点)を利用す
る選択も可能になる。この場合、キャビテーションの発
生が検出された時点のフィンの傾転角βH に対して図4
のP点とQ点の迎角の差を加えた次式(4)に示す傾転
角βST βST=βH +(αST−αCR) …(4) に傾転角を制限することで、簡便な失速防止制御を行な
うことができる。Further, when the material of the fin surface and the structure of the fin are improved, cavitation may occur, so that it is possible to select using the maximum lift of the fin (point Q shown in FIG. 4). In this case, the tilt angle βH of the fin at the time when the occurrence of cavitation is detected is shown in FIG.
The tilt angle βST βST = βH + (αST−αCR) shown in the following equation (4), which is obtained by adding the difference between the angles of attack at the points P and Q: Stall prevention control can be performed.
【0032】また、実際にキャビテーションの発生を検
出して、指令フィン迎角αD がさらに大きくなる場合に
もフィン傾転角βF をキャビテーションの発生限界付近
に維持するよう制御できるため、指令フィン迎角αD を
従来の技術のように0.8αCR程度に制限する必要がな
くなり、フィンの揚力を有効に利用できることができ、
船体に装備するフィンの面積を20%程度小さくするこ
とができる。また、キャビテーションに起因するフィン
の損傷を防ぐことができる。Further, since the occurrence of cavitation is actually detected and the fin tilt angle βF can be controlled to be maintained near the cavitation occurrence limit even when the command fin attack angle αD is further increased, the command fin attack angle can be controlled. It is not necessary to limit αD to about 0.8αCR unlike the conventional technology, and the lift of the fin can be used effectively,
The area of the fin mounted on the hull can be reduced by about 20%. Further, damage to the fin due to cavitation can be prevented.
【0033】なお、本発明は上記実施の形態のみに限定
されず、要旨を変更しない範囲で適時変形して実施でき
る。 (実施の形態のまとめ)実施の形態に示された構成およ
び作用効果をまとめると次の通りである。 [1]実施の形態に示されたフィン制御装置は、フィン
スタビライザ等水面近傍の水中で用いられるフィン1の
傾転角制御を行なうフィン制御装置であり、前記フィン
1の外板20付近で発生するキャビテーションを検出す
るキャビテーション発生検出手段(22)と、このキャ
ビテーション発生検出手段(22)でキャビテーション
の発生を検出したとき、指令されたフィン角度が前記キ
ャビテーションの発生した時点のフィン角度を越える場
合に、前記指令されたフィン角度を前記キャビテーショ
ンの発生した時点のフィン角度に維持するよう制御する
制御手段(23)と、から構成されている。It should be noted that the present invention is not limited to only the above-described embodiment, and can be implemented with appropriate modifications without departing from the scope of the invention. (Summary of Embodiment) The configuration, operation and effect shown in the embodiment are summarized as follows. [1] The fin control device described in the embodiment is a fin control device that controls the tilt angle of the fin 1 used in water near the water surface such as a fin stabilizer, and is generated near the outer plate 20 of the fin 1. Cavitation occurrence detecting means (22) for detecting cavitation to occur, and when the cavitation occurrence is detected by the cavitation occurrence detecting means (22), when the commanded fin angle exceeds the fin angle at the time when the cavitation occurs. And control means (23) for controlling the fin angle instructed to be maintained at the fin angle at the time when the cavitation occurs.
【0034】このように上記フィン制御装置において
は、フィン1の外板20付近で発生するキャビテーショ
ンを検出し、指令されたフィン角度が前記キャビテーシ
ョンが発生した時点のフィン角度を越える場合、前記指
令されたフィン角度を前記キャビテーションが発生した
時点のフィン角度に維持するよう制御するので、前記キ
ャビテーションの発生をキャビテーション気泡が壊滅す
る際生じる超音波により検出することで、キャビテーシ
ョンの発生が続いている期間に亘って、指令迎角をキャ
ビテーションが最初に発生したときのフィン傾転角に制
限することができる。 [2]実施の形態に示されたフィン制御装置は上記
[1]に記載の装置であって、かつ前記キャビテーショ
ン発生検出手段(22)は、前記フィン1の内面に装着
された超音波センサ21で検出された応力変動信号にお
ける超音波帯域信号をバンドパスフィルタ処理した超音
波信号の大きさに基づき、前記フィン1のキャビテーシ
ョンの発生を検出するよう構成されている。As described above, the fin control device detects cavitation generated near the outer plate 20 of the fin 1 and, if the commanded fin angle exceeds the fin angle at the time when the cavitation occurs, the command is issued. Since the fin angle is controlled to be maintained at the fin angle at the time when the cavitation occurs, the occurrence of the cavitation is detected by ultrasonic waves generated when the cavitation bubbles are destroyed, so that the cavitation continues during the generation of the cavitation. Over time, the command angle of attack can be limited to the fin tilt angle when cavitation first occurs. [2] The fin control device described in the embodiment is the device according to the above [1], and the cavitation occurrence detecting means (22) is an ultrasonic sensor 21 mounted on the inner surface of the fin 1. It is configured to detect the occurrence of cavitation of the fin 1 based on the magnitude of the ultrasonic signal obtained by bandpass-filtering the ultrasonic band signal in the stress fluctuation signal detected in step (1).
【0035】このように上記フィン制御装置において
は、前記フィン1の内面に装着された超音波センサ21
で検出された応力変動信号における超音波帯域信号をバ
ンドパスフィルタ処理した超音波信号の大きさに基づ
き、前記フィン1のキャビテーションの発生を検出する
ので、フィルタ処理された超音波信号の出力が事前に検
定されたキャビテーション発生に対応する出力を越えた
場合にキャビテーションの発生を検出することができ
る。As described above, in the above fin control device, the ultrasonic sensor 21 mounted on the inner surface of the fin 1
The cavitation of the fins 1 is detected based on the magnitude of the ultrasonic signal obtained by band-pass filtering the ultrasonic band signal in the stress fluctuation signal detected in step (1), so that the output of the filtered ultrasonic signal is determined in advance. The cavitation can be detected when the output corresponding to the cavitation occurrence that has been tested is exceeded.
【0036】[0036]
【発明の効果】本発明によれば、フィンに発生するキャ
ビテーションを検出することでキャビテーションを抑制
するフィン制御装置を提供できる。According to the present invention, it is possible to provide a fin control device that suppresses cavitation by detecting cavitation occurring in fins.
【図1】本発明の実施の形態に係るフィン制御装置であ
るフィンスタビライザを装備した船体を示す図であり、
(a)は平面図、(b)は超音波センサを装備したフィ
ンの断面図。FIG. 1 is a diagram showing a hull equipped with a fin stabilizer that is a fin control device according to an embodiment of the present invention,
(A) is a plan view, (b) is a cross-sectional view of a fin equipped with an ultrasonic sensor.
【図2】本発明の実施の形態に係るフィン制御装置にお
けるキャビテーション制御器の制御手順を示すフローチ
ャート。FIG. 2 is a flowchart showing a control procedure of a cavitation controller in the fin control device according to the embodiment of the present invention.
【図3】従来例に係るフィンスタビライザの構成を示す
図。FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a fin stabilizer according to a conventional example.
【図4】従来例に係るフィンの迎角とフィンの揚力との
関係を示した図。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the angle of attack of a fin and the lift of the fin according to a conventional example.
1…フィン 2…フィン軸 3…フィン駆動装置 10…船体(外板) 11…減揺制御器 12…横揺れセンサ 13…船速センサ 14…迎角制限器 20…船体(外板) 21…超音波センサ 22…キャビテーション判定器 23…キャビテーション制御器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fin 2 ... Fin shaft 3 ... Fin drive device 10 ... Hull (outer plate) 11 ... Decline controller 12 ... Roll sensor 13 ... Ship speed sensor 14 ... Angle of attack limiter 20 ... Hull (outer plate) 21 ... Ultrasonic sensor 22 Cavitation judgment device 23 Cavitation controller
Claims (2)
角制御を行なうフィン制御装置であり、 前記フィンの外板付近で発生するキャビテーションを検
出するキャビテーション発生検出手段と、 このキャビテーション発生検出手段でキャビテーション
の発生を検出したとき、指令されたフィン角度が前記キ
ャビテーションの発生した時点のフィン角度を越える場
合に、前記指令されたフィン角度を前記キャビテーショ
ンの発生した時点のフィン角度に維持するよう制御する
制御手段と、 を具備したことを特徴とするフィン制御装置。1. A fin control device for controlling a tilt angle of a fin used in water near a water surface, a cavitation occurrence detecting means for detecting cavitation occurring near an outer plate of the fin, and a cavitation occurrence detecting means. When the occurrence of cavitation is detected in step (b), when the commanded fin angle exceeds the fin angle at the time of the occurrence of the cavitation, the control is performed such that the commanded fin angle is maintained at the fin angle at the time of the occurrence of the cavitation. A fin control device, comprising:
記フィンの内面に装着された超音波センサで検出された
応力変動信号における超音波帯域信号をバンドパスフィ
ルタ処理した超音波信号の大きさに基づき、前記フィン
のキャビテーションの発生を検出することを特徴とする
請求項1に記載のフィン制御装置。2. The method according to claim 1, wherein the cavitation occurrence detection means is configured to perform a band-pass filter on an ultrasonic band signal in the stress fluctuation signal detected by an ultrasonic sensor mounted on an inner surface of the fin, based on a magnitude of the ultrasonic signal. The fin control device according to claim 1, wherein occurrence of cavitation of the fin is detected.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17786796A JPH1016882A (en) | 1996-07-08 | 1996-07-08 | Fin control device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17786796A JPH1016882A (en) | 1996-07-08 | 1996-07-08 | Fin control device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1016882A true JPH1016882A (en) | 1998-01-20 |
Family
ID=16038460
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17786796A Withdrawn JPH1016882A (en) | 1996-07-08 | 1996-07-08 | Fin control device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1016882A (en) |
-
1996
- 1996-07-08 JP JP17786796A patent/JPH1016882A/en not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20031007 |