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Gerät zur Anzeige der dem Bewegungszustand entsprechenden Querlage und der Fahrtrichtung über
Grund für Luft- und Wasserfahrzeuge mit Kreiselpendel.
Gegenstand der Erfindung ist ein Gerät zur Anzeige der dem Bewegungszustand entsprechenden Querlage und der Fahrtrichtung über Grund für Luft-und Wasserfahrzeuge mit Kreiselpendel. Das Gerät bildet gleichzeitig einen Wendezeiger. (Zusätzlich.)
Es sind unvollkommene Geräte in Gestalt eines Kreiselpendels zur Lagenanzeige und zur Anzeige der Fahrtrichtung über Grund bekannt. Von diesen Geräten unterscheidet sich das Gerät nach der Erfindung dadurch, dass es gleichzeitig dem Fahrzeugführer die dem Fahrtzustand, Geradeaus-oder Kurvenfahrt, entsprechende Querlage genau anzeigt.
Das Gerät nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch zwei Kreisel mit waagrechter Drehachse, von denen der eine die Pendellage bestimmende, im Pendel selbst gelagerte Kreisel bei zwei Präzessionsfreiheitsgraden in bekannter Weise eine quer zur Fahrtrichtung liegende Drehachse und eine vertikale Päzessionsachse gegenüber dem Pendel hat und in seinen Präzessionsausschlägen entsprechend der Präzessionsgeschwindigkeit gedämpft ist, während der zweite Kreisel bei beliebiger Richtung seiner Drehachse nur eine horizontale Präzessionsachse hat und mit einer Schaltvorrichtung (16, 17) verbunden ist, die gestattet, auf die Präzessionsachse (8) des ersten Kreisels ein Korrekturmoment in bezug auf die Querlage des Fahrzeuges auszuüben.
Der Korrekturkreisel kann ausserhalb des Pendels und im Pendel selbst gelagert sein. Im letzten Falle ist es zweckmässig, seine Drehachse quer zur Fahrtrichtung zu legen. Das hat den Vorteil, dass man die Präzessionsdrücke dieses Kreisels bei Drehungen der Maschine um die Hochachse je nach seinem Drehsinn zu dem Zentrifugalmoment der Drehungen auf das Pendel addieren oder von diesem subtrahieren kann, um entsprechende Wirkungen zu erzielen.
Die Dämpfung der Präzessionsausschläge des Hauptkreisels erfolgt vorzugsweise mit Hilfe einer Anschlaggabel, die mit einer entsprechend der Präzessionsgeschwindigkeit wirkenden Dämpfungsvorrichtung, z. B. einer Flüssigkeits-, Luft-oder Wirbelstromdämpfung, gekuppelt ist. Eine derartige Anordnung gestattet dem Hauptkreisel in gewissen Grenzen freie Präzession und dämpft die darüber hinausgehende Präzession proportional ihrer Geschwindigkeit. In die Dämpfungsgabel greift ein Anschlagarm auf der Präzessionsachse des Hauptkreisels ein. Dieser Anschlagarm bildet gleichzeitig den Richtunganzeiger für die Fahrt über Grund, den Wendezeiger, und kann als Schaltorgan für automatische Steuerung des Fahrzeuges benutzt werden.
Um das Gerät als Anzeiger für die Fahrtrichtung über Grund benutzen zu können, ist eine Vorrichtung vorgesehen, die gestattet, zum Ausgleich des Einflusses der Erdrotation ein einstellbares Drehmoment auf die Präzessionsachse des Hauptkreisels auszuüben. Das Drehmoment wird zweckmässig durch eine Drehspule in einem magnetischen Felde erzeugt. Dabei können im gleichen Magnetfeld Spulen angeordnet sein, die von dem Korrekturkreisel geschaltet werden, so dass also mit der gleichen Vorrichtung auch das Korrekturmoment auf den Kreisel ausgeübt werden kann.
Auf der Zeichnung ist ein Gerät nach der Erfindung in Fig. 1 in einem Ausführungsbeispiel schaubildlich dargestellt.
Fig. 2 ist ein Schaltungsschema für die Vorrichtung zum Ausüben des Korrekturmomentes auf den Hauptkreisel.
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Angenommen,, das Gerät nach der Erfindung diene als Hilfsgerät zur Flugzeugsteuerung, dann bezeichnet der Pfeil 2 in Fig. l die Flugrichtung. Ein Rahmen 2 ist um eine waagrechte in der Flugrichtung liegende Achse 3 drehbar im Flugzeug aufgehängt. In dem Rahmen sind ein Hauptkreisel 4 und ein Korrekturkreisel gelagert. Beide Kreisel haben eine waagrechte, quer zur Flugrichtung liegende Drehachse 6 und 7.
Der Hauptkreisel 4 hat ausserdem eine senkrechte Präzessionsachse 8, so dass er im ganzen zwei Präzessionsfreiheitsgrade um diese Achse und die Pendelachse 3 hat.
Auf der Präzessionsachse 8 sitzt ein Arm 9 mit Anschlagstift 10, der in die Aussparung einer Gabel 11 hineinragt. Am äusseren Ende der Gabel 11 greift eine Rückführfeder 12 an, die die Gabel in der Mittel-
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einer Dämpfungsvorrichtung 14 verbunden, die nur von aussen gesehen dargestellt und im Ausführungsbeispiel als Flüssigkeitsbremse gedacht ist.
Der Korrekturkreisel 5 hat nur eine waagrechte, in Flugrichtung liegende Präzessionsachse 15 im Rahmen 2. Auf der Achse 15 sitzt ein Kontaktarm 16, der mit ruhenden Kontakten ? y zusammen arbeitet. Anschläge 18 begrenzen den Ausschlag des Kontaktarmes 16 und damit den Präzessionsausschlag des Korrekturkreisels 5. Ausserdem ist unmittelbar mit der Präzessionsachse 15 eine Dämpfungsvorrichtung 19 verbunden, die ebenso wie die Dämpfungsvorrichtung-M ausgebildet sein kann. Die Verbindung der Dämpfungsvorrichtung 19 mit dem Kreisel 5 kann auch in derselben Weise wie die Verbindung zwischen dem Hauptkreisel 4 und seiner Dämpfungsvorrichtung ausgebildet sein (9-13).
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Spulenpaaren 22 und 23.
Das Spulenpaar 22 dient zum Ausgleich des Einflusses der Erdrotation, das
Spulenpaar 23 wird von dem Korrekturkreisel 5 geschaltet, vergleiche das Schaltungsschema Fig. 2, in welchem die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. l verwendet sind. Ausserdem ist noch schematisch ein Sehiebekontakt 24 dargestellt, der gestattet, die Stromstärken in den Spulen 22 zu verändern.
Das beschriebene- Gerät wirkt in folgender Weiser
Bei Geradeausflug hängt das von dem Rahmen 2, den Kreiseln d und 5 und den übrigen beschrie- benen Teilen gebildete Pendel senkrecht in Richtung der Erdschwere. Weicht das Flugzeug ungewollt entweder durch eine Drehung oder durch eine Seitenverschiebung von der Fahrtrichtung über Grund ab, so entsteht ein Beschleumgungsmoment auf das PendeL Dieses Moment veranlasst eine Präzession des Kreisels 4 um die Achse 8. Ist die Abweichung von der Fahrt über Grund mit einer Drehung ver- bunden, so präzediert auch der Kreisel 5 und übt, da beim Ausführungsbeispiel beide Kreisel gegenläufig rotieren, sobald der Arm 16 gegen die Ansehläge-M stosst, ein Drehmoment auf das Pendel 2 aus, das sich zu dem Beschleunigungsdruck auf das Pendel addiert.
Bei diesen Präzessionen zeigt die Bewegung des Armes 9 dem Piloten die Abweichung von der Fahrt über Grund nach ihrer Richtung und innerhalb der durch die Gabel 11 gegebenen Bewegungsfreiheit auch nach der Grösse an, da ja der Einfluss der Erdrotation ausgeglichen ist.
Hängt beim Geradeausflug ausirgend einem Grunde das Pendel schief, so erfolgt ein Drehmoment auf das Pendel durch seine Abweichung aus der Lotrichtung. Dieses Drehmoment hat eine Präzession des Kreisels 4 zur Folge. Diese Präzession des Kreisels 4 hat dann aber, wenn der Pilot nach der Anzeige des Armes 9 steuert, oder wenn das Flugzeug durch eine, selbsttätige Steuerung betätigt wird, zur Folge, dass das Flugzeug in eine entsprechende ganz flache Kurve geht. Durch diese Drehung des Flugzeuges jedoch kommt der Kreisel 5 zur Präzession und schaltet ein Korrekturmoment ein, welches das Pendel selbsttätig in die Lotlage drückt. Das Korrekturmoment ist in der Grössenordnung so klein gewählt, dass es die Lagerreibung der Präzessionsachse 8 nur gering übersteigt.
Wird das Flugzeug absichtlich in eine Kurve gelegt, so bringt das Fliehkraftbeschleunigungs- moment auf das Pendel zusammen mit dem Präzessionsmoment des Kreisels 5 den Arm 9 mit seinem
Zapfen 10 sehr rasch zum Anschlag an der Gabel 11. Damit wird die Präzessionsfreiheit um die Achse 8 des Hauptkreisels eingeschränkt und das Pendel gibt dem kombinierten Druck der Fliehkraftbesehleuni- gung und des Präzessionsdruckes des Kreisels 5 jetzt nach und stellt sich auf die Resultierende aus Schwerkraft und Fliehkraft ein. Gleichzeitig ist der Arm 9 so weit abgewandert, dass der Pilot aus seiner Stellung den Kurvenzustand deutlich erkennen kann.
Da der Arm 9 und somit der Hauptkreisel 4 in der Gabel 11 eine gewisse Bewegungsfreiheit hat, so bleibt bei Geradeausflug das Pendel so lange im wahren Lot stehen, bis der Arm 9 an der Gabel 11 anschlägt. Infolgedessen hat der Pilot für den Geradeausflug jederzeit die Möglichkeit, sein Flugzeug nach dem Pendel auf das wahre Lot einzustellen, ohne dass ihm die Möglichkeit genommen ist, Kursabweichungen zu erkennen. Bei Kurvenflug dagegen stellt sich das Pendel infolge der Hemmung der Präzession des
Kreisels 4 durch die Gabel 11 auf das der Kurve entsprechende Scheinlot ein, so dass der Pilot wieder die Möglichkeit hat, das Flugzeug auch in der Kurve in die dem Flugzustand entsprechende richtige
Lage einzustellen, wobei jedoch wiederum die Abweichung des Armes 9 ihm den Kurvenflug kenntlich t macht.
Beim Kurvenflug spielen die Korrekturmomente des Kreisels 5 keine Rolle, weil sie gegenüber den aus den Beschleunigungsdrueken folgenden Momenten vernachlässigt werden können.