<Desc/Clms Page number 1>
Kompass.
Die Erfindung betrifft einen Kompass, der sich unter anderem insbesondere für Luftfahrzeuge eignet.
Für die Zwecke der Luftfahrt haben die bisher verw endeten Magnetkompasse mehrere Nachteile.
Der zur Aufhängung der Nadel dienende Stein wird bei den hohen Beschleunigungsdrucken in übermässiger Weise beansprucht, die zur Dämpfung verwendete Flüssigkeit bringt die Gefahr des Einfrierens mit sich ; die wie bei allen mechanischen Messinstrumenten relativ grosse Trägheit lässt die kurzzeitigen Abweichungen von der Kursriehtung etwa infolge von Böen nicht erkennen.
Demgegenüber wird entsprechend der Erfindung von der magnetischen Ablenkbarkeit von Kathoden- strahlen zur Kursrichtungsanzeige Gebrauch gemacht. Ein Kathodenstrahlkompass vermeidet alle obengenannten Nachteile, er besitzt naturgemäss keine Reibung, keine Dämpfungsflüssigkeit und keinerlei Trägheit. Ausserdem kann er in bequemer Weise als Fernkompass gebaut werden, so dass er vom Führersitz entfernt und an einem Punkte des Flugzeuges aufgestellt werden kann, an dem die vom Motor herrührenden magnetischen Störungen verschwindend klein sind.
Die im folgenden beschriebene Ausführungsform, bei welcher der Kathodenstrahl in der Richtung der Lotrechten liegt, ist besonders vorteilhaft, da die Kursanzeige dann auf einer normalen Windrose erfolgen kann. Sie ist jedoch keineswegs unumgänglich notwendig, da die oben auseinandergesetzten Vorteile des Strahlenkompasses offenbar von der Orientierung des Strahles zum Erdfeld unabhängig sind.
Für die Ablenkung a eines Kathodenstrahles in einem homogenen magnetischen Feld gilt die genäherte Beziehung
EMI1.1
"0), die Länge des Elektronenstrahles in Zentimetern, H die magnetische Feldstärke in Gauss und J1 die die Elektronen beschleunigende Spannung in Volt bedeutet.
Aus dieser Beziehung ergibt sich, dass das magnetische Erdfeld, dessen horizontale Komponente etwa 0.187 Gauss beträgt, einen Kathodenstrahl bei einer entsprechend geringen Voltgesehwindigkeit von beispielsweise 150 Volt und einer noch praktisch in Frage kommenden Strahllänge von beispielsweise 30 cm um etwa 2 cm ablenkt.
Fig. 1 diene zur Erläuterung der Wirkungsweise des Kompasses. V und O sind die Nord-und die Ostriehtung, auf der Erdoberfläche gemessen. H ist die Richtung des magnetischen Erdfeldes, seine Vertikal-und Horizontalkomponente ist Hv und Hh. Die Röhre, die in Fig. 2 nochmals besonders herausgezeichnet ist-sie ist ebenso aufgebaut wie eine Braunsche Röhre, jedoch ohne Ablenkplatten-wird mit ihrer Achse R-R in die Richtung der Vertikalen eingestellt. Um die Ablenkungsrichtung zu ermitteln, hat man bekanntlich durch die Strahlungsrichtung und die dazu senkrechte Komponente des Feldes eine Ebene zu legen, diese ist in der Fig. 1 schraffiert. Die Ablenkung erfolgt dann senkrecht zu dieser Ebene, also in der mit A bezeichneten Richtung.
Denkt man sich die Flugzeugrumpfaehse in der Richtung der Horizontalkomponente Hli liegend, fliegt das Flugzeug also nach Norden, so zeigt der Kathodenstrahl auf den mit y bezeichneten Punkt des Fluoreszenzsehirmes. Entsprechend würde bei Abweichung nach rechts vom reinen Nordkurs eine Wanderung des Fluoreszenzflecks in der mit r bezeichneten Richtung erfolgen, bei reinem Ostkurs gelangt der Fleck auf den Punkt 0.
<Desc/Clms Page number 2>
EMI2.1
Lagen des Flugzeuges in der'Richtung der Lotrechten zu halten. F ist die Rumpflängsachse des Flugzeuges. Die Gelenke G'i erlauben die Verdrehung um diese Längsachse, die Gelenke G2 um eine dazu
EMI2.2
stets in die Lage der Lotrechten eingestellt wird.
Es wird also beispielsweise bei einem unbesehleunigten
Gleitflug der sogenannte Inidinationsfehler vermieden : Der Leuchtschirm L der Röhre trägt wieder die Windrose.
Der Strahlenkompass erlaubt in einfacher Weise die Anbringung einer Fernanzeigevorriehtung.
Im Innern der Röhre kann ein Kontaktkranz angebracht werden, dessen einzelne voneinander isolierte
Kontaktstücke zu getrennten Stromkreisen gehören, in denen jeweils ein Relais liegt, das eine kleine
Signallampe betätigt. Je nach der Lage des Fluoreszenzfleckes wird ein anderes Kontaktstüek getroffen und dementsprechend ein anderes Relais erregt. Die Signallampen können wiederum auf einem Kreis angeordnet werden, so dass die Windrose nachgebildet erscheint.
Nach einem weiteren Erfindungsgedanken kann der Elektronenstrahlkompass so ausgebildet werden, dass er als Richtungsanzeiger Verwendung finden kann. Dabei soll unter Richtungsanzeiger ein Instrument verstanden werden, das die Angabe ermöglicht, welche Lage ein irgendwie orientierter Körper gegenüber der Erde einnimmt. Für Luftfahrzeuge bedeutet das : Angabe der Kursrichtung.
Angabe der Längsneigung und Angabe der Querneigung.
Solche Instrumente, die die Neigung des. Flugzeuges - (Längs- und Querneigung) anzeigen, sind bisher nur als Pendelinstrumente ausgebildet worden, die die eingangs erwähnten Nachteile aufweisen und ausserdem ist noch ein besonderer Kompass vorgesehen. Die organische Vereinigung von Neigungmesser und Kompass ist naturgemäss sehr erwünscht. Sie gibt dem Flieger die Möglichkeit, seine räum- liche Lage bzw. die Änderung dieser Lage mit einem Blick zu überschauen. Im besonderen erlaubt die getroffene Einrichtung, wie es später noch gezeigt werden wird, den Kurs als die wichtigste Angabe mit erhöhter Genauigkeit frei von. Kurvenfehlern der üblichen magnetischen Kompasse abzulesen.
Die neue Einrichtung lässt sich auf verschiedene Weise verwirklichen. Hier sei nur als Ausführungbeispiel diejenige Ausführungsform näher ins Auge gefasst, der, wie sämtlichen magnetischen Instrumenten. als Prinzip die Wirkung des magnetischen Erdfeldes zugrunde liegt. Dieses magnetische Instrument benutzt jedoch nicht die bekannte Richtwirkung auf eine Magnetnadel, sondern die an sich ebenfalls bekannte Ablenkungswirkung auf einen Kathodenstrahl. Es ist einleuchtend, dass das neue Instrument ebenso wie der Elektronenstrahlkompass gegenüber den älteren Einzelinstrumenten folgende prinzipielle Vorteile haben muss.
Geringes Gewicht, grosse konstruktive Einfachheit, Freiheit von beweglichen mechanischen Teilen, Trägheitsfreiheit. Ausserdem kann das Instrument als Fernanzeiger gebaut werden, also an einer magnetisch vom Motor ungestörten Stelle des Flugzeuges angeordnet werden. Dies kann z. B. in der Weise geschehen, dass man den Auftreffpunkt des Elektronenstrahls nicht durch einen Leuchtschirm unmittelbar sichtbar macht, sondern durch eine mit Kontakten besetzte Fläche einen Stromschluss zustande bringt. Die Möglichkeit, gegenüber dem bekannten Elektronenstrahlkompass mehr Aussagen machen zu können, ist in kombinierter Verwendung von zwei Elektronenstrahlen zu sehen. von denen jede zwei Anzeigen macht.
(Kurs doppelt angezeigt, daher besonders genau gegeben. )
Im folgenden sei zunächst auf die Überlegungen eingegangen, die die neue Anordnung zur Voraussetzung hat. Dabei wollen wir uns jedoch von vornherein auf den Spezialfall eines vertikal gerichteten Elektronenstrahles beschränken, wie er bereits bei dem eingangs beschriebenen Beispiel der Verwendung einer einzigen Elektronenstrahlröhre zur Kursanzeige vorausgesetzt wurde. Es ist das für die Überlegung und praktische Verwendung der einfachste Fall.
Würde auf einen vertikal aus einer entsprechenden Erzeugungseinrichtung heraustretenden Elektronenstrahl kein Magnetfeld wirken, so würde der Strahl genau in der Vertikalen bleiben und sein Auftreffpunkt sich auf einem senkrecht gestellten Leuehtschirm-vgl. Fig. 4 - bei A markieren. Wirkt das Erdfeld, so wird der Strahl abgelenkt. Sein Auftreffpunkt liegt jetzt ausserhalb der Achse, z. B. in R. Dreht man die Elektronenstrahlröhre um ihre vertikale Achse, so bleibt der Strahl zum Erdfeld in gleicher Lage. d. h. der Auftreffpunkt beschreibt auf dem Leuchtschirm einen Kreis um den Punkt A mit dem Radius AR. Fliegt das Flugzeug einen horizontalen Kreis, so ist also jeder Richtung des Flugzeuges ein Punkt auf dem Leuchtschirmkreis eindeutig zugeordnet.
Wir haben den bereits eingangs beschriebenen. aus einer einzigen Elektronenstrahlröhre bestehenden Elektronenstrahlkompass mit der in Fig. 5 innerhalb des Kreises dargestellten Rose vor uns, wenn die ausserhalb des Kreises angeschriebenen Buchstaben die Flugrichtungen bedeuten. Begnügt man sich damit, den Elektronenstrahl zur Kursanzeige zu benutzen. so hätte man störende, beim wirklichen Flug auftretende Schiefstellungen durch entsprechende Einrichtungen auszugleichen, d. h. dafür zu sorgen, dass die Röhre vertikal bleibt. Eine solche Einrichtung ist z. B. ein Kardangelenk, das mit einem Gewicht beschwert ist.
Während beim Elektronenstrahlkompass allein die Bewegung um die vertikale Achse interessiert. die eventuellen Bewegungen des Flugzeuges um die beiden übrigen Achsen unschädlich gemacht werden müssen, gilt für den Längsneigungsmesser entsprechendes für die in der Flugrichtung liegende Horizontalachse. Hier müssten die Bewegungen um die vertikale und Rumpflängsaehse ausgeschaltet werden.
<Desc/Clms Page number 3>
Der Auftreffpunkt des Strahles wird in diesem Falle eine andere Kurve auf dem Leuchtschirm besehreiben, u. zw. eine so gelegene Gerade, wie es Fig. 6b angibt. Entsprechend erhält man bei der Benutzung des Strahls als Querneigungsmesser eine zur oben genannten Geraden senkrecht gelegene Gerade, wie es in Fig. 6c dargestellt ist.
Fig. 6 a zeigt zur Hervorhebung der prinzipiellen Unterschiede noch einmal den Fall der Fig. 5.
Indem wie die physikalischen und geometrischen Verhältnisse betrachtet haben, die bei der Ablenkung eines entsprechenden in der Vertikalaehse verlaufenden Elektronenstrahls durch das magnetische Erdfeld bedingt sind, haben wir gefunden, wie der Elektronenstrahl zu Richtungs-, Längs-und Querneigungsanzeigen zu benutzen ist. Es bleibt noch zu überlegen, in welcher Weise man die drei Anzeigen von einem kombinierten Instrument am zweckmässigsten vornehmen lassen kann. Dazu wollen wir nicht wie bisher die Bewegung um zwei Achsen ausgleichen und so die Bewegung um eine Achse zur Anzeige bringen, sondern die Bewegung um nur eine Achse ausgleichen. In dieser Weise wird die Flugzeugbewegung um die zwei übrigen Achsen zur Anzeige gebracht.
Wir erhalten, wie es Fig. 7 zeigt, die aus den Skalen der Fig. 6 abgeleiteten Diagramme, bei denen die zwei Koordinaten je zwei verschiedene Angaben machen, nämlich (Fig. 7 a) Kursrichtung und Querneigung bei einem Flug ohne Längsneigung
EMI3.1
und Querneigung bei einem Flug ohne Kursänderung. Jedes Instrument macht jetzt eindeutig zwei Angaben. Der Versuch, von einem Instrument durch Festhaltung aller drei Achsen, d. h. starre Verbindung mit dem Flugzeug, die gewünschten drei Angaben zu erhalten, muss fehlschlagen, denn es liegt in der Natur der Sache, dass sich die drei Lagenangaben über das Flugzeug nicht eindeutig den Punkten einer nur zweifach ausgedehnten Fläche zuordnen lassen. Man muss vielmehr bei den Strahlen auf zwei Freiheitsgraden stehen bleiben.
Die Lösung der Aufgabe ist in der kombinierten Benutzung der Anordnungen nach Fig. 7 a und b zu sehen.
Betrachten wir nun eine zweckmässige Ausführungsform des nach obigen Überlegungen ausge- führten Apparates, wobei erneut betont sei, dass die Erfindung auf dieses Ausführungsbeispiel nicht beschränkt ist.
In einem Kasten, der gegebenenfalls mit Dämpfungsflüssigkeit gefüllt ist, sind zwei Elektronenstrahlrohr so gelagert, wie es Fig. 8 zeigt. Der Kasten ist derart fest in das Flugzeug eingebaut, dass die Fluoreszenzschirmebene in der Horizontalebene liegt. Durch eine optische Vorrichtung werden die
EMI3.2
in verschiedener Grösse projiziert, so dass sich das Diagramm Fig. 9 ergibt. Die Benutzung dieses Diagramms hat folgendermassen zu erfolgen : a) Kursrichtungsanzeige. Projektion der beiden Leuchtpunkt entsprechend den führenden Geraden auf den Kurskreis, der nun die Fahrtrichtung an seiner Teilung ablesen lässt. Da beide Röhren die gleichen Anzeigen machen, wird die wichtige Kursangabe besonders genau und sicher. Bei subjektiver
EMI3.3
b) Längsneigungsanzeige.
Sie ergibt sich aus der Abweichung des im äusseren Gesichtsfeld gelegenen Leuchtpunktes vom Kurskreis zunächst der Richtung nach (Steigen oder Fallen) als auch quantitativ in Bogengrad. e) Querneigungsanzeige. Sie ergibt sich aus der Abweichung des im inneren Gesichtsfeld gelegenen Leuchtpunktes vom Kurskreis zunächst der Richtung nach (Neigung nach rechts oder links), als auch
EMI3.4
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Kompass, insbesondere für Luftfahrzeuge, gekennzeichnet durch eine Kathodenstrahlröhre, in der langsame Kathodenstrahlen von einer Geschwindigkeit in der Grössenordnung 100 Volt erzeugt werden, deren Ablenkung im magnetischen Erdfeld zur Richtungsanzeige dient.