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Kreisel-Stabilisator für Luftfahrzeuge oder andere unstabile Körper.
Die Erfindung betrifft Kreiselstabilisatoren für Luftfahrzeuge und andere unstabile Körper, bei welchen die Präzessionsbewegung der Kreisel zur Betätigung der Steuerorgane dient. Gemäss der Erfindung ist die Schwingungsachse des Kreisels in ihrer Neigung von Hand aus vertikal verstellbar, um durch die derartig hervorgerufene Präzessionsbewegung die Steuerorgane willkürlich beeinflussen zu können.
Ferner werden gemäss der Erfindung die für die Längs-und Querstabilisierung bestimmten Kreisel derart miteinander verbunden, dass bei willkürlicher Verstellung in der einen Richtung der vom anderen Kreisel betätigte Steuerhebel zwangläufig so mitverstellt wird, dass eine Beeinflussung der Lage des Flugzeuges in der anderen Richtung nicht erfolgt. Zur Verstellung der Kardanringachsen bzw. der Steuerhebel werden selbstsperrende Schrauben benutzt.
In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung in beispielsweisen Ausführungsformen dargestellt. Fig. 1 zeigt schematisch die Einbauart der Kreisel in einem Aeroplan, sowie die Bewegungen, welche sie ausführen und die Mitteilung letzterer an die Steuerflächen, wenn Störungkräfte bestrebt sind, den Apparat in den eingezeichneten Pfeilrichtungen zu neigen. In den Fig. 2 und 3 ist eine beispielsweise Ausführungsform des automatischen Stabilisators in Vorderansicht und Grundriss dargestellt.
Fig. 4 bis 11 zeigen hiezu in grösserem Massstabe Einzelheiten zur willkürlichen Steuerung. in einem Aeroplan mit Tragilächen Tl Iöhensteuer g und beispielsweise nach dem Wrisshtschen System verziehbaren Flügelende 1, r sind zwei Kreisel A, B eingebaut (Fig. 1), deren vertikale Drehachsen a bz'. b um die horizontale Welle 1-1 bzw. 5-5 schwingbar sind, wobei die Welle 1-1 des zur Korrektur von Störungen der Längsstabilität bestimmten Kreisels in der Flugrichtung gelagert ist und die Schwingachse 5-5 des zur Regelung der Seitenstabilität dienenden Kreisels B senkrecht zur Flugrichtung verlauft und horizontal liegt.
Das Trägheitsmoment der Kreisel muss verhältnismässig gross sein, weil ihre Präzessions- bewegung die Steuer verstellen soll, derartige Kreisel haben auch eine grosse Gyralkraft, mithin den Vorzug, dass dieselben eine wesentliche Dämpfung der Schwingungen des Fahrzeuges ausüben. Die Kreisel wirken direkt ohne Hilfsmotor auf die Steuerflächen oder dgl., so dass man gegenüber der Steuerung mit Hilfsmotor das Gewicht des letzteren erspart, wodurch die durch grössere Kreisel erzeugte Mehrbelastung ausgeglichen wird, ferner die Starke und Geschwindigkeit der regelnden Wirkung von der Störungskraft abhängig sind, wobei sich dieselbe sofort an den Steuerorganen fühlbar macht, wogegen beim Hilfsmotor erst eine Schaltvorrichtung betätigt werden muss und ein Zeitraum für das Angehen des Motors erforderlich ist.
Ein weiterer Vorteil der direkten Übertragung liegt in der Unabhängigkeit der automatischen Stabilisierung von der Funktion des Antriebsmotors.
Jeder der Kreisel wirkt duroh Drahtzüge 3 bzw. 6 oder Gestänge unmittelbar auf die Stabilisierungsflächen, also im dargestellten Beispiel auf das Höhensteuer H und die verziehbaren Tragflächenenden l, r. Es wird also bei Einwirkung einer Störungakraft (Windstoss, Bewegung der Insassen usw.), welche das Fahrzeug im Sinne des Pfeiles 4 zu neigen bestrebt ist, der Kreisel A in der Richtung der in den Drahtzügen eingezeichneten Pfeile um die Achse 1-1 verschwenkt und bewegt die Drahtzüge derart, dass das Steuer H durch Vergrösserung des Einfallwinkels die Langsstabilitatsstörung ausgleicht.
In analoger Weise beeinflusst der Querstabilitätskreisel B die Drahtzüge 6 in der Richtung der eingezeichneten Pfeile, wenn eine Kraft bestrebt ist, den Apparat in. der Richtung des Pfeiles 7 zu-drehen.
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Bei Anordnung von Einzelkreiseln für die Erhaltung der Stabilität ist es erforderlich, dass im Fahrzeug stets einer für die Lingsstabilisierung und einer für die Querstabilisierung eingebaut wird, denn wenn man beispielsweise nur für die Erhaltung der Querstabilität ein Kreisel einbaut, so würde dieses auch bei Verdrehung der Fahrzeuglängsachse nach aufwärts oder abwärts, also zur unzweckmässigen Zeit auf die Querstabilisierungsflächen einwirken, weil bei einer solchen Verlegung der Fahrzeuglängsachse der Abstand zwischen der hiebei im Raume unverrückt bleibenden Kreiselachse b und einem Punkte des Fahrzeuges, an welchem die Drahtzüge geführt sind, sich vergrössert oder verkürzt, was eine Verschiebung der Drahtzüge,
also eine Betätigung der Querstabilisierungsflächen zur Folge hätte. Ebenso würde umgekehrt, die zur Erhaltung der Längsstabilität dienende Kreiseleinrichtung bei willkürlicher Verdrehung der Fahrzeugquerachse (z. B. in Kurven) eine unerwünschte Tätigkeit aufweisen. Um diese zu beheben, wird jedes Stabilisierungskreiselaggregat aus zwei gekuppelten Kreiseln zusammengesetzt oder es werden die zum Anschluss der Kreisel an die Drahtzüge dienenden Hebel oder dgl. gleichzeitig mit der willkürlichen Steuerung verstellt, wenn eine willkürliche Verlegung der vom anderen Kreisel beherrschten zweiten Achse stattfinden soll.
Vor Erläuterung der eingangs erwähnten Verstellbarkeit des zu den Drahtzügen führenden Hebels eines Stabilisierungskreisels bei willkürlicher Betätigung der anderen Steuerung sei die konstruktive Ausbildung des Stabilisators beschrieben.
Jeder der beiden Kreisel A und B (Fig. 2 und 3) für die Längsstabilität (Höhensteuerung) bzw. für die laterale Stabilisierung ist mit seiner vertikalen Achse a bzw. b in einem vertikalen Ring 9 bzw. 15 gelagert und wird beispielsweise mittels eines innerhalb des Ringes angeordneten Elektromotors in rascher Umdrehung erhalten. Die vertikalen Ringe 9 bzw. 15 sind mit Zapfen 10 bzw. 16 in je einem horizontalen Ringe 11 bzw. 17 drehbar gelagert, wobei die Zapfen 10 des Ringes 11 parallel zur Längsachse und die Zapfen 16 des Ringes 17 senkrecht zur Längsachse verlaufen.
Jeder der horizontalen Rahmen oder Ringe 11, 17 ist mit horizontalen Zapfen 12 bzw. 18 im gemeinsamen Lagerrahmen 24 gelagert, wobei diese Zapfen, soweit es sich um die automatische Stabilisierung handelt, keine Drehung vollführen, jedoch willkürlich vom Lenker aus zwecks Verschwenkung ihrer Horizontalringe verdreht werden können, wodurch eine Höhensteuerung oder eine Änderung der Seitenneigung erzielt wird. Will man nämlich die Höhenrichtung willkürlich ändern, so würde dem die Gyralkraft der Kreisel (des Kreisels A bei Höhensteuerung oder des Kreisels B bei lateialer Steuerung) entgegenwirken. Man muss daher den Winkel zwischen Kreiselachse und Flugapparat entsprechend der gewollten Höhensteuerung bzw.
Schrägsteuerung ändern können, dies vollzieht sich derart, dass sich der Flugapparat oder dgl.
(z. B. das Unterseeboot) um den im Raum durch seine Gyralkraft fixierten Kreisel dreht, wobei gleichzeitig wegen der Trägheit des Fahrzeuges der Kreisel eine Präzessionsbewegung vollführt, welche die Steuerflächen oder dgl. derart verstellt, dass sie in demselben Sinne den Flugapparat zu drehen trachten.
Zur Übertragung der um die Zapfen 10 bzw. 16 stattfindenden Präzessionsbewegung der
Kreisel A bzw. B auf die Ubertragungsmittel (z. B. Drahtzüge 3 bzw. 6) wird der Ausschlag des Vertikalringes 9 bzw. 15 mittels an demselben angeordneter Rollen R auf eine Schiene S des Bügels 13 bzw. 19 mitgeteilt. Der Krümmungsmittelpunkt dieser Schiene liegt im Schnitt- punkt der Kreiselachse mit der durch die zugehörigen Zapfen 12 bzw. 18 gelegten Horizontal- ebene, so dass die Rollen R längs der Schienen gleiten können. Die Bügel 13 bzw. 19 sind mit
Achsen 1 bzw. 5 im Rahmen 24 gelagert, auf denen die Hebel 14 bzw. 25 sitzen, welche die Draht- züge oder das Gestänge zum Höhensteuer bzw. den Seitenatabilisierungsnächen betätigen.
Diese
Hebel sind jedoch nicht fest auf ihrer Achse angeordnet, sondern fallweise um dieselbe verschwenk- bar, und zwar findet eine Verschwenkung des Hebels 14 um seine Achse 1 statt, wenn der Quer- stabilisator B um Zapfen 18 verschwenkt wird und der Hebel 25 wird um seine Achse 5 verschwenkt, wenn der Lenker eine Änderung der Höhensteuerung durch Verdrehung des Zapfens 12 vom
Kreisel A bewirken will.
Um letzteres herbeizuführen, wird vom Höhensteuerhebel (Höhensteuerrad oder dgl.) die Mutter 21, welche mit ihren Zapfen 22 in Schlitten 23 des Rahmens 24 (Fig. 3,4) geführt ist, achsial verschoben ; hiedurch findet eine Verdrehung der zu einer steilgängigen Schraube 20 aus- gebildeten Achse 12 statt, was einerseits eine Verstellung des Winkels (Anstellwinkels) zwischen
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kleiner als die Reibung und daher nicht imstande, die Schraubenmutter zu verschieben.' Da sich bei dieser Höhensteuerung die Flugmaschine auch um das Gyroskop B dreht, würde sich die relative Lage des Hebels 25 zu den Steuerorganen l,, ändern, was eine unerwünschte
Betätigung der Quersteuerung und mithin eine unbeabsichtigte seitliche Neigung des Fahr- zeuges hervorrufen würde, und um dieses zu verhindern,
wird gleichzeitig der Hebel 25 oder
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ein seine Funktion übernehmendes Organ mittels eines selbstsperrenden Schraubentriebes nicht nur vom Stabilisator B, sondern auch von der willkürlichen Steuerung beeinflussbar ausgebildet (Fig. 4). Gemäss der gezeichneten Ausführungsform ist der Hebel auf der Achse 5 zwar drehbar, aber achsial unverschiebbar gelagert, besitzt auf der Aussenseite seiner Nabe ein steiles Schraubengewinde (Fig. 9) und kann von der längs eines vierkantigen Teiles der Achse 5 geradegeführten Schraubenmutter 26 (Fig. 8) verschwenkt werden, und da diese Verschwenkung gleichzeitig mit der Drehung der Achse 12 stattfinden soll, ist es zweckmässig, die Muttern 21 und 26 miteinander achsial zu verbinden (Fig.
4, 5), wobei allerdings der Mutter 26 die unabhängige Drehbewegung gewahrt werden muss, damit sie ja auch bei automatischer Seitenstabilisierung ihren Hebel 25 verdrehen kann.
Ganz analog ist eine Einrichtung zur Änderung der seitlichen Neigung, wie sie in Kurven erforderlich ist und die der automatische Stabilisator sonst verhindern würde. Hiezu wird die
Welle 18 verdreht, und zwar mittels der auf dem gleichfalls steilgangigen Schraubenzapfen ver- schiebbaren Mutter 27, welche durch in Schlitzen des Rahmens geführte Zapfen 28 an einer Drehung gehindert ist, wobei letztere vom Lenker durch Hebel (oder Rad) verschoben werden. Auch hier muss der relativen Lageänderung zwischen Hebel 14 und Fahrzeug Rechnung getragen werden, die bei willkürlicher Änderung der Seitenneigung eintreten würde, und es sind daher gleichfalls Einrichtungen getroffen, durch welche eine Verschwenkung des Hebels 7 unabhängig von Achse 1 und Kreisel 4 herbeigeführt werden kann.
Zu diesem Zwecke sitzt der Hebel J lose drehbar, aber achsial unverrückbar auf dem runden Teil der Welle1, während der kantige
Teil dieser Welle der Mutter 29 (Fig. 3 und 10) zur Führung dient, die überdies durch die Zapfen 31 in Schlitzen des Rahmens 24 geführt wird ; da sie sich jedoch auch bei automatischer Höhen- steuerwirkung des Kreisels.. 4 drehen muss, um ihre Drehbewegung auf den Hebel 14 zu übertragen, sind die Führungszapfen 31 an einem in einer Ringnut der Mutter 29 angreifenden Ring 30 angeordnet.
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Kreiselstabilisator für Flugzeuge und andere unstabile Körper, dessen Präsessionsbewegung zum Betätigen der Steuerorgane dient, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungachse des Kreisels in ihrer Neigung von Hand aus verstellbar ist, so dass durch die beim Verstellen derselben hervorgerufene Präsessionsbewegung des Kreisels die Steuerorgane willkürlich be- einnusst werden können.