Xreiselgerät.
Kreiselgeräte, die als Navigations-und Steuergeräte in Flugzeugen verwendet werden, enthalten einen Kreisel mit zwei Frei heitsgraden, deren einer in der Regel durch eine Federfesselung beschränkt ist. Der Kreisel ist mit seiner Umlaufachse in einem in flugzeugfesten Lagern schwenkbaren Krei- selrahmen gelagert. Die Drehachse des Rahmens, die sogenannte Präzessionsachse, ist nicht frei beweglich, sondern mittels der genannten Federn an die Nullage gefesselt. Der Kreisel spricht auf Drehgeschwindigkeiten bezw. die durch diese bedingten Drehmomente um eine zur Umlaufachse und Rahmenachse senkrechte Achse, die sogenannte Empfindlichkeitsachse, an und der dadurch bewirkte Präzessionsausschlag gibt ein Mass für die Drehgeschwindigkeit.
Zur Dämpfung der Anschläge sind in der Regel Luftdampfungsvor- richtungen vorgesehen, bei denen ein mit der Rahmenachse verbundener Tauchkolben in einem Dämpfungszylinder beweglich ist.
Bei Verwendung des Ereiselgerätes als Navigationsgerät werden die durch den Krei- sel ermittelten Drehgeschwindigkeitswerte mit Bille von Anzeigevorrichtungen durch den Aussehlag eines Anzeigegliedes abgebildet. Das Anzeigeglied steht mit der Präzes- sionsachse des Kreisels in Einstellverbindung, die in der Regel als mechanische Einstellverbindung ausgebildet ist. Zumeist ist das Anzeigeglied gegenüber der Präzessionsachse versetzt angeordnet.
Bei Kreiselwendezeigern dieser Art, bei denen die Zeigerbewegung vorzugsweise um eine zur Empfindlichkeitsachse parallele Achse, vorzugsweise im Drehsinn des wirkenden Momentes bezw. der zu messenden Drehgeschwindigkeit, erfolgt, ist die Zeigerachse gegenüber der MeBachse, das heisst also gegenüber der Präzessionsachse, unter einem vorzugsweise rechten Winkel versetzt angeordnet. Die Einstellverbindung zwischen den beiden Achsen enthält gleichzeitig ein Umlenkgetriebe zur Umsetzung der Messbewegung in eine entsprechende Zeigerbewegung.
Bei Verwendung des Kreiselgerätes als Steuergerät in selbsttätigen Steuereinrich- tungen wird durch den Kreisel ein Stellglied entsprechend den ermittelten Drehgeschwin- digkeitswerten eingestellt. Zwischen der PrÏ zessionsaehse und dem Stellglied ist dabei in der Regel eine elektrische Einstellverbindung vorgesehen. Das Stellglied kann beispiels- weise ein elektromagnetisches Drehrelais sein, das einen Eraftsehalter für eine fremde Hilfskraft betätigt.
Das Ereiselgerät arbeitet in einem Flugzeug unter Bedingungen, die, wie eingehende Untersuchungen gezeigt haben, unvermeidbare Fehlerquellen enthalten. Der Kreisel, der mit verhältnismässig grosser Drehzahl laufen muB, stellt ein schwingendes System dar.
Er ist zum Beispiel in einem Instrumentenbrett gelagert, das den in der Hauptsache durch die Triebwerksmotoren verursachten Schiittelschwingungen des Flugzeuges unterworfen ist und dabei Drehschwingungen aus- führt, die sich dem Kreisel mitteilen. Die zu messende Bewegung, nämlich die Drehbewe- gung des Flugzeuges, stellt ihrerseits ebenfalls einen Schwingungsvorgang dar, der durch den Kreisel verarbeitet und durch die die Messbewegung abbildenden Vorrichtungen in exakter Weise dargestellt werden soll. Das Kreiselme¯werk spricht indes nicht nur auf den zu messenden Schwingungsvorgang, dessen Schwingungsdauer verhältnismässig gross ist, an, sondern auch auf die vorerwähn- ten kurzzeitigen Sehwingungen.
Infolge dieser Storschwingungen werden Messwerte zur Darstellung gebracht, die vollkommen unzu treffende Angaben über den zu messenden Bewegungsvorgang enthalten und die deshalb für die Navigation und ganz besonders für die selbsttätige Steuerung von Flugzeugen unbraueuchbar sind. Eine einwandfreie Füh- rung des Flugzeuges ist deshalb mit Hilfe eines derartigen Gerätes praktisch unmöglich.
Die Erfindung befasst sich mit der Auf- gabe, die genannten Schwierigkeiten zu beheben, die bei der Verwendung eines Kreisel- gerÏtes mit einem durch den eine Drehgeschwindigkeit messenden Präzessionsausschlag des Kreisels einzustellenden Glied auftreten können. Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch erreicht, dass gemäss der Erfindung in der Einstellverbindung zwischen der Präzessionsachse des Kreisels und dem durch diesen einzustellenden Organ Siebmittel zum Aussieben von durch Ersehiitterungen des Gerätes bedingten Schwingungen des Kreisels vorgesehen sind.
Bei Verwendung mechanischer Einstellverbindungen zwischen der Präzessionsaehse des Kreisels und dem einzustellenden Organ können als mechanische Siebmittel elastische Glieder, wie z. B. Federn oder Massen oder Kombinationen aus diesen, vorgesehen sein.
Bei Verwendung elektrischer Einstellverbindungen zwischen dem Kreisel und dem einzustellenden Glied können elektrische Siebmittel, z. B. Induktivitäten, Kapazitäten oder Kombinationen aus diesen vorgesehen sein.
Zwei beispielsweise Ausführungsformen des erfindungsgemässen Kreisel gerätes sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt :
Fig. 1 ein Ausfiihrungsbeispiel mit me chanischer Einstellverbindung,
Fig. 9 ein Ausführungsbeispiel mit elektrischer Einstellverbindung.
In Fig. 1 ist mit l der Kreisel bezeichnet, der mit den Zapfen 2 der Umlaufachse in einem Rahmen 3 gelagert ist. Der Kreiselrahmen ist mit den Zapfen 4', 4"der Prazes- sionsachse zwischen den Stützen 5, 6 angeordnet. die auf einem flugzeugfesten Träger 7 befestigt sind. Die Präzessionsachse 4', 4" ist miti, els des Hel) elarmes 8 durch die an einer gerätefesten Stiitze 9 befestigten Federn 10 an die Nullage gefesselt.
Mit 11 ist das Anzeigeglied einer An zeigevorrichtung bezeichnet, das mit einer zur Präzessionsaehse senkrechten Zeigerachse 12 verbunden ist. Die Zeigerachse 12 liegt parallel zur Empfindlichkeitsachse des Kreisels, die zur Umlauf achse und Präzessionsachse senkrecht steht. Item den Präzessionsausschlag des Kreisels in eine entsprechende Zeigerbewegung umzusetzen, steht das durch den Kreisel einzustellende Anzeigeglied 11 über ein Umlenkgetriebe mit der Präzessionsachse 4', 4"mittels eines Zapfens 13 in Einstellverbindung.
Die Einstellverbindung enthält ein elastisch ausgebildetes Glied 14, das in dem ge- zeigten Ausführungsbeispiel die Form einer mehrfach gekröpften Drahtfeder besitzt. Dieses federnde Glied ist hier auf Torsion beansprucht und besitzt eine verhältnismäBig groBe wirksame Federlänge.
Der Träger 7 ist mit dem Flugzeug fest verbunden und infolgedessen den Schüttelschwingungen unterworfen, die in der Hauptsache durch die Triebwerksmotoren hervorgerufen werden. Diese Schüttelschwingungen rufen entsprechende Präzessionsausschläge des Kreisels hervor. Bei Geräten, bei denen die Präzessionsachse in der bisher üblichen Weise starr mit der Zeigerachse gekuppelt ist, werden die durch diese Störschwingungen verursachten Präzessionsausschläge auf die Zeigerachse übertragen. Es überlagern sich infolgedessen dem der zu messenden Bewe- gung entsprechenden Messwert zusätzliche Ausschläge, die von den genannten Stor- schwingungen herrühren. Der Zeigerausschlag enthält infolgedessen vollkommen unzutreffende Angaben über den zu messenden Schwingungsvorgang.
Bei dem dargestellten Kreiselwendezeiger besitzt das in der Einstellverbindung zwischen der Präzessionsachse und der Zeigerachse vorgesehene elastische Umlenkorgan eine solche wirksame Federlänge bei entsprechender Federung, daB die von den kurzzeitigen Storschwingungen des Trägers herrührenden Ausschläge des Kreisels von demselben aufgenommen und in Formänderungsarbeit umgesetzt werden und infolgedessen auf die MeBachse nicht weitergeleitet werden. Auf diese Weise werden die erwähnten Stor- schwingungen ausgesiebt, so dass nur der dem zu messenden Schwingungsvorgang entsprechende MeBwert durch den Zeigerausschlag zur Darstellung gebracht wird.
Zur Dämpfung etwaiger Zeigerschwingungen ist die Zeigerachse mit einer Dämp- fungsvorrichtung verbunden, bei der ein Drehkolben 15 in einem halbzylindrischen DämpfungsgefäB 16 angeordnet ist. Bei gün- stiger Bemessung dieser Dämpfung kann unter Umständen die sonst übliche Dämpfung des : @ardanrahmens fortfallen.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausfüh- rungsbeispiel, bei welchem gleiche Teile wie in Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, steht der Kreisel 1 mit einem Stellglied 17 in Einstellverbindung. Dieses Stellglied ist nicht näher dargestellt. Es kann beispielsweise ein elektromagnetisches Drehrelais sein, das entweder selbst ein Regelorgan be tätigt oder auf einen Eraftschalter arbeitet, der eine zur Betätigung des Regelorganes dienende fremde Hilfskraft steuert. Das Stellglied 17 ist mit der Prä. zessionsachse 4', 4"über eine elektrische Einstellverbindung gekuppelt.
Mit dem Zapfen 4"der Präzessionsachse ist ein Kontaktarm 18 verbunden, der auf einem an der Stütze 6 angeordneten Potentiometerwiderstand 19 schleift. Im Stromkreis des Stellgliedes 17 ist ein Schwingungskreis 20 angeordnet, der in bekannter Weise eine Drosselspule und einen Kondensator im gezeichneten Falle in Parallelschal- tung enthält. Dieser Schwingungskreis wirkt als Sperrkreis für die durch die kurzzeitigen Schwingungen des Kreisels verursachten Spannungs-bezw. Stromschwankungen in dem genannten Stromkreis. Mit Hilfe dieser elektrischen Siebmittel ist es möglich, die kurzzeitigen Schwingungen des Kreisels auszusieben, so daB das Stellglied 17 nur entsprechend dem zu messenden Schwingungsvorgang, nämlich entsprechend der Drehbewegung des Flugzeuges, eingestellt wird.
Die in den Ausführungsbeispielen angegebenen Siebmittel sind nur beispielsweise genannt. An Stelle der Drahtfeder kann eine entsprechende Spiralfeder oder Drehfeder mit rundem oder rechteckigem Querschnitt benutzt werden. Die elektrischen Siebmittel können durch Verwendung weiterer Drosseln und Kondensatoren entsprechend ausgebildet werden. Der Kreiselrahmen kann ein entsprechendes Trägheitsmoment erhalten, so daB dieser Rahmen selbst schon f r die kurzzei tigen Schwingungen dämpfend wirkt.
Xreiselgerät.
Gyroscopic devices that are used as navigation and control devices in aircraft contain a gyro with two degrees of freedom, one of which is usually restricted by a spring restraint. The rotating axis of the gyro is mounted in a rotating gyro frame which can be pivoted in bearings fixed to the aircraft. The axis of rotation of the frame, the so-called precession axis, is not freely movable, but tied to the zero position by means of the springs mentioned. The gyro speaks respectively on rotational speeds. the torques caused by this around an axis perpendicular to the axis of rotation and the frame axis, the so-called sensitivity axis, and the resulting precession deflection gives a measure of the rotational speed.
For damping the stops, air damping devices are generally provided, in which a plunger connected to the frame axis is movable in a damping cylinder.
When the rotary device is used as a navigation device, the rotational speed values determined by the gyro are mapped with a number of display devices through the output of a display element. The display element is in setting connection with the precision axis of the gyro, which is usually designed as a mechanical setting connection. In most cases, the display element is arranged offset with respect to the precession axis.
With gyroscopic turn indicators of this type, in which the pointer movement is preferably about an axis parallel to the axis of sensitivity, preferably in the direction of rotation of the acting moment. the rotational speed to be measured takes place, the pointer axis is offset with respect to the measurement axis, that is to say with respect to the precession axis, preferably at a right angle. The setting connection between the two axes also contains a deflection gear for converting the measuring movement into a corresponding pointer movement.
When using the gyro unit as a control unit in automatic control devices, an actuator is set by the gyro according to the determined rotational speed values. An electrical adjustment connection is generally provided between the precession axis and the actuator. The actuator can, for example, be an electromagnetic rotary relay that actuates a power switch for an external helper.
The electronic device works in an aircraft under conditions which, as detailed investigations have shown, contain unavoidable sources of error. The gyro, which has to run at a relatively high speed, represents a vibrating system.
It is mounted, for example, in an instrument panel that is subject to the aircraft's blade vibrations, which are mainly caused by the engine motors, and that executes torsional vibrations that are communicated to the top. The movement to be measured, namely the rotational movement of the aircraft, for its part also represents an oscillation process which is processed by the gyro and is to be represented in an exact manner by the devices depicting the measurement movement. However, the gyroscope not only responds to the oscillation process to be measured, the oscillation duration of which is relatively long, but also to the aforementioned brief visual oscillations.
As a result of these disturbance vibrations, measured values are displayed which contain completely inappropriate information about the movement process to be measured and which are therefore unusable for navigation and especially for the automatic control of aircraft. A perfect guidance of the aircraft is therefore practically impossible with the help of such a device.
The invention is concerned with the task of eliminating the above-mentioned difficulties which can occur when using a gyro device with a member to be set by means of the precession deflection of the gyro that measures a rotational speed. This object is achieved in that, according to the invention, sieve means are provided in the setting connection between the precession axis of the gyroscope and the organ to be set by it for sieving out vibrations of the gyroscope caused by jittering of the device.
When using mechanical adjustment connections between the precession axis of the gyro and the organ to be adjusted, elastic members, such as. B. springs or masses or combinations of these may be provided.
When using electrical adjustment connections between the gyro and the member to be adjusted, electrical screen means, e.g. B. inductors, capacitances or combinations of these can be provided.
Two example embodiments of the inventive gyro device are shown in the drawing. It shows :
1 shows an exemplary embodiment with a mechanical adjustment connection,
9 shows an exemplary embodiment with an electrical adjustment connection.
In Fig. 1, l denotes the gyro which is mounted in a frame 3 with the pin 2 of the axis of rotation. The gyro frame is arranged with the pins 4 ', 4 "of the precision axis between the supports 5, 6, which are fastened to a carrier 7 fixed to the aircraft. The precession axis 4', 4" is connected to the hel) elarmes 8 by the Springs 10 attached to a device-fixed support 9 are tied to the zero position.
At 11, the display member of a display device is referred to, which is connected to a pointer axis 12 perpendicular to the precession axis. The pointer axis 12 is parallel to the sensitivity axis of the gyro, the axis of rotation and precession axis is perpendicular. Item to convert the precession deflection of the top into a corresponding pointer movement, the display element 11 to be set by the top is in setting connection via a deflection gear with the precession axis 4 ', 4 "by means of a pin 13.
The adjustment connection contains an elastic member 14 which, in the exemplary embodiment shown, is in the form of a wire spring with multiple cranks. This resilient member is subject to torsion here and has a relatively large effective spring length.
The carrier 7 is firmly connected to the aircraft and is consequently subjected to the shaking vibrations which are mainly caused by the engine motors. These shaking vibrations cause corresponding precession deflections of the top. In devices in which the precession axis is rigidly coupled to the pointer axis in the usual manner, the precession deflections caused by these interfering vibrations are transmitted to the pointer axis. As a result, the measured value corresponding to the movement to be measured is superimposed on additional deflections that originate from the disturbance vibrations mentioned. As a result, the pointer deflection contains completely inaccurate information about the oscillation process to be measured.
In the case of the rotary index pointer shown, the elastic deflection element provided in the setting connection between the precession axis and the pointer axis has such an effective spring length with appropriate suspension that the deflections of the gyro resulting from the short-term disturbance vibrations of the carrier are absorbed by the carrier and converted into deformation work and consequently on the MeBachse are not forwarded. In this way, the disturbance vibrations mentioned are filtered out, so that only the measured value corresponding to the vibration process to be measured is displayed by the pointer deflection.
In order to damp any pointer vibrations, the pointer axis is connected to a damping device in which a rotary piston 15 is arranged in a semi-cylindrical damping vessel 16. With a favorable dimensioning of this damping, the otherwise usual damping of the: @ ardanframe can be omitted.
In the embodiment shown in FIG. 2, in which the same parts as in FIG. 1 are provided with the same reference numerals, the gyro 1 is in setting connection with an actuator 17. This actuator is not shown in detail. It can, for example, be an electromagnetic rotary relay that either operates a control element itself or operates on a force switch that controls an external auxiliary force used to operate the control element. The actuator 17 is with the pre. Assignment axis 4 ', 4 "coupled via an electrical adjustment connection.
A contact arm 18 is connected to the pin 4 ″ of the precession axis and slides on a potentiometer resistor 19 arranged on the support 6. In the circuit of the actuator 17, an oscillating circuit 20 is arranged, which in a known manner has a choke coil and a capacitor in parallel in the case shown This oscillating circuit acts as a blocking circuit for the voltage or current fluctuations in the circuit mentioned, which are caused by the brief oscillations of the gyro. With the help of these electrical screening means, it is possible to filter out the brief oscillations of the gyro so that the actuator 17 only is adjusted according to the vibration process to be measured, namely according to the rotational movement of the aircraft.
The sieve means specified in the exemplary embodiments are only mentioned as examples. Instead of the wire spring, a corresponding spiral spring or torsion spring with a round or rectangular cross-section can be used. The electrical filter means can be designed accordingly by using further chokes and capacitors. The gyro frame can receive a corresponding moment of inertia, so that this frame itself has a dampening effect on the short-term vibrations.