CS200876B1

CS200876B1 - Indication facility of the aircraft artificial horizon

Info

Publication number: CS200876B1
Application number: CS727078A
Authority: CS
Inventors: Miroslav Neukirchner
Original assignee: Miroslav Neukirchner
Priority date: 1978-11-08
Filing date: 1978-11-08
Publication date: 1980-10-31

Description

(54) Indikační ústrojí leteckého umělého horizontu (51) Int. Cl? G 01 C 19/32(54) Aeronautical horizon indicator (51) Int. Cl? G01C 19/32

Vynález se týká leteckého umělého horizontu, obsahujícího setrvačník se svislou osou otáčení, uložený v Kardanově závěsu, u něhož se úhlové odchylky, závislé na změnách polohy letadla vůči horizontální rovině, převádějí klikovým mechanismem na indikační část.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an aeronautical horizon comprising a flywheel with a vertical axis of rotation mounted in a Kardan hinge, in which angular deviations, dependent on changes in aircraft position relative to the horizontal plane, are converted by the crank mechanism to the indicating portion.

Umělé horizonty jsou přímo ukazující palubní přístroje založené na principu setrvačníku se svislou osou otáčení, uloženého v Kardanově závěsu se třemi stupni volnosti. Tím, že osa rotace setrvačníku je vhodným zařízením udržována stále ve svislé poloze, to je ve směru zemské tíže, zachovává vnitřní i vnější rám Kardanova závěsu svoji polohu v prostoru, které odpovídá rovina umělého horizontu. Vlastní odečítání, to je zjišťování odchylky polohy letadla za letu od roviny umělého horizontu, se provádí pomocí indikačního zařízení, obsahujícího soustavu stupnic a ukazovatelů. Indikačním ústrojím se snímá úhlová odchylka mezi osami Kardanova závěsu a osami vlastního přístroje, zamontovaného pevně v letadle, to je podélná a příčná odchylka od čáry umělého horizontu, představované butí břevnem, nebo rovníkovou či nulovou čarou na kulových, válcových či jiných sférických plochách.Artificial horizons are directly showing airborne instruments based on the principle of a flywheel with a vertical axis of rotation, mounted in a Kardan hinge with three degrees of freedom. By keeping the axis of rotation of the flywheel always in a vertical position, that is in the direction of earth's gravity, by means of a suitable device, the inner and outer frame of the Kardan hinge maintains its position in the space corresponding to the plane of the artificial horizon. The actual reading, that is to say the deviation of the aircraft's position in flight from the plane of the artificial horizon, is carried out by means of an indicating device comprising a set of scales and indicators. The indicating device senses the angular deviation between the axes of the Kardan hinge and the axes of the instrument itself mounted firmly in the aircraft, that is, the longitudinal and transverse deviation from the artificial horizon line represented by the crossbar or the equator or zero line on spherical, cylindrical or other spherical surfaces.

7,ákladnim požadavkem u náročných přístrojů je volnost náklonů v obou osách Kardanova závěsu o 360° a tím i převodů na indikační část. Dalším požadavkem je přiro200 8767, the basic requirement for demanding devices is the freedom of tilt in both axes of the Kardan hinge by 360 ° and thus the transmission to the indication part. Another requirement is naturally 876

200 870200 870

- 2 zená indikace, to je pohled na zem z letadla, představovaná linií umělého horizontu a symbolem letadla.- 2 green indication, this is a view of the ground from an airplane, represented by an artificial horizon line and an aircraft symbol.

Jiným požadavkem je vytvoření potřebného prostoru v těsné blízkosti indikačního číselníku, je-li nutno přístroj doplnit ještě dalšími vestavenými indikačními systémy, které nesmějí přesahovat zástavbový rozměr přístroje*Another requirement is to create the necessary space in close proximity to the indicator dial, if the instrument needs to be supplemented by other built-in indicating systems which must not exceed the built-in dimension of the instrument *

Stanovené požadavky řeší známé provedení indikačního ústrojí leteckého umělého horizontu, obsahující setrvačník se svislou osou otáčení, uložený v Kardanově závěsu ve vnitřním rámu neboli krabici setrvačníku, kde jeden příčný čep krabice nese ozubené kolo, které je v pravoúhlém záběru s protikolem o stejném počtu zubů. Protikolo je spojeno s klikou ovládající dvouramennou páku, která je výkyvné uložena kolem vodorovné osy v dutém čepu Kardanova závěsu. Zahnuté kratší rameno dvouramenné páky je dutým Čepem vyvedeno do vnitřku vnějšího rámu Kardanova závěsu a kinematicky spojeno s klikou protikola. Delší rameno dvouramenné páky nese horizontové břevno indikačního zařízení, pomocí kterého se odečítá úhlová odchylka na stupnici indikačního číselníku, jež je upravena na prodlouženém dutém čepu Kardanova závěsu.The stated requirements are solved by a known embodiment of an aircraft artificial horizon indicator device comprising a flywheel with a vertical axis of rotation mounted in a cardan hinge in an inner frame or flywheel box, wherein one transverse box pin carries a gear that is in orthogonal engagement with a counter-number of teeth. The counter wheel is connected to a crank operating a two-arm lever, which is pivotally mounted about a horizontal axis in the hollow pin of the Kardan hinge. The bent shorter arm of the two-arm lever is led through the hollow pin into the interior of the outer frame of the Kardan hinge and kinematically connected to the counter-crank handle. The longer arm of the two-arm lever carries the horizontal bar of the indicating device, by means of which the angular deviation on the scale of the indicating dial, which is provided on the extended hollow pin of the Kardan hinge, is read.

Nevýhodou známého provedení indikačního ústrojí je nutnost vyvedení zahnutého kratšího ramene dvouramenné páky až do vnitřku vnějšího rámu Kardanova závěsu a poměrně málo jisté výkyvné uložení dvouramenné páky, závislé na omezených možnostech daného průměru dutého čepu. Tyto okolnosti spolu s konstantní délkou kratšího ramene dvouramenné páky způsobovaly nepřesnosti v odečítání úhlových odchylek na indikátorovém čísel niku a vyznačovaly se menší rozlišovací schopností úhlových odchylek v úrovni horizontu.A disadvantage of the known embodiment of the indicating device is the necessity of extending the curved shorter arm of the two-arm lever to the interior of the outer frame of the Kardan hinge and the relatively uncertain pivoting fit of the two-arm lever, depending on the limited possibilities of a given hollow pin diameter. These circumstances, together with the constant length of the shorter arm of the two-arm lever, caused inaccuracies in the reading of the angular deviations on the niche indicator number and were characterized by a lower resolution of the angular deviations at the horizon level.

Uvedené nedostatky odstraňuje indikační ústrojí leteckého umělého horizontu podle vynálezu s pravoúhlým převodem ozubenými koly od vnitřního rámu Kardanova závěsu na dvouramennou páku spojenou s horizontovým břevnem indikačního zařízení, kde je podstatou vynálezu to, že protikolo je uvnitř vnějšího rámu Kardanova závěsu připevněno k jednomu konci hřídelky, souose otočně uložené v dutém čepu, tvořícím část předního podélného závěsu vnějšího rámu v jeho podélné ose, rovnoběžné s podélnou osou letadla, zatímco k druhému konci hřídelky, vystupujícímu ven z dutého čepu na straně opačné od vnějšího rámu dovnitř rozšířené nosné části, napojené na dutý čep, je připevněna klika, ukončená kinematickým sinusovým kloubem, který je spojen s kratším ramenem dvouramenné páky, výkyvné uložené v nosné části kolem vodorovné osy, která je kolmá na delší osu dvouramenné páky a nesoucí na svém delším rameni horizontové břevno.The aforementioned drawbacks are eliminated by the aircraft false horizon indicator device according to the invention with a rectangular gear transmission from the inner frame of the Kardan hinge to a two-arm lever connected to the horizontal bar of the indicating device. coaxially rotatably mounted in a hollow pin forming part of the longitudinal front frame hinge in its longitudinal axis parallel to the longitudinal axis of the aircraft, while the other end of the shaft extending outwardly from the hollow pin on the opposite side of the outer frame a crank is attached, terminated by a kinematic sine joint, which is connected to a shorter arm of the two-arm lever, pivotally mounted in a carrier about a horizontal axis which is perpendicular to the long axis of the two-arm lever and his long arm a horizontal crossbar.

V alternativě provedení je doplňujícím znakem podstaty vynálezu to, že kinematický sinusový kloub je tvořen kuličkou, která je připevněna na konci kliky a kluzně uložena v dráze kluzátka, upraveného na kratším rameni dvouramenné páky, přičemž rovina dráhy je proložena vodorovnou osou a delší osou a dráha je zakřivena od delší osy na obě strany směrem k vodorovné ose.In an alternative embodiment, the complementary feature of the invention is that the kinematic sinusoidal joint is formed by a ball which is fixed at the end of the crank and slidably mounted in a slide path provided on the shorter arm of the two-arm lever. it is curved from the longer axis to both sides towards the horizontal axis.

Příklad provedení vynálezu je znázorněn na připojeném výkresu, kde představujeAn exemplary embodiment of the invention is illustrated in the accompanying drawing in which: FIG

- 3 400 878 obr. 1 schematicky celé indikační ústrojí, obr. 2 jednoduché uspořádání indikační Sástl s ukažováteli, obr. 3 uspořádání indikační části s dalšími Indikačními systémy a obr. 4 schéma vlastního převodu.FIG. 1 shows a schematic view of the entire display device, FIG. 2 shows a simple arrangement of the display part with the pointers, FIG. 3 shows an arrangement of the display part with other display systems, and FIG.

Vnější rám 2 Kardanova závěsu (obr. 1) je otočně uložen ve své podélné ose 32 rovnoběžně s podélnou osou letadla v podélných závěsech 30. 31. Zadní podélný závěs 30 je tvořen zadním cepem 2 a zadním ložiskem J.Přední podélný závěs 31 je tvořen předním ložiskem 24 a dutým čepem 23. Dutý čep 23. upevněný jedním koncem na vnějším rámu 2, je druhým koncem pevně spojen s rozšířenou nosnou části 25. která je přírubovitě zakončena kulisou 27 indikačního zařízení JJ. ložiska J a 24 jsou uložena ve vlastní kostře leteckého umělého horizontu, která je pevně spojena s hmotou letadla.The outer frame 2 of the cardan hinge (Fig. 1) is rotatably mounted in its longitudinal axis 32 parallel to the longitudinal axis of the aircraft in the longitudinal hinges 30. 31. The rear longitudinal hinge 30 is formed by the rear pin 2 and the rear bearing J. The hollow bolt 23 fixed by one end to the outer frame 2 is rigidly connected to the expanded support portion 25 by the other end, which is flange-ended by a slide 27 of the indicating device 11. bearings J and 24 are housed in their own skeleton of an aircraft artificial horizon, which is firmly connected to the mass of the aircraft.

Krabicový vnitřní rám 6 Kardanova závěsu je otočně uložen v příčné ose 34 Kardanova závěsu v příčných závěsech JJ, které jsou tvořeny příčnými ložisky J, uloženými ve vnějším řásni 6,·. Ve vnitřním rámu 6 je otočně uložen setrvačník poháněný pneumaticky nebo elektricky, jehož osa £ je neznázorněným zařízením udržována stále ve svislé poloze.The box-shaped inner frame 6 of the cardan hinge is rotatably mounted in the transverse axis 34 of the cardan hinge in the transverse hinges 11, which are formed by transverse bearings J housed in the outer lash 6, ·. In the inner frame 6 there is rotatably mounted a flywheel driven pneumatically or electrically, whose axis 6 is kept in a vertical position by a device (not shown).

Na jednom příčném čepu 2 je uvnitř vnějšího rámu 2 připevněno ozubené kolo J, jsoucí v pravoúhlém záběru s protikolem 8 o stejném počtu zubů. Protikolo 8 je připevněno k jednomu konci hřídelky J, která je souose otočně uložena ve vnitřních ložiskách 10 uvnitř dutého čepu 23. Na druhém konci hřídelky J, vystupujícím ven z dutého čepu 23 na straně opačné od vnějšího rámu 2 dovnitř rozšířené nosné části 25. napojené na dutý čep 23. je připevněna klika JJ, ukončená kinematickým sinusovým kloubem.On one transverse pin 2, a toothed wheel J is mounted within the outer frame 2, being in rectangular engagement with a counter wheel 8 of the same number of teeth. The counter-wheel 8 is attached to one end of the shaft J, which is coaxially rotatably mounted in the inner bearings 10 inside the hollow pin 23. At the other end of the shaft J extending out of the hollow pin 23 on the opposite side of the outer frame 2 a crank 11 is attached to the hollow pin 23, terminated by a kinematic sine joint.

Kinematický sinusový koub je tvořen kuličkou 12. která je připevněna na konci kliky JJ a kluzně uložena v dráze 28 kluzátka JJ, upraveného na kratším rameni 38 dvouramenné páky J2» kterou prochází delší osa 29. Rovina dráhy 28 je proložena vodorovnou osou 15 a delší osou 29. Dráha 28 je zakřivena od delší osy 29 na obě strany směrem k vodorovné ose 15. Dvouramenné páka 14 je výkyvné uložena v nosné části 25 kolem vodorovné osy 15 ve vodorovných ložiskách 16. delším rameni 39 dvouramenné páky 14 je upraveno sférické horizontové břevno 21. na němž je znázorněna ěára umělého horizontu 18. Horizontové břevno 21 tvoří součást Indikačního zařízení 33.The kinematic sinusoidal joint is formed by a ball 12 which is fixed at the end of the crank 11 and slidably mounted in a slide 28 of the slide 11 provided on the shorter arm 38 of the two-arm lever 12 through which the longer axis 29 extends. 29. The track 28 is curved from the longer axis 29 to both sides towards the horizontal axis 15. The two-arm lever 14 is pivotably mounted in the support portion 25 about the horizontal axis 15 in the horizontal bearings 16. the longer arm 39 of the two-arm lever 14 has a spherical horizontal beam 21 The horizontal beam 21 forms part of the indicator device 33.

Kulička 12 s kluzátkem 13 tvoří v zásadě kinematický sinusový kloub, který umožňuje plynulé toáčení kliky 11 za současného sinusového kývání dvouramenné páky 14. Tím se rotační pohyb kliky 11 převádí na kývavý pohyb dvouramenné páky 22» přičemž se plynule mění délka kratšího ramene 38 dvouramenné páky 22· V rozsahu výkyvu kratšího ramene 38 * až o cca 70° na každou stranu od výchozí polohy se tím symetricky mění citlivost indikace výchylek od nulové polohy v rozsahu daného kvadrantu.The ball 12 with the slide 13 forms a substantially kinematic sinusoidal joint which allows the crank 11 to rotate continuously while sinusoidally swinging the two-arm lever 14. This rotates the crank movement 11 to the swinging movement of the two-arm lever 22. · In the range of the shorter arm 38 * up to approx. 70 ° to each side from the starting position, the sensitivity of the displacement indication from the zero position in the range of the quadrant changes symmetrically.

Požadavku kinematického spojení kliky 11 s dvouramennou pákou 14 při zachování sinusového průběhu výkyvů této páky 14 vyhovují i jiná provedení kinematického sinusového kloubu. Tak například může být klika 11 ukončena místo kuličkou 12 válcovým čepem, který je kluzně a výkyvné uložen v drážce provedené rovnoběžně s vodorovnou osouOther embodiments of the kinematic sine joint also satisfy the kinematic connection of the crank 11 to the two-arm lever 14 while maintaining the sinusoidal oscillation of this lever 14. For example, the crank 11 can be terminated instead of the ball 12 by a cylindrical pin which is slidably and pivotably mounted in a groove parallel to the horizontal axis

200 070200 070

- 4 35. v delší ose 22, na kratším rameni 38« Délka drážky se rovná průměru otáčení čepu kliky Jl.4 in the long axis 22, on the shorter arm 38 '

V prostoru mezi vnějším rámem J, a indikačním číselníkem 17 indikačního zařízení JJ jsou umístěna další indikační ústrojí JJ, jejichž ukazovatelé 20 lze v kombianci umístit na indikačním číselníku JJ* Jsou to například povelové ručky Stranového a i podélného b řízení, indikace přistávacího výškoměru 36 směrových o i výškových £ výchylek a podobně.In the space between the outer frame J and the indicator dial 17 of the indicator device JJ there are further indicator devices JJ whose indicators 20 can be placed on the indicator dial JJ in combination. These are for example command handles of Side ai longitudinal control, landing altimeter 36 height variations and the like.

Na indikačním číselníku 17 je vyznačena stupnice náklonu 22 s ukazovatelem náklonu 26 vytvořeným na kulise 27. Na horizontovém břevnu 21 je vyznačena čára umělého horizontu 18. Symbol letadélka 37 je vyznačen na části indikačního zařízení JJ, kterážto část je pevně spojena s kostrou leteokého umělého horizontu*On the indicator dial 17 the tilt scale 22 is shown with the tilt indicator 26 formed on the backdrop 27. On the horizontal beam 21 an artificial horizon line 18 is shown. The aircraft symbol 37 is marked on a portion of the display device 11 which is rigidly connected to the skeleton *

Vnitřní rám 6 je udržován setrvačníkem v ustálené poloze, takže příčná osa 34 je ve vodorovné poloze. Tato poloha se přenáší kinematicky ozubeným kolem J, dále protikolem £ a klikou 11 s kuličkou 12. a přes kluzátko 13 na dvouramennou páku 14. na jejímž horizontovém břevně 21 se čára umělého horizontu 18 kryje s vodorovně situovanými nosnými plochami symbolu letadélka JJ. Ukazovatel náklonu 26 ukazuje přitom nulový úhel náklonu na stupnici náklonu 22. Tato informace vyjadřuje let letadla ve vodorovné rovině.The inner frame 6 is held by the flywheel in a steady position such that the transverse axis 34 is in a horizontal position. This position is transmitted kinematically by the gear J, further by the counter wheel 8 and the crank 11 with the ball 12 and via the slide 13 to the two-arm lever 14 on whose horizontal crossbar 21 the artificial horizon line 18 coincides with the horizontally situated bearing surfaces of the aircraft symbol JJ. The tilt indicator 26 shows a zero tilt angle on the tilt scale 22. This information expresses the flight of the aircraft in a horizontal plane.

Při sklonu letadla kolem osy rovnoběžné s příčnou osou 34 se kolem této osy relativně odchýlí vnější rám J, vodorovné roviny umělého horizontu udržované vnitřním rámem £, působením gyroskopického účinku rotujícího setrvačníku. Relativní odchylka se přenese odvalením protikola 8 po stojícím ozubeném kole £. Pohyb protikola 8 se projeví pootáčením kliky 11 a tím posouváním kuličky 12 v dráze 28. Protože však kulička 12 obíhá v rovině kolmé na podélnou osu 32. zatímco delší osa 29 je ve výchozí poloze při letu letadla ve vodorovné rovině shodná s podélnou osou 32. začne se vykyvovat dvouramenná páka 14. aby se místo styku kuličky 12 s dráhou 28 dostalo do roviny obíhající kuličky 12. Horizontové břevno 21 přitom stoupá nebo klesá o úhel odpovídající sklonu letadla a v indikačním zařízení se čára umělého horizontu 18 vzdaluje rovnoběžně od nosnýoh plooh symbolu letadélka 37. Z kinematiky převodu (obr. 4) vyplývá, že největší odchylka horizontového břevna 21 nastává v oblasti úhlových odchylek při letu ve vodorovné rovině, kdy je rovina obíhající kuličky 12 nejblíže vodorovné ose 15. oož je obzvláště výhodné z hlediska vizuálního rozlišování.When the aircraft is tilted about an axis parallel to the transverse axis 34, the outer frame J, the horizontal plane of the artificial horizon maintained by the inner frame 6, deviates relatively about this axis due to the gyroscopic effect of the rotating flywheel. The relative deviation is transmitted by rolling the counter wheel 8 over the stationary gear 6. The movement of the counter wheel 8 results in a rotation of the crank 11 and thus a displacement of the ball 12 in the track 28. However, since the ball 12 orbits in a plane perpendicular to the longitudinal axis 32 while the longer axis 29 is coincident with the longitudinal axis 32. the two-arm lever 14 begins to pivot so that the point of contact of the ball 12 with the track 28 is in the plane of the orbiting ball 12. The horizontal beam 21 rises or falls by an angle corresponding to the incline of the aircraft. The transmission kinematics (FIG. 4) show that the greatest deviation of the horizontal beam 21 occurs in the area of angular deviations in flight in the horizontal plane, where the plane of the orbiting ball 12 is closest to the horizontal axis 15. This is particularly advantageous in terms of visual differentiation.

Při náklonu letadla kolem jeho podélné osy (obr. 2 a 3) se vůči letadlu relativně nakloní vnější rám J, kolem podélné osy 32. Tento náklon se přenese až na kulisu 27 a odečítá se na stupnici náklonu 22. Současně se nakloní kulisa 27. Poloha symbolu letadélka 37 vůči čáře umělého horizontu 18 potom znázorňuje polohu letadla v prostoru.When the aircraft is tilted about its longitudinal axis (Figs. 2 and 3), the outer frame J is tilted relative to the aircraft about the longitudinal axis 32. This tilt is transferred to the slide 27 and read off the tilt scale 22. At the same time the slide 27 is tilted. The position of the aircraft symbol 37 relative to the artificial horizon line 18 then illustrates the position of the aircraft in space.

Výhodou uspořádání Indikačního ústrojí podle vynálezu je symetrie výchylek horlzontového břevna od jeho výchozí polohy za letu letadla v e vodorovné rovině. Průběh těchto výchylek při stoupání i klesání letadla je stejný v obou smyeleoh pohybu le200 870 — 5 — tadla kolem příčné osy vnitřního rámu* Z tohoto uspořádání vyplývají i větší výchylky horizontového břevna kolem výchozí polohy* oož umožňuje přesnější čtení výchylek*An advantage of the arrangement of the indicator device according to the invention is the symmetry of the deviations of the horizontal beam from its initial position in flight of the aircraft in the horizontal plane. The course of these displacements during the ascent and descent of the aircraft is the same in both slides of motion le200 870 - 5 - handles around the transverse axis of the inner frame * This arrangement also results in larger displacements of the horizontal beam around the starting position * which allows more accurate reading of displacements *

Uspořádání Indikačního ústrojí podle vynálezu je zejména určeno pro letecké gyroskopioké přístroje s umělým horizontem. Je však použitelné i pro jiné přístroje s umělým horizontem a při posunutí osy rotace setrvačníku o 90° ho lze použít i pro směrové gyroskopické přístroje.The arrangement of the indicator device according to the invention is particularly intended for aeronautical gyroscopic instruments with an artificial horizon. However, it is also applicable to other instruments with an artificial horizon, and can be used for directional gyroscopic instruments by moving the flywheel axis by 90 °.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

1, an aircraft artificial horizon indicator device * comprising a flywheel with a vertical axis of rotation, housed in a cardan suspension in an inner frame, one transverse pin of which bears a gear * in orthogonal engagement with a counterpart of the same number of teeth * a lever carrying a horizontal crossbar and pivoted about a horizontal axis in the carrier * fixedly connected to the hollow pin of the front longitudinal hinge of the outer frame of the cardan joint in its longitudinal axis parallel to the longitudinal axis of the aircraft and rigidly connected to the indicator dial; (8) is mounted within the outer frame (1) of the cardan suspension to one end of the shaft (9), coaxially rotatably mounted in a hollow pin (23) forming part of the front longitudinal hinge (31) of the outer frame (1) in its longitudinal axis (32) ), parallel to the longitudinal axis of the aircraft, while to the other ko A crank (11) terminated by a kinematic sine joint is attached to the shaft (9) extending outwardly from the hollow bolt (23) on the side opposite the outer frame (1) to the inwardly extended support portion (25) connected to the hollow bolt (23). which is connected to a shorter arm (38) of the two-arm lever (14) pivotably mounted in a support portion (25) about a horizontal axis (15) that is perpendicular to the longer axis (29) of the two-arm lever (14) and the longer arm (39) of the horizontal beam (21),

Indicator device according to claim 1, characterized in that the kinematic sinusoidal joint is formed by a ball (12) which is fixed at the end of the crank (11) and slidably mounted in a slider (13) path (28) provided on the shorter arm (38). ) of a two-arm lever (14), wherein the plane of the track (28) is intersected by the horizontal axis (15) and the longer axis (29), and the track (28) is curved from the longer axis (29) to both sides towards the horizontal axis