DE1111947B - Verfahren und Vorrichtung zur selbsttaetigen Hoehensteuerung eines durch Luftschrauben angetriebenen Luftfahrzeuges - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur selbsttaetigen Hoehensteuerung eines durch Luftschrauben angetriebenen Luftfahrzeuges

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DE1111947B
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signal
speed
control
altitude
aircraft
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DEB33335A
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Rudolf Ralph Seliger
Arthur Charles Diani
Raymond Isaac Meyers
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Bendix Corp
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Bendix Corp
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    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/04Control of altitude or depth
    • G05D1/06Rate of change of altitude or depth
    • G05D1/0607Rate of change of altitude or depth specially adapted for aircraft
    • G05D1/0615Rate of change of altitude or depth specially adapted for aircraft to counteract a perturbation, e.g. gust of wind
    • G05D1/0638Rate of change of altitude or depth specially adapted for aircraft to counteract a perturbation, e.g. gust of wind by combined action on the pitch and on the motors

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Description

  • Verfahren und Vorrichtung zur selbsttätigen Höhensteuerung eines durch Luftschrauben angetriebenen Luftfahrzeuges Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine darauf beruhende Vorrichtung. zur selbsttätigen Höhensteuerung eines Luftfahrzeuges, bei dem durch die Verwendung eines Steuersignals, das sowohl die Abweichung als auch vorzugsweise die Abweichungsgeschwindigkeit des Luftfahrzeuges von der vorgeschriebenen Höhe berücksichtigt, der auf das Luftfahrzeug ausgeübte Vortriebsschub geregelt wird.
  • Die einfachste Methode zur Stabilisierung der Höhe eines Flugzeuges bei Abweichungen von einer vorgeschriebenen Höhe ist die selbsttätige Steuerung des Höhenruders durch einen Servomotor, dem ein Steuersignal zugeführt wird, das der Abweichung zwischen Sollwert und Istwert der Flughöhe proportional ist. Es ist weiter bekannt, um das durch über-Kompensation hervorgerufene Pendeln des Flugzeuges zwischen zwei oberhalb und unterhalb der vorgeschriebenen Flughöhe liegenden Höhen zu vermeiden, dem Servomotor noch zusätzlich ein Signal zuzuführen, das der Höhenänderungsgeschwindigkeit, d. h. der ersten Ableitung des zweiten Fehlersignals, proportional ist.
  • Eine derartige Höhensteuerung über das Höhenruder hat jedoch einen wesentlichen Nachteil. Es ist bekannt, daß die Längsneigung eines Flugzeuges Einfluß auf die Fluggeschwindigkeit hat. Bei konstanter Motorleistung oder konstantem Vortriebsschub steigt die Fluggeschwindigkeit beim Sinkflug des Flugzeuges, und sie sinkt beim Steigflug des Flugzeuges. Die Fluggeschwindigkeit bleibt also während der Höhenkorrektur durch das Höhenruder nicht konstant. Wird z. B. das Flugzeug durch einen Abwind auf eine Höhe gedrückt, die wesentlich unter der vorgeschriebenen Höhe liegt, erteilt die selbsttätige Höhensteuerung über das Höhenruder dem Flugzeug eine Steigung, so daß seine Fluggeschwindigkeit sinkt, und zwar in extremen Fällen bis unter den minimal zulässigen Wert.
  • Eine andere bekannte Methode zur Stabilisierung der Flughöhe eines Flugzeuges beruht auf einer Stellung des Vortriebsschubes seiner Motoren. Bei gegebener Längsneigung steigt das Flugzeug, wenn man den Schub und damit die Geschwindigkeit erhöht, und es sinkt, wenn man den Schub verringert. Bei einer auf diesem Prinzip beruhenden Vorrichtung zur selbsttätigen Höhensteuerung wird das Höhenfehlersignal (vorzugsweise wieder in Verbindung mit einem der Höhenänderungsgeschwindigkeit proportionalen Signal) den Regelorganen der Motore (Drosseln) zugeführt. Ein derartiges System hat nicht die erwähnten Nachteile eines mit dem Höhenruder arbeitenden Stabilisierungssystems, da die Korrekturmanöver bei mehr oder weniger konstanter Motorleistung bzw. Fluggeschwindigkeit ausgeführt werden.
  • Diese Methode hat jedoch auch einen anderen sehr wesentlichen Nachteil. Während bei der ersten Höhenstabilisierung durch das Höhenruder sofort eine Änderung der Höhenlage eintrat, durch die das Manöver ausgelöst wurde, ist die zweite Methode sehr viel träger, da bei der Änderung des Schubes durchaus nicht sofort eine Geschwindigkeitsänderung eintritt. Die zuletzt genannte Methode ist also bei den modernen schweren Transportflugzeugen viel zu langsam, um befriedigend arbeiten zu können.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Nachteile der bisher bekannten Verfahren zur Höhenstabilisierung vermieden und ihre Vorteile dadurch kombiniert, daß das Steuersignal zur Regelung des auf das Luftfahrzeug ausgeübten Vortriebsschubes, das sowohl von der Abweichung als auch von der Abweichungsgeschwindigkeit des Luftfahrzeuges von seiner vorgeschriebenen Höhe abhängt, neben der Steuerung des Höhenruders des Luftfahrzeuges auch die Luftschraubendrehzahl und die Leistung der Triebwerke regelt. Ein Ausführungsbeispiel der selbsttätigen Höhensteuerungsvorrichtung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt Fig. 1 ein schematisches Schaubild der Gesamtanordnung, Fig.2 ein Schaltbild des Höhenrudersteuerkanals einer Flugregelanlage mit der selbsttätigen Höhensteuerungsvorrichtung, Fig. 3 ein Schaltbild der Steuerungen für die Luftschraubendrehzahl und die Brennstoffzufuhr bei einem zweimotorigen Flugzeug, Fig. 4 ein Schaltbild der Steuersignalkreise für das Höhenabweichungssignal, das Höhenänderungsgeschwindigkeitssignal und das Höhenabweichungsdauersignal sowie für das Schlußsignal und Fig. 5 ein Schaltbild der Relais und Relaiskontakte. Das vom Höhenmesser 14 (Fig. 1) kommende Höhenabweichungssignal gelangt zuerst in einen Korrekturkreis 16, den sogenannten Kupplungskreis, in dem zum Höhenabweichungssignal ein der Höhenänderungsgeschwindigkeit proportionales erstes Korrektursignal sowie ein der Höhenabweichungsdauer proportionales zweites Korrektursignal hinzugefügt werden.
  • Das korrigierte Steuersignal wird einerseits dem Steuerkanal 10 des Höhenruders und andererseits dem Steuerkanal 11 der Luftschraubendrehzahl zugeführt.
  • Im Kanal 10 wird das im Verstärker 18 verstärkte Signal dem Stellmotor 20 zugeführt, der das Höhenruder 22 auslenkt. Der Stellmotor 20 treibt Geschwindigkeitsgeneratoren 24 und 26 an, die von der Ruderverstellgeschwindigkeit und vom Ruderverstellwinkel abhängige Rückkopplungsimpulse liefert. Ein Vertikalkreisel 28 liefert ein der Längsneigung des Flugzeuges entsprechendes Signal. Diese drei Signale werden am Eingang des Verstärkers 18 dem Steuersignal zugefügt. Die Rückkopplungsspannungen gewährleisten in bekannter Weise die Proportionalität der Steuerung des Stellmotors.
  • Im Kanal 11 wird das im Verstärker 40 verstärkte Signal dem Stellmotor 42 zugeführt, der den Luftschraubendrehzahlregler 43 steuert. Der Stellmotor 42 treibt einen Geschwindigkeitsgenerator 44 an, der ein Drehzahlrückkopplungssignal liefert, sowie ebenfalls einen Generator 46, der ein der Stellung des Reglers 43 entsprechendes Signal liefert. Diese beiden Signale werden am Eingang des Verstärkers 40 mit dem Steuersignal gemischt, um in bekannter Weise die Proportionalität der Steuerung des Motors 42 zu gewährleisten.
  • Das vom Generator 46 gelieferte Reglerstellungssignal wird bei jedem der zwei Motore einem Signal entgegengeschaltet, das ein auf die Differenz zwischen dem am Motoreinlaß herrschenden Unterdruck und einem gegebenen Bezugswert ansprechender Generator 60 bzw. 61 liefert. Das auf diese Weise entstehende Differenzsignal wird im Verstärker 50 bzw. 51 verstärkt und dann einem Stellmotor 53 bzw. 52 zugeführt, der die Drosselklappe 54 bzw. 55 des zugeordneten Motors steuert. Der Motor 52 bzw. 53 treibt einen Geschwindigkeitsgenerator 56 bzw. 57 an, dessen Spannung am Eingang des Verstärkers dem Differenzsignal zugefügt wird.
  • Mit dem Generator 46 des Drehzahlreglers ist ein zusätzlicher Generator 58 verbunden, der nur dann in Tätigkeit tritt, wenn der Drehzahlregler 43 eine einer hohen Geschwindigkeit entsprechende Stellung erreicht, um dann das Ausgangssignal des Generators 46 zu vergrößern.
  • Um einen gleichmäßigen Übergang von manueller zu automatischer Betätigung des Drehzahlreglers 43 zu ermöglichen, werden die beiden Generatoren 60 bzw. 61 durch einen Motor 62 bzw. 61 ständig bezüglich ihrer Nullstellung nachgestellt.
  • Das Höhenruder 103 (Fig. 2) wird in bekannter Weise über eine elektromagnetische Kupplung 101 und ein Untersetzungsgetriebe 182 durch die Welle 180 eines umsteuerbaren Stellmotors 99 gesteuert. Dieser Stellmotor ist ein Zweiphasenmotor mit einer phasenkonstanten Wicklung 167 und einer phasenveränderlichen Wicklung 165, die von einem phasenempfindlichen Verstärker 115 gespeist wird. An den Eingangsleiter 146 dieses Verstärkers 115 wird eine Wechselspannung angelegt, die der algebraischen Summe zweier Spannungen entspricht, von denen die eine das an den Klemmen des Drehtransformators 109 erscheinende direkte Steuersignal und die andere das am Potentiometer 142 abgegriffene Rückkopplungssignal ist.
  • Das direkte Steuersignal wird mit einem Drehtransformator 105 erzeugt, dessen an eine Stromquelle angeschalteter Rotor mit der geeigneten Aufhängeachse 128 eines Vertikalkreisels 107 verbunden ist, um eine der Längsneigung des Flugzeuges entsprechende Spannung zu liefern. Jede der drei Ständerwicklungen 130 des Transformators 105 ist mit einer der drei Ständerwicklungen 134 des Transformators 109 verbunden, dessen Rotor 136 mit der Achse 110 einer Handsteuerungsvorrichtung bekannter Art verbunden ist. Falls der eine oder andere der Rotoren 131, 136 unter der Einwirkung des Kreisels bei einer Änderung der Längsneigung des Flugzeuges bzw. unter der Einwirkung der Handbetätigung aus seiner Lage verstellt wird, erscheint im Leiter 140 eine Wechselspannung, deren Amplitude und Phasenlage der Richtung und Größe des am Ruder 103 erforderlichen Ausschlages entspricht, mit dem das Flugzeug entweder in seine Ausgangsstellung zurück oder in eine neue gewünschte Trimmlage gebracht werden kann.
  • Das rückgekoppelte Steuersignal entsteht ebenfalls aus zwei Spannungen. Die eine Spannung wird vom Ständer 170 eines Generators 112 geliefert, dessen an die Stromquelle angeschlossener Rotor 174 vom Stellmotor99 angetrieben wird. Diese Spannung entspricht nach Phasenlage und Amplitude der Richtung und der Größe des tatsächlichen Ausschlags des Ruders 103. Diese Spannung ist das Lagenrückkopplungssignal. Die zweite von der Ausgangswicklung eines vom Motor 99 angetriebenen Geschwindigkeitsgenerators 1.13 gelieferte Spannung entspricht nach Phasenlage und Amplitude der Richtung und der Verstellgeschwindigkeit des Ruderausschlages. Diese Spannung ist das Geschwindigkeitsrückkopplungssignal. Das so erhaltene Gesamtrückkopplungssignal wird gegenphasig dem von den Transformatoren 105, 109 stammenden direkten Steuersignal hinzugefügt.
  • Das so entstandene Steuersignal wird an das Steuergitter 148 eines Zweistufenverstärkers 150 angelegt, dessen Ausgang parallel an die beiden Gitter einer Duotrioden-Phasendiskriminatorschaltung 151 angelegt wird. Die beiden Anoden dieses Phasendiskriminators 151 werden gegenphasig von den Enden der Sekundärwicklung eines Speisetransformators 152 gespeist. Somit ist je nach der Phasenlage der den Gittern zugeführten Steuersignale die eine oder andere Hälfte der Duotriode 151 leitend. In die beiden Anodenkreise sind Steuerwicklungen 169 eines aus zwei Transformatoren 160, 161 bestehenden Magnetverstärkers mit veränderlicher Sättigung eingeschaltet. Jeder dieser Transformatoren besitzt außer der Steuerwicklung 169 eine weitere Primärwicklung; diese weiteren Primärwicklungen sind hintereinander an eine Stromquelle angeschlossen. Die beiden Sekundärwicklungen sind in Reihe an die phasenveränderliche Wicklung 165 des Stellmotors 99 angeschlossen. Der Wicklungssinn dieser Primär- und Sekundärwicklungen ist so gewählt, daß bei gleicher Sättigung beider Kerne sich die in den Sekundärwicklungen induzierten Spannungen aufheben und die Wicklung 165 des Motors nicht gespeist wird. Die Anwesenheit eines Wechselstromsignals am Ausgang des Verstärkers 115 führt je nach Phasenlage des Signals zu einem Stromfluß in der einen oder anderen der beiden Wicklungen 169. Durch den Stromfluß nimmt die Sättigung des entsprechenden Transformatorkernes zu, und es ergibt sich eine Unsymmetrie, so daß in den Sekundärwicklungen 164 eine Spannung induziert wird, deren Phasenlage und Amplitude denen des ursprünglichen Signals entsprechen, wodurch dann der Motor 99 entsprechend angetrieben wird.
  • Die Kupplung 101 kann entgegen der Rückholfeder 190 ausgerückt werden durch Erregung eines Relais 185, dessen Anker die mit dem beweglichen Glied der Kupplung verbundene Achse 184 anzieht, die gleitend in dem Zahlenrad 183 des Untersetzungsgetriebes angeordnet ist. Die Wicklung des Relais ist über den Kontakt 188 eines Einrückschalters 189 an eine Batterie 186 angeschlossen. Eine Schnellausrückungssteuerung für Notfälle ist ebenfalls vofgesehen. Diese besteht aus einem Relais, dessen Wicklung 192 über den einen der Kontakte 188 der Hauptsteuerung und einen mit einem Druckknopf 191 betätigbaren Kontakt 190 an die Batterie 186 angeschlossen ist. Wenn dieser Druckknopf gedrückt wird, um den Kontakt zu schließen, wird bei geschlossenem Kontakt 188 das Relais 192 erregt, dessen Anker auf den Hauptschalter 189 einwirkt und den Kontakt 188 öffnet. Um den letzteren wieder zu schließen, muß erneut der Handgriff 189 betätigt werden.
  • In den Leiter 140 ist ein Kontakt 645 eingeschaltet, dem im geöffneten Zustand das Höhensteuersignal zugeführt wird.
  • Der Steuerkanal für die Drehzahl der beiden Luftschrauben eines zweimotorigen Flugzeuges (Fig.3) ist mit 200 und die den beiden Motoren entsprechenden Steuerkanäle für die Brennstoffzufuhr sind mit 201 und 202 bezeichnet.
  • Der Regler 205 der Luftschraubendrehzahl wird über einen durch die Wicklung 214 elektromagnetisch anzukoppelnden Zweiphasen-Stellmotor 209 gesteuert. Die Steuerwicklung des Motors 209 wird aus einem phasenempfindlichen Verstärker 207 gespeist, der dem bereits beschriebenen Verstärker 115 ähnlich sein kann. Der Eingang dieses Verstärkers 207 erhält ein aus der algebraischen Summe dreier Spannungen bestehendes Steuersignal. Die erste dieser drei Spannungen, die den beiden geöffneten Kontakten 646 zugeführt wird, ist das Höhensteuersignal. Die zweite Spannung ist eine der Stellung des Reglers 205 entsprechende Rückkopplungsspannung, die mit einem Potentiometer der Sekundärwicklung 219a eines Transformators 220 entnommen wird, dessen Primärwicklung durch einen Drehtransformator 213 gespeist wird, wobei der Rotor mit dem Regler 205 über eine elektromagnetisch gesteuerte Kupplung 216-218 verbunden ist. Die dritte Spannung ist dem Eingang eines durch den Motor 209 angetriebenen Geschwindigkeitsgenerators 211 entnommen. Außerdem erlaubt das Schließen eines Kontaktes 670 dem Eingang des Verstärkers über einen Transformator 210, eine der Stromquelle entnommene Wechselspannung zu liefern, falls insbesondere beim Versagen eines der beiden Flugmotore eine Vergrößerung der Luftschraubendrehzahl notwendig wird.
  • Die zweite Sekundärwicklung 221 des Transformators 220 entwickelt am Leiter 223 eine der Verstellung des Reglers 205 für Luftschraubendrehzahl proportionale Spannung. Außerdem wird, sobald der Regler 205 eine Stellung erreicht hat, die einer genügend großen Luftschraubendrehzahl entspricht, ein zweiter Drehtransformator 215 durch Einrücken einer Kupplung 285 mitbewegt, deren Steuerwicklung 286 durch den Regler 205 Spannung angelegt wird. Die Erregung der Kupplung 285 erfolgt durch Schließen des Kontaktes E-633 sobald der Regler 205 eine vorbestimmte Stellung erreicht hat. Danach liefert der Stator 289 des Drehtransformators 215 eine zusätzliche Spannung, die über den Kupplungstransformator 291 in Reihe mit der von der Sekundärwicklung 221 gelieferten Spannung eingespeist wird. Der Grund dieser Anordnung liegt darin, daß das optimale Verhältnis zwischen der Luftschraubendrehzahl und dem Ansaugdruck der Motore in Abhängigkeit von der Luftschraubendrehzahl überproportional anwächst. Für kleine Drehzahlen ist die Abweichung vernachlässigbar, bei größeren Drehzahlen sorgt der in Betrieb gesetzte zusätzliche Transformator 215 für eine genügende Berichtigung.
  • Die am Leiter 203 anliegende Spannung erreicht über die parallel geschalteten Leiter 225, 227 die Brennstoffspeisevorrichtungen 201, 202 für die beiden Motore, die einander gleich sind.
  • Der Gashebel 261 wird über eine durch die Wicklung 260 gesteuerte Kupplung 255 mit einem Zweiphasenmotor 251 betätigt. Die Steuerungswicklung dieses Motors 251 wird mit dem Ausgang des phasenempfindlichen Verstärkers 247 gespeist, der dem phasenempfindlichen Verstärker 115 ähnlich sein kann. Dieser Verstärker 247 erhält als Eingang die algebraische Summe der von zwei Potentiometern gelieferten Spannungen. Die erste dieser Spannungen wird dem Potentiometer 241 an der Ausgangswicklung eines durch den Motor 251 angetriebenen Geschwindigkeitsgenerators 281 entnommen; diese Spannung ist das Geschwindigkeitsrückkopplungssignal. Die zweite Spannung, die gegenphasig eingespeist wird, liefert ein Potentiometer 233. Diese Spannung besteht aus einem Fehlersignal, das der Differenz zwischen der am Leiter 225 zugeführten und der von der Luftschraubendrehzahl abhängigen Spannung entspricht, und einer der Differenz zwischen einer vomAnsaugdruck abhängigen und einer vorgegebenen Spannung entsprechenden Fehlerspannung. Diese Fehlerspannung liefert der Rotor 277 eines Drehtransformators 273, dessen Ständerwicklungen Phase für Phase mit den Ständerwicklungen eines Drehtransformators 271 verbunden sind. Der an eine Stromquelle angeschlossene Rotor 267 des Dreh- -transformators 271. ist mit einem auf den Motoransaugstutzendruck ansprechenden Druckmesser 263 verbunden. Somit erscheint am Potentiometer 233, solange eine Verdrehung zwischen den Rotoren 267 und 277 besteht, eine Fehlerspannung, deren Phasenlage der des über den Leiter 225 zugeführten Luft schraubendrehzahlsignals entgegengesetzt ist. Die Differenz zwischen diesen beiden Signalspannungen wird in Reihe mit der Spannung des Geschwindigkeitsgenerators 281 dem Eingang des Verstärkers 247 zugeführt. Das Ausgangssignal des Verstärkers treibt den Motor 251 in gewünschter Richtung an, um den Gashebel 261 im Sinne einer Vergrößerung oder einer Verringerung der Brennstoffzufuhr zu betätigen, je nachdem der durch die Druckmeßdose erfaßte Ansaugdruck zu klein oder zu groß ist. Die durch den Geschwindigkeitsgenerator 281 gelieferte Spannung sorgt in bekannter Weise für die Proportionalität der Hebelverstellung.
  • Um im Augenblick des Einschaltens der Kupplung einen stetigen Übergang zwischen der Handregelung der Luftschraubendrehzahl und der selbsttätigen Regelung zu gewährleisten, muß zu diesem Zeitpunkt der Ansaugdruck den der augenblicklichen Luftschraubendrehzahl entsprechenden Wert besitzen. Zu diesem Zweck ist eine sogenannte Synchronisationsvorrichtung vorgesehen, die aus einem den Rotor 277 des Drehtransformators 273 antreibenden Zweiphasenmotor 301 besteht, dessen Steuerwicklung 300 über einen bei der Handregelung geschlossenen Kontakt 663 mit der Ausgangsspannung des Verstärkers 247 gespeist wird. Wenn die selbsttätige Steuerung außer Betrieb ist, spricht die Dose 263 weiterhin auf den Ansaugdruck an, und es wird jede von der Verstellung der Rotore 267 und 277 herrührende Fehlerspannung am Potentiometer 233 im Verstärker 247 verstärkt und über den Leiter 297 dem Stellmotor 301 zugeführt, um diesen in solcher Richtung zu drehen, daß der Rotor 277 in die dem Rotor 267 entsprechende Stellung gelangt.
  • An Hand der Fig. 4 wird die sogenannte »Kupplungsvorrichtung« beschrieben, die vom Höhenabweichungssignal ausgehend ein verbessertes Steuersignal erzeugt, das sowohl der Steuerkette des Höhenruders (über den Kontakt 645 der Fig. 2) als auch dem Luftschraubenregler (über den Kontakt 646 der Fig. 3) zugeführt wird.
  • Jede Abweichung zwischen der tatsächlichen Höhe des Flugzeuges und der vorgeschriebenen Höhe wird von einem bekannten Höhenmesser 400 erfaßt. Der Höhenmesser enthält eine Druckmeßdose 403, deren Verformungen über eine mechanische Verbindung 411 eine Verdrehung des Rotors 413 eines Drehtransformators409 innerhalb der durch dieAnschläge 417 bestimmten Grenzen bewirkt. In diese mechanische Verbindung ist zwischen der Dose und dem Rotor eine Kupplung 405 eingeschaltet, deren Einrücken durch Erregen einer Wicklung 419 gesteuert wird. Dieser Erregerwicklung ist eine andere Wicklung 420 in Reihe geschaltet, die bei ihrer Erregung die beiden Arme einer Zentriervorrichtung 407 entgegen der Kraft einer Feder auseinanderdrückt. Wenn die Wicklung 420 nicht erregt ist, sorgt die Zentriervorrichtung 407 dafür, daß der Rotor 413 in seine Nullstellung zurückgelangt. Sobald der Flugzeugführer die von ihm gewünschte Flughöhe erreicht hat, setzt er die beiden Wicklungen 419 und 420 unter Spannung, wodurch dann jede Neigung des Flugzeuges, von dieser Höhe abzuweichen, ein der Richtung und der Größe der Abweichung entsprechendes Signal am Ausgang des Generators 409 erzeugt. Dieses Höhenabweichungssignal wird über den Leiter 431 in den sogenannten Kupplungskreis 401 eingeführt, in dem es zur Verbesserung der Steuerwirkung verschiedenen Korrekturen unterworfen ist.
  • Der Kupplungskreis hat die Aufgabe, mit dem Höhenabweichungssignal ein Steuersignal zu erzeugen, das gleichzeitig eine Funktion des Höhenabweichungssignals, des Höhenänderungsgeschwindigkeitssignals und schließlich eines Höhenabweichungsdauersignals ist.
  • Das vom Höhenmesser 400 kommende Signal wird über einen Leiter 431 einem Potentiometer 420 zugeführt, dessen Abgriff eine einstellbare Teilspannung einer Vorverstärkertriode 424 zuführt. Die verstärkte Spannung wird an die Primärwicklung eines Kopplungstransformators 439 angelegt, der zwei Sekundärwicklungen besitzt. Die Sekundärwicklung 441 speist einen Amplitudenbegrenzungskreis 442 und die Sekundärwicklung 443 einen Stromkreis 425, der ein der Höhenänderungsgeschwindigkeit proportionales Signal erzeugt.
  • Die in der Sekundärwicklung 441 induzierte Spannung, die mit einem parallel geschalteten Potentiometer entnommen wird, wird über einen Widerstand 459 einem bekannten Amplitudenbegrenzungskreis zugeführt. Der Amplitudenbegrenzungskreis besitzt ein gleichstromgespeistes Netz von Widerständen 447 und zwei Gleichrichterdioden 449, 451. Solange die Amplitude der der Sekundärwicklung 441 entnommenen Spannung nicht die am Widerstandsnetz angelegte Sperrspannung übersteigt, kann der Wechselstrom nicht über die Dioden fließen, und alle Spannungen erscheinen an den Klemmen der Wicklung 457 eines Mischtransformators 445. Wenn aber die Amplitude der Wechselspannung die Gleichspannung überschreitet, fließt der überschuß über die als Ganzwellengleichrichter arbeitenden Dioden 449, 451, so daß ein Spannungsabfall an den Klemmen des Widerstandes 459 hervorgerufen und die auf der Wicklung 457 erscheinende Spannung auf die durch die Sperrspannung bestimmte Amplitude beschränkt wird. Die Sperrspannung wird mit dem Arm 453 des Potentiometers eingestellt. Somit wird an der Wicklung 457 des Transformators 445 eine Wechselspannung erhalten, die, solange die Amplitude des Höhenabweichungssignal nicht einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, dem Höhenabweichungssignal proportional bleibt.
  • Die in der anderen Sekundärwicklung 443 des Transformators 439 induzierte Spannung wird dem Geschwindigkeitssignalkreis 425 zugeführt.
  • Die Spannung an der Wicklung 443, die über ein parallel geschaltetes Potentiometer entnommen wird, wird an eine Vorverstärkertriode 465 angelegt, deren Anode mit den beiden Gittern des Phasendiskriminators 467 verbunden ist. Die Anoden des Phasendiskriminators sind gegenphasig an die Enden der Sekundärwicklung eines Speisetransformators 479 angeschlossen. In beide Anodenkreise sind Primärwiderstände (oder Heizwiderstände) 469 eines thermischen Zeitrelais eingeschaltet. Die beiden (geheizten) Sekundärwicklungen 483 dieses Relais bilden zwei benachbarte Zweige einer Wheatstoneschen Brücke, deren beide andere Zweige von einem Potentiometer 484 gebildet werden. Die Brückenecken, zwischen denen die Widerstände 483 liegen, sind an die Wechselstromquelle angeschaltet, während die anderen Brückenecken zwischen der Masse und dem Arm des Potentiometers 484 einen Zweistufenverstärker speisen. Im Anodenkreis der letzten Stufe liegt die Primärwicklung 491 eines Gegenkopplungstransformators 473, dessen Sekundärwicklung einem Potentiometer 475 parallel geschaltet ist.
  • Wenn am Eingang des Phasendiskriminators 467 kein Signal anliegt, ist die Wheatstonesche Brücke abgeglichen, da an den beiden Widerständen 483 gleiche Spannungen anliegen. Falls aber ein (der Höhenabweichung proportionales) Signal an die Gitter des Diskriminators gelangt, wird je nach der Phasen-lage dieses Signals die eine oder die andere Hälfte des Diskriminators leitend, wodurch sich dann der entsprechende Primärwiderstand 469 des thermischen Relais durch Wärmewirkung verändert. Der diesem Primärwiderstand zugeordnete Widerstand 483 erhitzt sich ebenfalls, was auch den Wert dieses Widerstandes verändert und das Brückengleichgewicht in entsprechender Richtung stört. Wegen der genau vorbestimmten Trägheit des thermischen Relais tritt diese Gleichgewichtsstörung mit einer bestimmten Verzögerung ein, die der Zeitkonstante des Relais entspricht. Die an den Verstärker 471 angelegte Brückenausgangsspannung besitzt somit eine Phasenlage und eine Amplitude, die der Phasenlage und der Amplitude des Höhenabweichungssignals zu einem Zeitpunkt entsprechen, der dem betrachteten Augenblick um einen der Relaiszeitkonstante gleichen Zeitabschnitt vorausliegt.
  • Diese an die Primärwicklung 491 des Tranformators 473 angelegte verzögerte Spannung wird der an der Sekundärwicklung 495 anliegenden ursprünglichen Spannung gegenphasig hinzugefügt, so daß die am Leiter 496 erscheinende Spannung die Differenz zwischen der ursprünglichen und der verzögerten Spannung ist. Somit entspricht die verzögerte Spannung der zeitlichen Ableitung des -Höhenabweichungssignals mindestens in einer für die Praxis genügenden Annäherung. Wenn die verzögerte Spannung zunimmt, da sich das Flugzeug von der vorgeschriebenen Höhe entfernt, besitzt die Differentialspannung am Leiter 496 dieselbe Phase wie die Höhenabweichungsspannung, und ihre Amplitude ist um so größer, je schneller sich das Flugzeug entfernt. Wenn sich das Flugzeug der vorgeschriebenen Höhe wieder nähert, hat die Differentialspannung eine entgegengesetzte Phasenlage und ist wiederum um so größer, je größer die Vertikalkomponente der Flugzeuggeschwindigkeit ist.
  • Diese Differentialspannung wird über den Leiter 496 zur Wicklung 461 des Mischtransformators 445 geführt, wo sie der an die Wicklung 457 angelegten reinen Abweichungsspannung hinzugefügt wird. Das resultierende Signal, das mit dem Potentiometer 497 -von den Klemmen der Wicklung 461 abgegriffen wird, besteht also aus einer Höhenabweichungsspannung und einer Höhenänderungsgeschwindigkeitsspannung. Entfernt sich das Flugzeug von der gewünschten Höhe, so übersteigt dieses resultierende Signal das reine Abweichungssignal bei größer werdender Vertikalgeschwindigkeit des Flugzeuges und übt damit eine in Abhängigkeit von dieser Vertikalgeschwindigkeit zunehmende Steuerungswirkung aus, um das Flugzeug auf die gewünschte Höhe zurückzubringen. Wenn sich das Flugzeug durch diese Maßnahme der richtigen Höhe nähert, wird das resultierende Signal kleiner als das Abweichungssignal, bis sich das Flugzeug der gewünschten Höhe genähert hat, wobei es sich dieser Sollhöhe auf einer -asymptotischen Kurve nähert.
  • Außer einer Komponente der Höhenabweichung und der Höhenänderungsgeschwindigkeit enthält das Steuersignal noch eine Komponente der Höhenabweichungsdauer, d. h. eine dem Integral der Höhenabweichung nach der zur Zeit entsprechende Komponente.
  • Zu diesem Zweck wird die im Transformator 409 erzeugte Spannung über den Leiter 513 dem Eingang eines Zweistufenverstärkers 503 eines sogenannten Zentrierkreises 421 zugeführt. Die Ausgangsspannung dieses Vorverstärkers wird den beiden Gittern eines Phasendiskriminators 507 zugeführt, dessen Anoden mit den beiden Enden einer Sekundärwicklung eines Speisetransformators verbunden sind. In den Anodenkreisen befinden sich die Primärwiderstände eines thermischen Relais, dessen Zeitkonstante größer als beim Relais 381 ist. Die durch die Wechselstromquelle gespeisten Sekundärwicklungen bilden mit den beiden Teilen eines Potentiometers 515 eine abgeglichene Wheatstonesche Brücke. Der gemeinsame Anschluß dieser Sekundärwiderstände ist mit dem Leiter 501 verbunden, der die resultierende Spannung aus Höhenabweichungs- und Höhenänderungsgeschwindigkeitsspannung führt. Bei dieser Anordnung ist die am Potentiometer 515 entnommene Spannung, wobei der Potentiometerabgriff eine Brückenecke bildet, gleich der an der gegenüberliegenden Ecke herrschenden Spannung, die etwa dem Produkt aus Höhenabweichungssignal und dessen Beharrungsdauer und damit dem Integral dieses Höhenabweichungssignals nach der Zeit entspricht.
  • Der Vorteil dieser Integralkomponente ergibt sich aus folgendem: Wenn die Höhensteuerung zur Einhaltung einer gleichbleibenden Höhe in Betrieb gesetzt wird, kann das Flugzeug durch aufsteigende oder fallende Luftströmungen, Änderungen der Lastenverteilung im Flugzeug und sonstige Parameter möglicherweise nicht die erforderliche Längsneigung halten, wodurch das Flugzeug fortdauernd bestrebt ist, von der erforderlichen Höhe, d. h. in der Vertikalebene abzuweichen. Dieses Abweichen hört in dem Augenblick auf, in dem das vom Transformator 409 gelieferte Höhenabweichungssignal eine genügend große Amplitude erreicht hat, um die Längsneigung und die Vortriebskraft des Flugzeuges auf die Werte zu bringen, die notwendig sind, um den Einfluß der verschiedenen genannten Parameter auszugleichen. Das Flugzeug würde nun aber in einer von der vorgeschriebenen Höhe abweichenden Höhe fliegen, in der sich zu diesem Zeitpunkt ein Gleichgewichtszustand zwischen den durch die Außenkräfte (aerodynamische Kräfte, Ladung usw.) ausgeübten Momenten einerseits und dem Höhenruderausschlag und dem Vortrieb andererseits eingestellt hat. Bei diesem Gleichgewichtszustand genügt das vom Transformator 409 erzeugte Höhenabweichungssignal, um eine Vergrößerung der Höhenabweichung des Flugzeuges von der vorgeschriebenen Höhe zu verhindern. Das Höhenabweichungssignal genügt. jedoch nicht, um das Flugzeug auf die vorgeschriebene Höhe zurückzuführen, so daß sich zunächst eine fortdauernde Höhenabweichung ergibt.
  • Durch den Zentrierstromkreis 421 wird nun die Komponente der Höhenabweichungsdauer eingeführt, die diese fortdauernde Abweichung auf Null verringert. Die Höhenabweichungsdauerkomponente wächst mit der Zeit an und erteilt schließlich dem Gesamtsignal einen genügend großen Wert, um das Höhenruder auszuschlagen und auf die Vortriebskraft einzuwirken, so daß das Flugzeug mit der richtigen Längsneigung auf die vorgeschriebene Höhe zurückkehrt und diese Höhe dann beibehält. Der Stromkreis 421 bildet demnach einen selbsttätigen Zentrierkreis für die Längslage.
  • Die Wirkung des Stromkreises 421 beginnt mit der Inbetriebnahme der Höhensteuerung. Falls das Flugzeug um die vorgeschriebene Höhe pendelt und nahezu gleiche Zeitabschnitte auf jeder Seite dieser vorgeschriebenen Höhe zubringt, erhitzen sich die beiden thermischen Widerstände 509, so daß die Brücke im Gleichgewicht bleibt. Ein ausreichendes Dauersignal wird durch den Zentnerkreis nur ausgesandt, wenn andauernde Kräfte einwirken, die bestrebt sind, das Flugzeug über oder unter der vorgeschriebenen Höhe zu halten, Um die Flughöhe zu ändern, muß die selbsttätige Höhensteuerung außer Betrieb gesetzt, das Flugzeug manuell auf seine neue gewählte Höhe gebracht und die selbsttätige Höhensteuerung wieder in Betrieb gesetzt werden. Wegen der großen Zeitkonstante des thermischen Relais 509 kann es vorkommen, daß bei der Inbetriebsetzung in der neuen Höhe die Wheatstonesche Brücke am Ausgang des thermischen Relais 509 nicht abgeglichen ist und daher in diesem Augenblick ein schädliches Störsignal aussendet.
  • Um dies zu vermeiden, ist ein Umschaltkontakt 645-645-650 vorgesehen, der dafür sorgt, daß bei der Außerbetriebsetzung der Höhensteuerung zwischen dem Abgriff des Ausgangspotentiometers 515 und dem Gitter der ersten Eingangsröhre des Zentnerkreises eine Rückleitung 511 eingeschaltet wird. Beim Betrieb der selbsttätigen Vorrichtung ist diese Rückleitung abgeschaltet. Im Zentnerkreis ist das Ausgangssignal am Potentiometer 515 gegenphasig zum Abweichungssignal am Eingang des Zentnerkreises angeordnet. Für ein Abweichungssignal von vorgegebener Phasenlage erzeugt der Diskriminator 507 eine Spannung, die an das thermische Relais 507 angelegt wird und die Brücke im gewünschten Sinn aus dem Gleichgewicht bringt, so daß der bei 515 erscheinenden Spannung die entgegengesetzte Phasenlage übertragen wird. Sobald die Rückleitung 511 bei der Außerbetriebsetzung der Höhensteuerung angeschlossen wird, wird ausschließlich die bei 515 erscheinende Spannung, die von der nicht abgeglichenen Brücke im Augenblick der Außerbetriebsetzung erzeugt wurde, an den Eingang des Zentnerkreises angelegt, da das Höhenabweichungssignal und das Höheriänderungsgeschwindigkeitssignal fehlen. Durch den Zentnerkreis wird dann die Spannung bei 515 vernichtet, da durch den Phasenwechsel die Brücke im Sinne einer entgegengesetzten Gleichgewichtsstörung beaufschlagt wird. Beim Wiedererreichen des thermischen Gleichgewichts am Relais 509 gleichen sich die Anodenströme des Diskriminators 507 aus, und die Spannung bei 515 wird gleich Null.
  • Diese Anordnung sorgt ferner für die Beseitigung von Gleichgewichtsstörungen oder Störspannung, die in der Gesamtheit der Schaltung während des Abschaltens der automatischen Steuerung auftreten könnten.
  • Das bei 515 entnommene Signal wird in die Vorverstärkungstriode 527 eines Gleichrichter-Begrenzerkreises 426 geleitet. Der Ausgang dieser Triode 527 wird über. einen Kupplungstransformator 529 einem Widerstand 531 zugeführt. Dieser Widerstand 531 liegt mit einem Anschluß an der Mittelanzapfung der Sekundärwicklung 535 eines Speisetransformators 536 an. Die Außenklemmen dieser Sekundärwicklung 535 sind mit der Kathode und der Anode von zwei Diodenstrecken einer Duodiode 537 verbunden. Zwischen die beiden anderen Elektroden dieser Gleichrichterröhre ist ein Potentiometer 541 geschaltet, das mit den zwei Hälften der Wicklung 535 eine Brücke bildet.
  • Liegt kein Signal an der Mittelanzapfung 534 an, induziert die erregte Primärwicklung des Transformators 536 in den beiden Hälften der Sekundärwicklung 534 Spannungen, die in bezug auf die Mittelanzapfung 534 entgegengesetzte Phasenlagen haben. Bei jeder Halbwelle der Speisespannung ist eine der beiden Dioden der Röhre 537 leitend. Weil eine der Dioden die positive und die andere die negative Halbwelle durchläßt, bleibt die vorgenannte Brücke abgeglichen, und zwischen der Anzapfung 534 und der Anzapfung 544 erscheint keine Potentialdifferenz, und es wird dann auch von der Anzapfung 544 zum Leiter 543 kein Signal übertragen.
  • Wenn vom Kopplungstransformator 529 eine Spannung an die Anzapfung 535 angelegt wird, addiert sich diese algebraisch zu den zwei in den Sekundärwicklungen 535 induzierten Spannungen, d. h., sie vergrößert die durch die eine der Hälften dieser Sekundärwicklung gelieferte Spannung und verringert die durch die andere Hälfte gelieferte Spannung, je nach der Phasenlage der an die Anzapfung 535 angelegten Signalspannung. Eine der zwei Dioden 537 führt dann mehr Strom als die andere, und es entsteht somit eine dauernde Potentialdifferenz zwischen den Punkten 534 und 544, deren Polarität und Größe der Phasenlage und der Amplitude der Signalspannung entsprechen. Die veränderliche Anzapfung 534 erlaubt einen Nullabgleich der Brücke.
  • Der Speisetransformator 536 besitzt eine zweite Sekundärwicklung 551 zur Steuerung der Gitter einer Doppeltriode 545, die als Modulator und Spannungsbegrenzer dient. Wenn an den Gittern kein Signal anliegt, erzeugen die beiden Hälften der Röhre 545 in der Primärwicklung 553 eines Kopplungstransformators 555 zwei gleiche Spannungen entgegengesetzter Phase, so daß keinerlei induzierte Spannung in der Sekundärwicklung 557 erscheint. Wenn die Gleichrichterröhre 537 aber einen Gleichstrom gegebener Polarität aussendet, vergrößert sich die Leitfähigkeit einer der Hälften der Doppeltriode 545, während sich die der anderen Hälfte verringert, so daß in der Sekundärwicklung 557 eine Wechselspannung entsprechender Phase erscheint.
  • Die Röhre 545 sorgt mit ihrem Kathodenwiderstand 559 für eine Amplitudenbegrenzung. Die Vergrößerung der Leitfähigkeit einer Hälfte der Röhre 545 durch eine Vergrößerung des an die Röhre angelegten Gleichstromsignals gleicht die Verringerung der Leitfähigkeit der anderen Röhrenhälfte aus, so daß der über die Kathode 559 fließende Strom, solange das Gleichstromsignal eine vorbestimmte Grenze nicht überschreitet, konstant bleibt. Wenn diese Grenze überschritten wird, nähert sieh das eine System der Röhre 545 dem Sperrzustand und das andere dem Sättigungszustand, so daß auch der durch den Widerstand 559 fließende Anodenstrom zunimmt. Hierdurch wird die Vorspannung an beiden Gittern der Röhre vergrößert und damit der Strom durch die leitenden Röhrenhälften verringert und die gewünschte Begrenzungswirkung erzielt.
  • Das Wechselspannungssignal in dem der Sekundärwicklung 557 des Transformators 555 parallel geschalteten Widerstand 561 wird einerseits an das Gitter der ersten Triode einer Schutztriode 427 und andererseits an das Gitter einer Isolationsröhre 565 angelegt.
  • Wenn die Höhensteuerung in Betrieb ist, erregt der Anodenstrom der zweiten Triode der Röhre 427 ein Relais 567. Wenn jedoch die Spannung an den Klemmen des Widerstandes 561 eine bestimmte Amplitude übersteigt, fließt in dieser Triode ein Gitterstrom, wodurch der Anodenstrom schwächer und das Relais 567 nicht mehr erregt wird.
  • Das von der Isolationsröhre 565 kommende Signal wird der Primärwicklung 569 eines zwei Sekundärwicklungen 571, 572 aufweisenden Transformators 570 zugeführt. Die Wicklung 571 dient der Steuerkette des Höhenruders, die Wicklung 572 der Steuerkette für den Vortrieb der Luftschrauben. Zu diesem Zweck sind die beiden Enden der Wicklung 571 mit den in den Leiter 140 (Fig. 2) eingeschalteten Kontakten 645 und die beiden Enden der Wicklung 572 mit den beiden Kontakten 646 (Fig. 3) verbunden. Auf diese Weise wird das durch den Stromkreis (Fig. 4) gebildete Höhensteuersignal beim Öffnen der Kontakte 645 und 646 und der Inbetriebnahme der selbsttätigen Vorrichtung gleichzeitig an die Steuerkette des Höhenruders und an die Steuerkette für den Gashebel und die Luftschraubendrehzahl angelegt.
  • Zur Inbetriebnahme und Einschaltung (Fig. 5) dient ein dreipoliger Umschalter B, dessen zwei Schaltarme drei Stellungen einnehmen können, die mit »AUS«, »BEREIT« und »EIN« bezeichnet sind.
  • Durch die Verstellung der Arme B 1 und B 2 von der »AUS«-Stellung auf die »BEREIT«-Stellung wird die Wicklung eines Relais 606 an die positive Gleichstromquelle einer Sammelleitung 600 angeschlossen. Die andere Klemme dieses Relais 606 ist mit der an Masse liegenden Leitung 601 verbunden. Die Erregung dieses Relais bewirkt die Schließung der vier Kontakte 607, 608, 609 und 610. Das Schließen des Kontaktes 607 wird durch die Gleichstromversorgung der Gesamtvorrichtung gewährleistet.
  • Das Schließen des Kontaktes 608 legt die Wechselspannung an einige Stromkreise an, und zwar an die Verstärker-Diskriminatorkreise, an alle Kopplungskreise und an die Synchronisiermotore 301. Außerdem bereitet der Kontakt die Wechselspannungsversorgung der Stellmotore 209 und 251 des Drehzahlreglers bzw. der Gasdrosselklappe vor; diese Stromkreise werden nach dem Schließen des Kontaktes 653 vervollständigt.
  • Das Schließen des Kontaktes 609 hat keine sofortige Wirkung, bereitet aber Schaltwirkungen vor. Das Schließen des Kontaktes 610 bewirkt die Erregung der beiden Relais 260, die zur Steuerung der Einrückung der Kupplungen der Brennstoffregler 261 (Fig. 3) dienen.
  • Das Umlegen des Umschalters B 1-B 2 von der »BEREIT«-Stellung zur »EIN«-Stellung darf nur dann durchführbar sein, wenn einerseits die selbsttätige Steuerung (Fig.2) eingekuppelt wurde und andererseits der Kopplungskreis (Fig. 4) normal arbeitet. Hierfür ist der Arm B 2 mit @ der -unter Spannung stehenden Leitung 600 über den normalerweise offenen Kontakt 603 verbunden. Das Schließen dieses Kontaktes wird durch die Erregung eines Relais 605 hervorgerufen, das beim Schließen des durch den Einschalthebel 189 der selbsttätigen Steuerung gesteuerten Kontaktes 188 erregt wird.
  • Wenn der Kontakt 603 geschlossen ist, hat das Umlegen des Armes B2 aus der »BEREIT«-Stellung in die »EIN«-Stellung wegen der vorangegangenen Schließung des Kontaktes 609 nur zur Folge, daß die Spannung über einen normalerweise geschlossenen Kontakt 625-627 einer Kontrollampe 631 zugeführt wird, deren Aufleuchten dem Flugzeugführer anzeigt, daß durch die Betätigung des Arms B2 in die »EIN«-Stellung das gewünschte Manöver vorbereitet ist.
  • Wenn der Arm B 2 620 aber in der »BEREIT«-Stellung verbleibt, wird die Wicklung 567 erregt, sobald der Kopplungskreis normal arbeitet. Die Erregung der Wicklung 567 führt zur Schließung der beiden Kontakte 613 und 615.
  • Die Schließung des Kontaktes 613 setzt wegen der vorhergehenden Schließung des Kontaktes 609 ein thermisches Relais 617 unter Spannung. Nach einer vorbestimmten Sicherheitszeit schließt dieses Relais 617 einen Kontakt 61.9.
  • Wenn die beiden Kontakte 615 und 619 geschlossen sind, wird die Gleichspannung einem Relais 621 auf folgendem Wege zugeführt: Leitung 600, Kontakte 609 und 603, Arm B 2, Kontakt 620, Arm E des Luftschraubenumschalters, der in diesem Augenblick den Kontakt 632 beaufschlagt, Kontakte 615 und 619, Arm A 2 eines augenblicklich geschlossenen zweipoligen Schalters, Wicklung 621 und die an Masse liegende Leitung 601. Die Erregung des Relais-621. bewirkt die Öffnung des Kontaktes 625-627, die Schließung des Kontaktes 625-629 und die Schließung eines Haltekontaktes 623.
  • Erst in diesem Augenblick ergibt sich aus dem Umlegen des Armes 22 in die »EIN«-Stellung anstatt der Einschaltung der Kontrollampe 631 die Erregung der drei Relais 640, 642 und 644. Die Erregung dieser drei Relais bewirkt die tatsächliche Inbetriebsetzung der selbsttätigen Höhensteuerung.
  • Der bewegliche Arm des Umschalters E, der normalerweise am Kontakt 632 anliegt, so daß die Steuerwicklung 286 (Fig. 3) der Kupplung 285 nicht erregt ist, wird nun durch den Regelhebel 205 für die Luftschraubendrehzahl, sobald dieserHebel eine einer hohen Schraubendrehzahl entsprechende Stellung erreicht hat, selbsttätig auf den Kontakt 633 geschaltet, so daß die Wicklung 286 erregt und die Kupplung 285 eingerückt wird.
  • Beim Schließen des zweipoligen Schalters A 1-A 2 wird den Steuerwicklungen 260 für die Kupplungen 255 der Brennstoffregler der Motore, wenn die selbsttätige Steuerung nicht arbeitet, Spannung angelegt, damit die Verbindung mit dem unbeweglichen Motor 251 eine Änderung der Einstellung des Reglers 261 verhindert.
  • Die Betätigung des Umschalters B 1-B 2 in die »EIN«-Stellung bewirkt nach einer angemessenen Zeit die Erregung der drei Relais 640, 642 und 644.
  • Die Erregung des Relais 640 sorgt für die Öffnung des Kontaktes 645, so daß das in der Sekundärwicklung 571 (Fig: 1) erscheinende Höhensteuersignal der Steuerkette des Höhenruders (Fig. 2) zugeführt wird. Ferner sorgt das Relais 640 für die Öffnung des Kontaktes 646, so daß das in der Sekundärwicklung 572 erscheinende Signal der Steuerkette desLuftschraubenreglers und des Brennstoffreglers (Fig. 3) zugeführt wird.
  • Die Erregung des Relais 642 bewirkt die Öffnung des Kontaktes 648-645 und die Schließung des Kontaktes 648-650, so daß (Fig. 4) die Rückleitungsverbindung 511 des Zentrierkreises beseitigt und an den Eingang dieses Kreises das vom Transformator kommende Höhensteuersignal angelegt wird.
  • Die Erregung des Relais 644 schließt drei Kontakte 653, 657 und 655. Der Kontakt 655 ist ein Haltekontakt, der in Verbindung mit dem Kontakt 623 für das Relais 621 einen Haltekreis vervollständigt, der das Relais 621 erregt hält, auch wenn der Umschalter i: bei hohen Schraubendrehzahlen auf den Kontakt 633 umgeschaltet wird.
  • Die Schließung des Kontaktes 653 sorgt für die Wechselstromspeisung der phasenkonstanten Wicklungen der Stellmotore des Drehzahlreglers und des Gasreglers.
  • Die Schließung des Kontaktes 657 bewirkt die Erregung von vier Wicklungen 214, 216, 419 und 659. Die Wicklung 214 ist die Steuerwicklung der Kupplung für den Regler der Luftschraubendrehzahl (Fig. 3). Die Wicklung 216 ist die Steuerwicklung der Kupplung für den Drehtransformator 213, der in Abhängigkeit von der Stellung des Reglers 205 bewegt wird. Die Wicklung 419 ist die Steuerwicklung der Kupplung für den Höhenmeßdrehtransformator 409 (Fig. 4). Die Wicklung 659 ist die Steuerwicklung eines Relais, dessen Erregung die Öffnung zweier Kontakte 661, 663 bewirkt.
  • Diese beiden Kontakte 661. und 663, die nur beim Nichteinsatz der selbsttätigen Steuervorrichtung geschlossen sind, sorgen für einen Antrieb der Synchronisiermotore 301 der Brennstoffsteuerungen 201 und 202 (Fig. 3) und bewirken bei ihrem Öffnen das Stillsetzen dieser Motore und der von diesen Motoren angetriebenen Rotore277 derAnsaugdrucksignal-Transformatoren; der zu diesem Zeitpunkt am Einlaß der Motore herrschende Ansaugdruck wird dann zum Bezugswert für die weitere Regelung.
  • Beim Ausfall eines der Flugzeugmotore kann durch Schließen eines Kontaktes 670 (Fig. 3) in die Steuerkette des Reglers der Luftschraubendrehzahl eine Hilfswechselspannung eingeführt werden. Das Schließen dieses Kontaktes erfolgt durch die Erregung eines Relais 668 (Fig. 5) beim Schließen des einen oder anderen der beiden Schalter C, D, wenn eine der Luftschrauben stehenbleibt. Bei der Erregung des Relais 688 schließt gleichzeitig mit dem Kontakt 670 ein das Relais 673 erregender Kontakt 671. Dieser hat die Aufgabe, die beiden Kontakte 670 und 671 selbst dann geschlossen zu halten, wenn die Schalter für den Luftschraubenstillstand C bzw. D nur augenblicklich geschlossen wurden.
  • Die selbsttätige Höhensteuervorrichtung arbeitet wie folgt: Nachdem der Flugzeugführer die vorgeschriebene Höhe erreicht hat, trimmt er das Flugzeug in die Horizontalfluglage ein. Alsdann stellt er den Umschalter B 1-B 2 in die »BEREIT«-Stellung und den Handgriff 189 in die Einkuppelstellung.
  • Die erste dieser Schaltungen führt zur Erregung des Relais 606 und zur Schließung der Kontakte 607 bis 610, um die Gesamtanordnung mit Gleichstrom und verschiedene Kreise, zu denen die verschiedenen Verstärker, der Kopplungskreis sowie die Synchronisiermotore der Brennstoffsteuerung gehören, mit Wechselstrom zu speisen.
  • Die zweite Schaltung erregt das Relais 605 und die Wicklung 185. Das Relais 605 schließt den Kontakt 603 und legt damit den Arm 22 an die Spannung. Die Wicklung 185 rückt die das Höhenruder mit seinem Stellmotor verbindende Kupplung 101 ein. Von nun an erzeugt jede Abweichung des Flugzeuges von der Längsneigung, die es im Augenblick des Einkuppelns besaß, am Transformator 105 ein Signal, auf das das Höhenruder 103 anspricht und das Flugzeug in die ursprüngliche Lage zurückbringt.
  • Nachdem der Flugzeugführer eine genügende Zeit gewartet hat, um die verschiedenen Elektronenröhren zu beheizen, stellt er den Umschalter B 1-B 2 in die »EIN«-Stellung. Diese Schaltung hat zur Folge, daß die Wechselspannung denMotoren derLuftschraubenregelung und der Brennstoffregelung zugeführt wird. Gleichzeitig werden durch das Umschalten der Kontakte 625-648-650 der Zentrierkreis in Betrieb gesetzt, ferner durch die Öffnung der Kontakte 661 und 663 die Synchronisiermotore für die Brennstoffzufuhr abgeschaltet und die Magnetkupplungen 405 des Höhenmesser-Signaltransformators, 212 des Luftschraubenreglers und 218 des Luftschraubendrehzahlsignaltransformators eingerückt und schließlich durch die Öffnung der Kontakte 645 bzw. 646 das Höhensteuersignal in die Steuerkette des Höhenruders und in die Steuerkette der Luftschraubendrehzahl und der Brennstoffmenge eingespeist.
  • Das Einrücken der Höhemnesserkupplung 405 legt die Bezugshöhe fest, auf der das Flugzeug von nun an operieren soll. Andererseits wird durch die Trennung der Verbindung zwischen der Steuerwicklung der Synchronisiermotore und dem entsprechenden Verstärker ein Bezugswert für den Ansaugdruck am Einlaß festgelegt.
  • Jede Abweichung des Flugzeuges von seiner Bezugshöhe erzeugt im Transformator 409 ein entsprechendes Signal, das an die Klemmen des Widerstandes 420 des Kopplungskreises 401 angelegt wird.
  • Wenn infolge einer Lastverschiebung, einer fallenden Luftströmung od. dgl das Flugzeug seine Bezugshöhe unterschreitet, wird das dadurch entstehende Abweichungssignal einerseits von der Sekundärwicklung 441 des Transformators 439 der Wicklung 457 des Transformators 445 und andererseits von der Sekundärwicklung 443 der Wicklung 461 dieses Transformators 445 zugeführt. Solange sich das Flugzeug von der Bezugshöhe entfernt, übersteigt die Spannung der Sekundärwicklung 495 des Transformators 473 die verzögert eintreffende Spannung der Primärwicklung 491. Somit addieren sich Höhenänderungsgeschwindigkeitssignal und Höhenabweichungssignal, um das Flugzeug auf seine Bezugshöhe zurückzubringen.
  • Dieses kombinierte Abweichungs- und Abweichungsänderungsgeschwindigkeitssignal wirkt auf das Höhenruder ein und vergrößert gleichzeitig die Drehzahl der Motore, damit das Flugzeug mit einer im wesentlichen konstanten Geschwindigkeit auf seine Ausgangshöhe zurückkehrt.
  • Wenn sich das Flugzeug nun der Bezugshöhe nähert, nimmt das Höhenabweichungssignal ab, so daß die verzögerte Spannung der Primärwicklung 491 die momentane Spannung der Primärwicklung 495 übersteigt. Nun wird das Anderungsgeschwindigkeitssignal von dem Abweiehungssignal abgezogen, um die Steiggeschwindigkeit bei Annäherung der vorgeschriebenen Höhe zu vermindern.
  • Wenn das Flugzeug beim Normalflug um seine Bezugshöhe pendelt, sind die Zeitspannen, die es über und unter dieser Bezugshöhe zubringt, nahezu gleich groß, so daß das vom Zentrierkreis kommende Signal im Durchschnitt gleich Null ist. Falls das Flugzeug aber dazu neigt, dauernd unter oder über dieser Höhe zu verbleiben, führt der Zentrierkreis in die Steuerketten des Höhenruders und der Regler für die Motordrehzahlen ein wachsendes Signal ein, mit dem das Flugzeug mit Sicherheit auf die richtige Höhe zurückgeführt wird. Dieser Stromkreis schaltet somit den Einfluß bleibender Störungen aus.
  • Die Beziehung zwischen dem Ansaugdruck am Einlaß der Motore und der Luftschraubendrehzahl kann manuell eingestellt werden, um dann selbsttätig beibehalten zu werden, so daß dieser Ansaugdruck, diese Drehzahl sowie auch die Längsneigung des Flugzeuges unverändert bleiben, solange keine Störungen auftreten, die das Flugzeug von seiner Horizontalflugbahn abtreiben.

Claims (15)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur selbsttätigen Höhensteuerung eines durch Luftschrauben angetriebenen Luftfahrzeuges, bei dem der auf das Luftfahrzeug ausgeübte Vortriebsschub durch die Verwendung eines Steuersignals geregelt wird, das von der Abweichung und vorzugsweise von derAbweichungsgeschwindigkeit des Luftfahrzeuges von seiner vorgeschriebenen Höhe abhängt, gekennzeichnet durch ein Steuersignal, das neben der Steuerung der Höhenruderfläche des Luftfahrzeuges sowohl die Luftschraubendrehzahl als auch die Leistung des Antriebsmotors (oder der Motore) regelt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal ebenfalls eine der Beharrungsdauer der Höhenabweichung entsprechende Komponente enthält.
  3. 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Höhensteuerung eines Luftfahrzeuges, gekennzeichnet durch die Anwendung von elektrischen Signalen, für die mittels eines Differentialstromkreises (gegebenenfalls eines Integrierungsstromkreises) eine Geschwindigkeitssignalkomponente (gegebenenfalls die Beharrungsdauerkomponente) erzeugt wird.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Höhenabweichungssignal, das ein vom Höhenmesser angetriebener Generator (409) erzeugt, durch einen Difläerenzierkreis (425) geleitet wird, um ein Änderungsgeschwindigkeitssignal zu erzeugen, das später mit dem ursprünglichen Abweichungssignal gemischt wird.
  5. 5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Höhenabweichungssignal, das ein vom Höhenmesser angetriebener Generator (409) erzeugt, auch durch einen Integrierkreis (421) hindurchgeleitet wird, um ein Beharrungsdauersignal zu erzeugen, das später mit dem Mischsignal aus Abweichungssignal und Abweichungsgeschwindigkeitssignal zusammengeführt wird.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Zeitraum, in dem kein Steuersignal zum Ändern der Bezugshöhe zugeführt wird, der Ausgang des Integrierkreises (421) gegenphasig zu seinem Eingang zurückgeführt wird, um Störsignale im Integrierkreis zu unterdrücken.
  7. 7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der Beziehung zwischen Motorleistung und Luftschraubendrehzahl ein Motorleistungsregler (Drosselhebel 261) in Abhängigkeit sowohl von der Luftschraubendrehzahl als auch vom Motoransaugdruck betätigt wird. B.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Motorleistungsregler oder Drosselhebel (261) in Abhängigkeit von einem Differenzsignal verstellt wird, das der Differenz zwischen dem Signal eines ersten, von der Luftschraubendrehzahl gesteuerten Signalgenerators (213) und dem Signal eines zweiten, von der Abweichung des Motoransaugdruckes von einem vorgeschriebenen Wert gesteuerten Signalgenerators (273) entspricht.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem veränderlichen Verhältnis zwischen Luftschraubendrehzahl und Ansaugstutzendruck und bei einer Zunahme der Luftschraubendrehzahl der erste Signalgenerator (213) durch einen weiteren Generator (215) unterstützt wird, der automatisch eingeschaltet wird. sobald die Luftschraubendrehzahl einen zuvor festgelegten Wert übersteigt.
  10. 10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal einem Stellmotor (209) zugeführt wird, der über eine Kupplung (212) einen Luftschraubendrehzahlregler (205) beaufschlagt, mit dem der erste Signalgenerator (213) und von Fall zu Fall der zusätzliche Signalgenerator (215) betätigt wird.
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal aus dem ersten Signalgenerator (213) und vorzugsweise auch das vom Geschwindigkeitsgenerator (211) kommende Luftschraubendrehzahländerungssignal gegenphasig zu dem (bei 646) zugeführten Steuersignal rückgekoppelt wird, um den Stellmotor (209) zu betätigen.
  12. 12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Motorleistungsregler (261) über eine Kupplung (255) durch einen Stellmotor (251) betätigt wird, den ein Differenzsignal steuert, dem gegenphasig ein Signal Zugefügt wird, das der Verstellgeschwindigkeit des Leistungsreglers (261) proportional ist.
  13. 13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß für die Luftschraubendrehzahl eine manuelle Steuerung vorgesehen ist, wodurch der zweite Signalgenerator (273) ständig durch einen Motor (301) in seiner Neutralstellung gehalten wird.
  14. 14. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehrmotorigen Flugzeugen ein Steuerorgan (670) vorgesehen ist, das durch das beim Aussetzen eines Motors auftretende Flattern der Luftschraube betätigt wird, wodurch am Luftschraubendrehzahlregler zusammen mit dem Steuersignal ein Notsignal eingespeist wird, das die Drehzahl der noch in Betrieb befindlichen Luftschrauben über den Steuersignalwert hinaus vergrößert.
  15. 15. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal in der Höhenrudersteuerkette einer Flugregelanlage zusammen mit einem Längsneigungssignal aus dem Nickkreisel-Signalgenerator (105) und gegebenenfalls einem Lagennachlaufsignal aus dem Signalgenerator (112) und einem Geschwindigkeitsnachlaufsignal aus dem Geschwindigkeitsgenerator (113) eingespeist wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 737177, 860 899; französische Patentschriften Nr. 950 261, 1042 331.
DEB33335A 1953-11-13 1954-11-09 Verfahren und Vorrichtung zur selbsttaetigen Hoehensteuerung eines durch Luftschrauben angetriebenen Luftfahrzeuges Pending DE1111947B (de)

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