DE1548544A1 - Kreiselgeraet mit einem unmittelbar lotkreiselstabilisierten Rahmen - Google Patents

Kreiselgeraet mit einem unmittelbar lotkreiselstabilisierten Rahmen

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DE1548544A1
DE1548544A1 DE19661548544 DE1548544A DE1548544A1 DE 1548544 A1 DE1548544 A1 DE 1548544A1 DE 19661548544 DE19661548544 DE 19661548544 DE 1548544 A DE1548544 A DE 1548544A DE 1548544 A1 DE1548544 A1 DE 1548544A1
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gyro
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DE19661548544
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Auer Dr-Ing Werner
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Rockwell Collins Deutschland GmbH
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Teldix GmbH
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/10Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
    • G01C21/12Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
    • G01C21/16Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation
    • G01C21/166Mechanical, construction or arrangement details of inertial navigation systems

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Description

  • Kreiselgerät mit einem unmittelbar lotkreiselstabilisierten Rahmen Es wurden schon Kreiselgeräte vorgeschlagen, die einen allachsig drehbar gelagerten Rahmen (Plattform) enthalten, an dem ein Stabilierungskreisel mit lotrechter Drallachse unmittelbar gelagert ist. Dieser Rahmen kann z.B. einen Kurskreisel und/oder einen nordsuchenden Kreisel enthalten, wozu jeweils ein weiterer Rahmen nötig ist.
  • Er kann aber auch einen sogenannten nordsuchenden Kurskreisel enthalten, worunter ein nordsuchender Kreisel verstanden wird, dessen erster Rahmen mittels eines zweiten Rahmens um 90° parallel zur Drallachse schwenkbar ist und der dann als Kurskreisel arbeitet.
  • Nun wurde erkannt, daß die Nutationsfrequenz von solchen Lotkreiseln beziehungsweise von derart direkt stabilisierten Rahmen, etwa in demselben Frequenzbereich liegt, wie die Schwankungen oder Schwingungen, die bei Fahrzeugen im Betrieb zu erwarten sind. Insbesondere bei Landfahrzeugen dürften daher Nutationsbewegungen aufgeschaukelt werden.
  • Es soll daher die Nutationsfrequenz durch besondere Ma#-nahmen erhöht werden, und zwar möglichst über dem Bereich der Fahrzeug-Erregerfrequenzen hinaus.
  • Bekanntlich läßt sich die Nutationsfrequenz fN eines Kreisels berechnen nach der Formel wobei fx die Drehzahl um die Drallachse, #x das Trägheitsmoment des Kreiselrotors um die Drallachse und #y beziehungsweise #z die Trägheitsmomente des Rotors samt Rahmens um die beiden anderen orthogonalen Achsen sind.
  • Da aus Symmetriegründen die Tragheitsmomente senkrecht zur Drallachse möglichst untereinander gleich sein sollten, wird eine gemeinsame Bezeichnung äquatoriales Trägheits moment ?dafüreingeführt.FürdenLotkreiselrahMen gilt also Nun fallen aber unmittelbar stabilisierte Rahmen in Richtung ihrerAchse(Lotachse)verhältnismäßiglangaus,sofern man-wie bisher-die beiden Kreisel übereinander (den einen unten und den anderen oben) anordnet. Einer Verkürzung des Rahmens und damit einhergehenden Verkleinerung des äquatorialen Trägheitsmomentes waren daher Grenzen gesetzt.
  • Erfindungsgemä# wird vorgeschlagen, da# der Lotkreiselrotor als Hohlkörper ausgebildet ist und den weiteren Kreisel samt seinem beziehungsweise seinen Lagerrahmen umgibt. Durch diese"Verschachtelung"zweier Kreisel wird der su stabilisierende Rahmen entscheidend verkurzt, so daB die gewunschte Erhöhung der Nutationsfrequenz gelingt.
  • Während bei den bekannten schnellaufenden Kreiseln die Antriebskraft etwa in der mittleren Querschnittsebene aufgebracht wird, werden die antriebswirksamen Teile des erfindungsgemaBen Lotkreisels vorzugsweise in dem axialen Endbereich des Hohlkörpers angeordnet. Insbesondere können auch zwei spiegelbildliche Statoren zu beiden Seiten vorgesehen sein.
  • Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert.
  • Fig. 1 zeigt ein Kreiselgerät entsprechend frWheren Vorschlägen in vereinfachter Form mit einem Kurskreisel, Fig. 2 zeigt als erstes Ausführungsbeispiel einen erfindungsgemäßen gemeinsamen Rahmen mit Kurs-und Lotkreisel im Längsschnitt, Fig. 3 ist ein senkrecht zur Rahmenachss geführter Schnitt durch die Anordnung gemäß Fig. 2, Fig. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung im Langsschnitt, nämlich einen gemeinsamen Rahmen mit daran gelagertem Lotkreisel und nordsuchendem Kurskreisel, wobei der äußere Rahmen des letzteren in einer mittleren Schwenkstellung gezeigt ist, Fig. 5 ist eine zweite un 90° gedrehte Darstellung des gemeinsamen Rahmens bei Kurskreiselbetrieb.
  • Fig. 1 zeigt einen um eine horizontale Achse 1 in einem Fahrzeug 2 gelagerten äußeren Kardanrahmen 3. In diesem dreht sich um eine Achse 4 ein innerer Kardanrahmen 5 und darin wieder ein Rahmen 6 um eine Achse 7. Damit ist der Rahmen 6, den man auch als Plattform bezeichnen könnte, allachsig drehbar. Die Achse 7 soll stets lotrecht gehalten werden. Zu diesem Zweck ist an zwei Streben 8 des Rahmens 6 ein Lotkreisel 9 gelagert, dessen Drallachse mit der Achse 7 übereinstimmt. Ferner ist in dem Rahmen 6 um eine horizontale Achse 10 ein Rahmen 11 gelagert, der einen Kurskreisel 12 trägt.
  • Ein sblches Gerät dient bekanntlich zur Kurshaltung, es ist im Gegensatz zu anem normalen schwerkraftgestützten Kurskreisel unempfindlich gegen Beschleunigungen. Der Normalbetrieb setzt natürlich eine konstante Drehzahl des Lotkreisels voraus. Soweit trotzdem noch unvermeidliche Drehzahländerungen auftreten, beeinflußt das daraus entstehende Reaktionsmoment um die Achse 7 den Kurskreisel nicht. Es muß nur darauf geachtet werden, daß die Nachführverstärkung für den Rahmen 11 groß genug ist.-Sobald sich dann dieser Rahmen auf Grund des Reaktionsmomentes aus der Horizontalen heraus bewegen will, entsteht ein Drehmoment an der Achse 7, welches dem Reaktionsmoment entgegenwirkt. Man kann somit annehmen, daß der Kurskreisel 12 durch die unvermeidlichen geringfügigen Drehzahlschwankungen des Lotkreisels 9 nicht beeinfluß wird.
  • In den Figuren 2 und 3 ist gezeigt, wie der Rahmen 6 nach Fig. 1 erfindungsgemäß ausgebildet werden kann. Die neue Anordnung erfüllt denselben Zweck wie Rahmen 6 und soll an seiner Stelle mit lotrechter Achse 7 in die kardanische Aufhangurig eingesetzt werden. Im einzelnen besteht der Rahmen (Plattform) aus einem zylindrischen Luftgehäuse 14, an das zwei mit der Achse 7 fl-uchtende Achsstummel 13a und 13b angesetzt sind. In diesem Gehäuse befindet sich ein ebenfalls zylindrischer Schwimmkörper 15, der sich um die Achse 16 drehen kann, da in dem Spalt 18 zwischen Schwimmkörper und Lagergehíuse mit Hilfe nicht dargestellter Druckluftdüsen Luftkissen erzeugt werden. Die Einzelheiten dieses sogenannten statischen Luftlagers wie zum Beispiel die Luftversorgung und die Stromungsrichtung im Luftspalt sind der Einfachheit halber in der Zeichnung weggelassen. Der Schwimmkörper 15 enthält einen Kurskreisel 17, dessen Drallachse senkrecht zur Achse 16 steht.
  • Das Luftlagergehäuse 14 ist umschlossen von einem tonnenförmigen Lotkreiselrotor 19 der sich auf Kugellagern um die Achs&tummel 13a und 13b dreht. Der Antrieb dieses Rotors erfolgt an der unteren Stirnfläche, wo eine rohrförmige Verlangerung 20 angesetzt ist. In diese ist beispielsweise ein Hysteresering 21 eingepreßt. Dem Hysteresering benachbart steht ein bewickelter Stator 22, der mittels einer trichterförmigen Nabe 23 am Achsstummel 13b befestigt ist. Die Wickelkopfe sind mit 24 bezeichnet.
  • Das zweite Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 zeigt einen Rahmen 25 mit Achsstummeln 26a und b, der ebenfalls als kardanisch aufgehängt und um die lotrechte Achse 7 drehbar anzusehen ist entsprechend Fig. 1. In diesem Rahmen ist ein Luftlagergehäuse 27, das ganz ähnlich wie das Luftlagergehausse 14ausgebildetist,umeineAchse28schwenkbar gelagert. Fig. 4 zeigt dieses Luftlagergehäuse in einer schrägen Zwischenstellung, während Fig. 5 die eine Endstellung wiedergibt, in der es horizontal liegt (Kurskreiselbetrieb). In der anderen Endstellung ist das Luftlagergehäuse 27 gegenüber Fig. 5 um 90° geschwenkt, so da# es lotrecht steht (Nordsuchbetrieb). Das Luftlagergehäuse enthält ebenfalls einen Schwimmkörper 29, und dieser wiederum einen Kreisel 30. Die Drallachse dieses Kreisels, welcher Zugieich nordsuchender Kreisel und Kurskreisel ist, fällt mit der Schwenkache 28 zusammen, sofern der Schwimmkörper 29 gegenüber dem Luftlagergehäuse 27 seine Winkelnullstellung einnimmt. Es wird hier nochmals daran erinnert, da# die Wirkungsweise eines solchen kombinierten Kreiselgerätes in friiheren Vorschlägen schon genau erläutert worden ist, so da# hier diese Einzelheiten und konstruktive Details wie Abgriffe und Drehmomenterzeuger weggelassen werden konnten.
  • Der Lotkreisel ist hier erfindungsgemäß als Hohlkugel 31 ausgebildet, welche den ganzen Rahmen 25 und das darin schwenkbare Luftlagergehäuse 27 umschließt. Die Hohlkugel dreht sich in schematisch angedeuteten Kugellagern um die Achsstummel 26a und 26b, so daß also ebenfalls wie in Fig. 1 die Drallachse des Lotkreisels mit der Achse7 zusammenfällt. FUr die Lotkreiselkugel sind zwei Antriebssysteme. vorgesehen, die symmetrisch zu beiden Seiten sitzen. Hystereseringe 32 und 33 sind direkt auf die Kugeloberfläche aufgesetzt, während die zugehörigen geblechten Statorringe 34 und 35 mit den Wicklungen 36 und 37 an den Achsstumneln 26a und b befestigt sind. Zu diesem Zweck sind auf den Achsstummeln Naben 40 und 41 aufgepre#t, von denen gebogene Arme 38 und 39 ausgehen, welche die Statorringe tragen.
  • Die Form des Lotkreiselrotors und sein Antrieb lä#t über die dargestellten Beispiele hinaus noch vielerlei Varianten zu. Darauf komat es jedocb für die Erfindung nicht an, sondern lediglich auf die Tasache, da# ein K und seine zugehörigen Rahmen von einem zweiten Kreiselrotor völlig umsehlossen werden, und daB dadurch das äquatoriale Trägheitsmoment des gemeinsamen Rahmens entscheidend verringert wird.
  • - Patentansprüche -

Claims (3)

  1. Patentansprüche 1. Kreiselgerät mit einem um drei Achsen drehbaren Rahmen, an dem ein Lotkreisel direkt und ein weiterer Kreisel mittels mindestens eines weiteren Rahmens gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, da# der Lotkreiselrotor (19, 31) ) als Hohlkörper ausgebildet ist und den weiteren Kreisel samt seinem (15) beziehungsweise seinen (27, 29) Lagerrahmen umgibt.
  2. 2. Kreiselgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da# die antriebswirksamen Teile (21, 22 bzw. 32, 34) des Lotkreisels in dem axialen Endbereich des Hohlkörpers angeordnet sind.
  3. 3. Kreiselgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei spiegelbildliche Statoren (34, 35) zu beiden Seiten des Lotkreiselrotors (31) angeordnet sind.
    Leerseite
DE19661548544 1966-10-18 1966-10-18 Kreiselgeraet mit einem unmittelbar lotkreiselstabilisierten Rahmen Pending DE1548544A1 (de)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6401556B1 (en) 1999-06-23 2002-06-11 Peter Winston Hamady Precessional device and method thereof
US6629908B2 (en) 2000-05-09 2003-10-07 Peter Winston Hamady Precessional apparatus and method thereof
US7181987B2 (en) 2003-05-02 2007-02-27 Peter Winston Hamady Precessional device and method

Cited By (5)

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