DE1817639A1 - Orientierungseinrichtung fuer die drei Dimensionen bzw. Achsen eines Fahrzeuges,beispielsweise eines Raumfahrzeuges - Google Patents

Description

BALL BROTHERS RESEARCH C Boulder Industrial Park, BOULi)M, COLORAJX), U. S. A.

Orient le rungse'iflri ent ung- für die drei Dimensionen bzw. Achsen eines fahrzeuges, beispielsweise eines Raumfahrzeuges

Pur diese Anmeldung wird die Priorität der entsprechenden US-Anmeldung Ser.No. 694 533 vom 29. Dezember 1967 in Anspruch genommen.

Die Erfindung bezieht, sich' auf Steuersysteme für fahrzeuge und betrifft insbesondere Orientierungseinrichtungen für die "drei Dimensionen bzw. Achsen von Raumfahrzeugen.

In den letzten Jahren wurde der automatischen steuerung von Fahrzeugen einschließlich der automatischen Steuerung von Flugzeugen und neuerdings der automatischen Steuerung von Raumfahrzeugen viel Beachtung gesüienkt. Während für die Stabilisierung früherer-Fahrzeuge, die Instrumente zur !Experimentierung, wie beispielsweise von Raketensonden getragene Instrumente tragen, keine Notwendigkeit einer Stabilisierung bestand, wurde es, als die Instrumente verfeinert wurden, notwendig, das Fahrzeug zur einwandfreien Durchführung dieser Experimente zu orientieren und zu stabilisieren. Dabei wurde mit der Verfeinerung bzw.

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Komplizierung der von dem Fahrzeug getragenen Instrumente das eigentliche Fahrzeug ebenfalls verfeinert bzw. kompliziert, indem sich von der jünaehaenorientierung auf die Orientierung von zwei Achsen und schließlich auf die Orientierung aller drei Achsen, und zwar der Roll-, Kipp- und der Hochaßhse weiter entwickelnde, zunehmend komplexer Orientierungssysteme vorgesehen werden mußten.

Obwohl Dreiachsen-Orientierungssysteme bisher bereits vorgeschlagen und/oder verwendet worden sind, la sich keines dieser Systeme, und zwar zumindest teilweise auf Grund der damit zusammenhängenden komplizierten Schaltkreise, der Unfähigkeit der Erfüllung erhöhter Benutzungsanforderungen und/oder der fehlenden Zuverlässigkeit unter allen sicn ergebenden Bedingungen, als völlig erfolgreich erwiesen.

Darüber hinaus machten es die bisher bekannten Orientierungssysteme dieser Art im allgemeinen erforderlich, den Bugkegel (nose cone) vor der Durchführung der Experimente herauszutreiben, da das durcxi ein Zielverfolgendes (track) oder Feinfühlerorgan auszumachende Ziel normalerweise in dem Bugkegelabschnitt geortet wurde.

Erfindungsgemäß wird ein verbessertes Dreiachsen-Orientierungssystem für ein Fahrzeug in Vorschlag gebracht,

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welches für jede der drei Achsen eine verbesserte sog. Kerneinheit besitzt, so daß sich auf jeder Achse rasch, eine zuverlässige Orientierung.gegenüber vorbestimmten Bezugswerten erzielen läßt.

Das System arbeitet automatisch, um ein Fahrzeug auf drei Achsen zu orientieren. Es beginnt zunächst mit dem Stabilisieren (despinning) des Fahrzeuges auf der Rollachse in bezug auf eine vorbestimmte Bezugsquelle. Zu einem vorbestimmten Zeitpunkt nach dem Beginn der Stabilisierung beginnt die Erfassung auf der Kipp- und der Hoch achse, und zwar wiederum in bezug auf eine Bezugsquelle. .Nach der Erfassung auf den drei Achsen wird die Steuerung auf eine Zielverfolgung (tracking mode) übertragen, wobei die Visierachse auf ein vorgewähltes Ziel vom hinteren Ende (Achterende) des Fahrzeuges aus verläuft. Jeder Achse des Systems ibt eine Kerneinheit zugeordnet, die sowohl grob als auch fein wahrnehmen kann, wobei für jede Achse ein Regelsehaltkreis vorgesehen iot, der einen Spannungsbegrenzer, einen Dreipegel-Kontaktgeber, monostabile MuIt!vibratoren und eine Rückkopplung für die abgeleitete Geschwindigkeit enthält.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist demzufolge■ in der Schaffung einer verbesserten.Einrichtung für die Dreiachsenorientierung eines. Fajar-geuges in bezug auf vor-

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bestimmte Bezugsweise zu sehen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines automatisch arbeitenden verbesserten Dreiachsen-Orientierungssytems zum Erfassen bzw. Einfangen mit daran anschließender Verfolgung eines vorbestimmten Zieles (track a predetermined traget).

Ein noch weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Dreiachsen-Ürientierungssystems mit automatischer Steuerschaltung für das Einleiten der Stabilisierung eines Fahrzeuges auf der Hollachse mit nach einer vorbestimmten Zeitspanne einsetzender Erfassung auf der Kipp- und der Hochachse und darauf folgender Verfolgung eines vorbestimmten Zieles auf allen drei Achsen.

Ein noch weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Dreiachsen-Orientierungssystems mit für jede Achse je einer verbesserten Kerneinheit.

Ein noch weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Kernfeeinheit für ein Dreiachsen-Orientierungssystem, bei welchem die Kerneinheit einen Spannung! begrenzer, einen Dreipegel-Kontakt geber, monostabile JIuI-tivibratoren und eine Rückkopplung für die abgeleitete Geschwindigkeit enthält.

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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Dreiachsen-Orientierungssystems, das in einem Raumfahrzeug in der Weise angebracht ist, daß der Orientierungsantrieb von dem Bugkegelabschnitt und das Wahrnehmen (sensing) eines äußeren Zieles auf der Visierachse vom hinteren Abschnitt des Fahrzeuges aus erfolgt.

• Mn noch weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Orientierrungseinrichtung für die drei Dimensionen bzw. Achsen eines Fahrzeuges, wie etwa eines Raumfahrzeuges, die dadurch gekennzeichnet ibt, daß die Einrichtung aus einer ersten, zweiten und dritten sog. Kerneinheit und aus Antriebs- und Steuervorrichtungen besteht, wobei jede Kerneinheit einen die Lage bzw. die Stabilität der drei Achsen des Fahrzeuges feststellenden und beeinflussenden, bei Abweichung der Ist-Lage einer Achse aus- ihrer Soll-Lage ein Signal erzeugenden Schaltkreis aufweist.

Ein noch weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Kerneinheit für eine Fluglage-Orie-ntierungseinrichtung, die aus Fühlorgane, die bei Abweichung des Fühlerorgans von einem vorbestimmten Bezugswert ein Fehlersignal erzeugen, aus an die Fühlerorgane angeschlossenen. Kontaktvorrichtungen, die sofern ein eine vorbestimmte Größe Übersteigendes Fehlersignal einer vorbestimmten Polarität empfangen wird, ein positives

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Ausgangssignal, sofern ein eine vorgewählte Größe übersteigendes Feblersignal mit der vorbestimmten Polarität entgegengesetzter Polarität empfangen wird, ein negative» Ausgangssignal und, sofern kein die vorgewählte Größe übersteigendes Feblersignal empfangen wird, kein Ausgangssignal erzeugen und aus Antriebsmitteln zur Aufnahme des Ausgangs aus den Kontaktgebervorricbtungen besteht, was. die in Auswirkung dessen eine Bewegung in Richtung der Verringerung und Behebung des Fehlersignals bewirken.

In Anbetracht dieser und sonstiger sich für den Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung ergebender Ziele liegt die Erfindung in der im wesentlichen wie nachstehend beschriebenen und insbesondere in den beigefügten Ansprüchen definierten neuartigen bauweise, Kombination und Anordnung von Teilen, wobei klar ist, daß Veränderungen der Ausfübrungsformen der bier offenbarten Erfindung als innerhalb des Erfindungsbereichs liegend anzusehen sind.

Zwei Ausfübr'ungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben« Ss zeigen:

Fig. 1 ein vereinfachtes Blockdiagramm des Dreiacbsen-

Orientierungeeysteme nach der Erfindung, Fig. 2 ein detailliertes Blockdiagranm für eine Achse

des Orientierungssystems nach Fig. 1, Fig, 3 eine perspektivische Ansicht eines Raumfahrzeuges

mit eingebautes Dreiacbaen-Orientierungseystem nach der Erfindung_f „7..

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Pig. 4 ein typisches, die Arbeitsweise des Spannungsbegrenzers nacb Fig. 2 veranschaulichendes Biagramm,
Fig. 5 ein als Beispiel dienendes Blockdiagramm zur

Erläuterung der Rückkopplung für die abgeleitete . Geschwindigkeit,

Fig« 6 ein Diagramm, welches eine typische Erfassungsbabn eines Steuersystemsignals veranschaulicht, Big. 7 eine Reibe graphischer Darstellungen, die den

Zeitverlauf des Steuersystemsignals nacb der in Fig· 6 dargestellten typischen Brfassungsbahn veranschaulichen,
Fig. 8 ein für das Steuereystemsignal während der

Zielverfolgung typisches Diagramm, Fig. 9 eine Reibe graphischer Darstellungen, die den

Zeitverlauf des in dem Diagramm nacb Fig. 8 dargestellten Steuersystemsignals veranschaulichen, Fig. 10, 11 und 12 Teilblockdiagramme, die das Dreiacbsen-Orientierungssystem nach Fig. 1 in seinen Einzelheiten veranschaulichen,

Fig. 13 die Anordnung der Figueren 10,11 und 12 sum Bilden eines zusammengesetzten Blockdiagramms des Dreiacbsen-Orientierungssystems nacb der Erfindung, .---

Fig, 14 ©in die pneumatischen Vorrichtungen (pneumatics) des Dreiacbsen—Orientierungssystems veranschaulichendes Blockdiagramm und

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Fig. "15 ein Blockdiagramm für eine Achse des Orientierungssystems nacb Fig. 2 zwecks Veranscbaulicbung einer Abänderung.

In den Zeichnungen ist das Dreiacbsen-Orientierungssystöm mit 20 bezeichnet, das Kernsteuereinbeiten 22, 25 und 24 für die Roll-,Kipp- bzw. Hocbacbse umfaßt·

Wie in Fig. 1 gezeigt, besteht die Kerneinheit 22 für die Rollacbse ame einem ij!robfüblerorgan 26 (coarse sensor) und

einem Geschwindigkeitsfüblerorgan 27 (rate sensor)· Das Grobsein«

füblerorgan 26 kann von herkömmlicher Bauart mat beispielsweise eine Kreiselanordnung oder eine Fluglagenbezugseinheit mit einer Bezugswabmebmung über 360°· Flugenlagenbezugseinbeiten dieser Art sind im Handel erbältlich, und eine solche Einheit wird beispielsweise durch ¹¹AOCO", eine Abteilung der "American Chain and Cable Company Incorporated", angeboten, Gewünscbtenfalls können anstelle der Kreiselanordnung auch Magnetometer verwendet werden.

Das Gescbwindigkeitsfüblerorgan ist in entsprechender Weise von herkömmlicher Bauart und kann beispielsweise ein Steuer- ' kreisel (rate gyro) oder ein Ausgang aus der Bezugskreiselanordnung sein. Zum Erzielen einer besseren Genauigkeit kann bei einigen inwendungen zur Zielverfolgung (tracking) auch ein Feinfüblerorgan verwendet werden. Auch diese Einheit kann von Üblicher Bauart und beispielsweise eine zusätzliche Kreiselanordnung oder ein Magnetometer sein.

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Der Ausgang aus dem Grobfüblerorgan 26 wird über einen Grobsignalformer 29 einem Summierverstärker 30 zugefübrt. In entsprecbender Weise wird der Ausgang aus dem Gescbwindigkeitsfüblerorgan 27 über einen Gescbwindigkeitssignalformer 31 (rate signal sbaper) 31 und einen Scbalter 32 dem SummierYerstärker 30 zugefübrt. Wäbrend der Stabilisierung und .Erfassung (despinning and acquisition) ist der Scbalter 32 gescblossen und danach normalerweise geöffnet· Sofern ein (nicbt dargestelltes) Feinfüblerorgan in der Kerneinbeit für die Hollacbse verwendet wird, wird ein (nicbt dargestellter) zusätzlicher Scheiter verwendet, um entweder das Grob- oder Feinfüblerorgan in den Stromkreis einzuschalten·

Der Ausgang aus dem Summierverstärker 30 wird über dem Signalverarbeiter (signal processor) 33 den Ventilantrieben (valve drivers) 34 zugefübrt, die den Betrieb der Scbubventile (tbrust valves) 33 steuern. Die Scbubventile verändern natürlich die Fluglage des (als Block mit der Inschrift "Vehicle Dynamics" mit 36 bezeichneten) Fahrzeuges und somit die orientierung der Füblerorgane für jede Achse, wie es auch in Fig. 1 angegeben ist· Ein Betätigungssignal (das, wie in Fig· 1 angedeutet, ein zur Zeit der Fahrzeugebbebung (vehicle separation) in üblicher Weise erzeugtes Signal sein kann) wird über die Leitung 38 den Ventilantrieben zugefübrt, um zu ermöglichen, daß das Feblersignal für die Bollacbse dem Fahrzeugantrieb (den Schubventilen 35) zugefübrt wird·

η entsprechender Weise enthält die Kerneinheit 23 für die Kippebse (pitch axis) ein Grobfühlerorgan 40 für die Kippachse, ^₀,

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welches »ie das Grobfüblerorgan für die Rollachse, ein -bestandteil der Fluglagenbezugskreiseleinbeit sein kann. Das Grobfüblerorgan könnte auch beispielsweise ein Magnetometer oder ein Sonnenfüblerorgan sein, die beide von üblicher Bauart Bein konnten· Das Feinfüblerorgan 41 für die Kippacbse ist in entsprechender Weise vorgesehen und kann beispielsweise eine Vorrichtung zum Anpeilen der Sterne (star tracker), eine Vorrichtung zum Anpeilen der Sonne (solar trecker) oder ein Magnetometer sein, wobei diese Einheiten wiederum von üblicher Bauart sind» Der Ausgang aus dem Grobfühlerorgan 40 für die Kippacbse wird über einen Grobsignalformer 43 einem Kontakt des Schalters 44 zugeführt. Der andere Kontakt des Schalters ist über einen Feinsignalformer 45 an das Feinfüblerorgan 41 für die Kippachse angeschlossen.

Der verstellbare Kontakt des Schalters 44 ist an den Summenverstärker 47 für die Kippacbse angeschlossen, dessen Ausgang über den Signalverarbeiter 48 mit den Ventilantrieben 49 verbunden ist. Die "Ventilantriebe 49 steuern die Scbubventile für die Kippacbse, die, wie die Scbubventile 35, eine i'abrzeugablenkung bewirken, die offensichtlich eine Verschiebung der Orientierung der Füblerorgane bewirkt* Die Ausgänge aus den Ventilantrieben 49 sind über einen Stromkreis 52 für die abgeleitete Geschwindigkeit (derived rate circuit), wie nachstehend noch näber erläutert, mit dem Summierverstärker 47 rückgekoppelt

Die Kerneinheit 24 für die Hochacbse (yaw axis core unit) enthält in entsprechender Weise ein Grobfühlerorgan 54 und ein

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Feinfüblerorgan 55, die über einen GrobsignaIfοrmer 56 bzw. einen Feinsignalformer 57 an die entgegengesetzten Kontakte des Schalters 58 angeschlossen sind. Der bewegliche Kontakt des Schalters 58 ist über einen Summierverstärker 60 für die Hoohacbse und einen Signalverarbeiter 61 an die Ventilantriebe 62 angeschlossen, deren Ausgang die Schubventile 65 für die Hochachse steuert, um eine Ablenkung des Fahrzeuges zu bewirken, die eine Verschiebung der Orientierung der Füblerorgane bewirkt. Die Ausgänge aus den Ventilantrieben 62 liegen außerdem an einem Stromkreis 65 für die abgeleitete Geschwindigkeit (derived rate circuit), dessen Ausgang mit dem Summierverstärker 60 für die Hochachse in gleicher Weise rückgekoppelt ist, wie der Stromkreis 52 für die abgeleitete Geschwindigkeit mit dem Summierverstärker 47 rückgekoppelt ist.

Wie in Fig. 1 gezeigt, liegt ein Ausgang aus dem Grobsignalfopmer 29 außerdem, wie das Eingangssignal aus der leitung 38, an einem der Kipp- und der Hochacbse zugeordneten Schaltkreis 67 (pitch-yaw axes enabling circuitry)· Der Ausgang aus dem ^: Schaltkreis 67 ist an die Ventilantriebe 49 und 62 der Kerneinheiten 23 und 24 für die Kipp- bzw. die Hochacbse und an einen¹ Folgesteuerungsschaltkreis (sequencing circuitry) 69 angeschlossen« An den Folgesteuerungsschaltkreis 69 sind außerdem zwei weitere Eingänge angeschlossen, von welchen einer aus dem Grobsignalformer 43 der Kerneinheit 23 für die Kippacbse und der andere aus dem Grobsignalformer 56 der Kerneinheit 24 für die Hocbacbse kommt.

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Ein Ausgang aus dem FolgesteuerungBscbaltkreis 69 liegt an -den Feinfüblerorgan 41 für die Kippacbse und an dem Feinfüblerorgan 55 für die Hocbacbse, während ein «weiter Ausgang an dem Nebenscblußantrieb (by-pass drive) 70 liegt* der zum Antreiben des Nebenscblußventils 71 vernwedet wird, um d-en Regler des pneumatischen Systems zu überbrücken bzw. zu umgeben. Der Folgesteuerungsscbaltkreis 69 wird außerdem zur Steuerung der Stellung des Schalters 32 in der Kerneinbeit für die Rollacbse und zum Steuern der Scbalter 72 und 73 verwendet· Der Schalter 72 verbindet einen signalanzeigenden Abtasteingang (signal indicating scan input) mit des Grobsignalformer 45 der Kerneinbeit für die Kippacbse, während der Scbalter Ϊ73 denjsignalanzeigenden Abtasteingang mit dem Grobsignalformer 56 der Kerneinbeit für die Hocbacbs· verbindet. Die Scbalter 72 und 73 werden beim Versagen der Feinfüblerorgane in der Wahrnehmung des Vorbandenseins eines Zieles geschlossen, um eine Abtastung zur Grobauffindung des Zieles zu bewirken. Die Scbalter 72,73 und der mit ihnen verbundene Abtastschaltkreis 74 können auch verwendet werden, wem eine Vielzahl von Zielen aufeinanderfolgend erfaßt und verfolgt werden soll.

Wie außerdem aus Fig. 1 ersichtlich, werden Ausgänge aus dem Feinfüblerorgan 41 für die Kippachse verwendet zum Steuern von Schaltern 44 und 58 der Kerneinbeiten 23 und 24 für die Kippbzw, für die Hocbacbse zum Schalten des Orientierungssystems zwischen der Erfassung (Grobwabrnebmung) und der Verfolgung (Feinwabrnebmung) des oder der Ziele.

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In Pig» 2 ist ein Blockdiagramm der Lerneinheit 23 für die Kippacbse is einzelnen dargestellt, wobei diese Acbse auch als Beispiel für die Hocbacbse und (obne Rückkopplung) grundsätzlich für die Bollacbse dient, wie es aus Fig. 1 ersichtlich ist· Wie aus einem Vergleich der Kerneinheit für die Kippacbse nach Fig. 2 mit dem vereinfachten Blockdiagramm der Kern· einheit für die Kippachse nach Fig. 1 ersichtlich, umfäfßt der Grobsignalformer 4J einen Verstärker und Demodulator 75, einen Spannungsbegrenzer 76 und eine Duoscbaltung (lead-lag network) 77_% wahrend der Feinsignalformer 45 einen Versträrker 79 und ein Entstörungsglied (noise filter) 80 umfaßt, die alle von üblicher Bauart sein können·

Der Verstärker und Demodulator 75 bringt die Eingangssignal aus dem Grobfüblerorgan 43 mit dem System in Einklang, während . der Verstärker 79 die Eingangseignale aus dem Feinfüblerorgan

41 mit dem System in Einkleang bringt. Ein solches Signal kenn beispielsweise ein erxeugtes Ausgangssignal mit einer ium Antreiben des nächsten Stadiums (next state) ausreichenden Größe sein* Ein Demodulator ist nicht bei allen Anwendungen notwendig, wird beispielsweise aber bei einer Fluglagenbezugseinheit oder einem Magnetometer verwendet«

Der Spannungsbegrenzer 76 wird überlicberweise verwendet, um die Spannung auf einen trorbestimmten Bereich zu begrenzen, der, wie in Fig. 4 veranschaulicht, gattungsmäßig als ein Bereich zwischen +S^ und -E₈ von +Θ bis «θ_β ausgedrückt wird·

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Die Duoschaltung 77 dient zur Gewährleistung der Stabilität des Systems und folgt dem grundsätzlichen Verhältnis:

aT.S+1

(D

worin a eine konstante Voreilung (lead), T. eine Zeitkonstante für die Zielerfassungsart (acquisition mode) und S die Laplace transformierte bedeuten.

Das Bntstörungsglied 80 ist nicht unter allen Umständen notwendig, folgt bei seiner Verwendung jedoch der grundsätzlichen Formel:

worin T^ die Zeitkonstante des Entstörungsgliedes und S die Laplaoetrinsformierte bedeuten·

Wie ebenfalls aus einem Vergleich der Fig. 1 und 2 ersichtlich, umfaßt der Signalverarbeiter 48 für die Kippacbse einen Kontaktgeber 82, aonostabile Multivlbratoren 83 und /oder Torschaltungen 84«

Der Kontaktgeber 82 ist ein Dreipegel-Scbalter (three-level^ oontaetor), der in Abhängigkeit von der Grä&ße und der Polarität dts Signaleingangs einen positiven konstanten Spannungsausgang, einen negativen konstanten Spannungsausgang oder einen Null-Ausgang liefert und außerdem, wie üblich, als Scbwellen-Diskriminator(en) angesehen werden kann·

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Die monostabilen Multivibratoren 83 sind vpn üblicher Bauart und ihre Durcbscbaltdauer (lengtb of firing) ist von der Zeitspanne abhängig, die erforderlich ist für den einwandfreien Betrieb des Fabrzeugscbubes in Zusammenhang mit den Ventilantrieben 49, die übliche Leistungstransistoren sein können. Man hat festgestellt, daß ein monostabiler Vierzebnmillisekunden-Multivibrator zur Verwendung in dem System nach der Erfindung zufriedenstellend ist.

Wie in Pig· 2 gezeigt, nehmen die ODER-Torscbaltungen 84 den Ausgang aus den monostabilen Multivibratoren 83 sowie einen direkten Ausgang aus dem Ebntaktgeber 82 auf, dessen Signal die Multivibratoren 83 überbrückt bzw. umgeht. Dies gewährleistet daß ein Ausgang aus den ODER-Torscbaltungen zu den Ventilantrieben vorbanden ist, sofern das Signal aus dem -kontaktgeber von längerer Bauer ist als der Ausgang aus dem Multivibrator, und trotzdem ein Signal von minimaler Länger (aus dem Multivibrator) sicherstellt zum Bewirken des Schubes in der gewünsch ten Richtung.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, umfaßt der Rückkopplungskreis 52 , (nach Fig. 1) für die abgeleitete Geschwindigkeit (derived rate feed-back circoit) eine Vorrichtung 87 für die aus der Erfassung abgeleitete Geschwindigkeit (acquisition derive rate) und eine Vorrichtung 88 für die aus der Zielverfolgung abgeleitete Geschwindigkeit (track derived rate) je nach Stellung des Schalters 86, der, wie in Fig. 2 gezeigt, in seiner Bewegung auf die Bewegung des Schalters 44 beschränkt ist· Die Rück-

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kopplung für die abgeleitete Geschwindigkeit wird verwendet zum Erzeugen von Dämpfungssignalen zum Zwecke der Stabilität des Systems und zum Un te reBrücken von regellosen Schwankungen bzw. Störungen (to suppress noise)«

Die abgeleitete Geschwindigkeit (derived rate) ist ein Mittel zur Erzeugung einer Gescbwindigkeitsinformation aus im Inneren des Orientierungssystems erzeugten Signalen und berubt auf der Überlegung, daß, sofern das Drehmoment und die Trägheit um eine Achse bekannt sind, der Ausgang des Eontaktgebers der Beschleunigung um diese Achse direkt proportional ist· Die tfabrzeuggescbwindigkeit ist dem Zeitintegral dieses Beschleunigungssignals direkt proportional. Bei dem System nach der Erfindung wird die abgeleitete Geschwindigkeit mechanisiert durch Koppeln des Ausgangs des Kontaktgebers über eine Verlögerungsscbaltung, deren Ausgang der Veränderung der Fabrzeuggeschwindigkeit proportional ist, wenn die Bescbleunigungsscbubzeit gegenüber der Zeitkonstante der Verzögerungsscfcaltung klein ist. Gemäß Fig. 5» die ein Blockdiagramm (der Vorrichtung) für die abgeleitete Geschwindigkeit (derived rate block diagram) zeigt

• 2t² et? *^#V

FOR I -I (3)

^BDR " ^Kf (^at) " ^{K θ} " ^θ "⁹O" ^a*

K - ^Kf

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Wie aus Fig. 5 und den ihr bezüglichen Gleichungen ersichtlich bzw* hervorgeht, ist die an dem Rückkopplungskreis für die abgeleitete Geschwindigkeit vorhandene Gescbwindigkeitsinformation nur die durch die Schubkraft erzeugte Geschwindigkeit.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß die Schaltung für die abgeleitete Geschwindigkeit zur Zielerfassung der folgenden Formel:

entspricht,, worin K~. die Verstärkung der Rückkopplung für die Zielerfassung (acquisition feedback), T». die Zeitkonstante für den Erfassungsdezimalbetrag (acquisition decimal rate) und S die Laplacetransformierte bedeuten»

In entspfecbender Weise folgt die aus der Zielverfolgung abgeleitete Gescbeindigkeit (track derived rate) dem Verhältnis:

ft

(5)

worin Κ», die Verstärkung der Rückkopplung für die Zielverfolgun (track feedback), T-. die Zeitkonstante für die Zielverfolgungsrückkopplung und S die Laplacetransforntiierte ist.

Eine Anomalie der Rückkopplung für die abgeleitete Geschwindigkeit ist ein abnehmbares Geschwindigkeitssignal bei un wirksamen Scbubvorricbtungen und konstanter Fabrzeuggeschwindigkeit. Diese Wirkung ist während des Betriebes vorhanden und kann insbesondere bei der Kursverfolgung (track mode) genutzt werden,

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um sowohl eine Unterdrückung der zufälligen Schwankungen und Störungen als auch eine Stabilitätssteuerung zu erzielen·

Fig. 6 ist ein Diagramm einer typischen Erfassungsflugbabn (acquisition trajectory) für das System nacb der Erfindung, während Fig. 7 einen Zeitablauf (time bistory) der Steuersignale für die in Fig. 6 dargestellte typische Flugbahn darstellt· Bei der beschriebenen Ausfübrungsform betragen bei in Tätigkeit gesetzten Scbubventilen die Fabrzeugbescbleuni-

gung 0,5 rad/sec , der Zuwachs der abgeleiteten Geschwindigkeit (derived rate gain) 0,235, der Scbaltpunkt 6 0,6° und der Begrenzer-Sättigungspegel (limiter saturation level) 4°. Diese Werte sind bei dem System nacb der Erfindung für die Erfassung nacb der Kipp- und Hocbacbse (pitch and yaw axis acquisition) typisch· Wie aus dem Diagramm nacb Fig. 6 ersichtlich, ist die Flugbahn keine ft Flugbahn von minimaler Zeitdauer (minimum time trajectory), sondern etwas langsamer zum Ermöglichen der Verwendung eines Systems, welches sich in hohem Maße den verschiedenen Betriebsanforderungen und den Feblerfüblorganen anpassen läßt·

Das Diagramm nach Fig· 6 zeigt eine Form einer allgemeinen Geschwind igkeitskante (velocity ledge) im Verkaufe des ersten Teiles der verhaltenen Stufungswirkung (um Null), die für stark gedeänpfte, einen Dreipejjelecbalter mit Hysterese verwendende Systeme charakteristisch ist. Das ^eitdiagramm nach J?ig· 7 zeigt_t daß der im Verlaufe der Eingangsscbubpbase zu-

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nehmende Ausgang an der Schaltung für die abgeleitete Geschwindigkeit groß genug ist, um die Begrenzer-Ausgangsspannung zu überwinden und die Scbubventile auszuschalten. Zu diesem Zeitpunkt würde bei Verwendung eines Gescbwindigkeitsfüblerorgans die ^'ahrzeuggescbwindigkeit solange konstant

bis

bleiben, i±S die Fabrzeugsposition unter dem ■Begrenzer-Sättigungspegel zu liegen kommt. Jedocb arbeitet auf Grund der abnehmenden Ausgangsspannung des Schaltkreises für die abgeleitete Geschwindigkeit bei abgeschaltetem Schuhwerk das Schubwerk im Verlaufe der Zeitspanne, da sich der -begrenzer in gesättigtem Zustand befindet· Wenn die Fabrzeugposition unter dem •^Öegrenzer-Sättigungspegei liegt, wird das entgegengesetzte Schubwerk sofort in Tätigkeit gesetzt, um die Fabrzeuggescbwindigkeit zu verringern. Am Abschluß dieser Scbubphase sind der Positionsfehler und die Fabrzeuggesch»indigkeit gering und folgt das Fahrzeug der verhaltenen Flugbahn in Richtung auf Null, wo ein Begrenzungszyklus einsetzt·

Fig. 8 ist ein Diagram eines typischen Signals des Orientie- '· rungssystems während der Zielverfolgung, während Fig. 9 eine Reihe graphischer Darstellungen zeigt, die den Zeitablauf dieses Signals bei der Zielverfolgung veranschaulichen. Gemäß der beschriebenen Ausfübrungsform beträgt die Fahrzeugbescbleu-

nigung 0,02 rad/seo , der Zuwachs der abgeleiteten Geschwindig keit 0,o2J3, ist der Schaltpunkt auf 15 Bogensekunden eingestellt und bewirkt der Mindestschubimpuls eine Veränderung der Geschwindigkeit von 58 Bogensekunden pro Sekunde·

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Das Diagramm nacb Fig. 8 bat sozugsagen "einen -begrenzungszyklus in einem Begrenzungszyklus¹¹, der verursacht wird, durcb einen Unterschied in den positiven und negativen Impulsen als Fdilge der unterscbiedlicben monostabilen Zeiten oder der unterschiedlichen positiven und negativen Scbubwerkcbarakteristiken·

Fig. 8 zeigt, daß die beiden Beiträge der abgeleiteten Geschwindigkeit während das Betriebes des Begrenzungszyklus folgende sind:

1·_2 während der Scbubpbase unterdrückt die durcbndie monostabile Kombination für die abgeleitete Geschwindigkeit (monostable-derived rate combination) gelieferte äquivalente Hysterese die zufälligen Störungen des Systems und des Füblerorgans (dies wird bei Überprüfung der «eilenformen nacb Fig. 9 offenbar, aus welchen bervorgebt, daß die Spannung E₁₃, sieb im Ver-

Ja

laufe der Scbubpbase rascb verändert) und 2») die richtige Bemessung bzw. Abstufung (scaling) der abnehmenden Spannung für die abgeleitete Geschwindigkeit (bei abgeschaltetetem Schuhwerk) liefert das für die Fahrzeugdämpfung erforderliche notwendige Gescbwindigkeitssignal und begrenzt die Periodenetabilität (cycle stability)· Zu diesem Zeitpunkt wird die Freiheit der Wahl sowohl der Zeitjaonstante für die abgeleitete Geschwindigkeit als auch dAer Verstärkung (gain) verwendet, um den Anforderungen für die Entstörung (noise) und der Geschwindigkeit gerecht zu werden· Die Verwendung der abgeleiteten Geschwindigkeit bei der Zielverfolgung behebt die

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Botwendigkeit einer Voreilungskompensation sowie die naturgemäß mit dieser Kompensationsart in Zusammenbang stehende Störungsverstärkung, so daß die an das Feinfüblerorgan gestellten Anforderungen binsicbtliah der ZufallsSchwankungen und -störungen herabgesetzt werden· Darüber hinaus wird durch Verwendung des Systems nacb der Erfindung der Brennstoffverbrauch auf ein Mindestmaß herabgesetzt.

Die Fig. 10,11 und 12 (wie in Fig. 13 gezeigt) bilden einen zusammengesetzten Teilblock und ein schematisch es Diagramm des Orientierungsseystems nach der Erfindung gemäß Fig. 1 mit Dreiacbsensterung« Wie in Fig. 10 gezeigt, ist das Grobfühlerorgan 26 für die Rollacbse als Fluglagenbezugseinbeit bezeichnet, deren Ausgang für die Rollbewegung an den Demodulator und Verstärker 90 angeschlossen ist jjdie zusammen mit der Duocbaltung 91 und dem Spannungsbegrenzer 96 den Grobsignalformer 9 nach Fig. 1 bilden)·

er Ausgang aus dem Demodulator und Verstärker 90 ist an die luoscbaltung 91 angeschlossen, die aus einem Widerstand 92 betebt, der einem mit einem Kondensator 9^· in Reibe" liegenden iderspand 9* parällelgescbaltet ist« ^er Ausgang aus der luoscbaltung 91 ist dann mit dem Spannungsbegrenzer 96 verbunden^ er aus einem Verstärker 97 mit einem ihm parallel geschalteten iderstand 98 und ihm parallel geschalteten Gegentakt-Zenerdioen 99 und 100 besteht·

er Ausgang aus dem Spannungsbegrenzer 96 ist über einen Widertand 102 unmittelbar an den Summierxiskverstärker 30 für die

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Rollacbse angeschlossen, dem ein Widerstand 103 parallelgescbaltet, i

Das Gescbwindigkeitsfüblerorgan 27 ist in Fig. 10 als Fluglagenbezugseinbeit bezeichnet, dessen Gleicbstromabgriff (DC Tacb output) über einen !Widerstand 105 an den Verstärker 104 (des Feinsignalformers/nacb Fig. 1 ) angeschlossen ist, dem ein Widerstand 106 parallelgescbaltet ist. Der Ausgang des Verstärkers 104 ist über de« Widerstand 107 an einen Schalter 32 angeschlossen, der mit seiner anderen Seite an dem Summierverstärker 30 liegt,,

Wie in Fig« 10 gezeigt, ist der Kontaktgeber (Signalverarbeiter 33 für die Rollacbse nach Fig. 1) in Wirklichkeit ein positiver Scbaltdiskriminator 110 und ein negativer Scbaltdiskrimina'tor 111, die so angeschlossen sind,, daß sie den Ausgang aus dem Summierverstärker 30 aufnehmen. Der Ausgang aus dem positiven Scbaltdiskriminator ist an den Ventilantrieb 113 und der negative Scbaltdiskriirinator an den Ventilantrieb 114 angeschlossen, die zusammen die Ventilantriebe 34 nach Fig. 1 bilden.

Der Ausgang aus dem positiven Ventilantrieb 113 für die Rollachse ist an das positive Ventil 116 für die Rollachse angeschlossen, während der Ausgang aus dem negativen Ventilantrieb 114 für die Rollacbse an das negative Ventil 117 für die Rollacbse angeschlossen ist, die natürlich die Fabrzeugdinamik (vebicle dynamics) bewirken (s.Fig.1). Sowobl der positive

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Ventilantrieb 11J als aucb der negative Ventilantrieb 114 für die Rollacbse wird über die leitung 38 mit Hilfe eines der Rollacbse zugeordneten Signals betätigt.

In Figo 11 Ist das Grobfüblerorgan 40 nacb Fig. 1 als Fluglagenbesugseinbeit bezeichnet, deren Amsgang für die KAppnewegung (pitcb synchro outpout) über einen Steuertransformator 120 an den Demodulator und Verstärker 75 angeschlossen istc £er Steuertransformator 120 wird benutzt zum Vorprogrammieren der Visiarachse (line of sight) auf die Nähe eines gewünschten Zieles· Obwohl nicht dargestellt, ist zur Gewährleistung der Erfassung des vorbestimmten Zieles aucb die Bewegung der Rollachse (roll) vorprogrammiert«

Der Ausgang aus dem Verstärker und Demodulator 75 ist dann an dem Spannungsbegrenzer 76 nacb Fig. 11 angeschlossen, der aus einem Verstärker 122 mit einem Eingangswiderstand 123 und einem parallelgeschalteten Widerstand 124 sowie diesem Widerstand parallelgeschalteten Gegentakt-Zenerdioden 125 und 126 besteht· -^er Ausgang aus dem Spannutgäbegrenzer 76 ist dann %n die Duoscbaltung 77 angeschlossen, die aus einem Widerstand 128 mit ihm

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3m

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parallelgescbaltetem, mit einem Kondensator 130 in Reibe liegendem Widerstand 129 besteht. Der Auegang aus der Duosobaltung *?7 ist on den Sobalter 44 angeschlossen·

Wie außerdem aus Fig. 11 ersiehtlicbf kann das Feinfüblerorgan 41 eine Vorrichtung sun Anpeilen der Sterne (star tracker) sein mit üblicher Zlelerfassungs- und Zielverfolgungeart· Dieser Auegang aus de Vorrichtung zum Anpeilen der Sterne (die in einer lbrer Betriebsarten dargestellt ist ) liegt an dem Entstörungsglied 80 nacb Fig. 2, des aus einem en einen Kontakt des Schalters ±$Jfc 1J3 engesobloBsenen Widerstand 132 besteht und aus einem Widerstand 134_t dem ein mit einem Kondensator 156 in Reibe liegender Widerstand 1J5 parailelgescbaltet ist und der mit dem anderen Kontakt des Schalters verbunden let«

Der bewegliche Kontakt des Scheitere I33 wird in Abhängigkeit der Benutzung der ZielerfaseungB- oder der Sielverfolgungsbetriebsart der Vorrichtung suat Anpeilen der Stern· eingestellt· .

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Der Ausgang aus dem EntStörungsglied 80 nach fig. I wird an dem beweglichen Kontakt des Schalters 133 abgenommen und einem Verstärker 79 zugeführt, der einen ihm parallelgeschalteten Widerstand i.38 und an seiner Ausgangsseite einen Widerstand 139 enthält, über den der Verstärker 79 an einen Kontakt des Schalters 44 angeschlossen ist.

rj,- -

Der bewegliche Kontakt des Schalters 44 ist an den Summier verstärker 47 attgesiLLossen, dem ein Widerstand 141 parallelgeschaltet ist. Der Ausgang aus aem Summierverstärker 47 ist dann an den Kontaktgeber nach Fig. 2 angeschlossen» der nach Fig. 11 in Wirklichkeit aus einem positiven Sehaltdiskriminator 145 und einem negativen Schaltdiskrimiwator 144 besteht. Der Ausgang aus dem positiven Sehaltdiskriminator 145 ist dann mit dem monostabilen Multivibrator 146 gekoppelt» während der Ausgang aus dem negativen Schaltdiskriminator 144 mit dem mono-? stabilen, MuIt!vibrator 147 gekoppelt ist (die aionostabilen Mu.ltivitjystöi'en 146 und 147 biiaeiijzüsaameii die monostabi len Multivibi'atoren 83 nach lig. 2). Der Ausgang aus dem monostabilen Multivibrator 146 i'st ein Eingang in die ODBS-Sorshaltuiig 148, während der Ausgang aus dem monostabil en Multivibrator 147 ein iangang in die ODER-Sp.rscha: tong %4$: .y&$4*t (die 0DBR-2orsehBl-|u»geB Λ4^ unft :M$Ä äi® ODJüE-iox-soh&ltungea S# nach ^ig% %)/_* Der aweite Eingang In die ODEE-lOrsohaltun.gen; ist ιγοφ-desr positive»,-"

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bzw. von dem negativen Sohaltdiskriminator 143 bzw. 144 aus unmittelbar angeschlossen.

Der Ausgang aus der ODJSH-Torschaltung 148 ist an den positiven Ventilantrieb 151 für die Kippachse angeschlossen, während der Ausgang aus der ODüfi-Torschfeiltung 149 an den negativen Ventilantrieb 152 für die Kippachae angeschlossen ist (diese Ventilantriebe bilden zusammen die Antriebe 49 nach Fig. 2). Der Ausgang aus dem poeitiven Ventilantrieb 151 für die Kippaehae liegt an dem positiven Ventil 153 für die Kippbewegung, während der Ausgang aus dem negativen Ventilantrieb 152 für die Kippachse an dem negativen Ventil 154 für die Kippbewegung liegt (die Ventile 153 und 154 sind die Sehubventile 50 nach Fig. 2 für die Fahrzeugsteuerung)» ν

Der Ausgang aus den Ventilantrieben 151 und 152 für die Kippaehse ist jeweils über de» Widerstand 156 an den im Üückkopplungsweg für die abgeleitete Gesehwindigjceit liegenden Verstärker IS*? angeöohloseen. Dem Verstärker £57 iat ein widerstand 1581 #4» Kondensator 159 töni eil* Kondensator 160 parallelgeeoiialtetK wobei der Kondensator 160 über einen Sahalter 161. in den Stromkreis eiiageBchiossen ist* D§r Sehalt er ist■ ""ein* Hälfte "."des Schalters 86 n&o

geachlosae». Der Ausgang aus dem Verstär'ker. 157 verläuft darm über den i/iderstan<i-163^; dem ein -'Widerstand 164

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parallelgeschaltet ist, der mit Hilfe eines ochalters in den Stromkreis eingeschaltet ist* (Der achalter 165 · bildet die andere Hälfte des Schalters 86 nach fig. 2). Die abgeleitete Geschwindigkeit ist dann über den Schalter 166 auf die Eingangs sei te des Summierverstärkers 47 rückgekoppelt.

In Fig. 12, die die Keriieinheit 24 für die Hochachse zeigt, ist das arobfühleiorgan 54 nach Fig. 1 als Fluglagenbezugseinheit bezeichnet, deren Ausgang für die G-ierbewegung (yaw synchro output) an den Demodulator und Verstärker 168 angeschlossen'ist (der Demodulator und Verstärker 168 bildet zusammen mit dem Spänuungsbegrenzer 170 uiid der Duoschaltung 177 den Grobsignalformer 56 nach Fig. 1). Der Ausgang aus dem Demodulator und Verstärker 168 ist an den Spannungsl)egrenaer 170 angeschlossen, der aus einem Verstärker 171 mit einem üingangswiäerBtand 172 und einem ihm parallelgeechalteten Widerstand 173 sowie ihm parallelgesehalteten Gegentakt-Zenerdiöden 174 und 175 besteht. Der Ausgang aus dem Spanriungsbegrehaer 170 ist dann aa die Duoschaltung 177 angeschlossen, die ame deinem Widerstand 178 mit ihm ^allelges ehaltet eat, mit einem Kondensator |8Ö in Eeihe liegendem Widerstand 179 besteht.Der Ausgang mia der Duosehaltung 177 ist dann an einen iContsOct des Schalters 58 angeschlossen·

Wie aus f%. Ii

kann das Feinfühlerorgan 55

XZ

nach Pig. 1 für die Hochase eine Vorrichtung zum Anpeilen der Stern (star tracker) sein, die, wie das Feinfühlerorgan für die Kippbewegung, eine ZielerfasBungs- und Zielverfolgungsbetriebsart hat. Der Ausgang aus dem . Feinfühlerorgan 55 ist an den Schaltkreis 182 angeschlossen, der mit dem Verstärker 189 den· Feinsignalformer 57 nah Fig. 1 bildet. Der Schaltkreis 182 besteht aus einem an einen Kontakt des Schalters 184 angeschlossenen Widerstand 183, während der andere Kontakt des Schalters an einem Widerstand 185 liegt, dem ein mit einem Kondensator 187 in Reihe liegender Widerstand 186 parallelgebehalt et ist. Der Schalter 184 wird in Abhängigkeit der Benutzung der Zielerfassungs- oder Zielverfolgungsbetriebsart der Vorrichtung zum Anpeilen der Sterne eingestellt.

Der Ausgang aus dem ±,ntstörungsglied (noise filter) 182 ist an den Verstärker 189 angeschlossen. Der Verstärker 189 hat einen ihm parallelgeschalteten Widerstand 190 und an aem üen Verstärker mit dem anderen Kontakt des Schalters 58 verbindenden Ausgang einen Widerstand 191.

Der Ausgang des Schalters 58 ist an den Summierverstärker 60 für die Hochachse angeschlossen, dem ein Widerstand 192 parallelgeschaltet ist. Der Ausgang aus dem Summier-r verstärker 60 ist dann an den Kontaktgeber angeschlossen, der gemäß Fig. 12 in Wirklichkeit aus einem positiven

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BAD

Schaltdiakriminator 194 und einem negativen Schalt diskriminator 195 besteht, deren Ausgänge an den monostabilen Multivibrator 196 bzw. den monostabilen Multivibrator 197 angeschlossen sind. Der Ausgang aus dem monostabilen Multivibrator 196 ist an einen Eingang der ODER-Torschaltung 198 angeschlossen, während der Ausgang aus dem monostabilen Multivibrator 197 an einen Eingang der ODER-Torschaltung 199 angeschlossen ist. Darüber hinaus nehmen die ODER-Torschaltungen 198 und 199 jeweils einen direkten Ausgang aus den Schaltdiakriminatoren 194 bzw. 195 auf, wie es im Vürsteilenden bereits im Zusammenhang mit der Ken einheit für die Kippachse erörtert wurae. Der Kontaktgeber, die monostabilen Multivibratoren und die ODER-Torschaltungen bilden zusammen den Signalverarbeiter 61 nach Mg. 1 für die Hoehachse.

Der Ausgang aus der ODER-Tor^chaltung 198 ist an den positiven Ventilantrieb 2Ql für die Hochachse angeschlossen, während der Ausgang aus der ODER-Torschaltung 199 an den negativen Ventilantrieb 202 für die Hochachse angeschlossen ist (die vorerwähnten Ventilantrieb bilden zusam men die Ventilantrieb 62 nach Fig. 1). Der Ausgang aus dem positiven Ventilantrieb 201 für die Hochachse ist an das positive Ventil 204 für die G-ierbewegung angeschlossen, wahrend, der negative Ventilantrieb 202 für die Hochachse an das negative Ventil 205 für die Gierbewegung angeschlossen ist (die vorerwähnten Ventile bilden die Schubventile

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BAD

- aar-

63 nach Fig. 1).

Die Ausgänge aus dem positiven Ventilantrieb 201 und aus dem negativen Ventilantrieb 202 i'ür die ttochachse sind gemeinsam über einen Widerstand 207 an einen im Hückkopplungsweg für die abgeleitete Geschwindigkeit für die Hochachse liegenden Verstärker 208 angeschlossen. Dem Verstärker 208 ist ein Widerstand 210, ein Kondensator und ein Kondensator 212 parallelgeschaxtet, wobei der Kondenstor 212 mittels eines Schalters 213 in den Stromkreis eingeschlossen ist. Der Schalter 213 ist geschlossen, wenn die Vorrichtung zum Anpeilen der Sterne nach der Zielverfolgungsbetriebsart arbeitet.

Der Ausgang aus dem Verstärker 208 verläuft dann über einei Widerstand 215, dem ein Widerstand 216 parallelgeschaltet ist, der mit Hilfe des Schalters 217 in den Stromkreis eingeschaltet ist (der in Verbindung mit dem ochalter für die Zielverfolgung betätigt wird und dann bei abgeleiteter Geschwindigkeit nach der Zielverfolgungsart geschlossen werden soll). Der Ausgang aus dem Widerstand 215 ist dann über den Schalter 218 an die Eingangsseite des SummierBerstärkers 60 angelegt. Die Schalter 166 und 218 sind jeweils mit dem Schalter 133 bzw. 184 wirksam verbunden,

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^BAD

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3Ί

DeJ) an der Leitung 38 auftretende Signaleingang für die Abhebung (sparation signal input on lead 38) ist, wie in Fig. lü gezeigt, an den der Rollachse zugeordneten Diskriminator 220 angeschlossen, der einen zweiten Eingang aus uem Demodulator und Verstärker 90 erhält. Der Ausgang aus dem torschaltungsgesteuerten (gated) Diskriminator

wird unmittelbar an die UND-Torschaltung 222 angelegt, deren zweiter Eingang über einen Verzögerungs&reis 223 aus dem Diskriminator 220 zugeführt wird. Der Ausgang aus der UND-Torschaltung 222 wird dann üüer die Leitung 224 den Ventilantrieben 151 und 152 für die Kippachse sowie den Ventilantrieben 201 und 202 für die Jiochachse zugeführt.

Der Ausgang aus der UND-Torschaltung 222 wird außerdem über die Leitung 225 dem torschaltungsgesteuerten Diskriminator 227 für die Kippbewegung zugeführt, der einen zweiten Eingang aus dem Demodulator und Verstärker 75 nach fig. Ii erhält. Der Ausgang aus dem Diskriminator ist mit der ÜND_Torschaltung 228 verbunden, die einen zweiten Eingang aus dem torschaltungsgesteuerten Diskriminator 230 für die G-ierbewegung erhält. Der Diskriminator 230 erhält- einen Eingang aus der UND-Torschaltung 222 über die Leitung 225 und einen zweiten Eingang aus dem Demodulator und Verstärker 168. Der Ausgang aus der UND-Torschaltung 228 ist unmittelbar an die UND-Torschaltung

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SAO

angeschlossen, deren zweiter Eingang über den Verzögerungskreis 233 aus der UND Torschaltung 228 zugeführt wird.

Der Ausgang aus der UND-Torschaltung 232 wird als Steuersignal (enabling signal) über die leitung 234 dem Feinfühlerorgan für die Kippachse und dem Feinfühlerorgan für die Hochachse zugeführt. Ein weiterer Ausgang aus der Torschaltung 232 ist mit dem pneumatischen Nebenschlußventilantrieb 70 verbunden, der, wie in Fig. 11 gezeigt, an das pneumatische Imebenschlußventil 71 angeschlossen ist. Ein weiterer Ausgang'aus der UND-Torschaltung 232 ist mit dem Abgreifschaltantrieb (tach switch driver) für die Rollachse verbunden, dessen Auggang über die Leitung 2£0 gekoppelt ist zur Steuerung der Stellung des Schalters 32 nach Fig. 10. Ein letzter Ausgang aus der UND-Torsehaltung 232 ist an den Diskriminator 242 für die torschaltungsgesteuerte Abtastung (gated scan dlcriminator) angeschlossen, dessen Ausgang mit der ÜND-Torschaltung 243 verbunden ist, die übejj einen Verzögerungskreis 244 einen zweiten Eingang aus dem Diskriminator 242 erhält. Der Ausgang aus der UND-Torschaltun 243 ist über die Leitung 246 angeschlossen zur Steuerung

der Stellung der Schalter 72 und 73. Der Schalter 72 verbindet den Eingang aus dem Abtaetschaltkreis 74 über den Widerstand 251 mit dem Sp.annungsbegrenzer 76, während der Schalter 73 den Eingang aus dem Schaltkreis 74 über den Widerstand 252 mit dem Spannungebegrenzer 170 verbinde*

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Ein Ausgang aus der die Anwesenheit eines Sternes anzeigenden Vorrichtung 41 ist außerdem an die Schalter 44» 58, 133» 166, 184 und 218 angeschlossen, um ihre jeweilige Stellung zu steuern, währen ein die Betriebsartfolge anzeigender Ausgang (an output indicating mode sequence) mit den gleichen Schaltern verbunden ist, um sie in ihrer Ausgangsstellung zurück zufuhr enm und außerdem· mit den Schaltern 161, 165, 213 und 217 zum Steuern ihrer jeweiligen Stellung.

Obwohl nicht dargestellt, könnte außerdem ein Eingangssignal mit dem Summierveratärker gekoppelt werden, um während der Zielverfolgung eine automatische Abtastung oder eine einfache Regelabweichung (simple offset) zu bewirken. *

Gemäß Fig. 14, die die pneumatischen Vorrichtungen des Systems zeigt, ist eine Antriebs- oder Schubquelle 260, beispielsweise aus Stickstoff, über einen Regler 261 an die verschiedenen, in den Figuren 10, 11 und 12 näher bezeichneten Ventile angeschlossen. Der Regler 261 läßt einen vorbestimmten Fluß zu, der während der Zielverfolgung einen niedrigen Schub von beispielsweise von 0,091 kg (0,2 lbs) ergibt. Während der Zielerfassung ist der Regler über das Nebenschlußventil 71 überbrückt, um während dieser Periode einen verhältnismäßig großen Schub

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_ßA0

von beispielsweise 1,8144 kg (4 lbs) zu ermöglichen. Vorzugsweise ist, wie in Fig. 14 gezeigt, außerdem ein Füllventil 263 vorgesehen.

Beim Betrieb bewirkt das beim Abheben auftretende, der Rollbewegung zugeordnete Signal (roll enabling signal) den Beginn der Stabilisierung (despinning) des Fahrzeuges um die HoIlachse. Nach einer Zeitspanne bewirkt dann der Ausgang aus dem Schaltkreis für die Kipp- und Gierbewegung den Beginn der Erfassung auf der Kipp- und der Hochachse, Die Feinwahrnehmung beginnt mit Hilfe des Folgesteuerungsschaltkreises, nachdem das Ziel erfaßt worden ist, worauf die Verfolgung des erfaßten Zieles aufrechterhalten wird. J)ie durch die Kerneinheit erzeugten Fehlersignale bewirken das Öffnen der Schubventile zur Ablenkung des Fahrzeuges in der erforderlichen Richtung, um dadurch das Fehlersignal an der besonderen Achse zu verringern und zu beseitigen.

Fig. 15 zeigt eine abgeänderte Au-führungsfοrm der Kerneinheit für die Kippachse nach Fig.. 2 und 11, bei welcher die Abänderungen aus einem Feinfühlerorgan 41 bestehen, welches an einen Regelver^tärker 267 angesvhlossen ist, dei aus dem Verstärker 269 einen öteuereingang erhält und dem Verstärker 79 einen Ausgang zuführt. Außerdem ist ein Zielwahrnehmungsorgan 271 vorgesehen, dessen Ausgang über

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den Verstärker 269 an einen torschaltungsgesteuerten Diskriminator 273 angeschlossen ist, dessen zweiter Eingang durch das Abhebungseingangssignal geliefert wird.

Der Ausgang aus dem Diskriminator 273 wird der UND-Torschaltung 275 zugeführt, die einen zweiten Eingang aus dem Diskriminator 277 erhält, der so angeschlossen ist, daß er das Ausgangssignal aus dem Vers&rker und Demodulator 75 erhält. Der Ausgang aus der UED-Torschaltung 275 wird der Basis der Feldeffekttransistors 279 zugeführt, der auf einer Seite über den Widerstand 281 an eine Spannungsquelle B+ und auf der anderen Seite an den Eingang des Spannungsbegrenzers 76 angeschlossen ist. Der Ausgang aus dem Diskriminator 273 ist außerdem an den Nebenschlußventilantrieb 70 und den Schaltantrieb 283 angeschlossen, der zu dem Webenschlußventil 71 bzw. zu dem Schalter 32 führt.

Auf diese Weise wird die Zielwahrnehmungsvorrichtung 271 zur automatischen Verstärkungsregelung für das Feinfühlerorgan verwendet und liefert der Feldeffekttransistor 279 einen effektiven Fehlersignalausgang zum Fortsetzen der Bewegung des Fahrzeuges bis zu dem Zeitpunkt> da die Grobfühlerorgane ein Signal aufnehmen.

Mach dem Vorstehendin ist klar, daß die Erfindung ein verbessertes Orientierungssystem, und awar ein yerbUssertes

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3Q

Dreiachsen-Orientierungssystem liefert.

Pat «nt an »pr liehet -39-

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Claims (1)

1. ST-

   Patentansprüche·

   /U) Orientierungselnricbtung für die drei Dimensionen bzw. Actsen eines Fahrzeuges, wie etwa eines Raumfabrzeuges, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung aus einer ersten, zweiten und dritten söge Kerneinheit und aus Antriebs-und Steuervorrichtungen besteht, wobei jede Kerneinheit einen die Lage bzw. die Stabilität der drei Achsen des Fahrzeuges feststellenden und beeinflussenden, bei Abweichung der Ist-Lage einer Achse aus ihrer Soll-Lage ein Signal erzeugenden Schaltkreis aufweist.

   2») Einrichtung nach Anspr. 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die L₈ge bzw. die Stabilität der zweiten und dritten Achse feststellende und- beeinflussende Schaltkreis eine Rückkopplungsvorrichtung für die abgeleitete Geschwindigkeit (derived rate feeback means) enthält·

   3») Einrichtung nach Anspr· 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das fahrzeug ein Raumfahrzeug ist und daß die erste, zweite und dritte Achse die Roll-,Kipp-bzw. Hochachse sind, wobei die Rücikopplungsvorricbtung für die abgeleitete .Geschwindigkeit an die Kipp- und Hochachse angeschlossen ist.

   4.) Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3j dadurch gekennzeichnet, daß jede der Kerneinheiten aus einer bei ihrem Abweichten von einem vorbestimmten Bezugswert ein Fehlersignal erzeugenden Füblervorrichtung und aus einer an die Fühlervorrichtung angeschlossenen, bei Aufnahme eines eine vorgewählte Größe übersteigenden Fehlersignals vorbestimmter

   . - 40 -

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   >8

   Polarität ein positives Ausgangssignal, bei Aufnahme eines eine vorgewählte Größe übersteigenden Feblersignals der entgegengesetzten Polarität ein negatives Ausgangssignal und bei Aufnahme keines die vorgewählte Größe übersteigenden Feblersignals kein Ausgangssignal erzeugenden Kontaktgebervorricbtung besteht.

   5·) Einrichtung nach Anspr. 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite und dritte Kerneinbelt den Ausgang aus der Kontaktgebervorricbtung aufnehmende und in Auswirkung des Empfangs eines Fehlersignals aus ihr ein Ausgangssignal erzeugende monostabile Multivibratoren enthält, wobei die Antriebsmittel den Ausgang aus den Multivibratoren aufnehmen und die Bewegung des Fahrzeuges in Auswirkung des Ausgangs in Richtung einer Verringerung und Behebung des Feblersignals bewirken.

   6.) Einrichtung nach Anspr· 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Multivibratoren aus zwei monostabilen Multivibratoren bestehen, von welchen einer durcb ein positives Feblersignal aus der Kontaktgebervorricbtung und der andere durch ein» negatives Feblersignal aus der Kontaktgebervorricbtung ausgelöst bzw. betätigt wird.

   7·) Einrichtung nach Anspr. 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite und dritte Kerneinheit Je eine Summiervorrichtung und eine zwischen den Multivibratoren und der Summiervorrichtung angeschlossene, zum Verbessern der Stabilität des Systems und zum Verringern der zufälligen Schwankungen bzw.

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   Störungen (reduce noise) dämpfende Rückkipplungssignale erzeugende Huckkopplungsvorricbtung für die abgeleitete Geschwindigkeit enthalten·

   8·) Einricbtung nach Anspr. 7, dadurcb gekennzeichnet, daß die Huckkopplungsvorricbtung für die abgeleitete Geschwindigkeit eine den) Verhältnis:

   TS + 1

   enksprecbende Verzögerungsscbaltung (lag network) ist, wobei in der Formel Kj. die Rückkopplungsverstärkung, T eine Zeitkonstante und S die Laplacetraneformierte bedeuten·

   9·) Einricbtung nach einem der Ansprüche 4- bis 8, dadurch gekennzeicbnet, daß die Füblervorricbtung aus einen Spannungsbegrenzer besteht, dessen Ausgang an die Konetaktgeber·· vorricbtung angeschlossen ist·

   10·) Einricbtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch : gekennzeichnet, daß mindestens eine der Kerneinheiten eine das Ziel lahrnehmende Vorricbtung (target sensing means) und_; eine an die das Ziel wahrnehmende Vorricbtung angeschlossene, das Zielsignal verarbeitende Vorrichtung enthält, um beim Fehlen eines Empfangssignals durch die das Ziel wahrnehmend· Vorrichtung ein Fehlersignal bu erzeugen und zum Erleichtern der Zielerfassung eine Abweichung des Fahrzeuges zu bewirken«

   11.) Einrichtung nach Anspr. 10, dadurcb gekennzeichnet, daß die das Zielsignal verarbeitende Vorrichtung aus einem an dit

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   das Ziel wahrnehmende Vorricbtung angeschlossenen Diskriminator und einem Feldeffekttransistor besteht, wobei der Transistor, sofern durcb die das Ziel wahrnehmende Vorricbtung kein Ziel wahrgenommen wird, durch den Diskriminator ausgelöst wird. .

   12·) Einrichtung nach Anspr. 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Eerneinbeit einen an die das Ziel wahrnehmende Vorrichtung und an die das Zielsignal verarbeitende Vorrichtung angeschlossenen Regelverstärker zur automatischen Verstärkungsregelung 4er Kerneinheit enthält.

   15·) Einrichtung nacb einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der die -^age bzw. die Stabilität der ersten Achse feststellende und beeinflussende Schaltkreis ein beim Auftreten einer Abweichung gegenüber einem vorbestimmten Erfassungsbezugswert auf der ersten Achse ein Ausgangssignal erzeugendes erstes Füblerorgan, ein beim Auftreten einer Abweichung gegenüber einem vorbestimmten Geschwindigkeitsbezugswert auf der ersten Achse ein Ausgangssignal erzeugendes zweites Fühlerorgan und einen durch diese Regelvorrichtungen gesteuerten ersten Schalter; der die Lage bzw. die Stabilität der zweiten Achse feststellende und beeinflussende Schaltkreis ein beim Auftreten einer Abweichung gegenüber einem vorbestimmten Erfassungsbezugswert auf der zweiten Achse ein Ausgangssignal erzeugendes drittes Üiblerorgan, ein beim Auftreten einer Abweichung gegenüber einem vorbestimmten Zielverfolgungsbezugswert (track reference) auf der zweiten Achse ein Auegangesignal erzeugendes viertes Fühlerorgan und , , __ - 43 -

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   IM

   einen durch diese Regelvorrichtungen gesteuerten zweiten Schalter, und der die Lage bzw. die Stabilität der dritten Acbse feststellende und beeinflussende Schaltkreis ein beim Auftreten einer Abweichung gegenüber einem vorbestimmten Erfassungsbezugswert auf der dritten Achse ein Ausgangssignal erzeugendes fünftes Füblerorgan, ein beim Auftreten einer Abweichung gegenüber einem vorbestimmten Zielerfassungsbezugswert auf der dritten Acbse ein Ausgangssignal erzeugendes füblerorgan und einen durcb diese Regelvorrichtungen gesteuerten dritten Schalter enthält»

   ) Einrichtung nach Anspr. 12, dadurch gekennzeichnet, daß das erste, dritte und fünfte Füblerorgan Grobfüblerorgane sind, das zweite Füblerorgan ein Gescbwindigkeitsfüblerorgan ist und das vierte und sechste Füblerorgan Feinfüblerorgane sind·

   15·) Einrichtung nach einem der Anspr. 3 bis 14, dadurob gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel für ,jede Achse aus zwei an die Sign'alverarbeitungsvorricbtung angeschlossenen Ventilantrieben, von welchen einer das positive Feblersignal und der andere das negative Feblersignal aufnimmt, und aus zwei an die Ventilantriebe angeschlossenen Scbubventilen besteben.

   16.) Einrichtung nach einem der Anspr. 5 bis '15, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Füblerorgane ein Ziel erfaßt und verfolgt (acquires and tracks a target), das sich außerhalb eines Fahrzeuges befindet, welches einen einen vorderen und einen hinteren Teil aufweisenden Körperabscbnitt, einen an dem vorderen Teil angebrachten Bugkegel, bei ibrer Betätigung des Fahrzeug ablenkende Schubdüsen fe dem Bugkegeln

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   BAO

   teil und Mittel aufweist, um das Füblerorgan im binteren Teil des Korperabscbnitts so anzubringen, daß die Visieracbse (line of sigbt) zur Stabilisierung des Fahrzeuges durcb seinen hinteren Teil verläuft.

   Seiler u>

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   Leerseife