DE2504824A1

DE2504824A1 - Kreisel-bezugsplattform

Info

Publication number: DE2504824A1
Application number: DE19752504824
Authority: DE
Inventors: James Robert Erspamer
Original assignee: Sperry Rand Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1974-02-06
Filing date: 1975-02-05
Publication date: 1975-08-28
Also published as: JPS50110359A; SE7501242L; US3931747A; IT1029484B; JPS5617604B2; GB1484793A; CA1031605A; SE393678B; FR2260082A1

Description

Kreisel-Bezugsplattform

Die Erfindung bezieht sioh auf eine Kreisel-Bezugsplattform zur Lieferung von Lageninformationen um drei zueinander senkreohte Bezugsaohsaibezüglioh eines Luftfahrzeuges. Erfindungsgemäß wird dabei eine Steueranordnung zur momentanen Abschaltung des äußeren Querneigungs-Kardanrahmenservos und zur Verhinderung eines unstabilen Betriebes der Plattform bei bestimmten Flugzuständen geschaffen.

Die vorliegende Erfindungtenn als eine Verbesserung von Kreisel-Bezugsplattformen Ton der Art betrachtet werden, wie sie in der US-Patentschrift 3 648 525 der gleichen Anmelderin beschrieben sind*

Die dieser US-Patentschrift zugrunde liegende Aufgabe bestand darin, eine relativ einfache Konstruktion mit fünf kreiselstabilisierten Kardanrahmen und nur einem servobetätigten Kardanrahmen zu schaffen, so daß sioh eine stabile Plattform ergibt, die relativ wenig aufwendig 1st, eine einfache Herstellung aufweist und im Betrieb zuverlässiger ist. Die Kardanrahmen-Anordnung gemäß dieser US-Patentschrift ist für alle Fluglagen geeignet und ergibt gleichzeitig zusätzlich genaue Lageninformationen bezüglich der drei orthogonalen Achsen des Luftfahrzeuges, in dem die Plattform befestigt ist. Durch Stabilisierung des

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Riohtungßkreiseis sowohl gegen Längsneigungen als auch gegen Querneigungen werden Steuerkursinformationen geliefert» die allgemein die Kardanrahmenfehler eines in Üblicher Weise be« festigten Riohtungskreisels nioht aufweisen. Eine Schwierigkeit verbleibt Jedoch bei der in dieser US-Patentschrift beschriebenen Kreiselplattform«well unter bestimmten Betriebsbedingungen in einem Luftfahrzeug die äußere Querneigungs-=Servo<=> sohleife der Kreiselplattform unstabil werden kann* worauf der äußere Querneigungskardanrahmen zu schwingen oder sogar um seine Achse zu rotieren beginnen kann, wodurch die Gültigkeit der Navigations-Ausgangsinformation der Kreiselplattform zerstört wird β

Eine erfindungsgemäß ausgebildete Dreiaohsen Kreisei-Besugsplattform für lenkbare Luftfahrzeuge umfaßt erste Kard&nrainanen= teile, die um eine Querneigungsachse drehbar befestigt sind,, zweite Kardanrahmen teile _B die auf den ersten Kardanrahmenteilen um eine Längsnelgungsaohse drehbar befestigt sind, Vertikalkreisaleinrieh= tungen, für die die zweiten Kardanrahmenteile die äußeren Kardan= rahmen teile bilden und die weiterhin innere Kardanrahmente ile einschließen, die drehbar auf den zweiten Kardanrahmenteilen um eine innere Querneigungsachse drehbar befestigt sind, Rioh= tungskreiseleinr ich tungen, die drehbar auf den zweiten Kardan=, rahmenteilen befestigt sind, um einen Azimuth-Bezugswert zu liefern, Steuereinrichtungen mit Besohleunigungsmeßeinrlehtungen zur Lieferung von die Längs- und Querneigung darstellenden Signalen, um die Drehachse der Vertikalkreiseleinrichtung mit der Schwerkräftevertikalen ausgerichtet zu halten, innere Kardan« rahmen-Abnehmereinrichtungen, die auf die Drehung der inneren Kardanrahmenteile um die innere Querneigungsachse ansprechen, auf die Kardanrahmen-Abnehmereinrichtungen ansprechende Servo» einrichtungen zur Drehung der ersten Kardanrahmenteile derart, daß die Längsneigungsachse senkrecht zur Drehaohse der Vertikalkreiselelnriohtungen ausgerichtet gehalten wird, Längsneigungs-Quernelgungs- und Azimuth-Abnehmereinrichtungen, die mit der

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Kreiselplattform gekoppelt sind,¹ um Lageninformationen um zueinander senkrechte Bezugsachsen zu liefern, und Schaltungseinrichtungen zur Abschaltung der Servoeinrichtungen unter gleichzeitigem Ansprechen auf die Längsneigungs-Abnehmereinrichtungen und auf die Abnehmereinrichtungen des inneren Kardanrahmens, um einen unstabilen Betrieb der Servoeinrichtungen zu verhindern.

Wie die in der obengenannten US-Patentschrift beschriebene Kreiselplattform verwendet das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Anordnung mit fünf Kardanrahmen und einem einzigen Servosystem, eine Anordnung, die relativ einfach in der Hers teilung, relativ wenig aufwendig und zuverlässig ist. Die Kardanrahmenanordnung des bevorzugten Ausführungsbei- ' spiels ergibt ebenfalls eine Betriebsfähigkeit für alle Fluglagen und liefert genaue Querneigungs-Längsneigungs- und Steuerkurs-Lagendaten um drei zueinander senkrechte Achsen. Es werden Steuerkursdaten erzeugt, die frei von den Auswirkungen von Kardanrahmenfehlern sind. Das bevorzugte Ausführungsbeispiel weist außerdem eine Anordnung zur momentanen Abschaltung des Servos des äußeren Querneigungskardanrahmens auf, um eine unstabile Betriebsweise der Kreiselplattform bei bestimmten Fluglagen des Luftfahrzeuges zu verhindern, wodurch sich eine genaue Plattform mit vollständiger Freiheit ohne Signaldiskontinuitäten bei extremen Fluglagen ergibt. , ^!

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüohen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels noch näher erläutert·

In der Zeichnung zeigen:

Flg. 1 eine schematische isometrische Ansicht einer Ausführungsform der Kreisel-Bezugsplattform;

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Fig. 2 eine abgeänderte Ausführungsform der Steuerschaltung naoh Figo Ij

Figg. 3, 4 und 5 Einzelheiten von Schaltungen, die zur Verwendung bei den Figg. 1 und 2 geeignet sind»

In Fig» 1 ist eine Ausführungsform einer Dreiaohsen-Kreiselplattforra 10 gezeigt« die auf einem Träger 11 drehbar befestigt ist« der auf einer Basis 12, wie z.B. einem Luftfahrzeug befestigt 1st. Ein äußerer Quemeigungskardanrahmen 13 der Kreiselplatt« form 10 ist drehbar um eine Achse 14 befestigt, die vorzugsweise mit der Längsachse oder Quernelgungsaohse zusammenfällt, um die das Luftfahrzeug (und damit die Basis) eine Querneigungsbewegung oder Rollbewegung ausführt. Der äußere Querneigungskardanrahmen 13 ist drehbar um die Achse 14 mit Hilfe von mit Abstand angeordneten Lagern 15 und 16 befestigt. Ein Längsneigungs-Kardan= rahmen 20 der Kreiselplattform 10 ist mit Hilfe von mit Abstand angeordneten Lagern 21 und 22 an dem äußeren Querneigungskardan«= rahmen 13 um eine Achse 23 drehbar befestigt, die senkrecht zur Querneigungsachse 13 verläuft. Die Achse 23 1st normalerweise parallel mit der Querachse, um die das Luftfahrzeug Längsneigungs» bewegungen ausführt.

Der Lähgsneigungskardanrahmen 20 arbeitet mit einem Vertikal·» kreisel 24 zusammen, dessen innerer Kardanrahmen 25 gegenüber dem Längsneigungskardanrahmen 20 mit Hilfe von mit Abstand ange« ordneten Lagern 26 und 27 um eine innere Querneigungsachse 28 drehbar befestigt ist, die normalerweise parallel zur Achse 14 verläuft.

Ein Rotor 30 des Vertikalkreisels 24 ist andererseits drehbar mit Hilfe von mit Abstand angeordneten Lagern 32 und 33 drehbar befestigt, so daß er um eine normalerweise vertikale Spinaohse 31 in dem inneren Kardanrahmen 25 umläuft«

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Weiterhin ist ein Rlchtungs- oder Kurskreisel 35 in dem Längsneigungs-Kardanrahmen 20 befestigt* um Azlrauth-Bezugsinformationen zu liefern. Der Kurskreisel 35 ist an dem sioh unter der Äohse erstreckenden Teil des Längsneigungs-Kardanrahmens 20 und vorzugsweise unterhalb des Vertikalkreisels 24 befestigte damit der Kurskreisel 35 nicht Temperaturlinderungen ausgesetzt ist, die andernfalls durch das Vorhandensein des Vertikalkreisels 24 hervorgerufen werden würden. Ein äußerer (oder Azimuth-) Kar danrahmen 36 des Kurskreisels 35 1st um eine Azlmuthaohse 37 mit Hilfe von mit Abstand angeordneten Lagern 38, 39 drehbar gelagert< > Die Azimuth-Achse 37 wird normalerweise in Koinzidenz mit der vertikalen Spinaohse 31 des Rotors 30 des Vertikalkreisels gehalten* wie dies noch weiter zu erläutern ist. Ein innerer Kardanrahmen 46 ist drehbar um eine Achse 45 in dem Süßeren Kardanrahmen 36 mit Hilfe von mit Abstand angeordneten Lagern 43 und 44 gelagerte Ein Rotor 42 des Kurskreisels 35 1st andererseits so befestigt« daß er um eine normalerweise horizontale Achse 47 in dem inneren Kardanrahmen 46 in mit Abstand angeordneten Lagern 48 und 49 umläuft.

Vorzugswelse sind jeweilige LSngsnelgungs- und Querneigungsbesohleunigungsmesser 50 und 51 auf dem LKngsneigungskardanrahmen 20 befestigt, um Neigungen des Kardanrahmens 20 gegen«= über der Schwerkräfte vertikalen zu messen. Die Längsneigungs- und Q,uerneigungsbes@hleunigungsinesser 50 und 51 können beispielsweise von der ringförmigen Art sein, wie sie in der deutschen Offenlegungsschrift I9 53 473.7 der gleichen Anmelderin beschrieben sind. Der Ausgang des Längsneigungsbesohleunigungsmessers 50 ist mit einem Ubliohen Längsneigungs-Aufrlohtsteuer- verstärker 52 gekoppelt, der seinerseits ein Signal einem Längsneigungs-Präzessionsdrehmomentmotor 55 zuführt, um den Rotor aufzurichten und um die Spinaohse 3I dieses Rotors vertikal zu halten* In gleicher Weise 1st der Ausgang des Quernelgungs-Besohleunlgungsmessers 51 Über einen Querneigungs-Aufriohtsteuerverstärker 54 mit einem Quernelgunga-Präzessions-Drehmoment-

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motor 55 verbunden, um die Spinachse 31 des Rotors 30 vertikal zu halten.

Ein innerer Querneigungs-Kardanrahmenabnehmer 60 ist so befestigte daß er eine Drehung des inneren Kardanrahmens 25 gegenüber dem LHngsneigungskardanrahmen 20 mißt und entsprechend ein Signal von einem Querneigungs* Nachlauf servo verstärker 61 Über einen Schalter 105 einem Öleiohstromservomotor 62 zuführt, der so befestigt ist« daß er den Süßeren Querneigungskardanrahmen 13 um die AohBβ 14 dreht. Die Spinaohse 4? des Kurskreisels 35 wird unter rechten Winkeln zu seiner Mußeren Kardanrahmen-Drehaohse 37 mit Hilfe eines Abnehmers 59 gehalten, der ein Signal einem Ausrioht-Drehmomentmotor 63 zuführt, um die Kurskreisel°Rotor« anozänung in dem Kardanrahmen 46 zu präzedieren«, Längsneigungs«= und Querneigungs-Lagenbezugssignale werden an Leitungen 72 und 73 von Längsneigungs- und Querneigungs-Ausgangsresolvern 64 und 65 geliefert, die an dem äußeren Querneigungskardanrahmen 13 gegenüber den Achsen 23 bzw. 14 befestigt sind. Ein Azimuth-Bezugssignal wird von einem Azimuth-Ausgangsresolver 66 geliefert* der an dem Längsneigungskardanrahmen 20 befestigt ist und auf die Bewegung dee Azimuthkardanrahmens 36 gegenüber der Azimuth= achse 37 ansprioht.

Im Betrieb und beispielsweise während eines unbesohleunigten. Fluges eines Luftfahrzeuges wird die Spinaohse 31 des Vertikal« kreiseis 24 duroh die unabhängigen Längsneigungs- und Quernei= gungs-Aufrichtsysteme in einer vertikalen Position gehalten«, Eine Neigung um die Längsaohse 23 wird duroh den Längsneigungs-Beschleunigungsmesser 50 gemessen, der ein Signal liefert., das die Größe unJ Riohtung der Neigung für eine Verstärkung in dem Längsneigungs-Aufrichtsteuerverstärker 52 und für eine nachfolgende Zuführung an den Längsneigungs-Präzessionsdrehmoment= motor 53 darstellt, woduroh die Präzession des Rotors 30 des Vertikalkreisels in einer derartigen Riohtung hervorgerufen wlrd/> daß die Spinaohse 31 vertikal gehalten wird. In ähnlicher Welse

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wird eine Neigung um die Querneigungsaohse 14 von dem Querneigungs« Beßchleunigungsmesser 51 gemessen« der ein Querneigungssignal liefert, das in dem Verstärker 54 verstärkt und dem Querneigungs-Präzessions-Drehmomentmotor 55 in einer derartigen Richtung zugeführt wird, daß die Spinaohse 31 des Kreisels 24 vertikal gehalten wird. Wenn die Beschleunigung des Luftfahrzeuges einen vorgegebenen Wert übersteigt» liefert der darauf ansprechende ringförmige Htngsneigungs- oder Querneigungs-Besohleunigungsmesser 50 oder 51 ein Signal, das zur Abschaltung des jeweiligen Aufricntverstärkers für diese Achse verwendet wird, um eine Aufrichtung der Vertikalachse 31 auf eine falsche Vertikale zu vermeiden. Der normale Aufrlohtvorgang ergibt sich bei Wiedereintritt In einen unbesohleunigten FlUg₀ Eine schnelle Aufrichtung des Vertikalkreisels 24 kann wHhrend des Anlaufens der Plattform 10 durch Vergrößerung der den Langsneigungs- und Quernelgungs-FrKzessions-Drehmomentmotoren 53 und 55 zugeführten Spannungen erreicht werden. Vorzugswelse sind die Langsneigungs« und Querneigungs-Besohleunigungsmesser 50 und 51 auf dem stabilisierten LHngsneigungskardanrahmen 20 befestigt« um Ihre Ausgänge von dem Einfluß aller Langsneigungs- und Querneigungslagen des Luftfahrzeuges zu trennen.

Eines der Merkmale der Kreiselplattform besteht darin» daß der Kurskreisel 35 auf dem stabilisierten Längsneigungskardanrahmen 20 des Vertikalkreisels 24 befestigt ist. Dadurch« daß die äußere Kardanrahmenachse 37 in einer vertikalen Ausrichtung gehalten wird5 d.h. durch Langsneigungs- und Querneigungsstabilisation» werden verbesserte Drifteigenschaften des freien Kreisels sowie ein Fortfall der Kurskreisel-Kardanrahmenfehler erreicht. Der Vertikalkreisel 24 weist vorzugsweise ein Winkeldrehmoment auf« das beträchtlich größer als das Winkeldrehmoment des Kurskreisels 35 ist. Dadurch« daß der Kurskreisel 35 auf dem Längsneigungskar danrahmen 20 des Vertikalkreisels 24 befestigt 1st» 1st er physikalisch in Längsneigungsrichtung auf Grund des hohen Rotor« Winkeldrehmomentes des Vertikalkreisels 24 gegenüber dem des

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Kurskreisels 25 stabilisiert. Bei der Anordnung des bevorzugten AusfUhrungsbeispiels wird die Querneigungs-Driftunsioherheit durch die Verwendung des ein hohes Winkeldrehmoment aufweisenden Rotors des Vertikalkreisele verringert, der den ein relativ geringes Winkeldrehmoment aufweisenden Rotor des Kurskreisels stabilisiert. Weiterhin beseitigt diese Anordnung die Längs« η eigungs-Dr if tunsioherhe it duroh Servoausriohtung des Kurskreisels 35 um die Querneigungsachse 14 mit Hilfe eines einzigen Querneigungs-Naohlaufservosystems« das den Abnehmer 60, den Quemeigungs-Näohlaufservoverstärker 61 und den Gleichstrommotor 62 einschließt. Duroh Stabilisieren des Kurskreisels 35 in Längsneigungs- und Querneigungsriohtung wird am Ausgang 71 ein Steuerkurs-oder Azimuthausgang geliefert» der frei von Zwisohenkardinal-Kardanrahmenfehlern ist« wie sie bei Übliohen Kurskreiseln auftreten.

Das Kreiselsystem kann weiterhin von einem anderen Aspekt aus betraohtet werden« bei dem der Vertikalkreisel 24 als Drei-Kardanrahmen-Element betrachtet wird, das daduroh erzielt ist« dafi ein üblicher Vertikalkreisel mit zwei Kardanrahmen duroh eine Drehung um 90° in Azimuthrichtung transformiert wird« wobei ein weiterer oder redundanter servobetätigter Kardanrahmen 1? hinzugefügt wird· Die Probleme der Massenversohiebung, die normalerweise mit der Längsneigungsaohse eines zwei Kardanrahmen aufweisenden Vertikalkreisels verbunden sind« Äußern sich als Querneigungs-Drlftunslcherheiten bei der drei Kardanrahmen aufweisenden Vertikalanordnung. Als Ergebnis weist ein drei Kardanrahmen aufweisender Kreisel eine beträchtlich verringerte Empfindlichkeit gegenüber seitlichen während dee Fluges auftretenden (Wende-)BesohleunigungenJr er weist Jedooh eine höhere Empfindlichkeit gegenüber in Richtung der Längsachse verlaufenden Beschleunigungen auf. Es wird j ed ο oh insgesamt ein Vorteil in den Betriebseigenschaften bei einer drei Kardanrahmen aufweisenden Kreiselanordnung erzielt.

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Der Innere Querneigungskardanrahmen 25 des Vertikalkreisels dient als Gehäuse für den Rotor 30 und ist um die innere Quer» neigungsaohse 28 duroh das Winkeldrehmoment des Kreiselrotors 30 stabilisiert. Der Längsneigungskardanrahmen 20 ist andererseits duroh das Winkeldrehmoment des Kreiselrotors um die Längs* neigungsaohse 23 und duroh die Servoschleife um die innere Querneigungsaohse 28 stabilisiertο Well der Kurskreisel 35 an dem Längsneigungskardanrahmen 20 angeordnet ist* ist er in der gleichen Welse stabillcfert. Diese Anordnung verhindert« dafl die Massenunsloherheitsdrehmomente des Kardanrahmens des Kurskreisels 35 die Vertikalkreisel-Drlfträte um die Längsneigungsaohse 23 beeinflussen. Ein zusätzliches Merkmal dieser Anordnung liegt im Fortfall des Kurskreisel-Nacfoführ(Präzee8ions°»)Motor8 und damit im Fortfall des Reaktionsdrehmomentes» den dieser auf den Vertikalkreisel 24 haben würde» wie dies in der obengenannten US-Patentschrift 3 648 525 beschrieben ist« Dieser Fortfall wird duroh die Verwendung des Rotors mit hohem Winkeldrehmoment für den Vertikalkreisel 24 erzielt und dieses Merkmal überwindet unerwünschte eine Drift hervorrufende Drehmomente, die sich aus Kardanrahmen-Massenunsieherheiten ergeben«

Der Kurskreisel 35 weist eine vollständige Freiheit um seine Azimuth-Ausgangsaohse 37 auf und das Azimuth-Ausgangssignal wird von dem Präzisions-Resolver 66 am Ausgang 71 erzeugt« Die jeweiligen Längsnelgungs- und Querneigungsausgänge 72 bzw. 73 der Kreiselplattform 10 werden von den Längsnelgungs- und Querneigungs-Ausgangsresolvern 64 bzw« 65 geliefert« so daß zusammen mit dem Resolvermotor 62 Lageninformationen bezüglich des Luftfahrzeuges 12 um drei zueinander senkrechte Bezugsaohsen geliefert werden. Wie in der oben erwähnten US-Patentschrift 3 648 525 werden unerwünschte Reaktionsdrehmomente der NaohfUhrelemente vermieden., Die Notwendigkeit derartiger Drehrnomentgeberelemente entfällt» zusammen mit den zusätzlichen Gewichts- und scharfen Betriebseigensohaftsforderungen und stattdessen wird eine Kurskreisel-Präzessionskompensation

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außerhalb der Plattform 10 durch Einführung von elektronischen Kompensationssignalen in einem Süßeren elektronischen Steuersystem 70 geschaffen. Diese Anordnung verbessert weiterhin die Drifteigensohaften des Kurskreisels duroh Beseitigung restlicher Drehmomentgeberuneioherheiten und verringert die Lei-βtungaverbrauohsforderungen in der Plattform 10.

Die stabile Kreiselplattform 10, wie sie in der oben erwähnten US-Patentschrift beschrieben ist, weist jedooh unter bestimmten Betriebsbedingungen in einem Luftfahrzeug einen besonderen Pehler auf. Auf Grund dieses Problems kann die äußere Quer» neigungs-Servosohielfe, die den inneren Querneigungs-Kardanrahmenabnehmer 6*0, den Querneigungs-Naohlaufverstärker 6l, den Oleiohstrora-Querneigungs-Servomotor 62 und die mechanische Kopplung zwisohen den äußeren und inneren Querneigungsbewegungen Über die Plattform-Kardanringe einschließt, beim Längsneigungs» Zenitwinkel unstabil werden. Obwohl ein befriedigender Betrieb bei Längsneigungswinkeln bis zu im wesentlichen 89° und 45 Minuten erreioht wird, wird die Gesamtverstärkung der äußeren Querneigungs-Servosohleife bei größeren Winkeln unzureichend und dies kann bewirken, daß der äußere Querneigungskardanrahmen 13 schwingt oder sogar in einer Riohtung umläuft ο

Dieses Problem ergibt sich teilweise daraus, daß die mechanische Verstärkung zwisohen dem äußeren Querneigungskardanrahmen 13 und dem inneren Querneigungskardanrahmen 25 proportional zum Kosinus des Längsneigungswinkels ist. Wenn man sioh daher dem LKngeneigungs-Zenitwinkel nähert, wird diese mechanische Verstärkung wesentlich kleiner als die Verstärkung bei einem Längsneigungswinkel in der Nähe von 0. Infolgedessen ergibt sioh für einen Längsneigungswinkel von 90° keine mechanische Kopplung vom äußeren Querneigungskardanrahmen 13 zum inneren Querneigungskardanrahmen 25 und die äußere Querneigungsservosohleife, (die die Elemente 60, 6l und 62 einschließt) wird

ο/ α

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effektiv zu einer offenen Schleife. Wenn eine Integration in der äußeren Querneigungsservoschleife vorhanden ist, sind unvermeidbar Integratorkondensatoren vorhanden, die eine beträchtliche Zelt zum Entladen benötigen. Im allgemeinen ist die Entladungszeit so groß, daß der innere AuBgangs-Querneigungsmotor 62 hart in einer Richtung angetrieben wird, und sogar eine Umlaufdrehgeschwindigkeit erreichen kann, die bis zu 600 Umdrehungen pro Hinute erreichen kann.

Selbst wenn eine Drehung bei relativ niedrigen Längsneigungsraten erfolgt, kann der äußere Querneigungskardanrahmen IJ um* laufen, bis der Längsneigungswinkel auf weniger als 80 bis 85° verringert ist. Wenn dieser Funkt erreicht ist, zeigt das Kreisel= system in vielen Fällen eine von zwei möglichen Arten von Instabilität. Obwohl die Plattform tatsächlich die Drehung beenden und einen normalen Betrieb wieder aufnehmen kann, kann sie heftig und möglicherweise in zerstörerischer Weise umlaufen oder sie kann welterschwingen bis der Längsneigungswinkel weniger als 80° beträgt, worauf das System zum normalen Betrieb zurückkehrt.

Um die oben beschriebene unnormale Betriebsweise zu verhindern, ist erfindungsgemäß vorgesehen, den Schalter 105,der zwischen dem Verstärker 61 und dem Glelohstrom-Servo-Querneigungsmotor 62 eingeschaltet ist, automatisch zu öffnen. Der Ausgang des Querneigungsverstärkers 6l ist dann von einem Anschluß 110 getrennt und ein Schaltarm 108 wird unter der Wirkung einer meohanisohen Verbindung 107 vom Anschluß 110 zu einem geerdeten Anschluß 109 bewegt. Zu diesem Zweok wird die mechanische Verbindung 107 in üblicher Welse durch eine Schaltersteuerung 106 gesteuert, die die Magnetspule eines Relais sein kann. Die Sohaltersteuerung 106 bewirkt die Erdung des Ausganges des Gleichstrom-Servomotors 62 bei Auftreten eines Ausganges von einer UND-Schaltung 104. Um e inen Elnsohalt-Ausgang zu erzeugen, müssen drei Eingänge gleichzeitig an der UND-Schaltung 104 vorhanden sein«,

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Die drei Signale* die gleichzeitig für die Betätigung der UND-Schaltung 104 erforderlioh sind* werden von einem Längsneigungs-Pegeldetektor 101, einem Längsnelgungsgeschwindigkeitsdetektor 102 und einem inneren Querneigungs=Winkeldetek> tor 103 geliefert. Der innere Querneigungsabnehmer 60 dient zur Lieferung einseitig gerichteter Signale an den inneren Querneigungs-Winkeldetektor 103 und die Amplitude dieses Signals ist eine Funktion der Amplitude des Querneigungswinkels um die Achse 28. Wenn die Amplitude des Ausgangs des Abnehmers 60 gleich oder kleiner als ungefähr ein Winkelgrad ist« wird ein endliches Signal von der Schwellwert-Pegelschaltung* die den inneren Querneigungs-Winkeldetektor 103 umfaßt* weiter» geleitet« so daß einer der gewUnsohten Eingänge an die UND-Schaltung 104 geliefert wird« Die zweLten und dritten Steuer·= elemente 101 und 102 verwenden beide ein Eingangssignal _s das sich an der Längsneigungs-Ausgangsleltung 72 findet und das an der Kosinuswioklung des Längeneigungsresolvers 64 abgeleitet wird« der um die Längsneigungsachse 23 des äußeren Kar» danrahmens 13 arbeitet. Dieses Signal wird direkt dem Längs» neigungs-Pegeldetektor 101 und dem Längsneigungs-Geschwindigkeitsdetektor 102 zugeführt. Wenn das Eingangssignal an die Elemente 101 und 102 eine vorgegebene Grüße aufweist« stehen zweite und dritte Eingänge für die UND-Schaltung 104 zur Ver° fUgung, um den Eingang des Gleichstrommotors 62 zu erden« so daß der Motor 62 daran gehindert wird, zu versuohen« den Kardanrahmen 13 anzutreiben« wenn ein unstabiler Zustand gegeben ist«

Der Längsneigungs-Pegeldetektor 101 stellt die Tatsache fest« daß sich die Plattform 10 der Längsneigungs-Zenltpositlon nähert« während der Längsneigungs-Gesohwindigkeitsdetektor einen Ausgang liefert, wenn sie die Plattform 10 in der Längs» neigungs-Zenitposition für eine Zeit befindet« die lang genug ist« damit sich der unstabile Zustand zeigen kann,, Der innere Querneigungs-Winke!detektor 103 stellt die Tatsache fest« daß

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der Eingang an den Querneigungs-Servoverstärker 61 in der Nähe von O liegt oder O ist. Nur wenn diese drei Zustande gleichzeitig vorhängen sind, besteht eine Gefahr, daß die stabile Kreiselplattform unstabil wird. Daher wird durch Beseitigen des Ausganges des Verstärkers 6l derart, daß er den Gleichstrom-Servomotor 62 zu dieser Zeit nloht mehr steuern kann, die unerwünschte Bewegung der äußeren Querneigungsschlelfe verhindert.

In einem typischen Beispiel wird der Eingang an den OIeiohstrom-Servomotor 62 geerdet, wenn der Längsneigungswinkel größer als 89° und 45 Minuten ist und wenn der innere Querneigungswinkel kleiner als 1° ist. Die Unterbrechung indem äußeren Querneigungskardanrahmen-Servosystem wird eingeleitet wenn die Längen«
tragen.

Längsneigungsgeschwindigkeiten 5° pro Sekunde oder weniger be-

Die Betriebsweise des Systems beim Durchlaufen durch die kritische Ausrichtung wird welter verbessert, wenn, wie dies In Fig. 2 gezeigt ist, die Sohaltersteuerung 106 nach Fig. 1 nioht nur den Schalter 105 in der vorstehend beschriebenen Weise betätigen kann, sondern außerdem die Position eines zweiten Sohalters 120 und seines Sehaltarms 117 gegenüber den Anschlüssen 115 und 116 bestimmte Im normalen Betrieb steht der Schaltarm 117 mit dem Blindanschluß 115 in Verbindung, doch wenn die drei Steuersignale am Eingang der UND-Schaltung 104 vorhanden sindj, wird der Schaltarm 117 duroh die mechanische Verbindung 107, 107b mit dem Ansohluß 116 in Berührung gebracht, wodurch ein Kondensator 119 schnell duroh einen Widerstand 118 entladen wird. Es ist für den Faohmann zu erkennen, daß der Kondensator 119 irgendeinen Kondensator in der äußeren Kardanrahmen-Servosohleife darstellt, der in unerwünschter Weise versuoht, Ladung in dem kritischen Zustand der äußeren Servosohleife zu speichern oder zu integrieren. Für den Fachmann ist weiterhin

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erkennbar, daß die Sohalter 105 und 120 lediglich aus Verein= fmohungsgründen als magnetspulenbetätigte meohanisohe Sohalter ^«tgdifctllt lind und dal bekannt« volltlelctronieohe sohalterkreise oder Elemente anstelle dieser meohanisohen Sohalter eingesetzt werden können·

Die Figg. 3p 4 und 5 zeigen analoge Schaltungen* die für die Verwendung als LSngsneigungs»Pegeldetektor 101« als LHngsnel*= gungs-Geschwindigkeitsdetektor 102 bzw. als Winkeldetektor 103 für den inneren Querneigungswinkel verwendbar sindo Obwohl die Funktionen dieser Steuerelemente auf unterschiedliche Weis«) durchgeführt werden können, ergeben die dargestellten analogen Schaltungen befriedigende Ergebnisse und stellen wenig aufwändige Anordnungen darα

In Fig. 3 ist eine geeignete AusfUhrungsform des LMngsneigungs-Pegeldetektors 101 dargestellt, der seinen Eingang am Anschluß 130 von der Kosinuswicklung des Längsneigungsresolvers 54 ableitet» Wie dies sohematisoh dargestellt ist, überwacht der Längsneigungs-Pegeldetektor 101 die Amplitude des Eingangs« Kosinus des Längsneigungswinkelsignals und erzeugt ein posi= tlves einseitig gerichtetes Ausgangssignal an einem Anschluß 151 für LSngeneigungswlnkel von mehr als 89° und 45 Minuten und ein negatives einseitig gerichtetes Ausgangssignal für Längsneigungswinkel von weniger als 89⁰ und 45 Minuten« Dar Verstärker I52, der in der in der Zeiohnung dargestellten Welse gepolt ist sowie die zugehörige Sohaltung 153 arbeiten In Üb-Hoher Weise und wandeln das am Anschluß 150 erscheinende Weohselspannungssignal in ein in geeigneter Weise maßstäblich geändertes einseitig gerichtetes Signal um_ß das am Aufgangs» ansohluß I5I ersohelnto Der Verstärker 154 und die zugshörige Sohaltung I55 arbeiten ebenfalls in üblicher Weise und vergleichen den Ausgang des Verstärkers 152, der am Verbinshings= punkt 156 erscheint, mit einem einseitig gerichteten alek=

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trischen Bezugeslgnal, das am Ansohluß 157 Von einer geeigneten (nicht gezeigten) üblichen Bezugsspannungsquelle zugeführt wird. FUr einen einseitig gerichteten Signalpegel am Ausgang 156 des Verstärkers 152,der kleiner als der Pegel des Bezugssignals am Anschluß 157 ist, ist der Ausgang am Ansohluß 151 des Verstärkers 154 die gewünschte positive Spannung. Für einen Ausgang des Verstärkers 152, der größer als der Bezugspegel ist» ist der Ausgang des Verstärkers 154 am Anschluß 15I die gewünsohte negative einseitig gerichtete Spannung«

Im folgenden wird der Längsneigungs-^Oeschwlndlgkeitsdetektor 102 nach Fig. 4 beschrieben» Der Eingang dieses Detektors 102 wird in gleicher Weise von dem Längsneigungs-Resolver 64 abge-= leitet» Der Längsneigungs°Oeschwindigkeitsdetektor 102 über= wacht die Amplitude des Kosinus des Längsneigungs°Winkelsignals, das seinem Eingangsansohluß I60 zugeführt wird. Ein positives einseitig gerichtetes Ausgangssignal wird am Ausgangsansohluß 161 des Detektors 102 erzeugt« wenn der Längsneigungswinkel größer als 89° 45 Minuten für eine Zeitperiode von 100 MiIIi= Sekunden oder mehr ist» Eine derartige Zeitperiode kann bei= spielsweise einer Längsneigungsgeschwindigkeit von 5° pro Sekunde entsprechen. Wenn der Längsneigungswinkel nicht größer als 89° 45 Minuten für zumindest 100 Millisekunden bleibt, ist der Ausgang des Längsneigungs-Gesohwindigkeitsdetektors 102 eine negative Spannung. Der Verstärker l62 entspricht dem Verstärker 152 nach Figo 3 insoweit^ als der Verstärker.162 und die zugehörige Sohaltung I63 in üblicher Weise dazu dienen, das Wechselspannungssignal, das am Ansohluß I60 erscheint, in ein entsprechend proportionales einseitig gerichtetes elektrisches Signal unzuwandeln₀ Der Verstärker 164 arbeitet in ahn« licsher Weise wie der Verstärker 154 mit der zugehörigen Schaltung I65 zusammen und vergleicht den Ausgang des Verstärkers l62p der am Verbindungspunkt I66 erscheint, mit einem einsei° tig gerichteten Bezugssignal, das am Ansohluß I67 von einer

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geeigneten (nicht gezeigten) Bezugsspannungsquelle zugeführt wird» Wenn die Parameter des üblichen RC-Netzwerkes mit dem Widerstand 170 und dem Kondensator 171 in geeigneter Weise gewühlt sind« ist der Ausgang am Anschluß l6l des Verstärkers 169 eine positive Spannung nur dann« wenn der Ausgang des Verstärkers 164 am Verbindungspunkt 172 für zumindest 100 Millisekunden positiv gewesen ist« Entsprechend ist der Ausgang am Anschluß I6I für Längsneigungsgeschwindigkeiten von weniger als 5° pro Sekunde positiv und für Längsneigungsgesohwindigkelten von mehr als 5° pro Sekunde negativ.

Im folgenden wird der Winkeldetektor 102 für den Inneren Querneigungswinkel anhand von Fig. 5 beschrieben„ Dieser Detektor 103 empfängt an einem Ansohlufi I80 den Ausgang des inneren Querneigungs-Abnehmers 60 und erzeugt ein Ausgangssignal mit einer Amplitude von 0 an einem Anschluß I81 für innere Querneigungswinkel von mehr als einem Grade Für innere Querneigungswinkels deren Größe kleiner als 1° ist» ist der Ausgang des Detektors

positiv. Zu diesem Zweck erzeugt der übliohe Verstärker 182 eine Wechselspannung an seinem Ausgangs ans ahluß I85 nur dann, wenn die Eingangsspannung an dem Ansohluß I80 die einseitig gerichtete Bezugsspannung übersteigt, die einem Ansohluß 18? von einer geeigneten (nicht gezeigten) Bezugsspannungsquelle zugeführt wird. Das Weohselspannungssignal am Ansohluß 185 wird von einer Diode I86 gleichgerichtet und bewirkt eine positive Aufladung eines Kondensators I88. Dieses positive Signal sohaltet einen Transistor I89 ein, wodurch sich ein Nullpegel-Ausgang am Ansohluß I8I ergibt. Bei Fehlen des Wechselspannungssignals am Ansohluß I85 ist der Transistor I89 abgeschaltet und das Signal am Ausgangs ansohluß 18I 1st die gewünschte positive einseitig gerichtete Spannung auf Grund der Spannung, die am Anschluß I90 zugeführt wird.

Patentansprüche t 509835/0281

Claims

Patentansprüches

»j Dreiaohaen-Kreisel-Bezugsplattform für lenkbare Luftfahrzeuge, gekenn ζ β 1 ahnet duroh erste Kardanrahmenteile (13)« die um eine Querneigungsaohse (14) drehbar befestigt sind, zweite Kardanrahmenteile (20) die auf den ersten Kardanrahmenteilen (13) um eine Litngsneigungsaohse (23) drehbar befestigt sind« Vertikalkreiseleinriohtungen (24), für die die zweiten Kardanrahmenteile (20) die äußeren Kardanrahmenteile bilden und die weiterhin innere Kardanrahmenteile (25) einschließen, die drehbar auf den zweiten Kardanrahmen teilen (20) um eine innere Querneigungsaohse (28) drehbar befestigt sind, Kurskreiseleinrioh·» tungen (35), die drehbar auf den zweiten Kardanrahmenteilen (20) befestigt sind und einen Azimuth»Bezugswert liefern, Steuereinrichtungen mit Besohleunigungsmeßeinriohtungen (50, 51) zur Lieferung von die Lunge- und Querneigung darstellenden Signalen um die Drehaohse (31) der Vertikalkreiseleinriohtungen (24) mit der Querkraftsvertlkalen ausgerichtet zu halten« innere Kardanrahmen-Abnehmerelnriohtungen (60)'* die auf die Drehung der inneren Kardanrahmenteile (25) um die innere Querneigungsaohse (28) ansprechen, auf die Kardan» rahmen-Abnehmereinriohtungen (6o) ansprechende Servoelnrichtungen (61, 62) zur Drehung der ersten Kardanrahmenteile (13) derart, daß die Längsneigungsachse (23) senkrecht zur Drehaohse (31) der Vertikalkreiseleinrlohtungen (24) gehalten wird, Längsneigungs-Querneigungs- und Azimuth-Abnehraereinrlohtungen (64, 65, 66), die mit der kreiselstabilisierten Plattform (10) gekoppelt sind, um Lageninformationen ub zueinander senkrechte Bezugsaohsen zu liefern, und Schaltungseinriohtungen (104, I05, 106) zum Abschalten der Servoeinriohtungen (61, 62) unter gleichzeitigem Anspreohen auf die L&igsneigungs-Abnehmereinriohtungen (64) und auf die Abnehmerelnrlohtungen (60) des inneren Kardanrahmens, um

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einen unstabilen Betrieb der Servoeinrichtungen zu verhindern.
2. Plattform naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daS die Schaltungeeinriohtungen (104, 105, 106) auf eine zeitliche Koinzidenz von Signalen ansprechende Schal» tungeeinriohtungen (104) zum Abschalten der Servoeinriohtungen (61, 62) einschließen.
3· Plattform naoh Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sohaltungseinriohtungen (104) auf auf die LMngsneigungsabnehmereinriohtungen (64) ansprechende Längs» neigungs-Pegeldetektoreinriohtungen (101) und auf auf die Ltogsneigungs-Abnehmereinriohtungen (64) ansprechende die zeitliche Anderungsgesohwindigkeit der LHngsneigung fest« stellende Detektoreinrichtungen (102) ansprechen«
4. Plattform naoh Anspruch 3, dadurch gekennzeioh« net, daß die LKngsnelgungs-Pegeldetektoreinrichtungen (101) einen Ausgang in Abhängigkeit von den LMngsneigungs= Abnehmereinriohtungen (64) bei einem vorgegebenen Wert des Lüngsneigungswinkels erzeugen.
5. Plattform naoh Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtungen (102) für die zeitliche Änderungsgesohwindigkeit der LMngsneigung einen Aus« gang in AbhMngigkeit von den LKngsneigungs-Abnehmereinrichtungen (64) für einen vorgegebenen Wert der zeitlichen Anderungsgesohwindigkeit der LHngsneigung erzeugen«
6. Plattform naoh Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, dafl die Koinzidenzsohaltungseinriohtungen (104) auf die Abnehmereinriohtungen (6o) des inneren Kardanrahmens für Ausgangssignale einer vorgegebenen Größe ansprechen.

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c Plattform naoh Anspruch 1, dadurch g e k β η η ζ β i ο h net, dafl die Servoeinrlohtungen (61, 62) Kondensator-Speloherelnrlohtungtn (119) und Bohmlttrelnriohtungtn (120) zum Entladen der Kondensator-Speloherelnriohtungen (119) gleichzeitig mit der Absohaltung der Servoelnriohtungen (6l, 62) einschließen«,

δ ο Plattform naoh Anspruch J, daduroh gekennzeloh net« daß die VertlkaUcreiseleinriohtungen (24) eine normalerweise vertikale Spinaohse (51) und ein beträchtlich größeres Winkeldrehmoment als die Kurskreisele in* richtungen (35) aufweisen, um direkt die Kurskreiselelnriohtungen (35) zu stabilisieren.

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