DE262409C

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Publication number: DE262409C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

— JV! 262409 -KLASSE 77 h, GRUPPE

LOUIS MARMONIER in LYON.

mittels eines Kreiselpendels.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 20. Januar 1909 ab.

Die Verwendung des Kreiselpendels zur Stabilisierung von Luftfahrzeugen ist bereits bekannt. Mit den bisher verwendeten war jedoch nur eine Längsstabilisierung von Luftfahrzeugen. und auch diese nur bei geradlinigem Fluge erreichbar.

Die Erfindung ermöglicht die Anwendung des Kreisel pendeis zur Querstabilisierung unabhängig von der Gestalt der Flugbahn des

ίο Luftfahrzeuges. Dies wird dadurch erreicht, daß das Kreiselpendel, dessen Kreiselmassen in senkrechten Längsebenen des Flugzeuges umlaufen, in dem Flugzeug derart gelagert ist, daß es nur in einer zur Flugrichtung senkrechten Ebene schwingen kann.

An dem Kreiselpendel ist eine Segelfläche angebracht, die in der Flugrichtung des Flugzeuges steht und oberhalb des Stützpunktes für das Kreiselpendel angeordnet ist.

Die Zeichnungen veranschaulichen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. ι stellt einen senkrechten Schnitt durch die Vorrichtung dar, die beispielsweise zum Antrieb der Stabilisierungsflächen eines Drachen-Siegers dienen soll. Der Schnitt durch die Vorrichtung steht quer zur Flugrichtung des Drachenfliegers. Die Vorrichtung dient im vorliegenden Falle zum Überwachen eines mechanischen Relais.

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht und
Fig. 3 den Grundriß der Vorrichtung.

Fig. 4 ist eine schematische Darstellung, aus der zu ersehen ist, wie die Vorrichtung an dem Drachenflieger angebracht ist.

Die Fig. 5 bis 15 veranschaulichen schematisch denselben Drachenflieger unter verschiedenen Bedingungen, aus denen die Wirkung des Kreiselpendels als Querstabilisator zu entnehmen ist.

Der Kreisel besteht aus zwei Schwungringen AA¹, die auf einer wagerechten Welle A² angebracht sind, welche von einem Rohr B getragen wird. Dieses ist mit seinem oberen Teil an einer Gabel C befestigt, die von einer Achse D getragen wird, die ihrerseits in zwei Lagern E ruht, welche am Flugzeug befestigt sind.

In der Gabel C ist ein Zahnradgehäuse F angebracht, dessen Getriebe zum Antrieb des Kreisels dient und auch die Kraft zum Verstellen der Stabilisierungsflächen unter Vermittlung des -Kreiselpendels liefert. Durch dieses Gehäuse F, das von der Achse D getragen wird, geht eine Achse G hindurch, welche in einer Schraube G¹ endigt, die sich in einer Mutter H drehen kann. Die Mutter H wird von zwei Führungsrippen h getragen, welche an den die Vorrichtung tragenden Lagern E befestigt sind, derart, daß die Schraube G¹ bei einer Drehung innerhalb der feststehenden Mutter H in dem einen oder anderen Drehsinne die Verschiebung des Zahnradgehäuses F

in der einen oder anderen Richtung bewirkt. Der Antrieb des Kreisels wird durch eine Übertragung mittels Kegel- oder Winkelgetriebe α i bewirkt, das von einer Welle I angetrieben wird, die in dem Rohr B gelagert ist. Am oberen Ende der Welle I sitzt ein Kegelrad I¹, in welches zwei Kegelräder / J¹ eingreifen, die leerlaufend auf ein und derselben Welle G angeordnet sind. Das Kegel- ο rad / wird durch ein zweites Kegelrad / anget rieben, das seine Bewegung durch die mit der Kraftquelle in Verbindung stehende Welle K erhält.

Jedes der beiden Kegelräder / 7¹ trägt eine Schale L L¹ aus Stahl, in welche mit Kugeln η η¹ . ausgestattete Gegenschalen N N¹ hineinragen. Diese Gegenschalen werden von einer in der Mitte verengten Rolle M getragen, die auf der Welle G leicht verschiebbar angeordnet ist, wobei Kugeln m die leichte Hin- und Herbewegung der Rolle sichern. Zwei Stiftschrauben c c¹, die an den Armen der Gabel C befestigt sind, greifen in die Rolle M ein und zwingen diese hierdurch, den Bewegungen des Pendels zu folgen.

Die Triebkraft, welche den Kreisel in Drehung versetzt, kann von einem beliebigen Motor geliefert werden, beispielsweise von einem Elektromotor oder einer durch die Auspuffgase des Hauptmotors angetriebenen Turbine. Diese Antriebsmaschinen können unmittelbar an der Kreiselwelle angreifen oder auch mittelbar, wie bei der soeben beschriebenen Vorrichtung. Jedenfalls ist es wichtig, daß die Kraftübertragung mittels Kardan gewahrt bleibt, um der Vorrichtung insgesamt auch dann noch eine genau einhaltbare Gleichgewichtslage zu geben, wenn die Antriebsvorrichtungen und der Servomotor in einer einzigen Vorrichtung untergebracht sind.

Die Verschiebungen der Rolle bewirken, daß die mit den Kugeln η η¹ ausgerüsteten Schalen gegen die Schalen L oder L¹ der Kegelräder / oder J¹ gekeilt werden. Hierdurch bewirken sie eine Drehung der Rolle M in dem einen ■oder dem anderen Sinne, welch letztere ihrerseits die Welle G mitnimmt. Die Schraube G¹, die mit der Welle G aus einem Stück besteht, bewegt sich hierdurch hinsichtlich ihrer Mutter H nach außen oder innen und läßt so das Gehäuse F um seine Achse D ausschwingen, und zwar in dem Sinne, daß der Hebel P in die Ebene des Pendels kommt.

Es ist einleuchtend, daß infolge der entgegengesetzten Drehung der Kegelräder JJ¹ das Pendel das Gehäuse in der einen oder anderen Richtung gemäß seiner eigenen Schwingung verschieben wird.

An dem Gehäuse F sitzt ein Zapfen O, der als Achse für einen Hebel P dient, welcher einen Vorsprung ft trägt. Letzterer dient dazu, im normalen Zustand den Hebel P zwischen zwei Ausbuchtungen f f¹ des Gehäuses F festzustellen. Der Hebel P, der die Bewegungen mitmacht, welche durch das Pendel auf das Gehäuse F übertragen werden, ist durch Kabel Q (Fig. 4) mit den Richtflächen R des Flugzeuges verbunden.

Der Hebel P wird in der vorher beschriebenen Stellung durch eine Feder S festgehalten und kann aus derselben freigemacht werden, indem man ihn in die Stellung P¹ (Fig. 2) führt, wodurch dem Führer des Flugzeugs die Möglichkeit gegeben wird, das Richten der Flächen von Hand vorzunehmen.

Auf dem Gabelkopf der Gabel C können Arme T T¹ angebracht werden, welche eine Vertikalfläche U tragen (Fig. 2, 9 und 15), deren Verwendung später auseinandergesetzt werden wird.

Die beschriebene Vorrichtung muß bei Anbringung an einem Flugzeug folgenden Bedingungen genügen:

1. Das Pendel darf sich nur verschieben,

d. h. bei der Drehung um seine Aufhängungsachse die Lotrechte nur verlassen, wenn es die Trägheit des Kreisels überwindet.

2. Das zur Verfügung stehende Gesamtgewicht muß als Pendelmasse ausreichen.

Diese Bedingungen hängen ab von der Umdrehungsgeschwindigkeit des Kreisels, vom Gewicht der sich bewegenden Schwungräder, von der Lage des Pendels hinsichtlich des Kreisels, vom Gesamtgewicht des Pendels und schließlich von dessen Gesamtlänge. Sind diese Elemente zweckmäßig gewählt, so wird der Kreisel fast vollständig alle Schwingungen des Pendels hintanhalten, ganz gleich, welchen Erschütterungen oder selbst seitlichen Verschiebungen es unterworfen ist; dagegen wird das Pendel nicht gehindert, seine lotrechte Stellung, falls erforderlich, wieder einzunehmen, und zwar ist hierbei der Drehsinn des Kreisels gleichgültig.

Es muß hierbei bemerkt werden, daß die Kreiseldrehung auf das Pendel verschiedenartige Reaktionswirkung ausübt, je nachdem sich die Schwungräder in dem einen oder in dem anderen Sinne drehen. Drehen sich beispielsweise die Schwungräder im Sinne der Pfeile nach Fig. 2 und 3, so drängt die Reaktionskraft des Kreisels das Pendel hinsichtlich der Bahn, die von der Achse des Pendels beschrieben wird, nach innen zu. Wenn sie im entgegengesetzten Sinne rotieren, so würde das Pendel, ohne daß eine äußere Kraft mitwirkt, aus der Bahn herausgedrängt werden. ■

Wenn nun das Flugzeug eine Wendung macht, so greift die Zentrifugalkraft ein und

ist bestrebt, im Falle der auf der Zeichnung durch den Pfeil angedeuteten Drehung des Kreisels der Reaktionskraft des Kreisels entgegenzuwirken. Es ist infolgedessen im Falle einer Wendung leicht, die Neigung des Pen-•dels zu regulieren, indem man eine dieser beiden Kräfte mittels eines der oben angegebenen Mittel abändert. Jedenfalls wird die Zentrifugalkraft immer gegenüber der Reaktionskraft des Kreisels überwiegend sein müssen, damit die Neigung, die der Stabilisator annimmt, mit steigender Schnelligkeit und kleinerem Krümmungsradius der beschriebenen Kurve immer größer wird.

Um die Regelung des Gleichgewichts durch . den Stabilisator zu einer vollkommen selbsttätigen zu machen, kann die oben erwähnte Fläche U von größerer oder geringerer Bedeutung sein, entsprechend der Neigung, die man erzielen will oder entsprechend der Windstärke, gegen welche das Flugzeug anzukämpfen hat.

Die Verwendung einer derartigen Stabilisiervorrichtung kann bei jeder beliebigen Flugzeugbauart angewendet werden, bei welcher Richtflächen vorgesehen sind. Mit geringen Änderungen könnte ein und dieselbe Stabilisierungsvorrichtung die Gleichgewichtsbedingungen bei Flugzeugen auf verschiedene Weise verändern, nämlich entweder durch Einwirkung auf die stabilisierenden Vorrichtungen am Flugzeug oder durch Verlegung seines Schwerpunktes oder des Angriffspunktes der Kraft oder schließlich des Widerstandsmittelpunktes. Am meisten ist die Vorrichtung jedoch zum Verstellen von Richtflächen geeignet, die das Gleichgewicht des Gleitfliegers aufrechterhalten sollen oder bei Wendungen für eine geeignete Neigung desselben sorgen sollen. Dieser Antrieb der Richtflächen, der bisher von Hand erfolgte, ist durch Verwendung der beschriebenen Vorrichtung zu einem in jedem Falle selbsttätigen geworden.

Es sollen hier folgende mögliche Fälle in Betracht gezogen werden:

i. Stabilisierung in seitlicher Richtung, wenn sich das Flugzeug in gerader Linie fortbewegt ;

2. Stabilisierung bei Wendungen;

3. Stabilisierung unter dem Einfluß des Windes bei geradliniger Fortbewegung;

4. Stabilisierung unter dem Einfluß des Windes bei Wendungen.

i. Bewegt sich das Flugzeug in gerader Richtung (Fig. 4), so befinden sich die Stabilisiervorrichtung ebenso wie die Richtflächen R im Zustande der Ruhe. Wenn sich aber das Flugzeug auf die linke Seite legt (Fig. 5), so bewirkt das lotrecht bleibende Pendel eine Verwindung der Flügel, wodurch sofort das Gleichgewicht wieder hergestellt wird.

2. Wenn das Flugzeug eine Drehung ausführt, so sind folgende 3 Phasen zu beachten:

a) Bei Beginn der Wendung dreht sich die Vorrichtung nach rechts (Fig. 6), die Zentrifugalkraft wirkt auf den Stabilisator, der nach außen gedrängt wird und führt die Richtflächen in die angegebene Stellung.

b) Bei Fortsetzung der Drehung und vor Annahme der erforderlichen Neigung am Anfang der Wendung befindet sich der Apparat in der in Fig. 7 angedeuteten Gleichgewichtsstellung.

c) Wenn das Flugzeug seine geradlinige Bewegung wieder aufnimmt, so stellt sich der Stabilisator lotrecht ein¹ (Fig. 8) und führt die Richtflächen in die Stellung, die geeignet ist, das Gleichgewicht wiederherzustellen.

Wenn der Wind auf das Flugzeug bläst, ist es ratsam, diesen in eine zweckentsprechende Lage und unter einen geeigneten Winkel zu stellen.

3. Wenn das Flugzeug sich geradlinig bei ruhigem Wetter fortbewegt, so befindet es sich für gewöhnlich in der Gleichgewichtsstellung (Fig. 4); weht aber beispielsweise der Wind von rechts (Fig. 9), so wirkt er auf die Fläche U des Stabilisators ein und stellt go diese schief. Dies hat ein Verwinden der Flächen zur Folge, wodurch das Flugzeug gezwungen wird, sich unter geeignetem Winkel (Fig. 10) zu neigen und sich so in die günstigste Stellung zu bringen. ,

4. Soll schließlich das Flugzeug wenden, z. B. nach links herum, und befindet es sich vor Beginn der Drehung in der in Fig. 11 angegebenen Stellung, so wird bei Beginn der Wendung der Stabilisator nach außen gedrängt und hierdurch auf die Richtflächen einwirken, um das Flugzeug zu neigen (Fig. 12), bis es sich dem Winde (Fig. 13) darbietet.

Nunmehr ändert sich die Richtung des Windes mit Bezug auf das Flugzeug und damit auch die Wirkung, die er auf die Fläche U ausübt. Durch diese wird die Neigung des Flugzeuges vermehrt (Fig. 14) bis zu dem Augenblicke, wo dieses bei Annahme der geraden Richtung und bei von rechts wehendem Winde in die Gleichgewichtsstellung (Fig. 15) zurückgeführt ist.

Claims

Patent-Ansprüche:

i. Vorrichtung zur Stabilisierung von Luftfahrzeugen, insbesondere Flugzeugen, mittels eines Kreiselpendels, welches die Steuerung einer Kraftquelle überwacht, dadurch gekennzeichnet, daß behufs Quer-

Stabilisierung des Flugzeuges das Kreiselpendel, dessen Kreiselmassen in senkrechten Längsebenen des Flugzeuges umlaufen, in dem Flugzeug derart gelagert ist, daß es nur in einer zur Flugrichtung senkrechten Ebene schwingen kann.
2. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Kreiselpendel oberhalb des Stützpunktes für das Kreiselpendel eine Segelfläche angebracht ist, die in der Flugrichtung des Flugzeuges steht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.