DE299615C - - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 12. JULI 1922

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

- M"299615 —' KLASSE 42 c GRUPPE 6

(A 2Si₇S IXI42 c)

AnseMtz & Co. in Nemntibten b. Kiel.

Kreiselapparat zur Messung der seitHefeen Schräglage von Fliipeugen. Patentiert im, Deutschen Reiche vom 10. Juni 1916 ab.

Die Erfinderin bat schon früher gezeigt, daß man die Schwingungen eines Kreiselpendels erfolgreich dadurch dämpfen kann, daß man es mit einer Vorrichtung versieht, durch die bei Veränderung der Winkelstellung der Kreiselachse

in der zur Pendelebene senkrechten Ebene äußere Drehmomente ausgelöst werden, die in, der Pendelebene Präzessionsbewegungen des Kreisels entgegenwirken. Dadurch wird ein Kreisel-

pendel geeignet, auf bewegten Körpern die Neigungen dieser gegen die Lotlinie anzuzeigen oder zu messen.

Vorliegende Erfindung¹ betrifft eine Ausführungsform eines derart gedämpften Kreiselpendels, die zum Gebrauch an Bord von Flugzeugen bestimmt ist. Hierbei gilt es, mit möglichst einfachen Mitteln den Führer rasch und zweifelsfrei erkennen zu lassen,

ίο welche seitlichen Neigungen das Flugzeug jeweils besitzt. Ein gewöhnliches Pendel oder eine Libelle sind bekanntlich nicht imstande, diese Angaben zu liefern, da sie beim Kurvenflug nicht nur durch die Schwerkraft der Erde, sondern auch durch die Zentrifugalkraft beeinflußt werden und dadurch¹ nur die Gesamtwirkung beider anzeigen. So bleibt beispielsweise die Blase einer Libelle ruhig im Nullpunkt der Skala stehen, solange das Flugzeug beim Beschreiben eines engen Kreises die zugehörige starke seitliche Neigung einnimmlt.

Auch das Kreiselpendel unterliegt selbstverständlich¹ dem Einfluß der Zentrifugalkraft. Es stellt sich¹ aber nicht sofort in die neue, dem Zusammenwirken von Erdbeschleunigung und seitlicher Beschleunigung entsprechende Ruhelage ein, sondern nur innerhalb seiner Eigenschwingungszert. Demnach verbleibt die Rotationsachse' des Kreisels anfänglich in der vertikalen Ebene, wenn sich das Flugzeug · neigt. Verfolgt das Flugzeug jedoch eine ständig gekrümmte Baihin, bei^L spielsweise einen Kreis, oder steigt es in Spiralen auf oder ab, so wirkt dadurch eine Seitenbeschleunigung auf dien Kreisel ein. Es ist nun für den Zweck vorliegender Erfindung von wesentlicher Bedeutung, die Schwingungszeit dies Kreisels so zu gestalten, daß er unter den verschiedensten Verhältnissen durch die Seitenbescbleunigungen möglichst weni'g aus der senkrechten Lage herausgedrängt wird, und daß er sich möglichst rasch und genau in die senkrechte Lage einstellt.

Bekanntlich wird die Schwingungszeit eines Kreiselpendels durch die Kreiselgröße, durch die Umdrehungszahl und durch die Tieferlage des Schwerpunktes bestimmt. Da auch die Empfindlichkeit gegen Seitenbe'scbleunigtingen von genau densielben Größen abhängt, so ergibt sich, daß der Kreisel hiergegen¹ desto weniger empfindlich wird, je größer seine Schwingungszeit im laufenden Zustande ist. Da man nun über Kreiselgröße und Umläufszahl gewöhnlich nicht frei verfügen kann, insbesondere, wenn es sich, wie im vorliegenden Fall, um die Schaffung eines leichten, einfachen, widerstandsfähigen Apparates handelt, so kann man eine genügend hohe Schwingungszeit nur dadurch erhalten, daß die Schwerpunktstieferlage klein bleibt. Verklei-. nert man diese indessen zu stark, so stellen sich andere Nachteile ein, so daß sich der Kreisel nicht mehr genau einstellt; da die Einstellung und damit die Betriebsbereitschaft sehr lange Zeit erfordert, da der Kreisel durch die geringsten Formveränderungen aus dem Gleichgewicht gebracht wird, und anderes mehr. Denn, die Genauigkeit der Einstellung wächst mit zunehmender Schwerpunktstief erläge.

Nach der vorliegenden Erfindung wird nun der Kreisel so weit beschwert, daß er für einen halben Präzessionskegel ungefähr sieben Minuten gebraucht. Dadurch wird einerseits eine baldige Betriebsbereitschaft und genügend sichere Einstellung in di^;e Vertikale erzielt, anderseits Wird erreicht, daß die seitlich angreifenden Zentrifugalkräfte gewissermaßen um die Kreiselachse im Kreise herumwandern und sich gegenseitig zum größten Teil wieder aufheben, wenn das Flugzeug ganz oder teilweise einen engen Kreis beschreibt, dem eine starke Schräglage entspricht. Der Fehler in dler Genauigkeit der Messung wird demzufolge sehr klein und fällt nicht weiter ins Gewicht. Wird dagegen ein Kreis mit sehr großem¹ Radius und daher entsprechend langer Dauer beschrieben, so sind die Seiten-, beschleunigungen nur von geringer Stärke, so daß die hervorgerufenen Abweichungen des Kreisels vom der wahren Senkrechten wiederum die Meßgenauigkeit nicht zu sehr beeinträchtigen.

Erfordert der halbe Präzessionskegel ungefähr 7 Minuten, dann wird wenigstens für kurze Zeit der Kreisel dem Beobachter unbeweglich erscheinen, auch wenn er nicht genau eingestellt ist, so daß dann immerhin nodh die Änderungen in der Schräglage erkennbar sind, was bei einem wesentlich kürzer schwingenden Kreisel Schwierigkeiten bietet.

Mit der Messung der-Richtung¹ der wahren Lotlinie, allein ist dem Flieger jedoch noch nicht gedient, da er außerdem auch die Richtung eier scheinbaren Lotlinie kennen muß, um zu wissen, ob sein Flugzeug gegen die Gefahr des seitlichen Abrutschens gesichert ist. Hierzu wird meistens ein Flüssigkeitshorizont verwendet, der aus zwei kommunizierenden Röhren oder einem entsprechend gebogenen Glasrohr besteht, das eine gefärbte Flüssigkeit enthält. Nach der vorliegenden Erfindung ist die Ablesevorrichtung des-Kreisels so ausgebildet und insbesondere mit einem solchen Flüssigkeitshorizont ausgestattet, daß man an ein und derselben Skala sowohl die Richtung der scheinbaren wie die Richtung der Erdschwere ablesen kann. Dadurch wird erreicht, daß der Flieger außer diesen beiden getrennten Angaben mit einem einzigen Blick

die Differenz beider ablesen oder schätzen kann, was für die rasche und zutreffende Beurteilung· seiner Lage im Räume bei unsichtigem Wetter von größtem AVert ist. Denn der Kreisel allein gibt nur an, ob das Flugzeug sdhrägliegt, und der Flüssigkeitshorizont allein zeigt nur an, ob es sich im Gleichgewicht befindet. Dagegen läßt die Differenz beider Angaben erkennen, ob und

ίο nach welcher Seite das Flugzeug eine Kurve beschreibt und wie stark diese gekrümmt ist.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist

auf der beiliegenden Zeichnung in Abb. ι und 2 von der Seite und in Abb. 3 von oben dargestellt, während die Abb. 4 und 5 Einzelheiten und Abb. 6 und 7 die Art der Ablesung erläutern.

In der Zeichnung bedeuten: α die Kreiselkappe, in der der Kreisel mit seiner senkrechten Drehachse gelagert ist. Der Kreisel, der> am besten elektrisch angetrieben wird,' sowie die Zuleitungen sind der Übersichtlichkeit wegen nicht mitgezeichnet. Die Kreiselkappe α kann um die Lager b und c um eine wagerechte Achse pendeln. Die Lager b und c werden von einem Kardianring d getragen, der seinerseits in den Lagern e und / um eine zweite wagerechte Adise schwingen kann, die um 90° gegen b, c versetzt ist. Die Lager e und f sind in den Stützen g und 'h befestigt, die Bestandteile des Gehäuses i bilden, das samt, dem äußeren Schutzkasten k am Flugzeug befestiget ist und an dessen Bewegungen teilnimmt. Der Karclanring d trägt einen durch das Lager f ragenden Fortsatz I, auf dem eine undurchsichtige runde Scheibem befestigt ist. Diese Scheibe m ist, wie in Abb. 4 angedeutet, in einen oberen Halbkreis W¹ von heller Farbe und¹ einen unteren Halbkreis in"¹ von dunkler Farbe eingeteilt. Die dem Flugzeugführer zugekehrte senkrechte Seite η des Schutzkastens k ist aus einem durchsichtigen Material¹, wie Glas oder Zelluloid, gefertigt und trägt das Bild eines . Flugzeuges, wie in Abb. 5 angedeutet.

Solange das Flugzeug geradeaus fliegt und horizontal verbleibt, erblickt der Führer das Bild des Flugzeugs der Scheibe η über der undurchsichtigen Scheibe m so, wie in Abb. 6 dargestellt. Eine durch das wagerecht liegende Flugzeug gedachte Ebene verläuft parallel der Trennungslinie zwischen in¹ und to². Neigt sich indessen z. B. der rechte Flügel nach unten, so macht die Scheibe in, die durch den Kreisel stabilisiert wird, diese Neigung nicht mit, wohl aber das Bild des Flugzeuges der Scheibe n, so daß. der Ge-■ samteindruck der Abb. 7 entsteht. Der Flugzeugführer erhält demnach im kleinen ein getreues Bild der Lage seines Flügzeugs gegen den Horizont, denn der helle Halbkreis der Scheibe m stellt das Himmelsgewölbe über dem Horizont, der dunkle Teil die sichtbare Erd- oder Wasseroberfläche "am Horizont dar. und die Trennungslinie zwischen ' beiden die sogenannte Kimm. Der Flugzeugführer kann also auf Grund der Angaben des Apparates in derselben Weise den Verwindungshebel zum Wiederaufrichten betätigen, wie er dies nach dem Anblick des Horizontes gewöhnt ist, auch wenn er diesen selbst iiir folge von Nebel oder Dunkelheit nicht erblicken kann.

Um genaue Ablesungen der Schräglage zu erhalten, sind am Rande der durchsichtigen Scheibe m eine Reihe von Teilstrichen vorgesehen, die mit entsprechenden Gradzahlen beziffert sind. Wird der Apparat von innen heraus beleuchtet, so braucht von der Scheibe to nur die untere Hälfte vorhanden zu sein.

Der Flüssigkeitshorizont besteht' aus der kreisförmig gebogenen Röhre t (Abb. 2und 3), die am äußeren Gehäuse k um die Ablesescheibe¹ η konzentrisch herumgelegt ist. Damit die Schwingungen der Flüssigkeit" gedämpft werden, kann entweder ein dem Rohrdurchmesser entsprechend zähes Öl verwendet werden, oder die Röhre t kann an geeigneter Stelle eine Einschnürung besitzen. Schließlieh kann der Flüssigkeitshorizont auch durch ein kurzschwingendes Pendel mit starker Dämpfung ersetzt werden. In Abb. 6 ist dargestellt, wie sich die Ablesung eines ebenen Geradeausfluges gestaltet, in Abb. 7 dagegen der Fall einer engen Rechtskurve, bei der das Flugzeug die richtige Schräglage besitzt. Die Dämpfung der Schwingungen des Kreiselpendels erfolgt in beliebiger bekannter Weise, beispielsweise wie in Patentschrift 236200 beschrieben, durch zweii nach] abwärts gerichtete, vom Kreisel erzeugte Luftstrahlen, die · aus den Düsen 0 und p austreten und durch ein Hilfspendel q, das von den an der Kreiselkappe' sitzenden Lagern r und ·* ge- .105 tragen wird¹, gesteuert werden. Das Pendel q ist zu diesem Zwecke mit zwei Abdeckplatten ausgerüstet, die die Düsen 0 und p je zur Hälfte verdecken, wenn sowohl Kreiselkappe σ und Hilfspendel q die gleiche Lage besitzen. n₀ Sobald indessen eine Winkelveränderung zwischen Kreiselkappe α und Hilfspendel q eintritt, wird die eine der beiden- Düsen stärker abgedeckt und die andere weiter geöffnet, so daß .dann ein Drehmoment um die Achse e, f entsteht, das bei richtigem Drehsinne des Kreisels die ■ Schwingungen des Kreiselpendels dämpft.

Wie die Zeichnung des Ausführungsbeispiels ergibt, ist die Anordnung des Kreiselapparates im Flugzeug· so getroffen, daß die Drehzapfen r, 0· des Hilfspendeis q quer zur

Längsachse des Flugzeuges liegen. Das be^ ruht auf folgender Erwägung: Beschreibt ein Flugzeug, in dem sich ein Kreiselpendel .befindet, langsam einen Kreis entgegen der Drehricbtung des Kreisels, so wirkt die hierbei auftretende Zentrifugalkraft derart auf das Kreiselpendel ein, daß die Kreiselachse in der Flugrichtung ausschlägt und¹ diesen Fehler stetig vergrößert, solange die Fl¹Ugbahn nach der gleichen Seite gekrümmt bleibt. Dieser Fehler tritt besonders dann störend in Erscheinung, wenn zum Zurücklegen eines vollständigen Kreises annähernd die gleiche Zeit gebraucht wird, wie das Kreiselpendel für das Durchlaufen eines vollständigen Präzessionskegels benötigt. Dadurch, daß das Hiifspendel q nur um eine quer zur Flugrichtung liegende Drehachse aussthwingen kann, ist es dem Einfluß der Zentrifugalkraft entzogen. Die dargestellte Anordnung des Hilfspendeis verfolgt nun den weiteren Zweck, den Ausschlag der Kreiselachse in der Flugrichtung so¹ herabzumindern, daß die für den praktischen Gebrauch notwendige Genauigkeitsgrenze des Neigungsmessers nicht überschritten wird. Sobald nämlich: die Auswanderung der Kreiselachse in der Flugrichtung beginnt, bringt das Hiifspendel äußere Kräfte (im Ausführungsbeispiel den Rückstoß von Luftstrahlen) auf den Kreisel¹ zur Wirkung, und zwar in Gestalt von Drehmomenten, deren Achse mit der Längsachse des Flugzeuges, also der Flugrichtung, zusammenfällt. Je mehr der Kreisel auswandert, desto stärker wird das auf den Kreisel ausgeübte Drehmoment. Da dieses Drehmoment den Kreisel in seine Ausgangslage mit Bezug auf - das Hiifspendel zurückzuführen sucht, und zwar um so rascher, je weiter sich der Kreisel aus dieser Lage entfernt hat, so verhindert es ein Auswandern des Kreisels über ein bestimmtes Maß hinaus. Offensichtlich wird der verbleibende Fehler um so kleiner, je kräftiger das Drehi- · moment gewählt ist.

Diese Wirkung kann das Hilfspendel nur dann ausüben, wenn es in der erwähnten Weise aufgehängt ist. Nur dann wird' es während eines Kurvenfluges nicht aus seiner Stellung gedrängt werden, weil die Zentrifugalkraft stets in der Ebene der Drehachse angreift, die senkrecht zur Flugrichtung liegt.

Wurden dag'egen die Lager r, s des Hilfspendels nicht in der Querachse, sondern beispielswerse in. der Längsachse des Flugzeuges angeordnet sein, so^! würde es lediglich die eingangs beschriebene Dämpfung· der Schwingungen der Kreiselachse herbeiführen, nicht aber den Ausschlag der Kreiselachse i^:n der Flugrichtung infolge der Zentrifugalkraft bei Kurvenflügen begrenzen.

■Zwar wird die Anordnung der Hiifspendeldrehachse quer zur Flugrichtung des Pendels beim Abflug oder beim Landen starke Ausschläge machen. Trotzdem' wird! die Genauigkert des Neigungsmessers nicht wesentlich, beeinträchtigt, weil diese Störungen nur sehr kurze Zeiträume umfassen.

Claims (3)

Patent-An Sprüche:

1. Kreiselapparat zur Messung der seitlichen Schräglage von Flugzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreisel als allseitig bewegliches gedämpftes Kreiselpende'l. mit in der Ruhelage senkrechter Achse ausgebildet ist, und daß die Ablesevorrichtung mit einem Flüssigkeitshorizont oder einem kurz schwingenden Pendel derart verbunden ist, daß man mit einem Blick die Differenz zwischen der scheinbaren und der Erdschwere ablesen kann.

2. Kreiselapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anzeige der Neigungen des kardanischen Ringes (d) an diesem eine Scheibe (m) mit zwei durch einen Trennungsstrich geteilten und zweckmäßig verschieden gefärbten Hälften [eine obere (w¹) und eine untere (m²)] angebracht ist, die sich hinter einer am Flugzeug befestigten, das Bild eines Flugzeuges nebst einer Skala tragenden durchsichtigen Scheibe (w) befindet.

3. Kreiselapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (r, S)' des HiIfspendeis (q) quer zur Längsrichtung des Flugzeuges (Flugrichtung) liegt, so· daß bei Ausschlägen der Kreiselachse innerhalb der Längsebene des Flugzeuges Drehmomente auf den Kreisel zur Wirkung gebracht werden, deren Achse mit der Flugrichtung zusammenfällt und deren- Größe dem Ausschlag der Kreiselachse proportional ist.

. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.