DE336102C

DE336102C - Selbsttaetige Flugzeugsteuerung

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Publication number: DE336102C
Application number: DE1917336102D
Authority: DE
Original assignee: FRITZ OESTERLEN DR ING
Current assignee: FRITZ OESTERLEN DR ING
Priority date: 1917-11-29
Filing date: 1917-11-29
Publication date: 1921-04-23

Description

Bei der mittelbaren selbsttätigen Steuerung der Flugzeuge sind ein oder mehrere, die Lage des Flugzeuges überwachende und regelnde Organe, die Auslöser (Kreisel, Pendel, Fühlflächen) angeordnet, die bei. Gleichgewichtsstörungen Steuerschieber bewegen, durch welche den Hilfsmotoren Preßluft oder Druck-Öl zweckentsprechend zugeführt wird. Diese Hilfsmotoren verstellen dann die Ruderflächen

ίο des Flugzeuges. Als Hilfskraft kann auch der elektrische Strom benutzt werden, wobei die Auslöser Schalter zu bewegen haben.

Bei allen diesen Vorrichtungen sind sogenannte Rückführungen erforderlich, das sind Gestänge oder Getriebe von den Ruderflächen des Flugzeuges zu den Steuerschiebern oder den Auslösern selbst, durch die erreicht wird, daß innerhalb gewisser Grenzen jeder Neigung des Flugzeuges gegen die Lage der Auslöser eine bestimmte Stellung der Ruderflächen zugehört. Bekanntlich wird erst dadurch eine stabile Steuerung möglich. Eine derartige selbsttätige Steuerung, beispielsweise die Längssteuerung (Höhensteuerung) eines Flugzeuges, ist in Fig. ι schematisch dargestellt. Als Auslöser ist ein Kreisel mit senkrechter Achse a-a angenommen, dessen Gehäuse A sich im Aufhängering B um die Achse b-b drehen kann. Der Aufhängering B selbst ist um eine zu b-b senkrechte, mit dem Flugzeug fest verbundene Achse c (senkrecht zur Bildebene) leicht drehbar angeordnet, und es wird derselbe durch den mit hoher Drehzahl umlaufenden Kreisel stabilisiert, d. h.

-seineXage im- Räume bleibt bei Neigungen des Flugzeuges um seine Querachse erhalten. Er verdreht sich dabei also relativ zum Flugzeug.

Durch diese relative Verdrehung wird der Steuerschieber h mittels Zugstängchen d e und Hebel efg, der sich, um g dreht, gehoben oder gesenkt und die Druckflüssigkeit der entsprechenden Seite des Hilfsmotors (Zylinder Z mit Kolben iQ zugeführt. Der Hilfsmotor verstellt dann durch die nach unten gehende Kolbenstange und das gezeichnete Hebelwerk nebst Seilzügen das Höhenruder S. Die nach obem verlängerte Kolbenstange trägt den Drehpunkt g des Hebels efg und bildet die Rückführung der selbsttätigen Steuerung. Durch diese Rückführung wird sofort' nach dem Ausschlag der Ruderfläche der Steuerschieber wieder in seine Mittellage gebracht (der Hebel ef g dreht sich dabei um ^), worauf die Steuerbewegung aufhört.

Neigt sich z.B. das Flugzeuginfolge einer Böe mit der Spitze nach unten,· so stellt sich der Kreiselaufhängering B relativ zum Flugzeug geneigt ein und kommt nach b' V, infolgedessen geht d nach d' und e nach e'. Der Schieber h hebt sich und läßt die Druckflüssigkeit über dem Kolben zu- und unten abfließen, wodurch sich dieser nach unten bewegt und das Höhenruder, wie strichpunktiert gezeichnet, verstellt. Mit dem Heruntergehen des Kolbens K gelangt· ^!auch^: der Rückführpunkt g abwärts, und-zwar so Iange> bis der Hebel e g in der Stellung e^r f g' und also der Steuerschieber in Mittelstellung steht, worauf zunächst Ruhe eintritt. Durch den

Ruderausschlag wird das Flugzeug vorn gehoben, der Vorgang wiederholt sich nach der anderen Seite, das Ruder geht zurück und findet in der Mittellage seine Ruhesteilung, wenn das Flugzeug wieder wagerecht liegt.

Das Ruder folgt jeder Verdrehung des Aufhängeringes B genau so, als ob es direkt von ihm bewegt würde. Jeder. Stellung des Kreiselaufhängeringes gegenüber der Flugzeug_lQ längs-achse entspricht eine bestimmte Stellung des Ruderst, d.h. aber auch, daß bei jedem dauernden Ruderausschlag die Flugzeuglängsachse geneigt sein muß gegenüber der Lage des Aufhängeringes, da normalerweise bei wagerechter Lage des Flugzeuges der Aufhängering ebenfalls wagerecht liegt und das Ruder keinen Ausschlag besitzt.

Wird nun aber die Gleichgewichtsstörung , nicht durch wieder verschwindende äußere Einflüsse, wie sie eine vorübergehende Luftströmung darstellt, hervorgebracht, sondern : durch Veränderung der Gewichtsverteilung im ι Flugzeug (z. B. durch Bombenabwurf), so muß der zur Gleichgewichtserhaltung erfor- ' derlicbe Ruderausschlag ein bleibender sein. Dies bedingt aber entweder eine geneigte Lage des Flugzeuges oder eine andere Ein^- steljung des Kreiselaufhängeringes. Die dauernd geneigte Lage des Flugzeuges ist unzulässig, aber auch die gewaltsame Lagenände- ' rung des. Auf hänger ing.es ist sehr uner- , wünscht, da damit die sonst stets wagerecht , bleibende Achse b-b des Aufhängeringes ver- I stellt und somit der besonders beim Flug über j den Wolken sehr wichtige Anhalt für die j Lage des Flugzeuges; gegenüber der .Wagerechten verlorengeht.

• Es sind schon Vorrichtungen vorgeschlagen worden, bei denen die Verbindungsglieder zwischen Auslöser und Ruder verkürzt oder j verlängert werden oder der ganze Hilfsmotor j verdreht oder der Auslöser verschoben wird. Diese Vorrichtungen erfordern erhebliche Sräfte zu ihrer; Bewegung und beeinflussen zum Teil die Lage des Auslösers.. Dagegen sieht der Erfindungsgegenstand Einrichtungen vor, die, ohne die Lage der Auslöser zu berührenund ohne eine irgendwie erhebliche Kraft zu benötigen, eine Änderung der gegenseitigen _ Lage von Auslöser,:.- Steuerschieber und Kraftkolhen ermöglichen. Es werden zu diesem Zweck leicht veystellbare Teile in die .Verbindungen zwischen Steuerschieber und Rraftkolben eingeschaltet; durch die z.B. die Länge; der. Rückführstange Kg odef des Verbindungsstängchens f h geändert- werden kann. \ ,Für gewöhnlich genügt die Längenänderung j ,eines dieser Teile, doch können natürlich auch zwei oder mehr· kombiniert werden. ; ; . Die Fig._2 und 3 zeigen-beispielsweise Aus- | fjihrungenj bei. denen die. Rückführ stange Kg 1 von Hand mittels Gewinde und Handrädchen k bzw. mittels einfachen selbstsperrenden Handhebels I verlängert oder verkürzt wird. Durch Verstellen des Handrädchens bzw, des Hebels-kann die Flugzeugachse nach einer inneren Gleichgewichtsstörung wieder wagerecht gelegt werden. Ist z. B der in Fig. ι strichpunktiert gezeichnete Ausschlag des Höhenruders 6* zur Gleichgewichtserhaltung erforderlich, der bei starrer Rückführung eine mit der Spitze nach unten geneigte Lage des Flugzeuges ergibt (entsprechend der relativen Stellung ff V des Kreiselaufhängeringes gegenüber der Flugzeuglängsachse), so muß durch den verstellbaren Teil (Schraubenspindel mit Handrädchen k oder Hebel I, Fig. 2 und 3) die Rückführ stange Kg um das Stück g·' g verlängert werden, um das Flugzeug wieder aufzurichten.

Statt von Hand kann nun auch eine selbsttätige Einstellung der verstellbaren Teile und damit der wagerechten Lage des Flugzeuges dadurch erreicht werden, daß man Mechanismen in die starren Verbindungen einschaltet, die selbsttätig die Längenänderung bewirken und so auch bei dauerndem Steuerausschlag die Auslöser in ihre alte Lage zum Flugzeug bringen bzw. das Flugzeug in seine ursprüngliche Lage zurückführen, Diese selbsttätige Längenänderung kann beispielsweise auf die in Fig. 4 dargestellte Weise durch einen Ölkatarakt in Verbindung mit Federkräften erfolgen. Der Ölkatarakt O ist in die Rückführstange Kg als nachgiebiges Glied eingebaut, und der Endpunkt g des Hebels ef g, der mit dieser Stange gelenkig verbunden ist, wird, durch zwei Federn f₁ und f.,, die sich oben und unten gegen feste Punkte abstützen, stets unter gleichzeitiger Verschiebung des 10-Kölbchens im Ölkatarakt, in seine Mittellage gedrängt, die bei geschlossenem Steuerschieber h der Normallage des Auslösers, also wagerechter Flugzeuglage, entspricht.

Der Vorgang bei einer inneren Gleichgewichtsstörung ist folgender:

Das Flugzeug neige sich, z. B. infolge Abwurf es von Bomben, mit der Spitze nach, unten, dann wird zunächst, genau wie bei .der Ausführung nach Fig. 1, der Kreiselauf hänge- "° ring in die strichpunktierte Lage gegenüber dem Flugzeug kommen, der Steuerschieber h hebt' sich, der Hilfsmotorkolben geht nach unten, verstellt das Höhenruder nach oben und führt gleichzeitig den. Steuerschieber wieder in seine Mittellage zurück. Der Punkt g der Rückführ stange steht nun in.g', und die untere Feder f_t ist zusammengedrückt. Durch diese Federkraft wird allmählich, nach Maßgabe der.Ölumlauföffnung im Ölkatarakt, der Hebel e' g^r iii seine Mittellage zurückgedräogt-Er \drehi .sieh: dabei, zunächst urn e'± hebt das

Steuerventil h wieder an, wodurch das Höhen- ; ruder noch etwas nach oben verstellt und das Flugzeug aufgerichtet wird. Die Bewegung des Punktes g' geht so lange weiter, bis er in seiner Mittellage g ist, und da sich bei Ruhestellung des Steuerschiebers und damit der ganzen Steuerung auch der Punkt f in seiner Mittellage befinden muß, so steht dann auch der Aufhängering wieder in seiner normalen

ίο Lage zum Flugzeug, d. h. aber, das Flug- ^: zeug liegt wagerecht, trotzdem das Höhenruder den zur Gleichgewichtserhaltüng erforderlichen Ausschlag besitzt. Bei einer Gleichgewichtsstörung nach der anderen Richtung spielt sich der Vorgang genau auf die gleiche Weise ab. Bei äußeren Gleichgewichtsstörungen durch Luftströmungen bleibt der Steuerungsvorgang derselbe wie mit starrer Rückführung.

Mittels der von Hand verstellbaren Teile in den die gegenseitige .Lage von Auslöser, _: Steuerschieber und Kraftkolben bedingenden Verbindungen kann aber nicht nur bei innerer Gleichgewichtsstörung- und dadurch bedingtem Ruderausschlag die wagerechte Lage des Flug- _; zeuges stets wiederhergestellt werden, sondern ■ es kann andererseits, bei vorhandenem Gleichgewicht, ein Ruderausschlag ohne Lagenänderung der Auslöser im Räume erzielt werden, ; der das Flugzeug schräg stellt. Das Flugzeug [ kann also auf diese einfache Weise beliebig ; geneigt werden.

Um^ nun auch bei jeder Neigung des Flugzeuges, also nicht nur bei der wagerechten Lage, die selbsttätige Einhaltung dieser ein- : mal eingestellten Lage zu erzielen, werden beide Einrichtungen gleichzeitig angebracht, wie dies beispielsweise die Fig. 5 zeigt.

Die Stützpunkte der Federn f₁ und f« wer- ' den ■ mittels selbstsperrenden Handhebels / · (oder Schraubenspindel) parallel zur Rückführstange verschoben. Dadurch muß der ■ Hebel efg in der Ruhestellung eine andere ; Lage einnehmen, und das Flugzeug kann ge- ' genüber dem Kreiselaufhängering dauernd \ eine relative Verdrehung besitzen. Das Flugzeug neigt sich gegen die Wagerechte. Tritt nun eine innere Gleichgewichtsstörung ein, so wird wie oben durch die Federn ^₁ und f„ so-

5" wie den Ölkatarakt stets dieselbe Flügzeuglage trotz des zur Gleichgewichtserhaltung er- ' forderlichen Rudefausschlages eingehalten. Die Stellungen des Handhebels I gegenüber dessen Mittellage bilden ein Maß für die Flug- , zeugneigung, die überdies auch an der Lage des Kreiselaufhängeringes relativ zum Flugzeug zu ersehen ist.

Bei der Längssteuerung kann die Stellung des HandhebelsJ und damit die Stellung dei) Längsachse des Flugzeuges gegenüber der Wagerechten selbsttätig von ..der ,-Eigen- , geschwindigkeit des Flugzeuges relativ zur Luft dadurch abhängig gemacht bzw. begrenzt werden, daß die Hebelstellung von einem Geschwindigkeitsmesser beeinflußt wird. Bei der beispielsweisen Ausführung nach Fig. 5 ist der Geschwindigkeitsmesser durch eine Stauscheibe q, der die Spannung einer Feder r entgegenwirkt, dargestellt. Die Stauscheibe verstellt einen um den feststehenden Zapfen η ηο lose drehbaren Hebel s mit Ansehlag t, der die Stellung des Handhebels I so begrenzt oder auch ändert, daß die Neigung des Flugzeuges beim Steigen nicht über ein gewisses Maß, das durch die geringst zulässige Eigengeschwindigkeit gegeben ist, hinausgehen kann.

Wie bei der Längssteuerung liegen die Verhältnisse auch bei der Quersteuerung. Fig. 6 zeigt in schematischer Weise die bekannte Ausführung einer mittelbaren selbsttätigen Quersteuerung (vom Führersitz nach vorn gesehen), bei der wieder jedem Ruderausschlag, also jeder Stellung der Querruder, eine bestimmte Stellung des Auslösers gegenüber der Flugzeugquerachse entspricht.

Dieselben Gründe wie bei der Längssteuerung führen auch hier zu der Längenänderung (von Hand oder selbsttätig) eines der Teile, welche die gegenseitige Lage zwischen Auslöser, Steuerschieber und Kraftkolben des Hilfsmotors bedingen. Die Längenänderung kann im Rückführgestänge in gleicher Weise wie bei der Längssteuerung erreicht werden, also wie dies in Fig. 2 und 3 von Hand oder selbsttätig in Fig. 4 und 5 beispielsweise dargestellt ist. Das Flugzeug legt sich dadurch auch bei inneren Gleichgewichtsstörungen um die Längsachse (z. B. beim Verschwinden des Motordrehmomentes) wieder wagerecht und kann in einfachster Weise von Hand schräggestellt werden, ohne daß die Lage des Auslösers geändert wird. Es ist dies besonders auch beim Kurvenfliegen von Wichtigkeit, wobei das Flugzeug in die Kurve gelegt werden muß, was bei den bisher bekannten selbst- tätigen Steuervorrichtungen eben nur durch Verdrehen des Auslösers möglich ist.

Sehr wichtig ist aber noch, daß sich das Flugzeug beim Kurvenfliegen, also Betätigen des Seitenruders durch den Führer, selbsttätig wo bei eingeschalteter Selbststeuerung in die Kurve legt. Dies läßt sich nun dadurch erreichen, daß, wie dies beispielsweise Fig. 7 zeigt, der Rahmen m mit den Federn i_t und Z₂ statt von Hand durch ein Pendel/) verstellt "5 wird, das sich in die Richtung der durch seinen Aufhängepunkt gehenden Resultierenden aus Schwerkraft und Fliehkraft einstellt. Die strichpunktiert gezeichnete Lage von Pendel, Federrahmen, Ölkataraktkolben, Stellhebel e' f %' und Kreiselaufhängering b' b' zeigt die Stellung bei einer Linkskurve.

Außer für Flugzeuge kann diese selbsttätige Steuerung" in ihren Häuptteilen auch für Luftschiffe verwendet werden.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Selbsttätige Flugzeugsteuerung, die, beherrscht durch einen oder mehrere Auslöser (Pendel, Kreisel, Fühlflächen), unter Zwischenschaltung von Hilfsmotoren und Rückführungen das Flugzeug im Gleichgewicht hält, dadurch gekennzeichnet, daß in den starren Verbindungen zwischen Arbeitskolben und Steuerschiebern, welche die gegenseitige Lage von Auslöser, Steuerschieber und Kraftkolben bedingen, verstellbare Teile eingeschaltet sind.

2. Selbsttätige Flugzeugsteuerung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß

■ die verstellbaren Teile als selbsttätig wirkende Mechanismen ausgebildet sind, die bei inneren Gleichgewichtsstörungen im Flugzeug und dem dadurch bedingten Ruderausschlag die Auslöser wieder in die ursprüngliche Lage, relativ zum Flugzeug, zurückdrängen, wobei das Flugzeug die vorher innegehabte Lage wieder einnehmen muß.

3. Selbsttätige Flugzeugsteuerung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf den j enigen verstellbaren Teil, der durch Änderung der gegenseitigen Lage von Auslöser, Steuerschieber-und Kraftkolben die Neigung des Flugzeuges um seine Querachse beeinflußt, ein Flugzeuggeschwindigkeitsmesser einwirkt und dadurch diese Neigung von der Flugzeuggeschwindigkeit gegenüber der Luft abhängig wird.

4. Selbsttätige Flugzeugsteuerung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf denjenigen verstellbaren Teil, der durch Änderung der gegenseitigen Lage von Auslöser, Steuerschieber und Kraftkolben die Neigung des Flugzeuges um seine Längsachse beeinflußt, ein Körper einwirkt, der beweglich gelagert (z. B. ein Pendel) beim Kurvenflug infolge der Fliehkraft einen Ausschlag ergibt, dadurch die Verstellung· vornimmt oder doch einleitet und so eine relative Lagenänderung des Auslösers gegenüber dem Flugzeug ohne Ausschlag der Querruder hervorbringt, die dem Flugzeug ermöglicht, sich schräg zu stellen¹, d. h. in die Kurven zu legen.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.