DE373393C - Lagenanzeiger fuer Flugzeuge, Schiffe und sonstige Gegenstaende - Google Patents

Lagenanzeiger fuer Flugzeuge, Schiffe und sonstige Gegenstaende

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DE373393C
DE373393C DEO11087D DEO0011087D DE373393C DE 373393 C DE373393 C DE 373393C DE O11087 D DEO11087 D DE O11087D DE O0011087 D DEO0011087 D DE O0011087D DE 373393 C DE373393 C DE 373393C
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/02Rotary gyroscopes
    • G01C19/44Rotary gyroscopes for indicating the vertical

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Navigation (AREA)

Description

  • Lagenanzeiger für Flugzeuge, Schiffe und sonstige Gegenstände. Die üblichen Einrichtungen zur Anzeige der Lage; d. h. der Richtung und der Neigung von Flugzeugen, Schiften u. dgl., versagen unter gewissen Umständen oder lassen -an der wünschenswerten Genauigkeit fehlen. Besonders in die Erscheinung tritt dieser Mangel beim Betriebe von Flugzeugen, wenn diese in Nebelschichten gelangen oder sonst außer Sicht von irdischen oder astronomischen Ob-jekten navigieren .müssen. Man hat zwar bereits versucht, dem Mangel durch Benutzung von Lagenanzeigern abzuhelfen, deren Anzeigeglied@er durch Kreisel gesteuert werden. Doch sind auch die hiermit erzielten Ergebnisse nicht durchaus befriedigend, zum Teil deshalb, weil nicht die für die Steuerung wichtigste Größe des Kurses angegeben wird, sondern die Winkelgeschwindigkeit der Flugkurve.
  • Die Erfindung bezweckt, die Mängel bestehender, auf der Steuerung durch mit ihrer Achse quer zum Flugzeuge usw. gelagerter Kreisel beruhender Einrichtungen zu beseitigen, und erreicht denZweck dadurch, daß als Steuerkreisel für das Anzeigeglied ein Kreisel benutzt wird, welcher mit allen Freiheitsgraden ausgestattet ist, wobei jedoch der Freiheitsgrad um die in der Fahrtrichtung liegende Achse durch ein Schwermoment beschränkt ist, und wobei die Richtkraft des Kreisels durch Lagerreibung oder sonstige Einflüsse, z. B. ein Magnetfeld, welches nach Richtung und Größe so. gewählt ist, d'aß es in seiner Einwirkung auf einen mit dem Kreisel verbundenen Magneten die Richtkraft des Kreisels in jeder Lage bei gleichbleibendem Steuerkurs aufhebt, unwirksam gemacht ist, so daß der Kreisel unter dem Einfluß der Erddrehung nicht präzedieren kann. Bei einem solchen Kreisel bleibt infolge des. Untergewichtes die Kreiselachse dauernd hori ° zontal und präzediert unter dem Einfluß der dabei auftretenden Zentrifugalbeschleunigun.g, wobei die Größe des Winkels charakteristisch ist für die Größe der Kursabweichung. Man kann also aus der Größe des Ablenkungswinkels der Kreiselachse auf -die Größe des Kursfehlers schließen. Es läßt sich .daher der Kursfehler auch, an der Hand dieser Kreiselanzeige korrigieren, indem man den Winkel durch entsprechende Steuerung des Flugzeuges wieder auf Null bringt.
  • Das Schwergewicht, wodurch der eine Freiheitsgrad des Kreisels beschränkt wird, wirkt indessen nur in beschränktem Maße auf die Horizontalhaltung der Achse. Beim Manövrieren, insbesondere beim In-die-Höhe-Schrauben und beim Nehmen scharfer Kurven, würde die Präzessionsbewegung der Achse alsbald den Kreisel in eine Anschla, -stellung bringen und- so eines. seiner Freiheitsgrade .berauben. Der Kreisel würde dann trotz des Untergewichtes im allgemeinen seine Achse nicht mehr horizontal halten können. Es würde eine Neigung gegen den Horizont eintreten und dadur ch der Zweck der Neigungsanzeige verfehlt werden. Das läßt sich vermeiden, wenn man das Untergewicht nicht von konstantem Wert macht, sondern wenn man es von außen einstellbar macht, insbesondere so, daß der Präzessionswinkel der Kreiselachse unter dein Eintiuß Gier Zentrifugalbesahleunigung gleich, aber entgegengesetzt dem Drehwinkel des Flugzeuges wird. In diesem Falle erfolgt die Präzession vollkommen reibungslos; die Kreiselachse bleibt sowohl dauernd horizontal als auch genauquer zur Flugzeugachse. Der Pilot hat also bei Ausrüstung seines Flugzeuges niit einem Lagenanzeiger der beschriebenen Art nur nötig, für .die Zeit der Manövrierung das den einen Freiheitsgrad belastende Scliweriiioiiient so einzustellen, daß der Präzessionswinkel der Achse entgegengesetzt gleich dein Drehwinkel des Flugzeuges wird und am Ende jeder Manövrierperiode -das Schwermoment wieder auf einen für die Kursanzeige geeigneten Betrag einzustellen.
  • Die Größenverhältnisse, innerhalb welcher das Schwermoment zu regeln ist, ergeben sich dabei aus folgenden Gleichungen.
  • Die Winkelgeschwindigkeit der Präzession der Kreiselachse ist gleich P(T, wobei P das Zentrifugalmoment und I der Kreiselimpuls ist. d. h. gleich dem Massenmoment des Untergewichtes m - a multipliziert mit der Zentrifugalbeschleunigung Die Winkelgeschwindigkeit des Flugzeuges, finit .welcher dieses die Kurve beschreibt, ist ._--vjr.
  • Die dem Beobachter sichtbare Winkelgeschwind'igkeit, die sich in einer Verdrehung der Kreiselachse in der Horizontalebene gegenüber der Flugzeugachse bemerkbar macht, ist gleich Diese Differenz ist gleich Null, d. h. der obenerwähnte Fall der reibungslosen Präzession, bei welcher dauernd der währe Horizont angezeigt wird, tritt ein, wenn die Größe in - a # v- .1 gemacht wird. Es muß also für das Untergewicht eine Einrichtung vorgesehen sein; wodurch dem Produkt fit - a ein solcher Wert gegeben werden kann, daß die genannte Bedingung erfüllt ist. Damit für die Dauer des Kursfahrens jede Kursänderung, die unbeabsichtigterweise eintreten könnte, sichtbar wird, inuß das Produkt na - a möglichst groß gemacht werden, so daß in - a - v größer wird als I.
  • Es empfiehlt sich, die Einrichtung dadurch zu ergänzen, daß für die Möglichkeit einer Nullstellung der Kreiselachse im Bedarfsfalle gesorgt wird. Eine solche Einrichtung kann aus einer elektromagnetischen Stellvorrichtung bestehen, die auf Weicheisenanker am Kreiselgehäuse wirkt, oder beispielsweise durch Kontakte hergestellt werden, welche durch die aus der Nullage herausgedrehte Kreiselachse betätigt werden und ihrerseits ein elektromagnetisches Drehmoment des Untergewichtes hervorrufen, welches die Kreiselachse wieder in die Nullage zurückführt.
  • Eine der Erfindung gemäß ausgestaltete Einrichtung ist auf der "Zeichnung veranschaulicht. Mit i und 2 sind zwei Kreiselrahmen bezeichnet, von denen der erstere horizontal im Flugzeug gelagert ist. - 3 bezeichnet das Kreiselgehäuse, das finit vertikaler Achse im Rahmen 2 ruht tin#i den Schwungring des Kreisels mit der horizontalen Kreiselachse .I trägt. Auf die die Ringe r und 2 verbindenden Achszapfen 5 ist ein Bügel 6 mit Untergewicht 7 aufgesetzt, welch letzteres mit einem Elektromagneten R verbunden ist, der einem Weicheisenanker 9 des Ringes 2 gegenüberliegt. io bezeichnet einen am Ring.2 festen Elektromagneten, welcher auf Eisenanker i r am Kreiselgehäuse wirkt. 12 bezeichnet ein Anzeigeglied, das mittels geeigneter Tragarme 13 auf Zapfen; lager der Kreiselachse d. am Kreiselgehäuse drehbar aufgesetzt ist. Die Tragarme 14 sind mit dem Segment 15 einer Ringschiene verbunden, welches eine Rolle 16 trägt, die auf einer Kreissegmentschiene 17 gleitet, welche fest am Instruinentgehäuse angebracht ist. Das Instrurnentgehäuse hat auf der dem Beobachter zugekehrten Seite einen Ausschnitt mit durchsichtigem, vorzugsweise kalottenartigern Abschlußorgan, durch welches hindurch der Beobachter die relative Lage des Anzeigeorgans 12 gegenüber dem Kreiselring i und. des Kreiselringes gegenüber dem Flugzeug beobachten kann. Das dem Beobachter sich darbietende Schaubild ist in Abb. beispielsweise dargestellt. Der durchsichtige, als Kalotte zu denkende Teil des Tnstrumentgehäuses trägt die Bezeichnung r13. Dieser Teil besitzt gegenüber dein Flugzeug eine unveränderliche Lage. Er trägt eine Vertikalteilung ig für die Höhensteuerung mit Nullmarke 2o. Hinter der Kalotte 18 erscheint das Anzeigeglied r2, welches in Abb. 2 in geneigter Lage gegenüber der Nullmarke 2o dargestellt - ist, entsprechend einer gewissen Abweichung von dem gewollten Kurs des Flugzeuges. Das Anzeigeglied 12 trägt eine Anzeigemarke 21, welche infolge der Steuerung des Anzeigegliedes 12 durch die Schiene 17 stets in der Nullhöhe gehalten wind. 22 ist ein Flugzeugbild, welches an dein Kreiselring i angebracht ist und durch die Glaskalotte 18 hindurch vom Beobachter gesehen wird. Das Flugzeugbild, 22 erscheint in,Abb-. 2 oberhalb der Nullmarke 2o, entsprechend einer Elevation der Längsachse des Flugzeuges.
  • Die Benutzung .des Instrumentes ist wie folgt: Wenn der Pilot sich vom Boden erhebet) will, dann macht er zunächst sza - a. - v - I. Wenn er sich dann in die Höhe schraubt, zeigt der Kreisel nur den wahren Horizont an. Das Flugzeugbild 22 hebt oder senkt sich je nach, der Lage der Längsachse über oder unter die Nullmarke 2o, während die Marke 21 an dein Anzeigeglied 12 dauernd in- dem Schnittpunkt zwischen der Höhenteilung i9 mit der Nullmarke 2o verharrt.
  • Wenn der Pilot jetzt einen bestimmten Kurs halten will, ohne daß ihm irdische oder astronomische feste Punkte zur Verfügung stehen, dann stellt er zunächst den Elektromagneten io und die Kreiselachse 4. quer zum Flugzeug ein, falls sie aus dieser Stellung herausgekommen waren. Dann vergrößert er den Wert in - a - v durch entsprechende Erregung des Elektromagneten B. Er beobachtet dann -das auf der Kalotte i8 sich zeigende Schaubild und betätigt danach seinen Steuermechanismus. Ein Auswandern der Marke 21 des Anzeigegliedes 12 auf der Nullmarke 2o zeigt ihm dabei an, ob und in welchem Maße er aus seinem Kurse herausgekommen ist, und die Rückkehr der Marke 2i in den Schnittpunkt von ig und 2o ist ihm ein Zeichen dafür, daß er wieder in seinem Kurse fährt.
  • Die Neigung des Bildes des Anzeigegliedes 12 gegenüber dein Flugzeugbild 22 gibt ihm die Größe der Neigung seines Flugzeuges gegenüber der Horizontalen, wobei das Erscheinen .des Flugzeugbildes 22 oberhalb: der Marke 2o eine Elevation der Flugzeugachse und das Erscheinen unterhalb Üer Nullmarke 2o eine Depression der Flugzeuglängsachse andeutet.
  • Selbstverständlich ist für die erforderlichen Dämpfungen der Bewegungen der Kreiselrahmen usw. und für Ausschaltung der Vibrationen aus den schädlichen Richtungen Sorge zu tragen. Da dieses nicht zum Wesen der Erfindung gehört, ist zur Vereinfachung der zeichnerischen Darstellung hierauf keine Rücksicht genommen.

Claims (3)

  1. PATENT-ANspRtCIIE: i. Logenanzeiger für Flugzeuge, Schiffe und sonstige bewegteGegenstände, bei welchem das Anzeigeglied durch einen -mit seiner Achse quer zum Flugzeug usw. gelagerten Kreisel gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreisel zwar mit allen Freiheitsgraden ausgestattet ist, jedoch der Freiheitsgrad um die in der Fahrtrichtung liegende Achse durch ein Schweremoment beschränkt ist, und daß die Richtkraft des Kreisels (Impuls X Winkelgeschwindigkeit der Erde) z. B. durch Lagerreibung unwirksam gemacht oder durch sonstige Maßnahmen, beispielsweise magnetische, kompensiert ist, so daß der Kreisel unter dem Einfluß der Erddrehung nicht präzediert.
  2. 2. Lageranzeiger nach Anspruch i, da--durch gekennzeichnet, daß das den einen Freiheitsgrad des Kreisels beschränkende Schweremoment von außen einstellbar ist.
  3. 3. Logenanzeiger nach Anspruch i, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zurkraftschlüssigen Rückführung oder Festhaltung der Kreiselachse in der Querrichtung des Flugzeuges oder sonstigen beweglichen Trägers. d.. Lagenan.zeiger für Flugzeuge o. dgl. mit Kreiselsteuerung zum Anzeigen der Neigung und Richtung des Flugzeuges im Raume auf einer Schaufläche durch Abbildung von Flugzeug und Naturteilen auf der Schaufläche, dadurch gekennzeichnet, daß die ,vom Kreisel gesteuerten Darstellungen der Naturteile (Horizont mit Landmarke u. dgl.) bei Kursänderungen über Grund um eine senkrechte Achse sowohl in bezug auf das Flugzeug als auch gegenüber dein Grunde durch clen Kreisel derart drehbar sind, daß die algebraische Summe der Winkeldrehungen in ihrer Größe der Änderung der Bewegungsrichtung des Flugzeuges gegenüber dem Grunde proportional ist. 5. Logenanzeiger nach Anspruch i und 4., dadurch gekennzeichnet, daß das vom Kreisel gesteuerte Anzeigeglied auf die Kreiselachse drehbar aufgesetzt ist und an einem fest am Flugzeug o. dgl. sitzenden Teile so geführt ist, daß es nur die Lagenämderung der Kreiselachse gegenüber dem Flugzeug mitmacht.
DEO11087D 1919-07-16 1919-07-16 Lagenanzeiger fuer Flugzeuge, Schiffe und sonstige Gegenstaende Expired DE373393C (de)

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