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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.
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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.
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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.
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Die Größenverhältnisse, innerhalb welcher das Schwermoment zu regeln
ist, ergeben sich dabei aus folgenden Gleichungen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.