DE388402C - Einrichtung zur Stabilisierung von Flugzeugen, U-Booten o. dgl. - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 12. JANUAR 1924

' REICHSPATENTAMT

MTENTSCHRIFT

- JVi 388402 KLASSE 77h GRUPPE δ

(O

Optische Anstalt C. P. Goerz Akt-Ges. in Berlin-Friedenau. Einrichtung zur Stabilisierung von Flugzeugen, U-Booten o. dgl. Patentiert im Deutschen Reiche vom 26. September 1918 ab.

Die Erfindung betrifft die Stabilisierung· von Flugzeugen, U-Booten und sonstigen in gasförmigen oder flüssigen Medien beweglichen Körpern und bezweckt die Schaffung einer Einrichtung, welche sowohl die Innehaltung der gewünschten Richtung oder Lage des Flugzeuges usw. über einen längeren Zeitraum selbsttätig sicherstellt als auch ^auftretenden Tendenzen zur Abweichung von der Richtung ίο oder Lage wirksam begegnet, bevor noch größere Abweichungen von der gewünschten Richtung oder Lage tatsächlich eingetreten sind, ohne dabei die Manövrierfähigkeit des Flugzeuges usw. zu beeinträchtigen. Die Erfindungszwecke werden unter Benutzung eines Systems von gegenläufigen Kreiseln gleichen Impulses dadurch erreicht, daß dieses System derart mit der Steuerung des Flugzeuges usw. gekuppelt wird, daß es sowohl auf die Steuerung des Flugzeuges einwirkt, wenn seine

Kreiselelemente Präzessionsbewegungen ausführen, wie es jedesmal geschieht, sobald, etwa unter dem Einfluß eines plötzlichen Windstoßes, eine Tendenz zur Lagenänderung auftritt, als auch, unabhängig davon, wenn aus irgendeinem Grunde, ohne daß die Kreisel Anlaß haben, auszuscheren im Laufe eines mehr oder weniger langen Zeitraumes, eine Abweichung gegenüber dem Schwerefeld eintritt. ίο Bei dieser Anordnung wirken die Kreisel, im Unterschiede von bekannten Anordnungen, nur als Mittel zur Bewegung der Steuerung im Sinne einer Dämpfung von Schwingungen, nicht aber als Richtung oder Lage bestimmend. Dadurch wird vermieden, daß der Pilot in der Herrschaft über seine Maschine beeinträchtigt wird.

Obwohl in einem System von gegenläufigen Kreiseln von gleichem Impuls die Kreisel nur auf solche Impulse durch Präzessionsbewegungen reagieren, welche dem Kreiselträger Winkelgeschwindigkeiten erteilen, also ihn zu drehen streben, so kann die neue Stabilisierungseinrichtung doch auch beispielsweise zur Aufrechterhaltung einer gewissen Tiefenlage unter dem Wasserspiegel dienen. Die Verdrehung des Trägers des Kreiselsystems bei eintretender Tiefenänderung bzw. die Tendenz dazu kann z. B. dadurch erreicht werden, daß der drehbar gelagerte Kreiselträger mit einem einseitig wirkenden Gewicht verbunden wird, welches durch eine Feder im Gleichgewicht gehalten wird. Bei eintretender Tiefenänderung erfährt das Gewicht eine Schwerebeschleunigung, während die Feder unbeeinflußt bleibt, so daß der drehbare Kreiselträger einen Drehungsimpuls erfährt, auf den die Kreisel durch Ausscheren ihrer Achsen reagieren.

Zur Erreichung des erstrebten Zweckes

muß der die beiden gegenläufigen Kreisel von j gleichem Impuls tragende Zwischenträger, welcher kurz als Trägheitsrahmen bezeichnet werden mag, auf dem Flugzeug so gelagert werden, daß die Achsen der beiden Kreisel senkrecht zu der Achse des Flugzeuges stehen, um welche das Flugzeug stabilisiert werden soll. Bei einer Stabilisierung um die Flugzeugquerachse, wobei also die Längsachse in ihrer Lage gehalten werden soll, muß demnach der Trägheitsrahmen so auf dem Flugzeug gelagert werden, daß die Kreiselachsen parallel zur Symmetrieebene des Flugzeuges liegen. Damit bei dieser Anordnung eine Kippbewegung des Flugzeuges nach vorn oder hinten eine Verdrehung der Kreiselachsen gegeneinander herbeiführt, muß dafür Sorge getragen j werden, daß die Kippbewegung des Flugzeuges ! um seine Querachse eine Drehung des Trag- ί heitsrahmens um seine Achse herbeizuführen j sucht. Das läßt sich mit besonderem Vorteil dadurch erreichen, daß der Trägheitsrahmen _; mit dem Flugzeug durch ein federndes Glied gekuppelt wird, so daß die Kippbewegung des Flugzeuges auf den Trägheitsrahmen stets durch Vermittlung des federnden Gliedes übertragen wird, und infolgedessen allzu jähe Präzessionsbewegungen seiner gegenläufigen Kreisel vermieden werden.

Die Bewegung des Steuermotors in Abhängigkeit von der Winkelgeschwindigkeit des Trägheitsrahmens und von seiner tatsächlichen Winkel Verdrehung gegenüber einer zur Erde festen Richtung (Schwererichtung) kann durch beliebige Kraftmittel, beispielsweise durch elektrischen Strom, auf hydraulischem oder auf pneumatischem Wege erfolgen. Eine beispielsweise Stabilisierungseinrichtung gemäß der Erfindung mit elektrischem Betriebe des Steuermotors kann beispielsweise durch Anordnung eines Nachdrehmotors erfolgen.

Die Einrichtung ist auf der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigen: Abb. 1 eine Gesamtansicht, Abb. 2 und 3 Einzelheiten, Abb. 4 das Schaltungsschema.

Das Mittel zur Stabilisierung eines Flugzeuges um eine bestimmte Achse bildet ein Trägheitsrahmen mit zwei gegenläufigen Kreiseln von gleichem Impuls. Der Rahmen, in welchem die beiden gegenläufigen Kreisel von gleichem Impuls mit ihren Kreiselgehäusen konachsial gelagert sind, ist mit 1 bezeichnet. Die beiden gegenläufigen Kreisel von gleichem Impuls tragen die Bezeichnungen 2, 3. Die konachsialen Achsen ihrer Gehäuse sind bei 4 angedeutet. Die Kreiselgehäuse sind mit Kegelrädern 5, 6 verbunden, welche in Zahneingriff mit einem Kegelrad 7 stehen, das bei seiner \%stellung den Stromdurchgang durch einen Stromkreis beeinflußt. Zur Erreichung dieser Wirkung ist nach der Darstellung der Zeichnung das Kegelrad 7 mit einem Hebel 8 verbunden, welcher über einen Widerstand 9 des zu steuernden Stromkreises schleift. Der die beiden gegenläufigen Kreisel tragende Rahmen ι ist durch ein Gewicht 10 (oder eine sonstige Kraft) belastet, welches ihn in einer bestimmten Bezugsrichtung zur Erde hält.

Der Rahmen 1 ist mit einem Schleifkontaktarm 11 verbunden, welcher über einen Widerstand 12 schleift. Die Widerstände 9 und 12 no bilden jeder den einen Widerstand in je einer Wheatstoneschen Brückenanordnung, dessen Gegenwiderstand mit 13 und 14 bezeichnet ist. Die Brücken dieser Brückenanordnungen tragen die Bezeichnungen 15,16. In diesen beiden Brücken ist je eine Wicklung eines Relais 17 eingeschaltet, welches auch auf die Stromrichtung anspricht und die Kontakthebel iy^a, ij^b des Steuerstromkreises 18 je nach der Stromrichtung nach der einen oder der anderen Seite umlegt. Auf das polarisierte Relais 17 wirkt der durch jeden der beiden 'Brückendrähte

15, i6 fließende Strom. Durch die Bewegung der Kontakthebel iy^a, iy^b wird der Steuermotor 19 des Flugzeuges eingeschaltet, dem der erforderliche Strom durch eine Stromquelle 20 geliefert wird, von welcher auch die Wheatstoneschen Brückenanordnungen mit den Widerständen 9,. 12 gespeist werden können. 21 bezeichnet einen Schiebekontakt auf dem Widerstand 13, welcher mechanisch mit dem Steuermotor 19 gekuppelt ist und bei jeder Bewegung des letzteren auf dem Widerstand 13 verschoben wird.

Die Wirkungsweise der bisher beschriebenen Anordnung ist wie folgt; Sobald das Flugzeug die Neigung zeigt, eine Kippbewegung der Achse auszuführen, welche durch die Stabilisierungseinrichtung unverändert erhalten werden soll, bewirkt diese Kipptendenz, bevor noch eine merkliche Winkelablenkung entstanden ist, eine Präzessionsbewegung der beiden gegenläufigen Kreisel 2, 3, so daß deren Achsen gegeneinander ausscheren und eine Verdrehung der Kegelräder 5, 6 eintritt, welche sich durch das Kegelrad 7 auf den Schleifkontaktarm 8 ²S überträgt und dadurch den Widerstand 9 in der Wheatstoneschen Brückenanordnung ändert. Wenn vor Eintritt dieser Widerstandsänderung der Brückendraht 15 stromlos war und demgemäß der Strom des Steuermotors 19 ausgeschaltet war, so daß der Motor stillstand, dann wird durch die Verschiebung des Armes 8 auf dem Widerstand 9 die Stromverteilung in der Brückenanordnung so geändert, daß das Relais 17 anspricht und der Steuermotor 19 demnach eingeschaltet wird und die Steuerwelle des Flugzeuges verstellt. Gleichzeitig erfolgt auch infolge der mechanischen Kupplung des Steuermotors mit dem Schiebekontakt 21 eine Verschiebung des letzteren auf dem Widerstand 13, bis der Brückendraht 15 wieder stromlos wird und dadurch der Motor 19 ausgeschaltet" wird. Bei jedesmaligem Wiedereintreten der Neigung des Flugzeuges, eine Kippbewegung einzuleiten, tritt die Stabilisierungseinrichtung in der genannten Weise in Funktion.

Es würde dabei aber immerhin möglich sein, daß durch eine große Zahl aufeinanderfolgender in gleichem Sinne wirkender kleiner Kippbewegungen eine allmähliche Veränderung tier j zu stabilisierenden Flugzeugachse einträte. Dem muß vorgebeugt werden, und diesem Zweck dient die zweite Brückenanordnung mit dem Widerstand 12.

Die Kippbewegung der Flugzeugachse bewirkt eine Verlagerung des Kontaktschleifarmes 11 auf dem Widerstand 12, welche eine Änderung der Stromverteilung in der zweiten Wheatstoneschen Brückenanordnung herbeiführt, sobald die Neigungsänderung eine hinreichende wahrnehmbare Größe angenommen hat. Es tritt dann auch ein Stromdurchfluß durch den Brückendraht 16 ein, welcher sich der Wirkung des Stromdurchganges durch den Brückendraht 15 im Relais 17 überlagert, so daß diese wahrnehmbare Neigungsänderung der Flugzeugachse ergänzend auf die Bewe- ' gung des Steuermotors 19 einwirkt.

Im Regelfall, wo die Neigung zur Abweichung von der vorgeschriebenen Lage bald nach der einen, bald nach der anderen Seite wirkt, wird nur die Stabilisierung durch Ausscherung der Achsen der beiden Kreisel 2, 3 in Tätigkeit treten, ohne daß es zu einer wahrnehmbaren Änderung der betreffenden Flugzeugachsenlage kommt. Es ist das zu vergleichen der Tätigkeit eines geschickten Seiltänzers, welcher sich im Gleichgewicht hält, ohne daß es überhaupt zu wahrnehmbaren Änderungen seiner Gleichgewichtslage kommt und welcher eine nennenswerte Verschiebung seiner Balancierstange nur vorzunehmen braucht, wenn etwa durch einen ganz besonderen äußeren Einfluß eine ernsthafte Störung der Gleichgewichtslage eintritt.

Es muß aber dem Flugzeugführer die Möglichkeit gegeben sein, jederzeit die Lage des Flugzeuges willkürlich zu bestimmen. Die Stabilisierung darf also die Flugzeugachse nicht in absolutem Sinne festlegen, sondern muß dem Flugzeugführer die Freiheit jederzeitiger Änderung lassen. Diesem Zweck dient eine zusätzliche Einrichtung, welche nach der Darstellung der Zeichnung aus einer auf dem Flugzeug drehbar gelagerten Kapsel 22 besteht, die mit einer Außenverzahnung versehen ist, in welche ein Zahnrad 23 eingreift, welches durch Bewegung des Steuerhebels 24 gedreht werden kann. In dieser Kapsel 22 ist eine lose auf ihrer Achse sitzende Trommel 25 drehbar, an deren einer Stirnwand ein durch eine Öffnung der Kapsel 22 hindurchragender Arm 26 sich befindet. Dieser spielt zwischen zwei an dem Arm 11 angebrachten Federn 27, 28, welche dadurch in Verbindung mit dem Trägheitsrahmen ι stehen.

Jede Drehung der Kapsel 22 bei Verstellung des Armes 24 erteilt der inneren Kapsel 25 einen Drehungsimpuls, welcher sich durch die Federn 27, 28 auf den Trägheitsrahmen 1 überträgt; gleichzeitig erfolgt eine Verstellung des Kontaktarmes 11 auf dem an der Kapsel 22 sitzenden Widerstand 12.

Die Trommel 25 trägt einen Flügel 29, welcher in einer Flüssigkeitsfüllung 30 der Kapsel 22 sich bewegt und bei seiner Bewegung die Flüssigkeit durch enge Kanäle hin und her treibt, die zwischen der Trommel 25 und zwei in die Kapsel 22 eingesetzten Trennungswänden 31, 32 freigelassen sind. Durch diese Anordnung wird eine kraftschlüssige Kupplung zwischen dem Steuerhebel 24 und dem Rahmen 1 erzeugt, welche nur eine be-

schränkte Kraftübertragung von dem Steuerhebel auf den Rahmen ι gestattet, die von der Stärke der Federn 27, 28 und der Größe der Flüssigkeitskanäle zwischen den Trennungswänden 31, 32 und der Trommel 25 abhängt.

Wenn der Flugzeugführer die Lage seines Flugzeuges zu ändern wünscht, dann verstellt er in normaler Weise den Steuerhebel 24. Dadurch erzeugt er eine Verdrehung der Kapsel 22 und infolge der kraftschlüssigen Verbin- > dung derselben mit dem Rahmen 1 eine Tendenz zur Drehung des Rahmens 1. Diese Drehungstendenz setzt sofort die Stabilisierungsvorrichtung in Tätigkeit.

Bei der oben erläuterten Wirkung der Stabi- _; lisierungseinrichtung konnte das Vorhanden- ; sein der Kapsel 22 außer Betracht bleiben, weil _; diese die Bewegung des Flugzeuges, auf dem '■ sie gelagert ist, stets mitmachte. Durch die ^! Zwischenschaltung des Zahnrades 23 zwischen i Steuerhebel und Kapsel erfolgt bei Bewegung des Steuerhebels 24 eine Drehung der Kapsel 22 in entgegengesetzter Richtung, wie sie der , Bewegung des Steuerhebels entspricht. Die Folge davon ist, daß die Stabilisierungseinrichtung in dem gleichen Sinne arbeitet, wie er der Bewegung des Steuerhebels entspricht. Es wird durch die Anordnung also nur erreicht, daß dem Flugzeugführer die Arbeit der Verstellung des Steuers abgenommen und auf den ' Steuermotor 19 übertragen wird. Sobald der ^; Flugzeugführer den Steuerhebel freigibt und : stillsetzt, tritt die Stabilisierungseinrichtung : in Tätigkeit und bewirkt die Stabilisierung um die neue Gleichgewichtslage in der gleichen Weise, wie es oben beschrieben wurde. Der j Grund hierfür liegt darin, daß bei jeder Verstellung des Steuerhebels 24 der Widerstand 12 gegenüber dem Kontaktarm 11 verstellt wird. Die Achslage, um welche die Stabili- ] sierung erfolgt, hängt aber von der Einstellung des Kontaktarmes 11 gegenüber dem. Widerstand 12 ab. Die Manövrierfähigkeit wird also ; durch die Stabilisierungseinrichtung in keiner ■ Weise beeinträchtigt. Sie wird sogar im Gegenteil erleichtert, da die angestrebte Lage des Flugzeuges nach erfolgter Einstellung des , Steuerhebels in die betreffende Lage durch die Stabilisierungseinrichtung auf die günstigste Weise ohne Übersteuerung herbeigeführt wird. Im vorstehenden ist lediglich ein einziger Trägheitsrahmen als Mittel zur Stabilisierung des Flugzeuges dargestellt. Mit Hilfe eines einzigen Rahmens kann natürlich nur eine Stabilisierung um eine einzige Flugzeugachse erreicht werden. Wenn man eine Stabilisierung um zwei oder um alle drei Flugzeugachsen vornehmen will, dann muß man entsprechend zwei oder drei Trägheitsrahmen in entsprechender Anordnung im Flugzeug lagern, von denen jeder in bezug auf die ihm zugeordnete Achse unbeeinflußt durch die anderen in der gleichen Weise wirkt, wie es im vorstehenden für den einen Trägheitsrahmen näher angegeben ist.

Claims (5)

65 Patent-Ansprüche :

1. Einrichtung zur Stabilisierung von Flugzeugen, U-Booten u. dgl. mit Bezug auf eine Achse durch den Einfluß von Präzessionsbewegungen von gegenläufigen Kreiseln gleichen Impulses, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreiselpräzessionen und die Abweichungen gegenüber dem Schwerefeld unabhängig voneinander auf die Steuerung derart einwirken, daß die gewählte Stabilitätsrichtung festgehalten wird und Schwingungen des Flugzeuges o. dgl. um dieselbe gedämpft werden.

2. Einrichtung zur Stabilisierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenläufigen Kreisel (2, 3) des Trägheitsrahmens (1) und der Trägheitsrahmen (1) selbst bei seiner Verdrehung gegenüber dem Flugzeug usw. auf den gleichen Regler (Relais 17) für den Steuermotor (19) wirken.

3. Einrichtung zur Stabilisierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung des Trägheitsrahmens (1) mit dem Flugzeug durch Vermittlung eines beweglich im Flugzeug o. dgl. gelagerten Teiles (Kapsel 22) erfolgt, der seinerseits mit einem Handsteuerhebel (24) zur Handsteuerung des Flugzeuges o. dgl. unter Wahrung einer kraftschlüssigen Verbindung zwischen Handsteuerhebel und Trägheitsrahmen gekuppelt ist.

4. Einrichtung zur Stabilisierung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der die Verbindung des Trägheitsrahmens (1) mit dem Handsteuerhebel (24) vermittelnde bewegliche Teil von einer drehbaren Kapsel (22) mit in einer Flüssigkeitsfüllung beweglichem Drehkolben (25, 29) gebildet wird, wobei Kapsel und Drehkolben mit dem Steuerhebel bzw. dem Trägheitsrahmen gekuppelt sind und nur unter Verstellung einer Flüssigkeitsbremse gegeneinander verdreht werden können.

5. Einrichtung zur Stabilisierung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch Bewegung des Handsteuerhebels (24)

. auch der Kontakt oder Regler, welcher auf eine Änderung des Lagenwinkels anspricht, entsprechend der neuen gewünschten Stabilitätslage verstellt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.