DE447793C - Einrichtung zur Stabilisierung von Flugzeugen u. dgl. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Stabilisierung von Flugzeugen u.dgl. mit Hilfe eines Trägheitsrahmensr, der zwei gegenläufige Kreisel gleichen Impulses enthält.
Es sind Stabilisierungseinrichtungen bekannt (vgl. deutsche Patentschrift 388 402)., mittels¹ deren Luftfahrzeuge, U-Boote o. dgl. durch zwei gegenläufige Kreisel in einem sogenannten Trägheitsrahmen in bezug auf das Ge- samtbeschleunigungsfeld stabilisiert werden können. Unter Gesamtbeschleunigungsfeld wird hier verstanden die Zusammenfassung aller auftretenden Beschleunigungen einschließlich des Schwerefeldes der Erde, wie diese nach der genannten Patentschrift auf ein Pendel einwirken.

Die bekannte Einrichtung ist geeignet, eine Stabilität in bezug auf die Lage des zu stabilisierenden Körpers (Luft- oder Wasserfahrzeuges) herbeizuführen. Diese Stabilitätsmöglichkeit allein reicht aber nicht aus, um gleichsam die Bedingungen des idealen Piloten für ein Luftfahrzeug zu erfüllen. Ein solcher wird stets bestrebt sein, sein Fahrzeug in solcher Fahrt, . d. h. in solcher Bewegung nach Größe und Richtung zu halten, daß seine Steuerfähigkeit in jeder Beziehung gewährleistet bleibt. Dann hat er die Maschine stets in der Hand, während bei einer reinen Lagenstabilität der Fall eintreten kann, daß die Maschine ihre Fahrt verliert und dadurch steuerunfähig wird. Ferner wird er stets bestrebt sein, eine bestimmte Richtung und Höhenlage einzuhalten. Das sind sämtlich Bezugsgrößen, die mit der Lage des Fahrzeuges bzw. der Stabilität auf das Gesamtbeschleunigungsfeld nichts zu tun haben, so daß man sagen kann, die Stabilisierung nach der Erfindung besteht darin, daß als Bezugsgrößen diejenigen Zustände der Maschine gewählt werden, die die Bedingungen des idealen Piloten erfüllen, d.h. Fahrt (Geschwindigkeit), Richtung und Höhenlage.

Äußerlich kennzeichnet sich die neue Stabilitätsform, dadurch, 'daß sie unabhängig vom Gesamtbeschleunigungsfeld bzw. von jedem

Lagenanzeiger ist, welcher unter dem Einfluß des Schwerefeldes, steht, z. B. unabhängig von der Benutzung von Pendeln, Wasserwaagen u. dgl.

Nach der Erfindung läßt man geeignete, an sich bekannte Meßvorrichtungen, z. B. Geschwindigkeitsmesser, Richtungsanzeiger (Kompaß), Höhenmesser, auf eine Vorrichtung einwirken, die unmittelbar die Lage 'd ίο Trägheitsrahmens mit den beiden gegenläufigen Kreiseln zu ändern sucht. Eine solche Einrichtung kann z. B. pneumatisch, hydraulisch, elektromagnetisch oder elektrostatisch sein.

Bei dem später zu beschreibenden Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine elektromagnetische Einrichtung so mit dem Trägheitsrahmen verbunden, daß sie von den Meßinstrumenten gesteuerte regelbare Kraftmomente auf den Trägheitsrahmen ausübt. Diese Kraftmomente bewirken, wie bei der vorbekannten Einrichtung, Kreiselpräzessioneii, die ihrerseits benutzt werden, um die jeweilige Lage der Steuer zu bestimmen, wobei die Steuerung der Fahrt bzw. Geschwindigkeit auch durch die Höhensteuerung bewirkt wird. Grundsätzlich ist es auch möglich, die Geschwindigkeit und Höhenlage durch selbsttätige Regelung des Gashebels zu bewirken.

Die elektromagnetische Einwirkung auf den Trägheitsrahmen erfolgt erfindungsgemäß durch einen Anker in einem elektromagnetischen regelbaren Kraftfeld.

Die Verstellung der Steuer erfolgt erfindungsgemäß durch einen Servomotor, der das Maß der Verstellung der Steuer dem Präzes^ sionsausschlag der Kreisel proportional macht. Dieser Servomotor kann pneumatisch, hydraulisch oder, wie später beschrieben werden wird, elektrisch sein. Auf die Ausgestaltung des Servomotors, kommt es für das Prinzip der Erfindung nicht an.

Endlich gehört zur Erfindung eine Dämpfungsvorrichtung,

Auf der Zeichnung ist eine Vorrichtung nach der Erfindung in

Abb. ι in Ansicht, teilweise im Schnitt schematisch dargestellt.

Abb. 2 ist ein Schaltungsschema der Vorrichtung zur Übertragung der Einwirkungen der Stabilitätsgrößen auf den Trägheitsrahmen,

Abb. 3 ist ein Schaltungsschema für eine Wirbelstromdämpfung,

Abb. 4 ein Schaltungsschema einer zweiten Dämpfungsvorrichtung, die unmittelbar auf die Präzessionsachsen der Kreisel einwirkt, und

Abb. 5 zeigt die Schaltung des Servomotors. In einem Rahmen 1 ist der Trägheitsrahmen 2 mit den Kreiseln 3 und 4, von denen.

nur die Gehäuse dargestellt sind, auf einer wagerechten Achse 5 gelagert. Der Rahmen 1 ist mit dem zu stabilisierenden Gegenstand verbunden.

Auf der Verlängerung 6 der Achse S auf der einen Seite ist ein Anker 7 angeordnet, siehe auch Abb. 2, der die Form eines konstanten. Magneten, eines Elektromagneten oder einer Spule haben kann. Der Anker 7 liegt innerhalb zweier Feldmagnete 8 und 9. Beide Magnete besitzen Wicklungen 10 und 11, in denen die Stromstärke mittels, regelbarer Widerstände 12 und 13 veränderlich ist. Der Feldmagnet 8 und der Anker 7 stellen eine kraftschlüssige Kupplung dar, mittels deren der Trägheitsrahmen mit dem zu stabilisierenden Gegenstand, z. B. einem Flugzeug, gekuppelt ist. Die Stromstärke in der Spule 10 richtet sich nach dem gewünschten Präzessionsgrad der Kreisel, d. h. der gewünschten Empfindlichkeit der Vorrichtung.

Das Magnetfeld 9 ist beispielsweise mit .einem Geschwindigkeitsmesser elektrisch verbunden. Die Stärke und Richtung des Stromes in seiner Spule 11 richtet sich nach der Größe der Geschwindigkeit des Fahrzeuges und nach ihrer positiven oder negativen Abweichung von der gewünschten Mittelgröße. Als Geschwindigkeitsmesser können beispielsweise Pitrotrone, Venturirohre, mit Propeller arbeitende Instrumente, überhaupt jede Meßvorrichtung, die die Strömungsgeschwindigkeit des umgebenden Mediums in für die elektrische Auswertung geeigneter Weise zu messen gestattet, benutzt werden. Man kann an Stelle der elektrischen Übertragung selbstverständlich auch eine pneumatische oder hydraulische wählen.

Zwischen den Kreiseln 3 und 4 liegt ein -Winkelrädergetriebe 14, das einerseits mit den Kreiseln verbunden ist, andererseits auf eine Achse 15 arbeitet, an deren äußerem Ende ein Kontaktarm 16; (siehe auch Abb. 5) befestigt ist. Da die Kreisel gegenläufig sind, so üben sie mittels des Winkelrädergetriesi auf den Kontaktarm 16 eine gleichsinnige Drehung aus. Der Arm 16 spielt über Kontakten 17 und 18 auf einer Scheibe 19, die außen verzahnt ist und in ein Ritzel 20 auf der Welle des Steuerelektromotors. 21 eingreift. Der Steuerelektromotor wird durch ein auf der Zeichnung nicht dargestelltes Getriebe dazu benutzt, das Höhensteuer des Flugzeuges zu versteEen, um mit seiner Hilfe durch Fallen oder Steigen des Flugzeuges eine Geschwindigkeitsänderung, zu bewirken.

Soll auch, eine bestimmte Höhenlage des Flugzeuges eingestellt werden, so läßt man einen Höhenmesser auf die Spule 11 des Feldmagneten 9 einwirken, so daß sich die vom Höhenmesser gesteuerten Ströme überlagern.

Man kann den Höhenmesser auch statt auf das Höhensteuer, auf den Gashebel einwirken lassen. Beim Geschwindigkeitsmesser empfiehlt sich dies nicht, weil die Geschwindigkeit auch geregelt werden muß., wenn der Motor aussetzt.

Will man auch die Richtung selbsttätig stabilisieren, so bringt man einen dem beschriebenen analogen Apparat in Verbindung mit einem ίο Richtungsmesser, z. B. einem Kompaß, und läßt diesen zweiten Apparat auf das Seitensteuer einwirken. Der zweite Apparat muß um 90⁰ gegen den ersten gedreht sein.

Zur Dämpfung der durch die beschriebene Vorrichtung erzeugten Schwingungen dient einmal ein Feldmagnet 22, der auf eine Wirbelstromscheibe 23 einwirkt. Diese wird von der Achse 5 aus durch eine Übersetzung, z. B. das dargestellte Hebelwerk 24 (oder Zahnao räder) in Drehung versetzt. An Stelle der Wirbelstrombremse kann auch -eine Flüssigkeits- oder sonstige Bremse treten. Eine Wirbelstrombremse gestattet eine besonders einfache Anpassung der Bremskraft an die Flugeigenschaften der Maschine, die Wetterlage u. dgl. Diese Anpassung erfolgt gemäß Abb. 3 durch Regelung der Stromstärke in der Spule 25 mittels des Widerstandes 26.

Neben der auf den Trägheitsrahmen einwirkenden, soeben beschriebenen Dämpfung ist eine zweite Dämpfungsvorrichtung angeordnet, die auf die Welle 15 und somit über die Winkelräder 14 unmittelbar auf die Präzessionsachsen der Kreisel 3 und 4 einwirkt. Diese zweite Dämpfungsvorrichtung besteht aus einem Anker 27 auf der Welle 15 in einem Feldmagneten 28, der mit dem Trägheitsrahmen 2 verbunden ist.

Der Strom in der Spule 29 des Feldmagneten kann wiederum durch 'einen Widerstand 30 geregelt werden. Die Einstellung der Stromstärke erfolgt nach den gleichen Grundsätzen wie bei der Dämpfungsvorrichtung auf der anderen Seite der Vorrichtung. Es können beide Dämpfungsvorrichtungen gemeinsam oder auch jede einzeln benutzt werden.

Die beschriebene Vorrichtung wirkt in folgender Weise:

Wenn die Neigung des. Flugzeuges pder seine Geschwindigkeit sich ändert, so wird auf den Anker 7 durch die Feldmagnete 8 und 9 ein Drehmoment ausgeübt. Dieses, wird auf den Trägheitsrahmen 2 übertragen, so daß die Kreisel 3 und 4 entgegengesetzt präzedieren. Hierbei wird der Kontaktarm je nach der Richtung der Präzession auf den Kontakt 17 oder 18 gedreht, so daß der Motor 21 anläuft und das Höhensteuer verstellt. Sobald aber der Motor anläuft, dreht er auch die Scheibe 19 und damit die Kontakte 17 und 18 dem Kontaktarm 16 nach,, so daß der Motor zur Ruhe kommt, sobald der Steuerausschlag der Kreiselpräzession entspricht.

Die Dämpfungsvorrichtungen sorgen dafür, daß die Schwingungen der Maschine alsbald zur Ruhe kommen. Die Dämpfung kann durch Veränderung der Stromstärken bis zur aperiodischen Dämpfung gesteigert werden.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Einrichtung zur Stabilisierung von Flugzeugen u. dgl. mit Hilfe eines Tragheitsrahmens, der zwei gegenläufige Kreisel gleichen Impulses enthält, dadurch gekennzeichnet, daß Meßgeräte, z. B. Geschwindigkeitsmesser, Höhenmesser, Richtungsmesser, bei Nichteinhalten der gewollten Geschwindigkeit, Höhe, Richtung mit Hilfe von Kraftfeldern oder hydraulischer oder pneumatischer Kupplungen! o. dgl. auf den Trägheitsrahmen (2) einwirken, wobei geeignete Dämpfungen (22, 8g 23 bzw. 27, 28) vorgesehen sind.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch 'einen Anker (7) auf der Achse (5, 6) des Trägheitsrahmens (2) in einem Magnetfeld (8, 9) veränder-¹ licher Feldstärke, die je nach der gewünschten Stärke der Einwirkung auf den Trägheitsirahmen (2), z. B. durch veränderliche Widerstände (12, 13), geregelt werden kann.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Präzessionen der Kreisel (3, 4), zweckmäßig mittels eines Hilfsmotors (21), die Steuer des Flugzeuges oder der Gashebel des Flugzeugmotors, oder beide verstellt werden, wobei die Größe der Steuerbewegung dem Präzessionsausschlag der Kreisel mittels einer elektrischen Stellhemmung (16-19) proportional gemacht sind.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Dämpfung (22, 23) zwischen dem Fahrzeug und dem Trägheitsrahmen (2) und eine zweite Dämpfung (27, 28) zwischen dem Trägheitsrahmen (2) und den Präzessionsachsen der Kreisel (3 und 4).

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.