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Steuerung für Luftfahrzeuge Die Erfindung bezieht sich vornehmlich
auf Luftfahrzeuge, und besonders auf solche, die leichter als Luft sind, und bezweckt
in der Hauptsache die Schaffung einer selbsttätigen Regelung für deren Steuerung
und Stabilisierung.
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Es ist eine bekannte Tatsache, daß ein lenkbares Luftschiff beim Fluge
in einem Richtungssinne nicht ständig stabil ist, d. h. wenn das Steuerruder nicht
benutzt werden würde, so würde das Schiff sich unbestimmt in der einen oder anderen
Richtung rund herumdrehen, und zwar deswegen, weil sich der Gasbehälter, selbst
während er sich bewegt, nicht im Gleichgewicht befindet. Die ortsfesten Flossen
haben Idas Bestreben, diesen natürlichen Drehungskreis im Radius etwas größer zu
machen, als das sonst sein würde, jedoch sind sie nicht annähernd groß genug, um
das Schiff mit seiner Spitze geradezuhalten. Die Flossen sind daher in dieser Beziehung
sehr unwirksam, und das Bestreben geht dahin, immer weniger unbewegliche Flossenflächen
und an deren Stelle bewegliche Flächen oder Steuerflächen zu benutzen. Auf diese
Weise wird die Steuerung zwangläufiger, und das Schiff wird weniger träge in seinen
Bewegungen, und die Stabilisierungsvorrichtung wird im Gewicht und Widerstand verringert.
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In jedem der obenerwähnten Fälle ist aber dauernd auf die Steuerung
zu achten, um gute Ergebnisse zu erzielen. Wenn es nämlich dem Schiff möglich ist,
sich mehr als um a° oder 3° aus seinem Kurs zu bewegen, so kann es diese Drehung
bis zu 9o° oder mehr ausdehnen, bevor sie angehalten und das Schiff zurückgedreht
werden kann, woraus sich eine beträchtliche Kursänderung ergeben kann.
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Beim Steuern ist es daher von der größten Wichtigkeit, daß die geringste
Abweichung aus dem Kurs sofort bemerkt wird, um sie korrigieren zu können, bevor
die Abweichung zu groß geworden ist. Dies kann nicht in der üblichen Weise mittels
des Kompasses allein ausgeführt werden, da- dieses Instrument zu träge ist, um sehr
kleine Bewegungen anzuzeigen. Der Kompaß kann, wie üblich, im besten Fall zum Angeben
der allgemeinen Durchschnittsrichtung benutzt werden, wobei man sich dann nach irgendeinem
anderen
Gegenstand, z. B. einem Stern, einer Wolke oder einer Landmarke,
am vorausliegenden Horizont richtet, der in gleicher Linie mit irgendeinem Kabel
oder einer anderen sichtbaren Marke an dem Luftschiff gehalten wird. Oftmals, wenn
das Schiff mit der Spitze hochgeht oder wenn keine geeigneten Richtungsmarken vorhanden
sind, hatte es sich als besser herausgestellt, sich herumzudrehen und das Heck zu
beobachten. Man sieht so, daß das wichtigste Problem beim Steuern eines Luftschiffes
nicht darin liegt, letzteres zu drehen, sondern darin, seine Drehung zu verhindern.
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Zur Vermeidung der oben- angegebenen Nachteile wird gemäß der Erfindung
das Steuerruder mit einem selbsttätigen neutralisierenden Flügel ausgerüstet, der
seine Kraft von dem Luftdruck ableitet, der bisher auf die verhältnismäßig unwirksamen
ortsfesten Stabilisierungsflossen seine Wirkung ausübte. Diesem Luftdruck wird in
dem Augenblick begegnet, wo der Ballon in bezug auf seine Flugbahn eine winklige
Lage einnimmt, weil die Stabilisierungsflächen, die bei normalem Fluge neutral,
d. h. ohne Einfallwinkel zu der Luft, sind, durch die sie ziehen, plötzlich einen
Einfallwinkel erhalten.
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Es trifft ebenfalls zu, daß das Steuerruder denselben Luftangriffswinkel
erhält und demselben resultierenden Druck pro Flächen=' einheit ausgesetzt ist,
wie irgendeine ähnlich gelegene Stabilisierungsfläche oder die Fläche des obenerwähnten
neutralisierenden Flügels. Das Steuerruder und dieser Flügel sind aber in bezug
aufeinander in solcher Weise angeordnet, daß der neutralisierende Flügel infolge
seiner Gegenwirkung auf die Luft imstande ist, die Bewegungen der bedeutend größeren
Steuerfläche zu regeln und deren Lage zu bestimmen.
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Die Vereinigung der Steuerruderfläche und des neutralisierenden Flügels,
die zusammen eine überbalancierte Ruderfläche ergeben müssen, ist aber stets gleichgewichtstörend
oder aus dem Gleichgewicht bringend, bis der neutralisierende Flügel die richtige
korrigierende Bewegung des Steuerruders bewirkt hat, in welchem Augenblick die Gesamteinrichtung
automatisch in ihren Gleichgewichtszustand gelangt.
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Der neutralisierende Flügel ist bei der zweckmäßigsten Ausführungsform
so angebracht, daß, wenn er auf einen Winddruck reagiert, der anders als der von
vorn kommende Wind ist, wodurch er aus seiner neutralen Lage gebracht wird, er sofort
selbsttätig seinen Einfallwinkel in bezug auf die angreifende Luftströmung im Verhältnis
zu seiner Verstellung von seiner Mittel- oder normalen Lage verkleinert. Infolge
dieses Umstandes wird der neutralisierende Flügel nur um eine begrenzte Entfernung
durch eine winklig auftreffende Luftströmung bewegt, wobei er infolge seiner Steuerseile
seinen Einfallwinkel selbsttätig verkleinert, bis er in bezug auf die Luft, durch
die er hindurchgeht, einen Einfallwinkel angenähert gleich Null bildet.
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Bei- der Ausführung dieser Bewegung aus der Mittellage in irgendeine
andere Lage, in die er gebracht wird, bevor seine Steuerungswirkung durch die den
Einfallwinkel verkleinernden Steuerseile auf Null verringert wird, dreht dieser
Flügel das Hauptruder in die richtige Lage, in der es die Abweichung des Schiffes
von seinem richtigen Kurs korrigiert. Sobald das Schiff auf diese selbsttätige Steuerung
reagiert und sich selbst wieder in die Bewegungsrichtung einstellt, wird der neutralisierende
Flügel einem Luftdruck auf der Seite unterworfen, die derjenigen gegenüberliegt,
die beeinflußt wurde, als sich das Schiff aus seiner Flugbahn drehte. Nachdem der
Flügel sich selbst bei einem schrägen Wind in den Nulleinfallwinkel wieder eingestellt
hat, ist nun in bezug auf den spitzer einfallenden, gerade entgegenkommenden Wind
ein negativer Einfallwinkel vorhanden, und der Flügel wird infolgedessen in seine
Mittel- oder neutrale Lage gedrückt, wobei er das Steuerruder mitnimmt.
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Wenn das Schiff vollkommen in seine Bewegungsrichtung durch die Luft
eingestellt ist, so ist die einzige Lage, in der der neutralisierende Flügel einen
Nulleinfallwinkel hat, die Mittel- oder Normallage, und es wird nun vorwärtsgetrieben,
wobei gleichzeitig das Steuerruder in seine neutrale oder nicht steuernde Lage gebracht
wird.
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Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bewirkt lediglich
der neutralisierende Flügel die Steuerung der Ruderfläche. Wenn der Luftschiffer
eine Drehung ausführt, übt er keinerlei unmittelbare Bewegung des Steuerruders aus,
sondern er ändert lediglich durch die Betätigung der üblichen Handsteuerung die
Lage der Steuerseile für den neutralisierenden Flügel, so daß dieser nicht mehr
länger in seiner normalen zentralisierenden Lage einen Einfallwinkel gleich Null
hat und infolgedessen in irgendeine vorher bestimmte Lage.durch die Größe der Bewegung
der Handsteuerung gebracht wird, worauf er seine Nulleinfallage wieder herstellt.
Hierbei wird das Steuerruder in die gewünschte Lage zur Ausführung der Drehung gedreht.
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Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß die Wirkung des neutralisierenden
Flügels selbsttätig zur Folge hat, daß das Schiff eine Flugbahn von irgendeiner
vorher
bestimmten und von dem Luftschiffer gewünschten Krümmung
beibehält, wobei der neutralisierende Flügel ständig dahin wirkt, irgendeine Abtrifft
von der vorher bestimmten Flugkurve zu korrigieren. Es ist daher nicht nötig, die
von der Handsteuerung des Luftschiffers ausgeübte Steuerung auf die Steuerseile
des neutralisierenden Flügels zu begrenzen.
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Bei einer abgeänderten Ausführungsform der Erfindung laufen die von
der Handsteuerung kommenden Steuerdrähte unmittelbar zu dem Ruder, so daß hier der
Luftschiffer die Regelung beim Ausführen einer Drehung von dem neutralisierenden
Flügel wegnimmt.
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Die Erfindung ist auf der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht.
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Abb. i zeigt in schaubildlicher Darstellung das Steuerungssystem der
Ruderneutralisierung, wie es bei einem lenkbaren Luftschiff verwendet wird.
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Abb. 2 ist eine Draufsicht hierzu.
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Abb.3 zeigt in Schnittansicht eine abgeänderte Ausführungsform der
Erfindung, und Abb.4 veranschaulicht in schaubildlicher Darstellung das System in
Anwendung sowohl an der Seite als am Boden der Gashülle eines Luftschiffes.
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Bei der dargestellten, vornehmlich verwendeten Ausführungsform (Abb.
i und 2) bezeichnet io den Gasbehälter oder die eigentliche Hülle, i i ein relativ
ortsfestes Organ, das in der Folge Stabilisierungsflosse genannt wird, und 12 eine
bewegliche Fläche, die als Steuerruder bezeichnet wird. Bei dieser Ausführungsform
ist das Ruder als Balanceruder ausgebildet. Der Schwanz- oder hintere Teil 13, der
die Hauptsteuerfläche bildet, ist am breitesten, während der nach vorn vorragende
und vor dem Drehzapfen liegende Teil 14 verhältnismäßig schmal ist. Das Steuer als
Ganzes ist in geeigneter Weise an dem hinteren Ende der Stabilisierungsflosse i
i bei 15 angelenkt. Der Teil 14 trägt ein Paar von ihm nach vorn vorragender Stangen
16, die ein Lager für eine bewegliche Fläche bilden, die in der Folge als '.Veutra.sieru'ngs-
oder Steuerflügel 17 bezeichnet wird.
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Das Ende eines Armes 18, der zwischen dem Außenende des Gelenkes 15
und dem Teil 14 des Steuers 12 drehbar gelagert ist, ist mittels Steuerseile oder
Kabel 2o mit einem ähnlichen, gewöhnlich etwas kürzeren Arm ig verbunden, der an
dem Drehzapfen des Steuerflügels 17 zwecks dessen Drehung befestigt ist. Der Arm
i8 wird gewöhnlich im wesentlichen im rechten Winkel zur Fläche der Flosse i i gehalten.
Auf diese Weise wird der Flügel 17 gezwungen, eine im wesentlichen feste Lage annähernd
parallel zur Flosse i i entsprechend der relativen Länge der Arme 18 und ig für
jede verschiedene Lage des Ruders 12 einzunehmen.
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Solange das Schiff bestrebt ist, gerade durch die Luft zu fahren,
befinden sich das Ruder und der Steuerflügel 17 im wesentlichen in ihrer
neutralen Lage. Wenn aber durch irgendeine Störung eine Abdrehung des Luftschiffes
eintritt, so erhält sofort der Steuerflügel 17 einen Einfallwinkel zu der Luft,
durch die er mittels der Bewegung des Schiffes geführt wird. Hierdurch wird das
Ruder 12 selbsttätig in eine solche Lage gebracht, daß es schnell die Wirkung dieser
Störung neutralisiert und das Schiff in seinen geraden Kurs zurückführt.
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Wenn das Schiff schon aus irgendeinem Grunde ohne den Willen des Piloten
begonnen hat, eine Kurve zu fahren, so wirkt der Steuerflügel sofort dahin, das
Schiff wieder in einen geraden Kurs zu bringen.
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An den Enden des Armes i8 greifen Seilzüge oder Drähte 21 an, die
nach vorn zu dem Sitz des Piloten geführt und an einer geeigneten einstellbaren
Steuervorrichtung (nicht dargestellt) befestigt sind. In dieser Weise verwendet,
ist die Wirkung des Steuerflügels gleich der eines Servomotors oder einer Steuermaschine
eines Dampfschiffes, da der auf den kleinen Flügel wirkende Winddruck in Wirklichkeit
die Kraft liefert, die das Ruder bewegt, wobei nur der kleine Steuerflügel unter
der Steuerung des Piloten steht.
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Das Ruder kann auch in der üblichen Weise gehandhabt werden. In der
Zeichnung sind besonders in Abb. 3 und 4 Drähte 22 angegeben, die das Ruder mit
der in dem Pilotensitz vorgesehenen, aber nicht dargestellten Steuereinrichtung
direkt verbinden.
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Bei der abgeänderten Ausführungsform nach Abb. 3 wird ein ähnlich
geformtes Ruder 12 wie vorher verwendet; aber in diesem Fall ist der teilweise ausbalancierte
Steuerflügel 17 durch einen Flügel 24 ersetzt. Letzterer ist mit dem einen Ende
an das Ende des Leitteiles 14 des Ruders 12 bei 25 angelenkt und trägt an seinem
freien Ende ein Gleitstück 26, das auf einer Stange 27 ö. dgl. gleitet, die an der
Unterseite der ortsfesten Flosse i i befestigt ist. Dies ermöglicht, daß das Ruder
bei seiner Betätigung durch die -Seile 22 und sein Scharnier 15 ausschwingen kann.
Während dieser Betätigung kann der Steuerflügel24 mit seinem angelenkten Ende seitlich
ausschwingen, und zwar in Gegenwirkung auf die Bewegung des Ruders, da das Gleitstück
26 sich längs der Stange 27 frei bewegen kann.
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Hieraus ist zu ersehen, daß jede Bewegung des Schiffes aus der geraden
Flugbahnkurve,
die entweder durch die Handhabung der Steuereinrichtung
oder durch ein plötzliches Anwachsen des Winddruckes auf irgendeiner Seite der Hülle
hervorgerufen wird, einen entsprechenden Luftdruck auf den SteuerflÜgel24 veranlassen
wird. Sobald der Pilot die Steuerseile 22 freigibt, wird die dynamische Wirkung
des Steuerflügels das Schiff in den geraden Kurs zurückdrehen, ohne daß der Pilot
es nötig hat, die Richtung des Ruders umzukehren, um das Schiff abzufangen, bevor
es sich zu weit gedreht hat.
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In Abb. 4 ist außer der Stabilisierungsflosse i i und dem Ruder 12
noch eine Stabilisierungsflosse i i11 und eine anhebende Fläche i2a vorhanden, die
mit dem Flügel 24a verbunden ist, wobei die Fläche i2a durch Steuerdrähte 22a betätigt
wird und die Anordnung entsprechend der in Abb. 3 gezeigten ist. Es ist zu erkennen,
daß der Flügel 24a bei dieser Ausführung dieselbe Wirkung für die Höhensteuerung
hat wie der Flügel 24 für die Seitensteuerung.
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Bei der Einrichtung nach der Erfindung hat der Steuerflügel das Bestreben,
sich selbst in die Fahrtrichtung einzustellen, wodurch die Notwendigkeit der Anwendung
von Federn, Puffern o. dgl. vermieden wird, um das Ruder in seine neutrale Lage
nach seiner Lagenänderung zurückzudrehen. Diese Wirkung wird dadurch erreicht, daß
ein Balanceruder mit einem den Gleichgewichtszustand störenden Flügel vereinigt
ist, der so mit den Steuerseilen verbunden ist, daß seine das Gleichgewicht störende
Wirkung verringert wird, sobald er sich aus seiner neutralen Lage bewegt. Der neutralisierende
Flügel wird stets durch den Luftdruck in einer Stellung gehalten, in welcher sein
Einfallwinkel zu der Luft, durch die er geführt wird, praktisch gleich Null ist.
Wenn das Luftschiff in Ausrichtung mit seiner Flugbahn gebracht ist, wird das Steuerruder
selbsttätig in seine normale Lage durch den neutralisierenden Flügel wieder eingestellt.
Der Flügel sucht also stets seine zentrale Lage auf, da diese die einzige Stellung
ist, in der er nicht dem korrigierenden Winddruck ausgesetzt ist.
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In der Beschreibung und in der Zeichnung sind gewisse relative Lagen,
Größen, Formen und Winkel für die einzelnen Flächen angenommen. Es ist aber zu bemerken,
daß besondere Bauarten von verschiedenen Luftschiffen Abmessungen verlangen, die
sehr verschieden von den dargestellten sind. Die ideale Bauart ist in jedem Fall
diejenige, welche eine Steuerung schafft, die selbsttätig irgendeine zufällig auftretende
Störung in dem Kurs des Schiffes mit geringster Abweichung von der normalen Flugbahn
selbsttätig korrigiert. Es ist außerdem noch zu erwähnen, daß die für ein Luftschiff
beschriebene Steuerung auch für Luftfahrzeuge, die schwerer als Luft sind, Fesselballons,
Boote, Unterseeboote usw., verwendet werden können. Sie kann auch an den anhebenden
Flossen und Stabilisatoren solcher Fahrzeuge Verwendung finden.