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Gerät zur Anzeige der dem Bewegungszustand entsprechenden Querlage
und der Fahrtrichtung über Grund für Luft- und Wasserfahrzeuge mit Kreiselpendel
Gegenstand der Erfindung ist ein Gerät zur Anzeige der :dem Bewegungszustand entsprechenden
Querlage iznd der Fahrtrichtung über Grund für Luft- und Wasserfahrzeuge mit Kreiselpendel.
Das Gerät bildet also gleichzeitig einen Wendezeiger und einen Querneigung smesser.
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Es sind Geräte in Gestalt eines Kreiselpendels zur Anzeige der Quer-
und Längsneigung sowie zur Anzeige der Fahrtrichtung über Grund bekannt. Bei diesen
bekannten Geräten ist nur ein Kreisel mit drei Freiheitsgraden vorgesehen, dessen
Rotationsachse quer zur Flugrichtung so gelagert ist, daß Quer- und Längsneigung
sowie die Fahrtrichtung je für sich unabhängig voneinander angezeigt werden. Es
ist für derartige Kreiselinstrumente auch bereits vorgeschlagen, auf die vertikale
Präzessionsachse Gegenmomente wirken zu lassen, die durch die beginnende Präzession
der Kreiselachse gegenüber dem Flugzeug eingeleitet werden. Während bei den genannten
Geräten jedoch sowohl beim Geradeausflug als auch in der Kurve das wahre Lot angezeigt
wird, soll beim Gegenstand der Erfindung durch die besondere Verbindung zweier Kreisel
nur beim Geradeausflug das wahre Lot, beim Kurvenflug dagegen das Scheinlot angezeigt
werden. Dem Fahrzeugführer soll also die dem jeweiligenFahrtzustand, Geradeaus-
oder Kurvenfahrt, entsprechende Sollage des Flugzeugs kenntlich gemacht werden,
wie dies bereits durch die Vereinigung eines Kreiselpendels mit einem gewöhnlichen
physischen Pendel oder einer Wasserwaage erreicht ist.
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Das Gerät nach der Erfindung- ist gekennzeichnet durch zwei Kreisel
mit waagerechter Drehachse, von denen der eine die Pendellage bestimmende, im Pendel
selbst gelagerte Kreisel bei zwei Präzessionsfreiheitsgraden in bekannter Weise
eine quer zur Fahrtrichtung liegende Drehachse und. eine vertikale Präzessiorisachse
gegenüber dem Pendel hat und in seinen Präzessionsausschlägen entsprechend der Präzessionsgeschwindigkeit
gedämpft ist, während der zweite Kreisel bei beliebiger Richtung seiner Drehachse
nur eine horizontale Präzessionsachse hat und mit einer Schaltvorrichtung verbunden
ist, die gestattet, auf die Präzessionsachse des ersten Kreisels ein Korrekturmoment
in bezug auf die Querlage des Gerätes auszuüben.
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Der Korrekturkreisel kann außenhalb des Pendels und im Pendel selbst
gelagert sein. Im letzten Falle ist es zweckmäßig, seine Drehachse quer zur Fahrtrichtung
zu legen. Das hat den Vorteil, daß man die Präzessionsdrücke dieses Kreisels bei
Drehungen des Fahrzeuges um die Hochachse je nach seinem. Drehsinn zu dem Zentrifugalmoment
der Drehungen auf das Pendel addieren oder von diesem subtrahieren kann, um entsprechende
Wirkungen zu'erzielen.
Die Dämpfung der Präzessionsausschläge des
Hauptkreisels erfolgt vorzugsweise mit Hilfe einer Anschlaggabel, die mit einer
in an sich bekannter Weise entsprechend der Präzessionsgeschwindigkeit wirkenden
Dämpfungsvorrichtung, z. B. einer Flüssigkeits-, Luft- oder Wirbelstromdämpfung,
gekuppelt ist und in .die ein Arm der Präzessionsachse des -Hauptkreisels mit Spiel
eingreift. Eine derartige Anordnung gestattet dem Hauptkreisel in gewissen Grenzen
freie Präzession und dämpft'die darüber hinausgehenden Präzessionen proportional
ihrer Geschwindigkeit. Der in die Dämpfungsgabel greifende Anschlagarm auf der Präzessionsachse
des Hauptkreisels bildet gleichzeitig den Richtungsanzeiger für die Fahrtrüber Grund,
den Wendezeiger, und kann-als- Schaltorgan-für automatische Steuerung des Fahrzeuges
benutzt werden.
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Um das Gerät als Anzeiger für die Fahrtrichtung über Grund benutzen
zu können, ist eine Vorrichtung vorgesehen, die.- gestattet, in an sich -bekannter
Weise zum Ausgleich des Einflusses der Erdrotation ein einstellbares Drehmoment
auf die Präzessionsachse des Hauptkreisels auszuüben. Das Drehmoment wird zweckmäßig
durch eine Drehspule in einem magnetischen Felde erzeugt. Dabei können im gleichen
Magnetfeld Spulen -angeordnet sein, die von dem Korrekturkreisel geschaltet werden,
so daß also mit :der gleichen Vorrichtung auch das Korrekturmoment auf den Kreisel
ausgeübt werden kann.
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Auf der Zeichnung ist ein Gerät nach der Erfindung in . Fig. z ..
in -einem Ausführungsbeispiel schaubildlich- dargestellt.
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Fig.2 ist ein Schaltungsschema für die Vorrichtung zum Ausüben des
Korrekturmomentes auf den Hauptkreisel.
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Angenommen, das Gerät nach der- Erfindung diene als Hilfsgerät zur_Flugzeugsteuerung,
dann bezeichnet der Pfeil i in Fig. i die Flugrichtung. Ein Rahmen 2 ist um eine
waagerechte, in der Flugrichtung liegende Achse 3 drehbar im Flugzeug aufgehängt.
In dem- Rahmen sind ein Hauptkreisel 4 und ein Korrekturkreisel 5 gelagert. Beide
Kreisel haben eine waagerechte; quer zur Flugrichtung liegende Drehachse 6 und 7.'
Der Hauptkreisel 4 hat außerdem eine lotrechte Präzessionsachse8,. so daß er im
ganzen zwei Präzessionsfreiheitsgrade, einen Freiheitsgrad um diese Achse und einen
Freiheitsgrad um die Pendelachse 3 -hat.
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Auf der Präzessionsachse 8- sitzt ein Arm -9 mit Anschlagstift io,
der in die Aussparung einer Gabel i i hineinragt. Am äußeren Ende der Gabel ii greift
eine Rückführfeder i2 an, die die .Gabel in der Mittellage zu halten sucht und an
einem KonSOI 13 -am Rahmeng befestigt ist. Ferner ist die Gabel i i mit einer
Dämpfungsvorrichtung 14 verbunden,-die nur von außen gesehen dargestellt und irr,
Ausführungsbeispiel als Flüssigkeitsbremse gedacht ist.
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Der Korrekturkreisel 5 hat nur eine waagerechte, in Flugrichtung liegende
Präzessionsachse 15 im Rahmen 2. Auf der Achse 15 sitzt ein Kontaktarm 16, der mit
ruhenden Kontakten 17 zusammenarbeitet. Anschläge 18 begrenzen den Ausschlag des
Kontaktarmes 16 und damit den Präzessionsaus.schlag des Korrekturkreisels 5. -Außerdem.
ist unmittelbar mit der Präzessionsachse 15 eine Dämpfungsvorrichtung i9 verbunden,
die ebenso wie die Dämpfungsvorriohtung 14 ausgebildet sein kann. Die. Verbindung
der Dämpfungsvorrichtung 19 mit- dem Kreisel 5 kann auch in derselben Weise wie
die Verbindung zwischen dem Hauptkreisel 4 und seiner Dämpfungsvorrichtung ausgebildet
sein (9 bis 13).
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Auf der Präzessionsachse 8 des Ilauptkreisel.s 4 sitzt ein Anker 2o
in einem Magnetfeld 21 -mit zwei Spulenpaaren 22 und 23. Das Spulenpaar 22
dient zum Ausgleich des Einflusses der Erdrotation, das Spulenpaar 23 wird von dem
Korrekturkreisel 5 geschaltet; vergleiche das Schaltungsschema Fig.2, in welchem
die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. i verwendet sind. -Außerdem ist noch in Fig.
2 schematisch ein Schiebekontakt 24 dargestellt, der gestattet, die Stromstärken
in den Spulen 22 zu verändern.
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Das beschriebene Geriet wirkt in folgender Weise: Bei Geradeausfliig
hängt das von dem Rahinen 2, den Kreiseln 4 und 5 und den übrigen beschriebenen
Teilen gebildete Pendel senkrecht in Richtung der,Erdschwere. Weicht das Flugzeug
ungewollt, entweder durch eine Drehung oder durch eine Seitenverschiebung von der
Fahrtrichtung über Grund ab, so entsteht ein Beschleunigungsmoment auf das Pendel.
Dieses Moment veranlaßt eine Präzession des Kreisels 4 um die Achse B. Ist die Abweichung
von der Fahrt über Grund mit einer Drehung verbunden, so präzediert auch -der Krei'se1
5 und übt;- da beim Ausführungsbeispiel beide -Kreisel gegenläufig rotieren, sobald
der Arm 16 gegen die Anschläge 18 stößt, ein Drehmoment auf das Pendele aus, das
sich zu dem Beschleunigungsdruck auf das Pendel addiert. -Bei diesen Präzessionen
zeigt die Bewegeng des Armes 9 dem Piloten die Abweichung von der Fahrt über Grund
nach ihrer .Richtung und innerhalb, der durch die Gabel j .i gegebenen Bewegungsfreiheit
auch nach der Größe .an, da ja der Einfluß der Erdrotation ausgeglichen ist.
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Hängt beim Geradeausflug aüs_irgendeinem
Grunde das
Pendel schief, so erfolgt ein Drehmoment auf das Pendel durch seine Abweichung aus
der Schwererichtung. Dieses Drehmoment hat eine Präzession des Kreisels 4 zur Folge.
Diese Präzession des Kreisels 4 hat dann aber,@wenn der Pilot nach der Anzeige des
Armes 9 steuert, oder wenn das Flugzeug durch eine selbsttätige Steuerung betätigt
wird, zur Folge, daß das Flugzeug in eine entsprechende ganz flache Kurve geht.
Durch diese Drehung des Flugzeuges jedoch kommt der Kreisel 5 zur Präzession und
schaltet ein Korrekturmoment ein, welches das Pendel selbsttätig in die Lotlage
drückt. Das Korrekturmoment ist in der Größenordnung so klein gewählt, daß es die
Lagerreibung der Präzessionsachse 8 nur .gering übersteigt.
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Witd das Flugzeug absichtlich in eine Kurve gelegt, so bringt das
Fliehkraftbeschleunigungsmoment auf das Pendel zusammen mit dein Präzessionsmoment
des Kreisels 5 den Arm 9 mit seinem Zapfen io sehr rasch zum Anschlag an der Gabel
ii. Damit wird die Präzessionsfreiheit um die Achse 8 des Hauptkreisels eingeschränkt
und das Pendel gibt dem kombinierten Druck der Fliehkraftbeschleunigung und des
Präzessionsdruckes des Kreisels 5 jetzt nach und stellt sich auf die Resultierende
aus Schwerkraft und Fliehkraft ein. Gleichzeitig ist der Arm 9 so weit abgewandert,
daß der Pilot aus seiner .Stellung den Kurvenzustand` deutlich erkennen kann.
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Da der Arm 9 und somit der Hauptkreisel4 in der Gabel ii eine gewisse
Bewegungsfreiheit hat, so bleibt bei Geradeausflug das Pendel so lange im wahren
Lot stehen, bis der Arm 9 an der Gabel i i anschlägt. Infolgedessen hat der Pilot
für den Geradeausfltig jederzeit die Möglichkeit, sein Flugzeug nach dem Pendel
auf das wahre Lot einzustellen, ohne daß ihm die Möglichkeit genommen ist, Kursabweichungen
zu erkennen. Bei Kurvenflug dagegen stellt sich das Pendel infolge der Hemmung der
Präzession des Kreisels 4 durch die Gabel i i auf das der Kurve entsprechende Scheinlot
ein, so daß der Pilot wieder die Möglichkeit hat, das Flugzeug auch in der Kurve
in die dem Flugzustand entsprechende richtige Lage einzustellen; wobei jedoch wiederum
die Abweichung des Armes 9 ihm den Kurvenflug kenntlich macht. Beim Kurvenflug spielen
die Korrekturmomente des Kreisels 5 keine Rolle, weil sie gegenüber den aus den
Beschleunigungsdrükken folgenden Momenten vernachlässigt werden können.