DE565190C

DE565190C - Geraet zur Anzeige der dem Bewegungszustand entsprechenden Querlage und der Fahrtrichtung ueber Grund fuer Flugzeuge in Gestalt eines Kreiselpendels

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Publication number: DE565190C
Application number: DEB150641D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1931-06-21
Filing date: 1931-06-21
Publication date: 1932-11-26

Description

Gegenstand des Hauptpatents ist ein Gerät zur Anzeige der dem Bewegungszustand entsprechenden Querlage und der Fahrtrichtung über Grund für Flugzeuge in Gestalt eines Kreiselpendels.

Es kann bei dem Gerät nach dem Hauptpatent infolge der unvermeidlichen Fehlerquellen, die in jedem Gerät, gleichgültig welcher Art, vorhanden sind, vorkommen, daß

to das Pendel eine fehlerhafte, schiefe Querlage einnimmt. Auf die Ursachen hierfür braucht zum Verständnis der Erfindung nicht eingegangen zu werden. Nimmt aber das Pendel in einem Flugzeug eine schiefe Lage ein, so muß

>5 der Flugzeugführer, wenn er nach dem Pendel als Querlagenzeiger steuert, das Flugzeug ebenfalls in eine schiefe Querlage einstellen. Das wiederum hat zur Folge, daß das Flugzeug seitlich abrutscht, ohne daß dem Flug-

ao zeugführer das zunächst bemerkbar wird, wenn er ohne Sicht fliegt.

Das hat seinen Grund darin, daß die aus der Schieflage sich ergebende, in Richtung der Schieflage wirkende Komponente der Erdbe-

s5 schleunigung auf das gleichsam auf einer schiefen Ebene abgleitende Flugzeug und auf das mit ihm abgleitende Pendel zunächst gleich stark einwirkt, so daß das Pendel zunächst gegenüber dem Flugzeug in Ruhe bleibt. Je mehr sich das Flugzeug dann in seiner abgleitenden Querbewegung dem stationären Endzustand nähert, desto größer wird der resultierende Beschleunigungsdruck auf das Pendel. Erst im stationären Endzustand würde die Erdbeschleunigung voll zur Wirkung kommen. Infolgedessen präzediert der Kreisel 4 beim Abrutschen des Flugzeuges zunächst nicht. Er beginnt erst zu präzedieren, wenn die Ouergeschwindigkeit so groß geworden ist, daß durch den Querwiderstand die Ouerbeschleunigung merklich verringert ist, und zwar so merklich, daß der Präzessionsdruck die Widerstände überwindet. Auch dann tritt die Präzession erst allmählich, und mit der Annäherung an die stationäre Endgeschwindigkeit zunehmend ein.

Gegenstand der Erfindung ist eine Weiterbildung des Gerätes nach dem Hauptpatent, dahingehend, daß diesem Gerät bereits sehr geringe Ouerbewegungen fühlbar gemacht werden, d. h. das Gerät nach dem Hauptpatent wird erfindungsgemäß ergänzt durch einen Ouergeschwindigkeitsmesser, und dieser Quergeschwindigkeitsmesser wird mit einer Vorrichtung verbunden, die auf die Pendelachse, sobald eine in den Grenzen der Empfindlichkeit des Geschwindigkeitsmessers wählbare Quergeschwindigkeit auftritt, ein

Drehmoment im gleichen Sinne ausübt, wie es die dem Pendel zunächst mehr oder weniger nicht fühlbare Erdbeschleunigung ausüben würde. Je empfindlicher der Geschwindigkeitsmesser ist, desto früher wird dieses Drehmoment auf das Pendel zur Wirkung gebracht und desto früher kommt der Kreisel 4 des Hauptpatentes zum Präzedieren, also desto früher wird der Pilot veranlaßt, die Steuermaschine zu betätigen. Dann aber geht das Flugzeug in eine entsprechende Kurve, und dadurch wird gleichzeitig mittels des Kreisels 5 des Hauptpatentes das Korrekturmoment eingeschaltet, und das Pendel geht selbsttätig aus seiner Schieflage in das wahre Lot.

Der Geschwindigkeitsmesser kann auf die Pendelachse in beliebiger Weise einwirken. Vorzugsweise wird mittels einer Drehspule in einem magnetischen Feld auf die Pendelachse ein Drehmoment ausgeübt. Als Momenterzeuger kann selbstverständlich auch eine hydraulische, pneumatische oder sonstige Vorrichtung dienen.

Man kann auch den Ouergeschwindigkeitsmesser gleichzeitig auf den Momenterzeuger 20,21 einwirken lassen. Das hat den Vorteil, daß das Pendel sich aufrichten kann, ohne daß das Flugzeug in eine Kurve gelegt wird. Der Pilot sieht dann aus der Neigung des Pendels gegen das Flugzeug dessen Schräglage und kann hiernach durch das Querruder das Flugzeug wieder aufrichten. Eine selbsttätige Flugzeugsteuerung, bei der ein Geschwindigkeitsmesser auf einen Trägheitsrahmen einwirkt, ist an sich bekannt.

Auf der Zeichnung ist in Fig. 1 ein Pendel nach dem Hauptpatent, durch einen Momenterzeuger auf seiner Pendelachse ergänzt, dargestellt;

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform eines Quergeschwindigkeitsmessers zusammen mit einer Schalteinrichtung des Momenterzeugers ;

Fig. 3 ist ein Schaltschema für die Momenterzeuger;

Fig. 4 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform eines Gerätes nach der Erfindung.

In Fig. ι sind dieselben Bezugszeichen wie beim Hauptpatent verwendet. Die Flugrichtung ist aus Fig. 2 wiederum durch einen Pfeil ι angegeben. Im Pendelrahmen 2 befinden sich der Hauptkreisel 4 und der Korrekturkreisel 5. Der Hauptkreisel hat wiederum zwei Freiheitsgrade um seine Präzessionsachse 8 und die Pendelachse 3, der Korrekturkreisel nur einen Präzessionsgrad um die Achse 15.

Auf der Präzessionsachse sitzt der Anzeige- und Kuppelarm 9, dessen Zapfen 10 wieder in eine Gabel 11 einer Dämpfung 14 eingreift.

Auch für den Korrekturkreisel ist eine Dämpfungsvorrichtung 19 vorhanden. Der Schalter 16, 17 steuert wiederum einen Momenterzeuger 20, 21 auf der Präzessionsachse 8 des Hauptkreisels. Auf der Pendelachse 3 ist noch ein Querlagenzeiger 3' angeordnet.

Erfindungsgemäß ist auf die Achse 3 des Pendels ein Momenterzeuger 25 gesetzt, dessen Anker 26 auf der Pendelachse sitzt.

Irgendwo am Flugzeug an geeigneter Stelle, d. h. im freien Fahrtwind, sitzt ein Quergeschwindigkeitsmesser, z. B. eine Stromlinienfläche 27 mit seitlichen Bohrungen 28, 29, an welche sich Kanäle 30, 31 zu Druckmeßdosen 32, 33 anschließen. Die Meßdosen wirken mittels Membran und einer Querverbindung 34 auf einen Schaltarm 35, und dieser steuert mittels Kontakte 36 den Momenterzeuger 25.

Die beschriebene Vorrichtung wirkt in folgender Weise:

Nimmt das Pendel 2 infolge einer beliebigen Ursache während des Geradeausfluges eine Fehlneigung ein, so legt der Pilot das Flugzeug in eine entsprechend geneigte Querlage. Dadurch tritt sofort eine abgleitende Qüerbewegung des Flugzeuges ein, und es überwiegt'der Luftdruck in der einen der Bohrungen 28 oder 29 gegenüber der anderen, und damit tritt auch eine Druckdifferenz in den Meßdosen 32, 33 und eine Verstellung des Schaltarmes 35 ein. Der Momenterzeuger 25 tritt in Tätigkeit und übt ein Drehmoment auf die Achse 3 des Pendels 2 aus. Das aber hat eine Präzession des Kreisels 4 zur Folge und somit einen Ausschlag des Armes 9. Sobald der Arm 9 ausschlägt, tritt der Pilot das Seitensteuer und legt das Flugzeug in eine Kurve. Dann aber präzediert der Kreisel 5 und schaltet mittels der Kontaktvorrichtung 16, 17 in der im Hauptpatent beschriebenen ,Weise den Momenterzeuger 20, 21 in solchem Sinne ein, daß der Hauptkreisel 4 auf das Pendel ein in das wahre Lot zurückführendes Korrekturmoment einschaltet. Dann aber legt auch der Pilot das Flugzeug wieder in die waagerechte Lage, so daß die Fehlneigung des Pendels unschädlich gemacht ist.

Wirkt der Ouergeschwindigkeitsmesser auch auf den Momenterzeuger 20, 21 ein, so übernimmt er je nach der Stärke der Einwirkung teilweise oder ganz die Aufgabe des Kreisels 5 als Korrekturkreisel. Dieser ist dann gegebenenfalls nur noch Kurvenzeiger.

Tritt bei dieser Schaltung eine Ouerneigung ein, weil das Pendel 2 schief hängt, so schaltet der Arm 35 auch den Momenterzeuger 20, 21 ein, und dieser übt jetzt wieder ein Korrekturmoment auf die Präzessionsachse 8 des Kreisels 4 aus. Sind nun die Momente der Momenterzeuger 20, 21 und 25, 26 nume-

Claims

riscli gleich, so geht das Pendel 2, ohne daß das Flugzeug eine Kurve zu machen braucht, in das wahre Lot zurück. Der Pilot kann in diesem Falle also das Flugzeug nach dem Zeiger 3' wieder aufrichten, ohne vom Kurs abweichen zu müssen.

Die Vorrichtung nach der Erfindung ist äußerst empfindlich, weil bereits bei sehr kleinen Ouerneigungen des Flugzeuges im Laufe der Zeit erhebliche Quergeschwindigkeiten entstehen. Nun bildet sich aber eine fehlerhafte Ouerneigung des zur Lagenanzeige dienenden Pendels nicht plötzlich, sondern allmählich aus. Infolgedessen zeigt das Gerät solche fehlerhaften Ouerneigungen schon an, bevor sie einen nennenswerten Betrag erreicht haben. Wenn z. B. die Fehlneigung des Pendels und dadurch auch die Ouerneigung des Flugzeuges sekundlich um

^ao V32⁰ zunähme, so würde sich nach Verlauf von 20 Sekunden ein Fehlneigungswinkel von etwa o,6° ergeben. Einer Änderung der Fehlneigung von ¹Z₃₂ ⁰ pro Sekunde entspricht aber ein Anwachsen der Beschleunigung um o,5cm/sek.², d.h. nach 20 Sekunden würde bereits eine Quergeschwindigkeit von

o,5

400 = ι m/sek.

erreicht sein, die ohne weiteres durch einen Ouergeschwindigkeitsmesser angezeigt werden kann. Das bedeutet aber, daß bereits eine so kleine Ouerneigung in der beschriebenen Weise eine Korrektur veranlaßt, und diese Korrektur kommt so früh, daß das Pendel infolge seiner Lagerreibung und infolge der Präzessionsreibung des Kreisels im Pendel noch keinerlei Wirkung ausüben kann.

Die Vorrichtung nach der Erfindung ist vorstehend in Anwendung auf das Hauptpatent beschrieben worden. Wenn sie auch für das Gerät nach dem Hauptpatent von besonderem Vorteil ist, so kann sie dessen ungeachtet auch in Verbindung mit anderen Kreiselgerä-

Ί5 ten zur Querlagenanzeige vorteilhaft benutzt werden.

Das Gerät nach der Erfindung dient nicht nur zur Korrektur von Fehlneigungen im Geradeausflug, sondern führt auch zur Korrektür von Fehlneigungen bei Kurvenflug.

Das beschriebene Gerät kann in der Weise vereinfacht werden, daß man den Korrekturkreisel des Gerätes nach dem Hauptpatent und nach Fig. 1 bis 3 der Erfindung fortläßt und statt dessen den Quergeschwindigkeitsmesser auf den Momenterzeuger 20, 21 einwirken läßt. Es kann auch dann der Momenterzeuger 20, 21 parallel oder in Reihe geschaltet sein. Das Wesentliche ist jedoch die Einwirkung auf den Momenterzeuger 2o., 21. Ein solches vereinfachtes Gerät ist in Fig. 4 dargestellt. Soweit die Teile die gleichen sind wie in Fig. i, sind die Bezugszeichen wiederholt. Eine Beschreibung dieser Teile erübrigt sich.

Wie bei der Vorrichtung nach Fig. 1 und 2 sind die Kontakte 36 des von dem Ouergeschwindigkeitsmesser gesteuerten Schalters 35, 36 mit dem Momenterzeuger 20, 21 oder auch noch mit dem Momenterzeuger 25, 26 verbunden. Tritt in diesem Falle infolge einer Fehlneigung des Pendels 2 eine Ouerbewegung ein, so wird durch den Geschwindigkeitsmesser und die Meßdosen 32, 33 der Momenterzeuger 20, 21 derart geschaltet, daß das Drehmoment auf die Präzessionsachse 8 des Kreisels 4 eine die Fehlneigung des Pendels 2 korrigierende Präzession des Kreisels 4 um die Achse 3 erzeugt.

Da aber das Korrekturmom'ent um die Achse 8 unter Umständen auch zu einer Prä-Zession des Kreisels 4 führen kann, ist es vorteilhaft, auch in diesem Falle den Momenterzeuger 25, 26 zu erregen. Dann richtet sich genau wie bei der ersten Ausführungsform das Pendel ohne Kurve wieder auf.

Es läßt sich rechnerisch auf physikalischer Grundlage nachweisen, daß ein nach dem Gerät nach der Erfindung gesteuertes Flugzeug, wenn es infolge Schieflage des Pendels in eine ungewollte und nicht erkannte Kurve übergeht, nach innen oder außen schieben muß. Ist der Impulsvektor des Kreisels 4 am Flugzeug nach links gerichtet, so schiebt das Flugzeug nach außen. Ist der Vektor nach rechts gerichtet, schiebt es nacli innen. Dementsprechend vollzieht sich auch die Einwirkung des Ouergeschwindigkeitsmessers auf die Momenterzeuger 20, 21 und 25, 26. Hieraus folgt, daß das Gerät nicht nur bei Geradeausflug, sondern auch bei Kurvenflug wirksam ist.

Selbstverständlich kann das Gerät nach der Erfindung nicht nur als Anzeigegerät für den Piloten, sondern auch unmittelbar als Steuergeber für die Flugzeugsteuerung bedienende Servomotoren irgendwelcher Art, z. B. elektrische, hydraulische oder pneumatische, dienen.

Als Ouergeschwindigkeitsmesser kann jede geeignete Vorrichtung, z. B. auch eine Wind- no fahne, benutzt werden.

Pa ϊ entans ρ k'ü c η ε :

ι. Gerät zur Anzeige der dem Bewegungszustand entsprechenden Querlage _i und der Fahrtrichtung über Grund für Flugzeuge in Gestalt eines Kreiselpendels nach Patent 563 047, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem Pendelgerät ein Quergeschwindigkeitsmesser (27 bis 34) angeordnet ist, welcher ein der Quergeschwindigkeit entsprechendes Drehmoment

auf die Pendelachse (3) oder die Präzessionsachse Γ8) des Kreisels (4) oder auf beide Achsen auslöst.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ouergeschwindigkeitsmesser mittels z. B. elektrischer Momenterzeuger (20, 21, 25, 26) auf die Präzessionsachse (8) des Kreisels (4) oder die Pendelachse (3) oder auf beide einwirkt.
3· Gerät nach Anspruch ι und 2, gekennzeichnet durch eine Stromlinienfläche (27) mit pitotröhrenartigen Querbohrungen (27, 28), die mit Druckmeßdosen (32, 33) zum Steuern eines Schaltarmes (35) in Verbindung stehen.
4. Gerät nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturkreisel (S) fortfällt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen