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Übungsgerät zum Erlernen der Steuerung eines im Raum frei beweglichen
Fahrzeuges Die Steuerung eines im Raum frei beweglichen Fahrzeuges, beispielsweise
eines Luftschiffes, eines Flugzeuges, eines Unterseebootes, ist dadurch besonders
schwierig, daß eine Vielzahl von Einflüssen auf das Fahrzeug einwirken, die unter
den mannigfaltigsten Wechselwirkungen zueinander stehen und deren Gesamtwirkung
bei jeder Steuerbewegung berücksichtigt werden muß. Bei der Höhensteuerung eines
Luftschiffes ändert sich beispielsweise mit der Ruderlage die Geschwindigkeit des
Luftschiffes, durch welche die Ruderwirkung verändert wird. Durch die eintretende
Schräglage des Luftschiffes wirkt der Rumpf seinerseits wieder als Ruder, wodurch
die Wirkung des Höhenruders geändert wird. Die Schräglage hat ferner ein Überschießen
in dem Schiffskörper vorhandener Gas- und Wassermassen zur Folge, was wieder auf
die Trimmlage des Luftschiffes einwirkt und dadurch die Wirkung des Höhenruders
verstärkt oder abschwächt. Andererseits wirken wieder äußere Einflüsse in der mannigfaltigsten
Weise auf das Luftschiff, welche durch Ruderlegen bzw. Bedienen der Trimm- und Ballast-
und Gaszüge be-
rücksichtigt werden müssen. Durch einen Bomben- oder Postabwurf
beispielsweise wird das Luftschiff einerseits leichter, andererseits wird die Lastigkeit
verändert. Kommt das Luftschiff in verschieden warme Luftschichten, so ändert sich
wieder der Auftrieb des Luftschiffes, der teils durch Wasser- oder Gasziehen, teils
durch Ruderbewegungen ausgeglichen werden muß. Ebenso wirkt eine Änderung der Maschinenleistung
auf das Luftschiff ein. Vermehren der Maschinenumdrehungen gibt dem Luftschiff bei
horizontaler Lage einen stärkeren Auftrieb, bei geneigter Lage kommt die Ruderwirkung
des Rumpfes hinzu, durch welche die Einflüsse recht verwickelt werden. Ebenso wird
durch Legen des Seitenruders wieder eine andere Wirkung auf das Luftschiff ausgeübt.
Alle die verschiedenen Zustände, in denen sich das Luftschiff befindet, Höhe, Trimmlage
usw., werden durch Instrumente angezeigt, die sich auf dem Ruderstand befinden.
Der Mann, der die Höhensteuerung bedienen soll, muß imstande sein, aus Stand und
Spiel der Anzeigevorrichtungen unmittelbar zu erkennen, welche Maßnahme er zu ergreifen
hat. Wegen der Vielzahl der mannigfaltigen Wechselwirkungen der Einflüsse erfordert
die Ausbildung im Höhensteuern viel Zeit. Gehindert wird die Ausbildung noch dadurch,
daß falsche Maßnahmen seitens des Schülers mit großer Gefahr für Besatzung und Luftschiff
verbunden sind. Der Lehrer muß infolgedessen den Schüler ständig überwachen und
bei falschen Maßnahmen sofort eingreifen, ohne daß der Schüler so recht die Folgen
etwaiger falscher Handgriffe zu sehen .bekommt.
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Ähnlich, vielleicht sogar noch- schwieriger, liegen die Dinge für
die Ausbildung von Flugzeugführern.
Solange der Flugzeugführer noch
nach dem sichtbaren Horizont fliegen kann, macht das Erlernen des Führens der Maschine
keine Schwierigkeiten. Der moderne Flugbetrieb verlangt indessen, daß die Führer
imstande sind, auch ohne sich nach dem sichtbaren Horizont orientieren zu können,
das Flugzeug sicher zu beherrschen, sei es beim Flug durch Wolken und Nebel, sei
es bei dem immer stärker an Bedeutung gewinnenden Höhenflug. Der Navigationszustand
des Flugzeuges wird heutzutage im wesentlichen durch sieben Anzeigeapparate bestimmt.
Die für die Beurteilung der Lage des Flugzeuges wichtigsten Apparate, das Längs-
und Querpendel, liefern ja bekanntlich keine eindeutigen absoluten Werte, da diese
nicht auf die wirklichen Horizontalebenen, sondern auf eine zu der Komponente aus
Schwerkraft und den auftretenden Fliehkräften senkrecht stehende Ebene bezogen werden.
Infolgedessen kommt es z. B. vor, daß beim Ziehen der Maschine das Längspendel eine
horizontale Lage und beim Überziehen sogar eine Neigung des Flugzeuges nach unten
anzeigen kann. Ein Führer, der im wesent-' liehen nur nach dem sichtbaren Horizont
fliegen gelernt hat, kann, was häufig genug vorkommt, durch derartige und ähnliche
Erscheinungen, falls ihm durch Nebel die Sicht auf den Horizont genommen ist, in
große Gefahr geraten, die oft den Absturz zur Folge hat. Trotzdem lassen sich die
Anzeigewerte der den Navigationszustand angebenden Instrumente vollkommen zutreffend
deuten, wenn der Führer gelernt hat, nicht auf ein einzelnes Instrument zu achten,
sondern stets das Gesamtbild aller Instrumente aufzufassen und richtig zu deuten.
Er muß, wenn er sicher, lediglich nach der Angabe der Instrumente, fliegen will,
in der Lage sein, nach dem Gesamteindruck des jeweiligen Standes sämtlicher Instrumente
die richtigen Steuerbewegungen usw. auszuführen.
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Da der Flugschüler indessen bisher zunächst wesentlich darin ausgebildet
wird, nach dem sichtbaren Horizont zu fliegen, so gewöhnt sich ein Führer erst in
sehr langer Praxis daran, die jeweilige Fluglage der Maschine nach dem Gesamtbild
sämtlicher Anzeigeapparate zu erfassen und nach dem Stand der Instrumente durch
Wolken und Nebel und bei unsichtigem Wetter sicher zu fliegen.
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Man hat nun versucht, Flugzeugführer im Fliegen lediglich nach den
Angaben der Instrumente dadurch auszubilden, daß man dem Schüler in einem in Fahrt
befindlichen Flugzeug mit Doppelsteuerung die Aussicht verhängte. Die Ausbildung
leidet aber hier genau wie beim Luftschiff daran, daß wegen drohender Gefahr der
Lehrer bei falschen 'Maßnahmen des Schülers sofort eingreifen muß und der Schüler
erst sehr langsam lernt, mit den richtigen Entschlüssen auf das wechselnde Gesamtbild
der Anzeigeapparate zu reagieren. Für die Ausbildung im Steuern an Unterseebooten
liegen ähnliche Verhältnisse vor.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Steuerübungsgerät, insbesondere für
Luftfahrzeuge, mit welchem die Ausbildung von Schülern, sei es im Führen von Flugzeugen
und Luftschiffen, sei es im Tiefensteuern von Unterseebooten oder sonstigen frei
im Raum beweglichen Fahrzeugen, lediglich nach den Angaben der den jeweiligen Navigationszustand
anzeigenden Instrumente in systematischer Weise durchgeführt- werden kann. Das Gerät
kennzeichnet sich im wesentlichen dadurch, daß es einen dein Führerstand des betreffenden
Fahrzeuges nachgebildeten Stand für den Schüler mit den notwendigen Steuerorganen
und Anzeigevorrichtungen enthält und daß Steuerorgane und Anzeigeinstrumente derart
miteinander gekuppelt sind, daß durch Betätigen der Steuerorgane einerseits die
Angaben der Anzeigeinstrumente in beabsichtigter Weise geändert werden, andererseits
eine Vielzahl von auf die Anzeigevorrichtungen rückwirkenden Einflüsse ausgelöst
werden. Zur Übertragung der Bewegungen der Steuervorrichtungen auf die Anzeigeinstrumente
können die mannigfaltigsten Mittel verwendet werden. Diese Übertragungsmittel werden
naturgemäß so zu wählen sein, daß die Anzeigevorrichtungen die der Wirklichkeit
entsprechenden Ausschläge machen, also so reagieren, als ob das Fahrzeugvorbild
unter dem Einfluß der Ruderbewegungen die entsprechenden Steuerbewegungen ausführen
würde.
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Das Gerät kann weiter so ausgebildet werden, daß der Führerstand selber
durch Betätigung der. Steuerorgane die gleichen Bewegungen ausführt, die das Fahrzeug
ausführen würde. Eine Vorrichtung dieser Art wird man besonders bei Übungsgeräten
zum Steuern von Luftschiffen und Unterseebooten wählen, weil in Fahrzeugen dieser
Art der Mann am Ruder das Gefühl für die wahre L otrichtung (Richtung der Schwerkraft)
beibehält. Bei Übungsgeräten für Flugzeuge dagegen wird man zweckmäßig darauf verzichten,
das Lehrgerät entsprechend den Bewegungen des Fahrzeuges beweglich zu machen; denn
im Flugzeug geht ja das Gefühl für die wahre Schwerkraftrichtung im allgemeinen
verloren.
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Das Luftfahrzeug, Unterseeboot usw. wird aber nicht nur beeinflußt
durch die Steuermaßnahme des Führers, sondern auch durch
äußere
Einflüsse, welchen der Führer durch geeignete Maßnahmen begegnen soll. Erfindungsgemäß
kann daher das Lehrgerät weiter so ausgebildet werden, daß der Lehrer willkürlich
äußere Einflüsse einstellen kann, d. 1i. das Gerät wird mit besonderen Schaltgliedern
für den Lehrer ausgerüstet, mittels welcher er die Anzeigeinstrumente beeinflussen
kann. Diese Schaltungen werden erfindungsgemäß derart an den Mechanismus an-,#eschlossen,
daß dadurch die Anzeigevorrichtungen in einer genau der Wirklichkeit entsprechenden
Weise beeinflußt werden. Kommt ein Luftschiff beispielsweise in eine Luftschicht
größerer oder geringerer Tragfähigkeit. so wird es, falls es vorher das richtige
Eigengewicht hatte, beginnen, allmählich zu .teigen bzw. zu sinken. Für den Lehrer
kann daher gemäß der Erfindung ein Schalter vorgesehen werden, durch dessen Einschalten
er ein allmähliches Steigen des Höhenzeigers hervorruft.
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Eine jede Ruderbewegung oder auch jeder von außen auf das Fahrzeug
wirkende Einfluß wirkt nicht unmittelbar plötzlich auf das Fahrzeug ein, sondern
stets mit einer gewissen Verzögerung. Um auch in dieser Beziehung das Lehrgerät
der Wirklichkeit anzupassen, sind in die Bewegungsübertragungsniechanisinen, welche
von den Steuervorrichtungen auf die Anzeigeinstrumente bzw. von den Schaltgliedern
für den Lehrer auf die Anzeigeinstrumente usw. einwirken und welche die gegenseitigen
Wechselwirkungen vermitteln, elastische Zwischenglieder eingeschaltet, die verzögernd
oder beschleunigend wirken. Manche Einflüsse wirken stoßweise auf die Lage des Fahrzeuges
ein und rufen sprungartige Bewegungen der Anzeigeinstruinente hervor. Es können
an entsprechenden Stellen der Bewegungsübertragungsmechanismen Übertragungsglieder
mit stoßartig einsetzender Wirkung eingeschaltet werden.
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Gewisse äußere Einflüsse bewirken außer gegebenenfalls einer Lagen-
und Zustandsänderung des Fahrzeuges eine Veränderung in der Wirkung der Steuervorrichtungen.
Dementsprechend sollen an dem Gerät Zwischenglieder vorgesehen werden, an welchen
die Schalter für die äußeren Einflüsse zusaninren mit den Steuervorrichtungen gemeinsam
angreifen, wobei die Zwischenglieder derart auszubilden sind, daß sich die beiderseitigen
Einflüsse additiv, multiplikativ oder sonstwie zusammensetzen. Einzelne der Schalter
für den Lehrer können derart ausgebildet werden, daß mehrere, gegebenenfalls in
Wechselwirkung stehende Einflüsse ausgelöst werden u. dgl. m.
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Damit der Lehrer imstande ist, den Schüler vor bestimmte Aufgaben
zu stellen bzw. bestimmte Aufgaben schnell wiederholen zti lassen, auf einem Flugzeuglehrgerät
beispielsleise durch Gleitflug aus bestimmter Höhe zu landen oder in bestimmter
Höhe bestimmte Wendungen auszuführen usw., ist es vorteilhaft, die Anzeigeinstrumente
so einzurichten, daß die Instrumente willkürlich, ohne alle Zwischenstellungen durchzumachen,
auf bestimmte Stellungen eingestellt werden können. In der Wirklichkeit kommt es
gelegentlich vor, daß gewisse Instrumente oder auch gewisse Steuervorrichtungen
versagen. Auch in solchen Fällen kann sich der Führer häufig helfen. Es ist daher
ferner vorteilhaft, das Gerät auch dafür einzurichten, daß Verbager an den Anzeige-
oder Steuervorrichtungen einstellbar sind.
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Um jederzeit einen Überblick über den Ausbildungsstand des betreffenden
Schülers gewinnen zu können, wird es vorteilhaft sein, das Gerät mit Registriervorrichtungen
auszurüsten, die alle Bewegungen der Anzeigeinstrumente selbsttätig aufschreiben.
Ebenso wird es zweckmäßig sein, die Steuervorrichtungen und die Schalter für den
Lehrer direkt auf Registrierinstrumente wirken zu lassen, an denen hinterher sämtliche
Maßnahmen des Schülers und die vom Lehrer eingestellten Einflüsse abgelesen werden
können.
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Erfindungsgemäß werden dem Schüler die in der Wirklichkeit auftretenden,
die Lage-und Geschwindigkeitsänderungen des Fahrzeuges im wesentlichen jeweils bestimmenden
Faktoren als Resultierende z. B. über Rechengeräte durch Anzeigevorrichtungen wahrnehmbar
gemacht.
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Bei vorbekannten Übungsgeräten, z. B. nach den französischen Patentschriften
655 874 und 659 535, ist dies nicht der Fall. Das erstere kann dem Schüler
nur den durch Ruderlegen hervorgerufenen Anfangsbewegungssinn der Anzeigeapparate
zeigen, und das andere kann nur als ein psychotechnisches Prüfungsgerät angesehen
werden.
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Auf der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung beispielsweise
bei einem Luftschiff älterer Bauart mit einem vorderen und hinteren Höhensteuer
dargestellt, und zwar wegen der grundsätzlichen Übereinstimmung mit der Tiefensteuerung
des Unterseebootes. Es zeigen: Abb. i schematisch, in welcher Weise gemäß der Erfindung
ein Übungsgerät zum Erlernen der Höhensteuerung von Luftschiffen mit vorderem und
hinterem Höhenruder verwirklicht werden kann (das Steuergerät für Luftschiffe ist
der Einfachheit halber gewählt, weil der Höhenrudergänger mit der Bedienung der
Maschinen nichts zu tun hat), Abb. 2 schematisch die gegenseitige Ein-
Wirkung
der auf ein Flugzeug wirkenden Kräfte in Verbindung mit den Anzeige- und Bedienungsvorrichtungen.
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Die Höhensteuerung auf einem Luftschiff' erfolgt im allgemeinen nach
den Angaben eines Höhenzeigers und eines Lastigkeitszeigers. Der Höhenzeiger gibt
die Höhenlage des Luftschiffes an, der Lastigkeitszeiger die Schräglage der Längsachse
des Luftschiffes. Höhenzeiger und Lastigkeitszeiger werden durch die Schieber L"
und TS direkt verstellt. Die 'Zeichnung zeigt, auf welche Weise die Schieber L,
und Ts durch die Höhenruder h (vorderes Höhenruder) und W (hinteres Höhenruder)
sowie durch die Handgriffe des Schalttisches beeinflußt werden. Die übertragung
der Rudereinflüsse von den Steuerrudern L" und W auf die den Höhenzeiger und den
Lastigkeitszeiger direkt betätigenden Schieber Ls und T, erfolgt bei dem in der
Abbildung dargestellten Ausführungsbeispiel durch Druckflüssigkeit. Durch Legen
eines Höhenruders, beispielsweise des hinteren Höhenruders W, wird zunächst die
Lastigkeit des Luftschiffes geändert und gleichzeitig die Höhe. Dementsprechend
wird durch Verstellen des hinteren Höhenruders W vermittels des Zahnrades i die
Zahnstange 2 verschoben, an welcher die durch eine zweckentsprechend gestaltete
Kurve begrenzte Rippe 3 befestigt ist. Das Verschieben der Rippe 3 in senkrechter
Richtung bewegt die beiden Kolben WLund Wt in waagerechter Richtung. Wird beispielsweise
der Kolben W1 in Richtung des Pfeiles bewegt, so übt er vermöge der Flüssigkeit
Ia einen Druck auf den Kolben q. aus, welcher vermöge der Steuerstange 5, welche
mit einem Stift in den Längsschlitz 6 der um den Punkt 7 drehbaren Platte 8 eingreift,
eine Drehung der Platte 8 um den Punkt 7 bewirkt. Dadurch wird mittels der an der
Platte 8 vorgesehenen Längsrippe g die Steuerstange io in der Pfeilrichtung bewegt
und drückt auf den Kolben i i. Der Kolben i i übt weiter einen Druck auf die Flüssigkeit
Ib aus und wirkt vermittels derselben auf den Kolben 12. Der Kolben 12 drückt vermittels
der Steuerstange 13 über das im Punkt 14 angelenkte Winkelstück 15 auf die Steuerstange
16. Letztere ist mit den Stangen 16, 17, 18 durch die Federglieder ig, 2o mit der
Steuerstange 21 verbunden. Diese wirkt mittels des Hebels 22 auf den Lastigkeitsschieber
Ls und verändert vermittels dieses den Lastigkeitsanzeiger. Diese Federglieder ig,
2o sowie das Dämpfungsglied 23 bewirken eine gedämpfte Übertragung, so daß also
durch Drehen des Höhenruderhandrades W ein der Wirklichkeit entsprechender gedämpfter
Ausschlag des Lastigkeitszeigers bewirkt wird. In gleicher Weise wirkt auf den Lastigkeitszeiger
eine Drehung des vorderen Höhenruderhandrades Y'. Letzteres bewirkt vermittels des
Zahnrades i' eine Verschiebung der Zahnstange 2' und der mit dieser verbundenen,
durch eine zweckentsprechend gestaltete Kurve begrenzte Rippe 3', welche vermöge
der Steuerstange h2 auf die Flüssigkeit la wirkt. Diese bewirkt Verstellung des
Kolbens q.', welcher auf die Steuerstange 5' und die bei 7' angelenkte Platte 8'
einwirkt, welche vermöge der Querrippe g' mittels der Stange io' Verschieben des
Kolbens i i' bewirkt. Der Kolben i i' wirkt wieder auf die Flüssigkeit Ib, welche
sich an der Gabelungsstelle g mit dem erstgenannten Flüssigkeitsstrom trifft. Die
weitere Wirkung ist dann der oben beschriebenen genau gleich. Die Kurven 3 und 3'
sind natürlich zweckentsprechend auszugestalten. Aus der Zeichnung ist deutlich
zu sehen, wie der Wirklichkeit entsprechend das vordere Höhenruderrad die entgegengesetzte
Wirkung ausübt wie das hintere. Bei Beschreibung der Lastigkeitswirkung des hinteren
Höhenruders W war angenommen, daß ein Druck auf die Übertragungsflüssigkeit ausgeübt
wird. Wird das Ruderrad dagegen in umgekehrter Richtung bewegt, so kann die Steuerstange
W1 dem Druck nachgeben, welcher vermöge der Flüssigkeiten rückwärts durch die Federglieder
ig, 2o unter Verstellen des Lastigkeitsschiebers Ls in umgekehrter Richtung ausgeübt
wird. Der Lastigkeitsschieber L, bewirkt außer einer Verstellung des Lastigkeitsanzeigers
eine Drehung der Welle S. Die Bewegungsübertragung vom Lastigkeitsschieber L, auf
die Welle S kann durch beliebige geeignete Mittel erfolgen, welche in der Zeichnung
als für die Erfindung unwesentlich nicht dargestellt sind. Auf der Welle S sind
mehrere Nockenscheiben i111, M12, Mt., Ma, Mt, 1W11 und gegebenenfalls noch
mehr aufgekeilt. Durch Drehen der \ockenscheibe 11I11 wird die Steuerstange si verschoben,
welche den Drehpunkt des Hebels 22 bewegt und -damit eine der Wirklichkeit entsprechende
- Rückbeeinflussung des Lastigkeitsanzeigers verursacht. Eine weitere Rückwirkung
auf die Lastigkeitsangabe wird durch die Nockenscheibe M12 bewirkt, welche die Steuerstange
s2 und vermöge .dieser den Kolben h2 verstellt und mittels dieser durch Flüssigkeit
Ic auf den Kolben ¢' einwirkt. Die weitere Wirkung ist entsprechend der oben beschriebenen
Wirkung des vorderen Höhenruders V. Werden beide Ruder gelegt, so ist beispielsweise
an dieser Stelle zu sehen, wie sich die Ruderwirkungen in der Wirklichkeit entsprechenderweise
summieren.
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Durch Änderungen der Lastigkeit wird aber wieder die Höhe des Luftschiffes
geändert.
Die Wirkungen werden vermittels der Nockenscheiben Mti,
Mt2 auf den Flüssigkeitsstrom IIa in später zu beschreibender Weise auf den Tiefenzeiger
übertragen. Die Welle S mit ihren Nockenscheiben vermittelt also in der Wirklichkeit
entsprechender Weise die Rückwirkungen, die durch die Rudereinflüsse mittelbar ausgeübt
werden. Auf diese Wirkungsweise wird später noch zurückzukommen sein.
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Aus der Zeichnung ist indessen noch folgendes zu ersehen: Durch Legen
der Höhenruder wird einmal, wie oben beschrieben, eine Bewegung des Hebels 22 um
den Punkt bewirkt, an welchem er an die Steuerstange s, angelenkt ist. Andererseits
wird durch die durch die Verschiebung des Lastigkeitsschiebers L, bewirkte Drehung
der Welle S und der Scheibe Ml, eine Verstellung der Steuerstange s1, also eine
Verlagerung des Drehpunktes des Hebels 22, bewirkt. Es ist ohne weiteres einzusehen,
daß beide Wirkungen sich derart kompensieren können, daß bei einer gewissen Ruderlage
eines oder beider Höhenruder keine Verstellung des Lastigkeitsschiebers mehr
be-
wirkt wird. Dies entspricht der Wirklichkeit, denn unter gewissen äußeren
Bedingungen, beispielsweise wenn das Luftschiff einen zu großen Auftrieb oder Untertrieb
hat, kann es durch Legen der Höhenruder in bestimintei Lage und bestimmter Höhe
gehalten werden.
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Ein weiterer Rückeinfluß auf die Lastigkeit wird noch durch die \
ockenscheibe Ala bewirkt, an welcher die Steuerstange Sk angelenkt ist. Diese bewirkt
eine Drehung des Zahnbogens Zk, welcher eine Verschiebung des Gestänges Gk bewirkt.
Letzteres wirkt wieder auf den Kolben Kk ein, der durch die Flüssigkeit lb in aus
der Abbildung erkennbarer Weise auf den Kolben 12 wirkt, welcher in bereits beschriebener
Weise auf den Lastigkeitsschieber Ls einwirkt. Die Drehungen der Welle S, auf welche
die Lastigkeitseinflüsse übertragen werden, können noch dazu benutzt werden, um
in genau der gleichen Weise, wie es auf dem Luftschiff in der Wirklichkeit geschieht,
eine Bewegung des Steuerstandes für den Schüler herbeizuführen.
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Wird auf einem Luftschiff Höhenruder gelegt, so wird gleichzeitig
mit der Lastigkeit die Höhenlage geändert. Das Luftschiff steuert allmählich in
größere oder geringere Höhen. Entsprechend wird hier durch Verschieben der Rippe
3 beispielsweise ein Druck auf die Steuerstange ft ausgeübt (bz«-. derselben nachgegeben).
Der Druck wird vermöge der Flüssigkeit Ha auf den Kolben 24 weitergegeben, welcher
durch genau die gleichen Übertragungsglieder, wie oben beschrieben, die Bewegung
auf den Kolben 25 überträgt. Dieser gibt den Druck mittels der Flüssigkeit IIb auf
einen Kolben 26 weiter, welcher ganz entsprechend über ein WinkelstÜck 27, Federglieder
28, 29, Dämpfungsglied 3o auf den Höhenschieber T, wirkt. Durch diesen Höhenschieber
wird die Verstellung des Höhenzeigers -vermittelt.
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Die Abmessungen der verschiedenen Bewegungsübertragungsglieder sowie
die Bemessung der Federkräfte in den Federgliedern 28, 29 sind derart vorzunehmen,
daß der Höhenzeiger sich genau. so bewegt, wie sich ein Höhenzeiger auf einem Luftschiff
in der Wirklichkeit bei gleichen Bewegungen des Ruderrades bewegen würde. Das vordere
Höhenruder V wirkt durch Verstellung der Rippe 3', wie aus der Abbildung zu ersehen
ist, in ganz entsprechender Weise. Während sich die Lastigkeitsänderungen, die vom
vorderen und hinteren Höhenruder ausgeübt wurden, hinter dem vermittelnden Glied
8 bzw. 8' trafen, treffen sich die Höhenwirkungen der Höhenruder entsprechend vor
dem Kolben 2q.. Durch zweckentsprechende Ausgestaltung der Rippen 3 bzw.3' wird,
wie aus der Abbildung ohne weiteres zu ersehen ist, erreicht, daß die durch die
Höhenruder ausgeübten Lastigkeits-und Höhenänderungen in der der Wirklichkeit entsprechenden
Gesetzmäßigkeit voneinander erfolgen.
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Durch Legen der Höhenruder erfolgt, wie oben beschrieben, eine Änderung
der Lastigkeit. Die Lastigkeitsänderungen werden, wie ebenfalls beschrieben, auf
die Welle S übertragen. Da nun, je nach der Lastigkeit, die Wirkung auf die Steiggeschwindigkeit
verschieden ist, so muß zu dem oben beschriebenen Rudereinfluß auf den Höhenzeiger
ein weiterer von der Lastigkeit abhängiger Einfluß hinzukommen. Dieser wird durch
die Nockenscheiben Alt, lITt, vermittelt. Der Einfluß der Nockenscheibe Mt,
wirkt ganz entsprechend dem Einfluß der Nockenscheibe 1112 vermittels Steuerstange
s3, Kolben h, auf den Kolben 24. An dieser Stelle summiert sich dieser Rückeinfluß
mit den direkten Einflüssen der Höhenruder, wie aus der Zeichnung ohne weiteres
hervorgeht. Der Einfluß der Lockenscheibe 1,1t1 geht über die Steuerstange s, und
über das demnächst zu beschreibende Glied dd. auf den Kolben .a.5, welcher, wie
aus der Zeichnung ersichtlich, an den die direkte Ruderwirkung vermittelnden, auf
den Kolben 26 einwirkenden Flüssigkeitsstrom IIb angeschlossen ist. Durch diese
Art der Kupplung wird erreicht, daß je nach den eingestellten äußeren Bedingungen
der Höhenzeiger nur durch Legen der Höhenruder mit gleicher Stellung gehalten werden
kann.
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Die Wirkungen der Höhenruder auf Höhen-und Lastigkeitsänderungen sind
nun in Wirklichkeit
je nach den äußeren Bedingungen verschieden.
Solche äußeren Bedingungen können von einem Schalttisch eingestellt werden. Z. B.
hängen sie von der Maschinenleistung ab, indem größere oder geringere Geschwindigkeit
des Luftschiffes größere oder geringere Ruderwirkung bei gleichen Ruderausschlägen
zur Folge hat. Entsprechend ist an dem Schalttisch ein Schaltgriff C vorgesehen.
Durch Drehung desselben wird vermittels Zahnrades 31, Zahnstange 3 i' das Stück
32'verstellt, welches vermittels der Leiste 33 auf den Kolben 34 einwirkt. Ein auf
diesen beispielsweise ausgeübter Druck wird durch die Flüssigkeit IIIa auf den Kolben
35 übertragen, welcher mittels der Zahnstange 36 die Kurvenscheibe 37 verstellt.
Die Kurvenscheibe 37 bewirkt wieder ein Verschieben der Platte 38, an welcher die
Platten 8, 8', 8" angelenkt sind. Durch das Verschieben der ganzen Platte 38 werden
die Angriffspunkte der Steuerstangen 5, 5', 5" auf die Platten 8, 8', 8" verschoben
und ebenso die Angriffspunkte der Rippen 9, 9', 9" auf die Steuerstangen io, io',
io". Dadurch werden die Verhältnisse geändert, mit welchen die Bewegüngen der Ruderräder
V, W auf Lastigkeitsschieber und Höhenschieber, also auf Lastigkeitsanzeiger
und Höhenanzeiger, übertragen werden. Durch passende Wahl der die Kurvenscheibe
37 begrenzenden Kurve sowie durch passende Neigung der Leiste 33 ist zu erreichen,
daß die Einflüsse, welche an dem Griff C einzustellende Veränderungen hervorrufen,
in einer der Wirklichkeit entsprechenden Weise den Wirkungsgrad der Höhenruder auf
Höhe und Lastigkeit ändern.
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Änderungen der Maschinenumdrehungen üben einen Einfluß auf die Steiggeschwindigkeit
in Abhängigkeit von der Lastigkeit aus. Damit der Auszubildende an dem Lehrgerät
auch diese Wirkung zu berücksichtigen lernt, trägt das Stück 32 eine weitere schräggestellte
Leiste 38, durch welche dem Kolben 39 beispielsweise nachgegeben oder ein Druck
auf ihn ausgeübt wird. Ein Druck beispielsweise pflanzt sich durch die Flüssigkeitsleitung
IlIb auf den Kolben 40 fort, welcher ein Verstellen der Kurvenscheibe 41 bewirkt.
Die Kurvenscheibe 41 verschiebt das Gestänge 42, welches wieder eine Verschiebung
der um die Achse 43 drehbar gelagerten Leiste 44 bewirkt. Durch diese Verschiebung
wird in aus der Zeichnung ersichtlicher Weise das Verhältnis geändert, mit welchem
die durch die Nockenscheibe,Tti auf den Kolben 45 und somit auf den Höhenschieber
T, übertragene Rückwirkung der Lastigkeit auf den Höhenschieber T, einwirkt. Außerdem
kann, falls die Rippe eine Schräglage hat, noch ein direkter Einfluß auf den Kolben
45 und somit auf den Höhenzeiger übertragen werden. Im allgemeinen werden sich beide
Einflüsse in der Wirklichkeit entsprechender Weise multiplizieren.
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Ein weiterer Einfluß wird unmittelbar auf die Lastigkeit durch größere
oder geringere Maschinenumdrehungen ausgeübt. Entsprechend ist an dein Teil 32 eine
dritte schräge Rippe 5o vorgesehen, welche Verstellung des Kolbens 5 i bewirkt.
Dieser wirkt mittels der Flüssigkeit Ib einmal auf den Kolben 12 und vermittels
dieses in oben beschriebener Weise auf den Lastigkeitsschieber.
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Die Lastigkeit und das Gewicht eines Luftschiffes und mittelbar die
Ruderwirkungen werden geändert einmal durch Änderung der Füllungen der Trimmtanks,
zweitens durch Abwurf von Bomben, Post usw. Beide Einflüsse können am Schalttisch
durch die Schaltgriffe G und T eingestellt werden, welche in ersichtlicher Weise
auf die Kolben 52 bzw. 53 einwirken. Diese Wirkungen sind genau die gleichen wie
die zuletzt beschriebenen Wirkungen der Veränderungen der Maschinenumdrehungen.
Entsprechend ist die durch die Kolben 5z, 53 bewegte Flüssigkeit an dieselbe Leitung
Ib angeschlossen wie die durch den Kolben 51 bewegte Flüssigkeit. Die Einwirkung
der an den Schaltgriffen G und J eingestellten Einflüsse auf die Höhe des Luftschiffes
geschieht zweckmäßig durch Zwischenschaltung von zwei weiteren - in der Zeichnung
der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellten-Kolben, die an dieLeitunglIb angeschlossen
sind und somit den Höhenzeiger verstellen. Die Wirkung ist ganz entsprechend.
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Auf Trimm und Gewicht des Luftschiffes können ferner äußere Momente
einwirken, welche z. B. herrühren von in das Luftschiff eingedrungenem Regenwasser
und infolge von Undichtigkeiten der Ballonetts sich in der Luftschiffhülse frei
bewegenden Gasmengen. Veränderungen der Schräglage haben ein Überschießen dieser
Mengen, daher Änderungen der Schwerpunktlage und infolgedessen Kippmomente zur Folge.
Solche Kippmomente können vom Lehrer durch den Schalthebel A eingestellt werden.
Drehen des Schaltgriffes A bewirkt vermöge des Zahnrades 54 ein Verschieben des
Teiles 56. An dem Teil 56 befindet sich die schräge Leiste 59, durch deren Verschieben
ein Verstellen des Kolbens 6o bewirkt wird, welcher auf die Flüssigkeitsleitung
IIIc einwirkt und vermittels des Kolbens 6@i die Kulisse 62 verstellt. Von der Stellung
der Kulisse 62 hängt die Größe der Bewegungsmöglichkeit des in der Reck- und Stauchvorrichtung
Rst befindlichen Zapfens R.4 ab. Die die Schräglage des Bootes darstellende Welle
S beeinflußt mittels der
Nockenscheibe 1I, über das Gestänge Sk,
das Zahnsegment Zk, die Zahnstange Gk die Reck-und Stauchvorrichtung R,t, womit
in Verbindung mit der durch die Stellung der Kulisse i>2 gegebenen Bewegungsmöglichkeit
des Zapfens R..t die Größe der überschießenden Mengen (Gas bzw. Luft) gegeben ist.
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Da außer dem Kippmoment noch ein die Lastigkeit beeinflussendes Trimmoment
auftritt, sofern die eingedrungenen Wasser- bzw. die Gasmengen sich nicht im Drehpunkt
des Luftschiffes befinden, so kann erfindungsgemäß auch dieser Einfluß von dem Lehrer
geltend gemacht «-erden. Diesem Zweck dient der Hebel @1L, mit dem die ebenfalls
mit dem Teil 56 bewegte Muffe 57 verdreht wird, wodurch mittels des Kolbens 58 die
Flüssig-]zeit I6 und damit der Schieber L5 in der vorher angegebenen Weise beeinflußt
«erden.
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Eingedrungene Wasser- oder entwichene Gasmengen beeinflussen das Gewicht
des Luftschiffes. Dieser Einfluß wird durch die Rippe 63 vermittels des Kolbens
6.4 und der Flüssigkeit IIb in beschriebener Meise auf den Schieber T, geltend gemacht.
Die Verstellung des Hebels _-IT in der einen -oder anderen Richtung entspricht dem
Austritt von Gas bz«-. der Belastung durch Regenwasser und dementsprechend einer
Gewichtsänderung des Luftschiffes.
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Das Luftschiff kann größere oder geringere Höhen aufsuchen durch Bedienung
der Wasser- und Gaszüge. Um diesen Einfluß zum Ausdruck zu bringen, ist der Schaltgriff
B vorgesehen, welcher vermöge der schrägen Rippe 65 auf den Kolben 66 wirkt, der
an die Leitung IIb angeschlossen ist. Wie bereits erwähnt, können Änderungen der
Höhenlage des Luftschiffes dadurch entstehen, daß das Luftschiff in Luft anderer
Dichte kommt. Einflüsse dieser Art werden durch den Schaltgriff h ausgelöst, welcher
auf den Kolben 67 wirkt, der ebenfalls an die gleiche Flüssigkeitsleituiig 111)
angeschlossen ist. An die gleiche Leitung ist ferner der Kolben 68 angeschlossen,
welcher durch einen den Einfluß des Halteballastes darstellenden Hebel F betätigt
wird.
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Ferner kann ein Schaltgriff H vorgesehen sein, an welchem jeweils
eine bestimmte Landeplatzhöhe eingestellt werden kann, welche die Fahrhöhe beschränkt
und nur Lastigkeitslagen zuläßt, die dem Abstand des Luftschiffes vom Boden entsprechen.
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Durch den Schalter H wird die Kulisse IIK verstellt, deren
Stellung von der erreichten Höhe abhängig ist und die Bewegung von I_, und T, begrenzt
bzw. sie absperrt. Der Einfachheit halber ist das Gestänge zwischen H und HK fortgelassen.
Eine zweite ebenfalls -in RI und RT angreifende und in Abhängigkeif von der
erreichten Höhe stehende Kulisse, die der Übersichtlichkeit der Zeichnung wegen
fortgelassen ist, stellt die Einflüsse beim Berühren des Bodens dar.
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Ergänzend ist noch zu sagen, daß die von den Steuervorrichtungen,
den Schaltern und der Stelle S betätigten Kolben selbstsperrrend sind, so daß Beeinflussung
der Leitungen I und II sich nur auf die Schieber L5 und T, auswirken können.
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Die sich im Gesichtsfeld des Schülers befindenden, in der Abb. i nicht
dargestellten Anzeigevorrichtungen sind: i. Ruderlagenanzeiger für vorderes Höhenruder,
2. Ruderlagenanzeiger für hinteres Höhenruder, 3. Ruderlagenanzeiger für Hauptruder,
q.. Höhenmesser, 5. Wasserwaage, 6. Maschinenumdrehungsanzeiger.
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Diese werden beeinflußt lfd. Nr. i durch V, lfd. Nr. 2 durch llr,
Ifd. \ r. 3 durch D, lfd. Nr. d. durch TS, lfd. \'r. 5 durch L,, Ifd. Nr.
G durch C.
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Es versteht sich von selbst, daß außer den Anzeigeinstrumenten an
diese angeschlossene Registriergeräte vorgesehen werden können, welche dementsprechend
alle Bewegungen aufzeichnen, welche ein Luftschiff durch die Ruderbewegungen und
sonstigen Maßnahmen in der Wirklichkeit ausgeführt haben würde. Aus diesen Aufzeichnungen
ist der Ausbildungsgrad des Schülers zu erkennen, insbesondere wenn noch weitere
Registriergeräte vorgesehen werden, welche auch die von dein Schüler ausgeführten
Ruderbewegungen und die vom Lehrer eingestellten Einflüsse aufzeichnen.
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In der Wirklichkeit kommen vielfach auch Störungen ernster Art vor,
denen der Luftschifführer begegnen lernen muß. Auch für diese Art der Ausbildung
kann das Gerät, wie ohne weiteres ersichtlich, eingerichtet werden, z. B. dadurch,
daß einige der Flüssigkeitsleitungen durch Hähne verschlossen und damit gewisse
Ruderwirkungen ausgeschaltet werden können. Der Ausfall des einen oder anderen Anzeigeinstrumentes
kann auf diese oder jene Art und Weise dargestellt werden u. dgl. m.
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Um das Übungsgerät der Wirklichkeit noch näherzubringen und den Schüler
den in der Wirklichkeit auftretenden psychischen und physischen Einwirkungen auszusetzen,
kann das Übungsgerät so eingerichtet sein, daß es die der Wirklichkeit entsprechenden
Bewegungen ausführt. Es können ferner noch Einrichtungen getroffen werden, um den
Luftdruck, die Luftzusammensetzung und die Temperatur zu ändern. Schließlich können
noch
Einrichtungen getroffen sein, um der Wirklichkeit entsprechende Erschütterungen
und Geräusche darzustellen.
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In dem beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiel ist zur
Übertragung der mannigfaltigen Einflüsse und Wechselwirkungen Druckflüssigkeit als
Mittel angenominen worden. Es kann jedoch jedes andere zweckentsprechende Mittel
zu demselben Zweck verwendet werden, z. B. Stahlband, elektrische Mittel, Hebelkonstruktionen
u. dgl.
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Das Lehrgerät zur Ausbildung von Flugs zeugführern unterscheidet sich
im Prinzip von dem zur Ausbildung von Höhensteuerern grundsätzlich nicht. Die Abweichungen
ergeben sich daraus, daß der Flugzeugführer eine bedeutend größere Anzahl von Handgriffen
auszuführen hat.
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Abb.2 stellt schematisch die Verhältnisse dar, wie sie bei einem Flugzeug
vorliegen. Die Zeichnung enthält nur die wichtigsten Anzeige- und Bedienungsvorrichtungen.
In der oberen Reihe befinden sich, durch A, B, C,
D, E, F, G angedeutet,
die für die Navigation wesentlichen Bordinstrumente. In der Mitte sind durch I,
II, III das Höhenruder, das Seitenruder und die Verwindung dargestellt; IV bezeichnet
den Motor, V den Kursgeber. An den Seiten sind durch i und 2 Böeneinflüsse dargestellt.
Ferner sind mit TI, h" Vil, die relative Längsgeschwindigkeit, die relative Seitengeschwindigkeit,
die absolute Steiggeschwindigkeit, durch a, ß, y die relative Lastigkeit, der relative
Kurs und die relative Krängung dargestellt. Alle diese verschiedenen Sinnbilder
sind durch Pfeile miteinander verbunden, welche in ohne weiteres verständlicher
Weise zeigen, wie die einstellbaren Einflüsse der Ruder I, II, III und des Motors
IV auf die den Navigationszustand bestimmenden Größen hl, VS, VE" a, ß,
y einwirken und in welcher Weise diese auf die Instrumente und auf dieRuder
wieder zurückwirken. Ebenso sind die durch Böen bedingten äußeren Einflüsse durch
die Pfeile angegeben, deren Wirkung auf die Instrumente an Hand der Pfeile zu entnehmen
ist.
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Die kleineren, mit f (L'1, a), f (bi, a), f (b.,
y),
f (a, y), f (13, y), f (Vs,y) bezeichneten Kreise deuten
an, welche Einflüsse sich in ihrer Wirkung zusammensetzen und dadurch wieder verwickelte
Rückwirkungen wie auch direkte Einwirkungen auf einzelne der Instrumente ergeben.
So setzt sich z. B. eine durch eine Bö i bedingte relative Seitengeschwindigkeit
mit einer durch eine Bö z bedingten relativen Krängung bei f (bs,
y) zu einem auf das Querpendel einwirkenden Impuls zusammen. Überdies setzt
sich die Krängung y mit der relativen Seitengeschwindigkeit T,7" zu einem weiteren
Einfluß f (VS, y) zusammen, der auf die absolute Steiggeschwindigkeit
Vi, einwirkt, welche ihrerseits direkt durch die Bö i beeinflußt wird und eine zusammengesetzte
Wirkung auf den Höhenmesser B ausübt.
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Einem solchen Einfluß muß zunächst durch Legen der Verwindung III
begegnet werden, welche die relative Krängung berichtigt und über diese auf das
Querpendet E einwirkt. Die Verwindung wirkt aber andererseits auf die Längsgeschwindigkeit
V1 ein, die ihrerseits über f (bi, y) auf das Längspendel und direkt
auf den Staudruckmesser einwirkt. Der Verstellung des Höhenmessers B muß durch Legen
des Höhenruders begegnet werden. Legen des Höhenruders I wirkt zunächst auf die
relative Lastigkeit a, von dieser über f (v1, a) auf die absolute Steiggeschwindigkeit
und von dieser auf den Höhenmesser B.
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Zweckmäßigerweise wird man Mittel vorsehen, durch welche der Lehrer
unmittelbare Verstellungen der Anzeigeinstrumente ausführen kann, um den Schüler
ohne Zeitverlust vor bestimmte Aufgaben stellen und bestimmte Aufgaben wiederholen
lassen zu können, z. B. Gleitflüge aus bestimmten Höhen u. dgl. m.
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Ein Lehrgerät zur Erlernung der Steuerung und Führung von Unterseebooten
wird wieder anders auszubilden sein; z. B. können weitere Schaltgriffe vorgesehen
sein, beispielsweise eine Schaltkurve, welche den Vorgang des Tauchens und Auftauchens
beim Fluten oder Lenzen der Tauchtanks darstellt, die auf den Schieber 7s wirkt.
Es sind durch das Gesagte dem Fachmann die Mittel an die Hand gegeben, dergleichen
Geräte je nach Bedarf zu entwickeln, ohne daß es notwendig wäre, auf diese und sonstige
Anwendungsgebiete der Erfindung einzugehen, die in sinngemäßer Abänderung auf jedes
lenkbare, im Raum frei bewegliche Fahrzeug anzuwenden ist. Sollte die Verwirklichung
eines Schifies für den Weltraum, wie es mehrfach angeregt ist, möglich werden, so
wird sich auch dafür nach den durch die Erfindung offenbarten Grundsätzen ein Lehrgerät
unschwer verwirklichen lassen. Es würden die ersten Studien über die Bewegungsverhältnisse
eine solchen Weltraumschiffes zweifellos mit besonderem Vorteil an einem auf Grund
der Erfindung konstruierten Lehrgerät gemacht werden können.` Soll das Gerät zur
Ausbildung der Führer von zweidimensionalen Fahrzeugen verwandt werden, so vereinfacht
sich das Gerät in entsprechender Weise.
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Um mit dem Übungsgerät den Schüler auf eintretende, durch von ihm
gemachte Bedienungsfehler auftretende Gefahrenmomente aufmerksam zu machen, kann
eine Einrichtung getroffen werden, welche z. B. bei Absturzgefahr
eines
Flugzeuges ein Signal (optisches oder akustisches) auslöst. Auch die Registriervorrichtungen
können derart eingerichtet sein, daß sie Fehler des Schülers, welche Gefahrenmomente
in sich schließen. besonders kenntlich machen.