DE626568C

DE626568C - Device for transverse control of an aircraft

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Publication number: DE626568C
Application number: DEM127483D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1933-12-09
Filing date: 1934-05-19
Publication date: 1936-02-28

Description

Vorrichtung zur Quersteuerung eines Luftfahrzeugs Für die selbsttätige Querstabilisierung von Flugzeugen sind als Lagengeber Kreisel mit senkrecht stehender Umlaufachse vorgeschlagen worden. Hierbei hat es sich jedoch als schwierig erwiesen, die Senkrechte bei diesen Lagengebern mit genügender Genauigkeit zu bestimmen und aufrechtzuerhalten.Device for the transverse control of an aircraft For the automatic The transverse stabilization of aircraft are used as position sensors with gyroscopes standing vertically Revolving axis has been proposed. Here, however, it has proven difficult to determine the vertical of these position sensors with sufficient accuracy and maintain.

Es ist ferner vorgeschlagen worden, als Lagengeber ein kardanisch aufgehängtes Kreiselpendel zu verwenden, dessen Kreiselumlaufachse horizontal und quer zur Flugrichtung liegt. Bei diesem früheren Vorschlag steuerte der Kreisel ferner das Seitenruder des Flugzeugs in der Art, daß jede Abweichung der Drehachse des Rotors von einer vorbestimmten Querrichtung eine Bewegung des Ruders zur Folge hatte. Bei dieser Anordnung ist der Kreisel nur im Gleichgewicht, wenn seine Drehachse sich quer zur Flugrichtung erstreckt, so daß die Drehachse den Bewegungen des Flugzeugs folgen muß. Ferner sind bei dieser bekannten Einrichtung von Hand betätigte Steuervorrichtungen vorgesehen, um Elevationsbewegungen der waagerecht zu haltenden Umlaufachse des Kreisels durch Gegendrehmomente entgegenzuwirken. Die bekannte Vorrichtung ist nicht selbsttätig und verhütet bei unrichtig er Einstellung nicht eine Präzession des Kreisels, die zur Folge hat, daß das Flugzeug längs eines geraden Kurses mit einer unerwünschten Querneigung fliegt.It has also been proposed to use a gimbal as a position encoder to use a suspended centrifugal pendulum whose axis of rotation is horizontal and is transverse to the direction of flight. On this earlier suggestion, the gyro steered also the rudder of the aircraft in such a way that any deviation of the axis of rotation of the rotor results in a movement of the rudder from a predetermined transverse direction would have. With this arrangement the gyro is only in equilibrium if its axis of rotation extends transversely to the direction of flight, so that the axis of rotation can accommodate the movements of the aircraft must follow. Furthermore, in this known device are manually operated control devices provided to avoid elevation movements of the horizontal axis of rotation of the To counteract the gyroscope with counter torques. The known device is not automatically and does not prevent a precession of the if the setting is incorrect Gyro, which has the effect that the aircraft along a straight course with a unwanted bank angle flies.

Es ist ferner bekannt, Vorrichtungen anzuordnen, die bei einer Präzession des inneren Ringes relativ zum äußeren Ring aus einer Normalstellung betätigt werden können, um auf den äußeren Ring ein Drehmoment von entsprechendem Vorzeichen zur Relativbewegung zwischen den Ringen in einer Richtung auszuüben, um eine Gegenpräzession des inneren Ringes hervorzurufen.It is also known to arrange devices that, in a precession of the inner ring can be actuated from a normal position relative to the outer ring can to apply a torque of the appropriate sign to the outer ring Relative movement between the rings in one direction to exert a counter-precession of the inner ring.

Die Erfindung bezweckt, bei zur Querstabilisierung von Luftfahrzeugexi dienenden Kreiseln der vorgenannten Art (mit waagerechter und quer zur Flugrichtung liegender Umlaufachse) das Abweichen der Umlaufachse aus° der Waagerechten selbsttätig zu verhindern und diese Umlaufachse Drehungen des Flugzeuges um seine Hochachse selbsttätig folgen zu lassen.The aim of the invention is to stabilize aircraft transversely Serving gyros of the aforementioned type (with horizontal and transverse to the direction of flight horizontal axis of rotation) the deviation of the axis of rotation from ° the horizontal automatically and to prevent this orbital axis from rotating the aircraft around its vertical axis to follow automatically.

Zu diesem Zweck ist außer der an sich bekannten Vorrichtung, die bei Präzessionsbew egungen des inneren Ringes der Kardanaufhängung relativ zu dem äußeren von außen her ,auf den äußeren Kardanring ein Moment im Sinne der Rückgängigmachung der Präzession des inneren l#-ardanringes ausübt, erfindungsgemäß zwischen dem inneren und dem äußeren Kardanring noch eine Rückstellvorrichtung vorgesehen, die bei seiner Präzession des inneren Ringes relativ zum äußeren Ring zwischen den beiden Ringen ein Drehmoment in zur Präzessionsrichtung rentgegengesetzber Richtung ausübt. Vorzugsweise besteht die Rückstellvorrichtung aus einer Feder, die so zwischen den inneren und äußeren Ringen befestigt ist, daß sie in der Normalstellung der Ringe zueinander keiner äußeren Beanspruchung unterworfen ist. Fer= ner steht zweckmäßig das Schweremoment des Kreisels und das Winkelmoment seines Rotors zur Vorwärtsgeschwindigkeit des Luftfahrzeugs in solcher Beziehung, daß der Kreisel, wenn das Luftfahrzeug sich auf einem gekrümmten Kurs bewegt, unter Einfluß der Zentrifugalkraft eine Präzession im Azimut mit im wesentlichen derselben Winkelgeschwindigkeit ausführt, mit 'der das Luftfahrzeug sich dreht.For this purpose, in addition to the device known per se, which is in Precession movements of the inner ring of the gimbal relative to the outer one from the outside, on the outer cardan ring, a moment in the sense of reversal the precession of the inner l # -ardane ring exerts, according to the invention between the inner and a reset device is provided for the outer cardan ring, during its precession of the inner ring relative to the outer ring between the both rings a torque in the opposite direction to the direction of precession exercises. Preferably, the resetting device consists of a spring which is so between the inner and outer rings is attached so that they are in the normal position of the Rings to each other is not subjected to any external stress. Furthermore, it is appropriate the gravitational moment of the gyro and the angular moment of its rotor at the forward speed of the aircraft in such a relationship that the gyro when the aircraft is moved on a curved course, precession under the influence of centrifugal force executes in azimuth with essentially the same angular velocity with 'the the aircraft turns.

Eine beispielsweise Ausführungsforen der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt; und zwar zeigen Fig. i und 2 die Seiten- iuld Vorderansicht eines universal gelagerten Kreisels mit Luftantrieb zur Steuerung der Querruder eines Flugzeugs. - Die Vorrichtungen zum Antrieb des Kreisels sind nicht dargestellt, sonder. können beliebig in geeigneter Weise ausgebildet sein.An example embodiment of the device according to the invention is shown schematically in the drawing; namely, Fig. i and 2 show the side iuld front view of a universal mounted gyro with air drive for control the ailerons of an airplane. - The devices for driving the gyro are not shown, special. can be designed in any suitable manner.

Bei der dargestellten Ausführungsform hat der Kreisel einen Rotor i, dessen Drehachse 2 horizontal und quer zur Flugzeuglängsachse liegt. Der Rotor wird von einem inneren senkrechten Ring ,3 getragen, dessen Ebene ebenfalls quer zur Längsachse liegt. Der innere Ring 3 ist durch senkrechte Drehzapfen q. in einem äußeren Ring 5 gelagert, dessen Ebene rechtwinklig zum inneren Ring 3 und ferner senkrecht liegt. Der äußere Ring 5 wird durch horizontale' vordere und hintere Drehzapfen 6 in einem beweglichen Rahmen 7 getragen, 'der mit Lagern 8 auf :einem Hauptgehäuse oder einer Grundplatte c) gelagert ist, die fest an dem Flugzeug sitzt.In the embodiment shown, the gyroscope has a rotor i, the axis of rotation 2 of which is horizontal and transverse to the longitudinal axis of the aircraft. The rotor is supported by an inner vertical ring, 3, the plane of which is also transverse to the longitudinal axis. The inner ring 3 is supported by vertical pivot pins q. in one outer ring 5 stored, the plane of which is perpendicular to the inner ring 3 and further is perpendicular. The outer ring 5 is supported by horizontal 'front and rear pivot pins 6 carried in a movable frame 7, 'which with bearings 8 on: a main housing or a base plate c) is mounted which is firmly seated on the aircraft.

Mit dem äußeren Ring 5 ist ein Gewicht r-o fest verbunden, so daß der Schwerpunkt des Kreiselsystems unter Aufhängezapfen 6 des äußeren Ringes liegt. Die Funktion des Gewichts in Verbindung mit -den anderen später beschriebenen Teilen besteht darin, zu ermög 7ichen, daß der Kreisel eine senkrechte Ebene in später zu- erläuternder Weise bestimmt.With the outer ring 5 a weight r-o is firmly connected, so that the center of gravity of the gyro system is under the suspension pin 6 of the outer ring. The function of weight in conjunction with the other parts described later is to enable the top to move into a vertical plane later intended to be explained.

" Ein Kolbenventil 13 in einem Ventilzylinder x i, der an einer Verlängerung 12 - des äußeren Ringes 3 befestigt ist, ist rempfindlich gegen Relativbewegung zwischen den- inneren und äußeren Ringren °und dient dazu, diese Bewegungen anzuzeigen. Das Kolbenventil23 ist durch einen Lenker i ¢ mit dem inneren Rin g 3 verbunden, und eine Relativbewegung zwischen den inneren und äußeren Ringen läßt .durch das Kolbenventil 13 Preßluft durch die eine oder die andere der Leitungen 15, 16 zu einem Arbeitszylinder i 7 treten."A piston valve 13 in a valve cylinder xi, which is attached to an extension 12 - of the outer ring 3, is sensitive to relative movement between the inner and outer rings and serves to indicate these movements. The piston valve 23 is controlled by a handlebar i [ with the inner Rin g 3 is connected, and a relative movement between the inner and outer rings can .by the piston valve 13 compressed air through the one or the other of the lines 1 5, 1 6 to enter a working cylinder i. 7

Der Zylinder i7, der auf einer Verlängerung I2 des äußeren Ringes 5 gelagert ist, enthält einen Kolben 18, der durch einen Lenker i 9 mit dem beweglichen Rahmen verbunden ist. Der Kolben 18 ist so angeordnet, daß er ein Drehmoment um die Zapfen 6 des äußeren Ringes zwischen dem äußeren Ring und dem beweglichen Rahmen 7 ausüben kann. Dieses Drehmoment wird sowohl hinsichtlich seiner Größe als auch seiner Richtung durch das Kolbenventil 13 geregelt.The cylinder i7, which is on an extension I2 of the outer ring 5 is mounted, contains a piston 18, which by a handlebar i 9 with the movable Frame is connected. The piston 18 is arranged so that it has a torque the pins 6 of the outer ring between the outer ring and the movable frame 7 can exercise. This torque is both in terms of its size and its direction regulated by the piston valve 13.

Eine gegabelte Feder 2o auf der Verlängerung i z des äußeren Ringes 5 erfaßt einen Anschlag auf dem Kolbenventil 13 und sucht die normale Stellung der Ringe 3 und 5, in welcher .deren Ebenen zueinander senkrecht sind, aufrechtzuerhalten oder wiederherzustellen, Durch die beschriebenen Teile wird der äußere Ring 5 in einer später zu beschreibenden Weise in der senkrechten Ebene gehalten.A forked spring 2o on the extension i z of the outer ring 5 detects a stop on the piston valve 13 and seeks the normal position of the Rings 3 and 5, in which their planes are perpendicular to each other, to be maintained or restore, through the parts described, the outer ring becomes 5 in held in the vertical plane in a manner to be described later.

Der Kreisel steuert die Querrudrer des Flugzeugs, indem der äußere Ring 5 mittels eines Lenkers 2 i mit reinem Kolbenventil 22 verbunden ist, dessen Zylinder 23 am Rahmen 7 befestigt ist. Durch Relativbewegung zwischen dem Kolbenventil 22 und. dem Ventilzylinder 23 wird Preßluft, die dem Ventilzylinder durch eine biegsame Leitung 2¢ zuggeführt wird, durch .die seine oder die andere von zwei biegsamen Leitungen z5 und 26 dem Servornotorzylinder 27 zugeführt, der am Flugzeug festsitzt und einen doppelt wirkenden Kolben enthält. Die Servomotorkolbenstange 28 ist in geeigneter Weise mit den Querrudern verbunden. Bei Querneigungen des Flugzeugs verstellt -der Kreisel das Ventil 22 im einen oder anderen Sinne, so da'ß der Motor 27, 28 de Querruder zwecks Rückführung des Flugzeugs in seine Horizontallage verstellt. Damit die Ausschläge der Querruder in jedem Augenblick verhältnisgleich dem Querneigungswinkel des Flugzeugs sind, ist in an sich bekannter Weise eine Rückführung des Regelventils durch den Rudermotor dadurch ermöglicht, .daß die Servornotorkolbenatange 28 durch einen Hebel2g, der auf dem Flugzeug -drehbar ist, mit dem Nachfolgerahmen 7 verbunden ist.The gyro controls the aircraft's ailerons by the outer one Ring 5 is connected by means of a link 2 i with a pure piston valve 22, whose The cylinder 23 is attached to the frame 7. By relative movement between the piston valve 22 and. the valve cylinder 23 is compressed air, which the valve cylinder by a flexible Line 2 ¢ is pulled through .the one or the other of two flexible ones Lines z5 and 26 are fed to the servomotor cylinder 27, which is stuck on the aircraft and includes a double acting piston. The servo piston rod 28 is in suitably connected to the ailerons. Adjusted when the aircraft is banked -the gyro the valve 22 in one sense or the other, so that the motor 27, 28 de aileron adjusted to return the aircraft to its horizontal position. So that the deflections of the ailerons are always proportional to the bank angle of the aircraft is a return of the control valve in a manner known per se made possible by the rudder motor, .that the Servornotorkolbenatange 28 through a lever 2g, which can be rotated on the aircraft, is connected to the successor frame 7 is.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise des vorstehend beschriebenen Geräts währenddes urbeschleunigten, geradlinigen Flugges sei angenommen; daß gder gewichtsbelastete äußere Ring 5 aus- »der senkrechten Ebene verschoben wird. ,Das Pendelgewicht >1-o ruft .dann ein Schwerkraftsdriehmoment um die Zapfen 6 des äußeren Ringes hervor, und dieses Drehmoment verursacht eine Präzession des Kreiselrotors zusammen mit dem inneren Ring im Azimut.To explain the mode of operation of the device described above during the unaccelerated, straight flight is assumed; that gder was weight-bearing outer ring 5 is moved out of »the vertical plane. , The pendulum weight> 1-o then calls Gravity torque around the pin 6 of the outer Ring, and this torque causes the gyro rotor to precession along with the inner ring in azimuth.

Die Präzession des inneren Ringes 3 im Azimut relativ zum äußeren Ring 5 betätigt das Kolbenventil 13 und bewirkt, daß der Kolben 18 von dem Nachfolge rahmen 7 her auf den äußeren Ring 5 ,eine Kraft solcher Richtung ausübt, daß das Moment dieser Kraft dem Schwerkraftsdrehmoment des pendelartigen Gewichts i o entgegenwirkt. Die azimutale Präzession des inneren Ringes 3 ist auf diese Weise auf denjenigen kleinen Winkel begrenzt, für den die Verschiebung der Ventilteile i i und 13 genügt, um den Kolben 18 zu veranlassen, die geeignete Reaktion auszuüben, wie vorstehend beschrieben.The precession of the inner ring 3 in azimuth relative to the outer one Ring 5 actuates the piston valve 13 and causes the piston 18 of the follower frame 7 forth on the outer ring 5, exerts a force in such a direction that the Moment of this force counteracts the gravitational torque of the pendulum-like weight i o. The azimuthal precession of the inner ring 3 is on that in this way limited small angle for which the displacement of the valve parts i i and 13 is sufficient, to cause piston 18 to produce the appropriate response, as above described.

Zusätzlich zu der Reihenfolge der Arbeitsvorgänge, wie sie im vorstehenden Absatz beschrieben sind, veranl:aßt die Präzession des inneren Ringes 3 den Federmechanismus 2o, ein kleines wiederherstellendes Drehmoment um die senkrechte Achse q. des inneren Ringes auszuüben. Dieses Drehmoment erzeugt :eine Präzession des äußeren Ringes 5 um seinen Zapfen 6 und führt so den Außenring und das pendelartige Gewicht in die senkrechte Ebene zurück. Wenn der äußere Ring in irgendeiner Richtung verschoben wird, bewegter sich auf diese Weise allmählich in die Vertikalebene zurück.In addition to the order of operations as outlined above The precession of the inner ring 3 causes the spring mechanism 2o, a small restorative torque about the vertical axis q. of the inner Exercise ring. This torque creates: a precession of the outer ring 5 around its pin 6 and thus guides the outer ring and the pendulum-like weight in the vertical plane back. When the outer ring shifted in any direction gradually moves back into the vertical plane in this way.

Bei Berücksichtigung der Kräfte, die auf das pendelartige Gewicht i o während des stetigen Kurvenflugs wirken, ist ersichtlich, daß zusätzlich zu der Schwerkraft noch eine Zentrifugalkraft vorhanden ist, die ein Drehmoment- um die in der Flugrichtung liegenden Zapfen 6 des äußeren Ringes ausübt. Dieses Drehmoment, das proportional der Bahngeschwindigkeit und der WinkeIgeschwindigkeit der Kursänderung des Flugzeugs ist, verursacht eine Präzession des Kreiselrotors i und des inneren Ringes 3 im Azimut.Taking into account the forces acting on the pendulum-like weight i o act during the steady turn, it can be seen that in addition to The force of gravity still has a centrifugal force that creates a torque exerts the pin 6 of the outer ring lying in the direction of flight. This torque, this is proportional to the orbit speed and the angular speed of the course change of the aircraft causes precession of the gyro rotor i and the inner one Ring 3 in azimuth.

Der Drall und. das Schweremoment des Kreiselpendels sind zueinander und zu der nahezu als konstant anzusehenden Bahngeschwindigkeit des Flugzeugs erfmdungsgemäß so gewählt, daß die durch das Moment der im Kurvenflug am Gewicht io angreifenden Zentrifugalkraft verursachte Präzession des inneren Ringes 3 hinsichtlich Größe und Richtung gleich der Winkelgeschwindigkeit der Kursänderung des Flugzeugs ist und infolgedessen keine Relativverschiebung eintritt. Wenn der äußere Ring 5 in der senkrechten E.btene liegt, wird er daher während einer Drehung nicht durch die Wirkung der Zentrifugalkraft aus dieser Ebene verschoben. Durch das beschriebene Gerät wirderreicht, daß das Flugzeug auf einem gekrümmten Kurs fliegt, ohne dabei um seine Längsachse aus der Horizontalebene auszuscheren. Wenn die Vorwärtsgeschwindigkeit des Flugzeugs nicht in richtiger Beziehung zu dem Schweremoment und dem Drall des Kreiselpendels steht, wird der Rotor und der innere Ring eine von der Winkelgeschwindigkeit. des Flugzeugs verschiedene Präzession ausführen, und der innere Ring wird gegen den äußeren Ring verschoben. Dies hat eine Bewegung des Kolbenventils 13 zur Folge, so daß der Motor 17, 18 ein Drehmoment auf den äußeren Ring ausübt und eine Präzession desselben bewirkt. Hierdurch ändert sich durch Einführung einer Gravitationskomponente das Gesamtbeschleunigungsfeld, das auf das Gewicht i o- -wirkt. Die Präzession setzt sich fort, bis das Drehmoment der resultierenden Beschleunigungskraft genau demjenigen entspricht, das erforderlich ist, um eine Präzession des inneren Ringes und des Rotors mit derselben Geschwindigkeit herbeizuführen, mit der sich der äußere Ring mit dem Flugzeug dreht.The twist and. the moment of gravity of the centrifugal pendulum are to each other and to the orbit speed of the aircraft, which is to be regarded as almost constant, according to the invention chosen in such a way that the weight acting on the weight io due to the moment of the turning flight Centrifugal force caused the inner ring 3 to precession in terms of size and direction is equal to the angular velocity of the aircraft's course change and consequently no relative displacement occurs. When the outer ring is 5 in the vertical E.btene, it is therefore not through the Effect of centrifugal force shifted out of this plane. Through the described Device is achieved that the aircraft flies on a curved course without doing so to move its longitudinal axis out of the horizontal plane. When the forward speed of the aircraft is not correctly related to the moment of gravity and the swirl of the The rotor and the inner ring are dependent on the angular velocity. of the aircraft will perform various precession, and the inner ring will be against moved the outer ring. This results in a movement of the piston valve 13, so that the motor 17, 18 applies torque to the outer ring and precession the same causes. This changes by introducing a gravitational component the total acceleration field that acts on the weight i o-. The precession sets continues until the torque of the resulting acceleration force matches exactly that required for the inner ring and the Rotor at the same speed as the outer ring turns with the plane.

Die Rotorachse z ist jetzt von der Horizontalen abgewichen, so daß das Flugzeug geneigt wird. Das Maß der Neigung ist sehr gering und bleibt während des aufrechterhaltenen Kurvenflugs konstant. Wenn das Flugzeug wieder aus dem Kurvenflug in den geraden Flug zurückgenommen wird, wirkt die Vorrichtung zur Zurückführung des Kreisfels in seine normale Stellung mit horizontaler Drehachse z in der früher beschriebenen Weise. Die Erfindung bezweckt also,* die Horizontalliage der Querachse des Flugzeugs zu stabilisieren. Die Vorrichtung könnte jedoch so abgeändert werden, daß das Flugzeug bei gekrümmter Flugbahn in geeignetem Maß gekippt wird, indem Vorrichtungen vorgesehen werden, um' ,ein Drehmoment zwischen dem Nachfolgerahmen 7 und dem äußeren Ring 5 auszuüben, das proportional zu der Winkelgeschwindigkeit ist, mit der das Flugzeug sich dreht. Dieses Drehmoment verursacht durch Änderung der Wirkung des Beschleunigungsfeldes auf den Kreisei die Präzession des Innenringes 3 relativ zum Außenring 5, die ihrerseits die Präzession des Außenringes und eine Präzession der Rotorachse in einer senkrechten Ebene verursacht. Die Rotorachse a würde so während des Kurvenfluges aus der Horizontalen verschoben, und das Flugzeug würde gekippt.The rotor axis z has now deviated from the horizontal, so that the aircraft is inclined. The degree of inclination is very small and remains constant during the sustained turn. When the aircraft is taken back from turning into straight flight, the device for returning the circular rock to its normal position with a horizontal axis of rotation z acts in the manner described earlier. Thus the invention aims * to stabilize the Horizontalliage the transverse axis of the aircraft. The device could, however, be modified so that the aircraft is tilted to the appropriate degree when the flight path is curved, by providing devices to '' exert a torque between the follower frame 7 and the outer ring 5 which is proportional to the angular velocity at which the plane turns. By changing the effect of the acceleration field on the circle, this torque causes the precession of the inner ring 3 relative to the outer ring 5, which in turn causes the precession of the outer ring and a precession of the rotor axis in a vertical plane. The rotor axis a would be displaced from the horizontal during the turn and the aircraft would tilt.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Device for the transverse control of aircraft, consisting of a gimbal suspended above its center of gravity with a horizontal axis of rotation that is transverse to the direction of flight, an aileron deposition device that is automatically controlled by this gyro when the aircraft is banked, and a precessing device of the inner ring relative to the outer ring Ring of the gimbal controlled device for exercising an external torque acting on the outer gimbal ring in the sense of reversing the precession of the inner gimbal ring, characterized by a reset device located between the inner and outer ring of the gimbal suspension, e.g. B. spring (2o) which, when the inner ring precession relative to the outer ring, exerts a torque in the opposite direction between the said rings in the direction of precession. z. Device according to claim r, characterized in that the gravitational moment of the pendulum pendulum and the angular moment of the gyro to each other and to the orbital speed of the aircraft are chosen so that the gyro is turning at the same angular speed in azimuth due to the moment of the centrifugal force then acting on its center of gravity precesses, with which the course change of the aircraft takes place, so that no relative movement occurs between the axis of rotation of the gyro and the aircraft axes.