DE630668C - Selbsttaetige Steuerung, insbesondere fuer Luftfahrzeuge - Google Patents
Selbsttaetige Steuerung, insbesondere fuer LuftfahrzeugeInfo
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- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
- G05D1/08—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw
- G05D1/0808—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw specially adapted for aircraft
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Description
Zur selbsttätigen Steuerung von Luft- und Wasserfahrzeugen sind Einrichtungen bekannt,
bei denen ein Kraftschalter für die das Ruder verstellende Antriebsmaschine durch
einen Richtungsweiser betätigt wird und bei denen zur Verhinderung von Übersteuerungen
außer üblichen Rückführeinrichtungen Kreisel vorgesehen sind, welche durch ihre Präzessionsausschläge Wirkungen entsprechend
der Drehgeschwindigkeit des zu steuernden Fahrzeuges auf das Ruder übertragen, die sich den durch den Richtungsweiser ausgelösten
Wirkungen überlagern. Hierdurch soll erreicht werden, daß das Fahrzeug bei Abweichungen von dem Sollkurs in einer
möglichst aperiodisch gedämpften Schwingung auf diesen zurückkommt. Einrichtungen
dieser Art genügen für sogenannte stabile Luftfahrzeuge, welche sich in bezug auf die
Achse, um die die Steuerung erfolgt, für eine Kurssteuerung also in bezug auf die Hochachse
im stabilen Gleichgewicht befinden, zur Steuerung in ruhiger oder gleichmäßig bewegter
Luft.
Die Steuerung ist .Jedoch nicht imstande, ein Flugzeug auch bei böigem Wetter auf
hinreichend geradem pendelfreiem Kurs zu halten. Der Grund hierfür liegt darin, daß
die Steuerung auf Winkelgeschwindigkeit und auf die Abweichung des Flugzeuges vom
Sollkurs anspricht, also, wenn das Flugzeug durch eine heftige Bö oder eine sonstige
äußere Kraft aus dem Kurs geworfen wird, erst dann anspricht, wenn es eine gewisse
Drehgeschwindigkeit aufgenommen hat. Gegenüber Störungen durch solche äußeren Kräfte, bei denen die zu steuernde Flugzeugachse
in sehr kurzer Zeit erhebliche Richtungsabweichungen erfährt, wirkt rücksteuernd
daher nur der von der Richtung^- abweichung herrührende Einfluß des Richtungsweisers,
dessen Einfluß durch den Kreisel stark gedämpft wird, der bestrebt ist, das Flugzeug in der nun falschen Richtung zu
halten. Durch eine Bö oder sonstige äußere Kraft einmal aus der Sollrichtung geworfen,
kehrt das Flugzeug nur langsam auf diese zurück, so daß ζ. B. durch mehrere kurz hintereinanderfolgende
Böen das Flugzeug sehr erhebliche Kursabweichungen erleiden kann.
Außer diesen eigenstabilen Flugzeugen werden aber auch vielfach unstabile Flugzeuge
verwandt, welche in bezug auf die Achse, um die die Steuerung erfolgt, sich im
labilen Gleichgewicht befinden und die daher durch ständiges Bedienen der Ruder in der
gewollten Fluglage gehalten werden müssen. Für derartige Flugzeuge versagt die bisher
bekannte, nur durch Richtungsweiser und Präzessionskreisel beeinflußte selbsttätige
Steuerung auch bei ruhiger Luft, trotz der an sich aperiodischen Dämpfung des Kreisels.
6B0668
Dies hat seinen Grund zum Teil darin, daß auf das Luftfahrzeug bei der geringsten Abweichung
von der labilen Gleichgewichtslage sofort äußere Kräfte wirken, welche die Ab>
weichung zu vergrößern streben, denen nicht' rechtzeitig genug in dem erforderlichen Maße
durch die Steuerung entgegengearbeitet wird. Die geschilderten Nachteile, werden durch
eine Steuerung vermieden, deren Ruder entsprechend dem Abweichungswinkel, der durch
einen Kreisel mit zwei Freiheitsgraden und elastisch gefesseltem Präzessionsrahmen gemessenen
Winkelgeschwindigkeit und der Winkelbeschleunigung verstellt wird. Diese Steuerung arbeitet unter allen Umständen,
auch bei böigem Wetter und auch für unstabile Flugzeuge, sicher und ohne
Pendelungen,
Man hat bereits vorgeschlagen, den Wert der Winkelbeschleunigung für eine Steuerung
durch mechanischeDifferentiation des Winkelgeschwindigkeitswertes zu gewinnen oder
auf elektrischem Wege mit Hilfe eines Transformators, an dessen Primärseite eine der
Winkelgeschwindigkeit proportionale Spannung liegt. Alle diese Verfahren erfordern
eine komplizierte Apparatur, die leicht zu Störungsquellen Anlaß gibt.
Die Erfindung zeigt einen sehr einfachen Weg, den Winkelbeschleunigungs,wert zu
messen, und zwar erfindungsgemäß als Lagerdruck der Präzessionsachse eines Kreisels mit
zwei .Freiheitsgraden und elastisch gefesseltem Präzessionsrahmen, eines sogenannten·
Wendezeigerkreisels.
Die Erfindung ermöglicht mithin mit Hilfe des ohnehin vorhandenen Wendezeigerkreisels
und einfachster Einrichtungen zwei Meßwerte, die Winkelgeschwindigkeit und die Winkelbeschleunigung, zu messen.
Man hat bereits vorgeschlagen, mit Hilfe eines Kreisels -mit zwei Freiheitsgraden,
dessen- Präzessionsrahmen allerdings ungefesselt
war, zwei Meßwerte zu gewinnen, und zwar je einen Meßwert der Lageabweichung
und der Lageabweichungsgeschwindigkeit. Neu ist jedoch, mit Hilfe eines gefesselten
Kreisels mit zwei Freiheitsgraden eine Winkelbeschleunigung zu messen.
Der in den Lagern der Präzessionsachse des Kreisels auftretende.Druck ist der Änderung
der Präzessionskraft verhältnisgleich. Da, die Präzessionskraft der Winkelgeschwindigkeit
um die Meßachse verhältnisgleich ist, ergibt sich die Änderung der Präzessionskraft
als Winkelbeschleunigungswert. Man kann daher den gleichen Kreisel zur Ableitung des
der Winkelgeschwindigkeit und des der Winkelbeschleunigung je verhältnisgleichen
Einflusses nutzbar machen. Dies ist von besonderem Vorteil, da man auf diese Weise ein
besonderes Gerät zur Ableitung des Beschleunigungseinflusses sparen kann.
Der in den Präzessionslagern auftretende ?"3Druck ist bestrebt, die Präzessionsachse je
nach der Laufrichtung des Kreisels und je nach der Richtung der Winkelbeschleunigung
in dem einen oder dem anderen Sinne zu ' drehen. Der Winkelbeschleunigungseinfluß
läßt sich daher in einfachster Weise mittels einer Kompensationsschaltung gewinnen,
z. B. dadurch, daß die Präzessionsachse nachgiebig gelagert ist und eine mit ihrem Ausweichen
aus der Sollage wachsende Kraft schaltet, die ihrerseits wieder derart auf die Präzessionslager einwirkt, daß diese die Präzessionslager
in der ursprünglichen Lage zu halten bestrebt ist. Zur Kompensation der
Wirkung des Druckes in den Präzessionslagern kann beispielsweise Druckluft oder
Druckflüssigkeit verwandt werden, welche aus einer engen Öffnung strömt, die ihrerseits
durch eine steuernde Kante des ausweichbar angeordneten Präzessionslagers mehr oder
weniger- geschlossen wird. Mit solchen oder auch" anderen, z. B. elektrischen Kompensationsschaltungen
erreicht man bei praktisch verschwindendem Weg des Einstellgliedes sehr starke und schnelle Änderungen der
Kompensationskraft, z. B. des Luft- oder Flüssigkeitsdruckes, der nun seinerseits das
Maß für den Lagerdruck und somit für die Winkelbeschleunigung abgibt und in beliebiger
Weise auf den Kraftschalter für den Steuermotar "zur Einwirkung gebracht werden
kann.
Eine zweckmäßige Ausführungsform mit Druckluftkompensation ist in der Zeichnung
dem Wesen nach dargestellt.
ι ist der Präzessionsrahmen eines Wendezeigerkreisels
2, dessen Achse 3 _ durch zwei starke Federn 4 und 5 an die Ruhelage in
hezug auf das Flugzeug gefesselt ist. Das eine· Lager 6 der Präzessionsachse 7 .ist fest,
während das andere Lager ein beweglicher Schlitten 8 ist, auf den einerseits eine Feder 9,
andererseits die Membran 10 einer Dose 11
über eine Stoßstange 12 wirkt. Der Lagerzapfen 7 des Präzessionsrahmens liegt vor
einer Ausströmöffnung 13 eines Rohres 14, dem über eine Drossel 15 Druckluft zugeführt
wird. Das Rohr 14 steht über ein Rohr 16 mit der Dose 11 und einer weiteren Dose 17
in Verbindung, deren Membran 18 über einen Lenker 19 gegen eine Feder 20 auf ein Strahlrohr
21 wirkt, welches die nebeneinanderliegenden Einstromdüsen 22 beaufschlagt und
dadurch einen in einem Zylinder arbeitenden Kolben 23 betätigt, welcher zur Verstellung
des Ruders dient. Während die Feeder 9 den Zapfen 7 vor die Öffnung 13 zu stellen und ·
dadurch die Austrittsöffnung zu verkleinern
sucht, wodurch der Druck hinter der Drossel 15 in den Dosen 11 und 17 steigt, sucht die
Membran 10 infolge des steigenden Druckes den Zapfen nach der entgegengesetzten Seite
zu bewegen. Es stellt sich daher ein Gleichgewichtszustand ein, bei dem der auf der
Membran 10 lastende Druck den Druck der Feder 9 gerade aufhebt. Macht der Kreisel
dagegen infolge einer Wendung einen Prä-Zessionsausschlag, so sucht der in den Präzessionslagern
entstehende Druck den Zapfen ya mit dem Schlitten 8 in der einen oder
anderen Richtung zu verschieben, da ja das Lager 6 für den anderen Zapfen fest ist. Da-
durch wird entweder die Öffnung 13 weiter geschlossen oder mehr freigegeben. Infolgedessen
ändert sich der Druck in der Leitung 14 und der Dose 11 so lange, bis Gleichgewicht
wieder hergestellt ist. Die Druckzunahme oder Druckabnahme entspricht aber hierbei
genau dem Lagerdruck in den Präzessionslagern, d. h. also der Beschleunigung. Da
aber dieser Druck auf die Dose 17 und die Membran 18 übertragen wird und über das
Strahlrohr 21 auf den das Ruder verstellenden Kolben 23 zur Einwirkung gebracht wird, so
wird hierdurch in der Tat ein der Winkelbeschleunigung verhältnisgleicher Meßwert
auf die Steuerung zur Einwirkung gebracht.
Da die Bewegungen, welche das Lagergleitstück 8 ausführt, nur außerordentlich gering
sind, so treten infolge der Meßbewegungen keinerlei merkliche Verfälschungen auf.
Die neue selbsttätige Steuerung, bei der ein von der Winkelbeschleunigung abhängiger Einfluß auf den Rudermotor zur Einwirkung gebracht wird, kann zur Steuerung um jede der drei Achsen eines Flugzeuges verwandt werden. Handelt es sich um eine Kurssteuerung, also um eine Steuerung um die Hochachse, so wird man als Richtungsweiser einen der bekannten Kompasse verwenden, während der der Winkelgeschwindigkeit entsprechende Einfluß durch einen gewöhnlichen Wendezeigerkreisel gewonnen wird. Bei einer selbsttätigen Höhensteuerung, also einer Steuerung um die Flugzeugquerachse, kann als Richtungsweiser beispielsweise ein Längsneigungspendel dienen, bei einer selbsttätigen Quersteuerung, also einer Steuerung um die Flugzeuglängsachse, ein Querneigungsmesser, während in beiden Fällen ein entsprechend aufgestellter Präzessionskreisel zweckmäßig zur Gewinnung des Winkelgeschwindigkeitseinflusses heranzuziehen ist. In allen diesen Fällen kann der Winkelbeschleunigungseinfluß je nach den Umständen von mehreren gleichen oder einem besonderen Präzessionskreisel abgeleitet werden.
Die neue selbsttätige Steuerung, bei der ein von der Winkelbeschleunigung abhängiger Einfluß auf den Rudermotor zur Einwirkung gebracht wird, kann zur Steuerung um jede der drei Achsen eines Flugzeuges verwandt werden. Handelt es sich um eine Kurssteuerung, also um eine Steuerung um die Hochachse, so wird man als Richtungsweiser einen der bekannten Kompasse verwenden, während der der Winkelgeschwindigkeit entsprechende Einfluß durch einen gewöhnlichen Wendezeigerkreisel gewonnen wird. Bei einer selbsttätigen Höhensteuerung, also einer Steuerung um die Flugzeugquerachse, kann als Richtungsweiser beispielsweise ein Längsneigungspendel dienen, bei einer selbsttätigen Quersteuerung, also einer Steuerung um die Flugzeuglängsachse, ein Querneigungsmesser, während in beiden Fällen ein entsprechend aufgestellter Präzessionskreisel zweckmäßig zur Gewinnung des Winkelgeschwindigkeitseinflusses heranzuziehen ist. In allen diesen Fällen kann der Winkelbeschleunigungseinfluß je nach den Umständen von mehreren gleichen oder einem besonderen Präzessionskreisel abgeleitet werden.
Wenn die Erfindung auch in erster Linie für die Steuerung für Flugzeuge bestimmt
ist, so ist sie in ihrer Anwendung selbstverständlich nicht auf diese beschränkt. Sie
läßt sich mit gleichem Vorteil auch zur Steuerung eigentlicher Luftschiffe (Zeppeline) oder
von Wasserfahrzeugen verwenden.
Claims (1)
- Patentanspruch :Selbsttätige Steuerung, insbesondere für Luftfahrzeuge, deren Ruder entsprechend dem Abweichungswinkel der durch einen Kreisel mit zwei Freiheitsgraden und elastisch gefesseltem Präzessionsrahmen gemessenen Winkelgeschwindigkeit und der Winkelbeschleunigung verstellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als der Winkelbeschleunigung proportionale Stellkraft der Lagerdruck der Präzessionsachse des Kreisels dient.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEA65513D DE630668C (de) | 1932-03-31 | 1932-03-31 | Selbsttaetige Steuerung, insbesondere fuer Luftfahrzeuge |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEA65513D DE630668C (de) | 1932-03-31 | 1932-03-31 | Selbsttaetige Steuerung, insbesondere fuer Luftfahrzeuge |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE630668C true DE630668C (de) | 1936-06-03 |
Family
ID=6943832
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DEA65513D Expired DE630668C (de) | 1932-03-31 | 1932-03-31 | Selbsttaetige Steuerung, insbesondere fuer Luftfahrzeuge |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE630668C (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE750176C (de) * | 1937-07-03 | 1944-12-15 | Kreisel, insbesondere fuer Selbststeuerung von Luftfahrzeugen | |
DE846811C (de) * | 1947-11-14 | 1952-08-18 | Westinghouse Electric Corp | Vorrichtung zur Kurssteuerung von Flugzeugen od. dgl. |
-
1932
- 1932-03-31 DE DEA65513D patent/DE630668C/de not_active Expired
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE750176C (de) * | 1937-07-03 | 1944-12-15 | Kreisel, insbesondere fuer Selbststeuerung von Luftfahrzeugen | |
DE846811C (de) * | 1947-11-14 | 1952-08-18 | Westinghouse Electric Corp | Vorrichtung zur Kurssteuerung von Flugzeugen od. dgl. |
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