DE630833C - Selbsttaetige Steuerung fuer Luftfahrzeuge - Google Patents

Description

Es ist bekannt, bei selbsttätigen Steuereinrichtungen für Luftfahrzeuge auf das Schaltrelais für den Ruderservomotor zwei um 90 ° in Phase verschobene Impulse zur Einwirkung zu bringen, welche durch entsprechende Verstellung des Relais eine entsprechende Verstellung des Ruders durch den Motor bewirkt. Es ist ferner bekannt, zur Erhöhung der Stabilität der Steuerung Rückführungen vorzusehen, welche das Relais in die Ruhelage zurückzuführen suchen, sobald -der Rudermotor zu arbeiten beginnt. Als Rückführung hat man bei Flugzeugsteuerungen bisher stets sogenannte Stellungsrückführungen benutzt. Bei diesen ist derjenige Schaltteil des Relais, welcher bei Einwirkung der Steuerimpulse feststeht, mit dem beweglichen Teil des Motors, z. B. dem-Kolben des Steuerzylinders, verbunden, so daß er durch die Arbeit des Motors dem durch die Steuerimpulse verstellten Schaltteil nachgeführt wird. Bei Einrichtungen z. B., bei welchen als Steuermotor ein doppelseitiger Drucklaftzylinder verwandt wird, dem durch von zwei nebeneinanderstehenden Düsen ausgehenden Leitungen Druckluft zugeführt wird, während die beiden Düsen durch einen aus einem drehbar gelagerten Rohr ausströmenden Druckluftstrahl beaufschlagt werden, ist die Einrichtung bisher so getroffen, daß das bewegliche Strahlrohr durch die Steuerimpulse verstellt wird, während das Verteilerstück mit den beiden Düsen, vor denen das Strahlrohr spielt, mit dem Kolben des Steuermotors so verbunden ist, daß das Düsenpaar dem Strahlrohr nachgeführt wird. Diese Art der Rückführung zeichnet sich durch große Empfindlichkeit aus, indem die Rückführung sofort wirksam wird, sobald der Steuermotor zu arbeiten beginnt.

Bei der Einrichtung nach der Erfindung tritt an Stelle der Stellungsrückführung eine Kraftrückführung, bei der der bewegliche Teil des Steuermotors mit dem beweglichen Teil des Schaltrelais durch Spannkräfte, z.B. durch Federn, derart verbunden wird, daß diese beim Arbeiten des Steuermotors in der Weise gespannt werden, daß sie dem durch die Steuerimpulse auf den beweglichen Teil des Relais ausgeübten Kräften entgegenwirken und" somit auf das Relais eine rückführende Bewegung ausüben.

Kraftrückführungen sind im Reglerbau an sich bekannt; für selbsttätige Steuerungen an Flugzeugen hat man sie bisher nicht nutzbar zu machen gewußt. Sie ergeben aber

gerade in der Anwendung auf selbsttätige Steuerungen für Luftfahrzeuge gegenüber den bisher allein -verwendeten Stellungsrückführungen sehr wesentliche Vorteile. Die beiden ■ 5 sich gegeneinander bewegenden Schaftteile; des Relais werden bei selbsttätiger Steuerung außerordentlich leicht gegeneinander beweglich ausgeführt. Die Federn, gegen deren Wirkung das bewegliche Relaisteil durch den ίο z. B. vom Kompaß ausgeübten Steuereinfluß verstellt wird, können daher verhältnismäßig recht schwach gehalten werden. Infolgedessen ist zu der durch die Kraftrückführung bedingten Spannung dieser Federn auch nur eine recht kleine Kraft erforderlich, besonders dann, wenn das Relais, wie es z. B-. beim Strahlrohrrelais der Fall ist, so eingerichtet ist, daß das bewegliche Schaltteil selbst nur außerordentlich kleine Bewegungen ausführt. In den Abb. 1 und 2 der Zeichnung ist der Stellungsrückführung eine Kraftrückführung gegenübergestellt.

Das Rückführseil greift an einem Rückführarm R an, der um den Punkt C drehbar ist. Dem Seil entgegen wirkt die Zugfeder Z. Mit Hilfe der Federn if ist die am Strahlrohr befindliche Traverse T mit dem Rückführarm verbunden.

Es fällt zunächst auf, daß bei der Kraftrückführung der Gesamtausschlag des Strahlrohres α gegenüber der Stellungsrückführung auf den Wert β verkleinert ist, da ja die Auffangdüsen D₁ und D₂ unbeweglich bleiben. Bei gleichbleibendem Hub H des steuernden Instrumentes darf dieses an einem viel größeren Hebelarm h als bei der Stellungsrückführung am Strahlrohr angreifen. Die dadurch bedingte Kraftersparnis gestattet es, das steuernde Instrument beträchtlich kleiner auszuführen. Mit dem Hub H wird der gesamte Bereich a = β des Strahlrohres durchlaufen. Hieraus ergibt sich eine Genauigkeit

des Kraftschalters, die um den Betrag -=- mal

größer ist als bei der Stellungsrückführung. Diese Art der Rückführung ist besonders dann, wenn als Schaltrelais ein Strahlrohr verwandt wird, von größtem Vorteil, weil sie ohne weiteres die Zwischenschaltung eines weiteren Verstärkers ermöglicht. Dem Strahlrohr entströmt ständig ein Druckluftstrahl, welcher zwei Eintrittsdüsen beaufschlagt, . vor denen das Strahlrohr mit seiner Mündung spielt. Die Eintrittsdüsen sind mit den beiden Enden eines Kolbenmotors verbunden, welcher in Ruhe bleibt, wenn der aus dem Strahlrohr austretende Strahl die beiden Düsen gleichmäßig trifft, der sich aber in Bewegung setzt, wenn bei Auslenkung des ■60 Strahlrohres die eine Düse stärker als die andere beaufschlagt wird. Wird der Kolbenmotor direkt zur Betätigung des Ruders verwandt, wie das bei den bisher bekannten, mit Stellungsrückführung arbeitenden pneumatischen oder hydraulischen Selbststeuereinrich- £§fegen hotwendig war, so muß das Strahlrohr ebenso wie die Druckluftquelle derart " bemessen sein, daß dem Strahlrohr, gleichgültig, ob Ruder gelegt werden soll oder nicht, zu jeder Zeit mindestens so viel Druckluft entströmt, als für die höchste Steuerleistung erforderlich ist. Da aber eine Betätigung der Ruder mit großer Steuerleistung nur verhältnismäßig selten nötig ist, so geht der größte Teil der Druckluft nutzlos ver- 75' loren. Wird dagegen das Strahlrohr mit einer Kraftrückführung gemäß der Erfindung versehen, so macht es nur verhältnismäßig kleine Ausschläge. Man kann daher dasselbe statt auf ein mit den beiden Enden des Steuerkolbenmotors verbundenes festes Düsenpaar auf einen, bisher nur in der Reglertechnik verwandten, sogenannten Folgeschieber arbeiten lassen, welcher aus einem gewöhnlichen Doppelkolbenschieber besteht, der mit einem in einem doppelt wirkenden Zylinder arbeitenden Kolben mit sich kreuzenden Kanälen verbunden ist. Die Kanäle gehen von zwei dicht beieinanderliegenden Düsen aus, die durch das Strahlrohr beaufschlagt werden, go Der die Düsen beaufschlagende Druckluftstrom geht durch den einen bzw. den anderen Kanal in den Zylinder. Steht das Strahlrohr so, daß beide Düsen gleich beaufschlagt werden, so ist der Druck auf beiden Seiten gleich; der Kolbenschieber bewegt sich nicht. Jeder Bewegung der Spitze des Strahlrohres folgt der Kolben, indem auf der der Bewegungsrichtung abgewandten Zylinderseite wegen des Überkreuzens der Kanäle ein höherer, .auf der anderen Zylinderseite ein niedrigerer Druck entsteht, der sich ausgleicht, sobald das Strahlrohr wieder beide Düsen gleichmäßig beaufschlagt. Der mit diesem Kolben verbundene Doppelkolbenschieber versorgt alsdann den Rudermotor in entsprechender Weise mit Druckluft. Mittels eines solchen Folgekolbenschiebers lassen sich auf den Rudermotor erheblich größere Druckluftmengen schalten, so daß wesentlich größere Steuerkräfte ausgeübt werden, ohne daß die Empfindlichkeit der Apparatur leidet. Dieser Folgekolben läßt sich bei erfindungsgemäß mit Kraftrückführung ausgerüsteten Steuereinrichtungen ohne weiteres anwenden, da ja hier das Strahlrohr nur ganz geringe Bewegungen von der einen Hartlage in die andere ausführt. Bei der bisher üblichen ■Stellungsrückführung hätte die Anordnung eines Folgeschiebers oder ähnlichen Kraft-Verstärkers erhebliche Schwierigkeiten gemacht, da ja hier die dem Strahlrohr gegen-

überstehenden Auffangdüsen dem Strahlrohr nachbewegt werden, und zwar auf einem Kreisbogen, dessen. Mittelpunkt der Drehpunkt des Strahlrohres ist. Gegenüber der bisher bei Selbststeuereinrichtungen bekannten Stellungsrückführung, deren Wirksamkeit sich sofort bemerkbar macht, sobald der Steuermotor zu arbeiten beginnt, weist die Kraftrückführung nicht die ίο gleiche Empfindlichkeit auf. Dies hat seinen Grund darin, daß das durch die Steuerimpulse zu bewegende Relaisteil niemals ganz reibungsfrei gelagert werden kann. Um eine erste Bewegung des Relaisteiles hervorzurufen, muß die durch den Steuermotor zu spannende Kraft daher efst einen gewissen Schwellenwert überschreiten, der, so gering er auch bei sorgfältiger Ausführung sein mag, doch eine gewisse Trägheit der Rückführung zur Folge hat. Um diese Trägheit auszugleichen, ist es zweckmäßig, die Rückführungsfedern nicht direkt durch den Steuermotor zu spannen, sondern den Steuermotor mit dem Schaltrelais noch durch eine Reibungskupplung zu verbinden, welche bestrebt ist, sofort beim Arbeiten des Steuermotors, ähnlich wie bei der Stellungsrückführung, gleich bei Eintreten der Bewegung rückführend einzuwirken. Bei Verwendung eines Strahlrohres kann diese Anordnung z. B. so getroffen sein, daß das Strahlrohr mit einem Zwischenhebel durch eine oder mehrere Rückführfedern verbunden wird und außerdem durch einen oder auch mehrere Dämpfungszylinder, während der Zwischenhebel selbst mit dem Kolben des Steuermotors durch Seilzug zu verbinden ist. Mit eintretender Bewegung des Steuermotors hat bei dieser Anordnung der Dämpfungszylinder das Bestreben, das Strahlrohr zurückzuführen. Die Rückführbewegung tritt sofort ein. Bei weiterer Bewegung des Steuermotors gibt der Dämpfungszylinder nach, während die Rückführfeder bzw. -federn gespannt werden. Zur Erläuterung des Wesens und der Wirkungsweise der Erfindung dient das in den Zeichnungen schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel. Abb. 3 zeigt schematisch den Einbau der neuen Selbststeuereinrichtung in den Rumpf eines Flugzeuges, während Abb. 4 die Rückführeinrichtung in größerem Maßstab veranschaulicht. Das Ausführungsbeispiel stellt die Anwendung der Erfindung auf eine Kurssteuerung dar. In dem Rumpf 1 des Flugzeuges ist ein pneumatischer Kompaß 2 untergebracht, welcher bei Bewegung des Magnetsystems gegen das Kompaßgehäuse das Druckverhältnis in zwei Druckleitungen 3 und 4 ändert, welche in die beiden Kammern einer Membrandose 5 münden. Die erforderliche Druckluft wird durch ein Staurohr 6 geliefert. Die Membran 7 der Membrandose 5 greift an dem Strahlrohr 8 an, und zwar gegen die Wirkung eines Wendezeigerkreisels 9. Macht das Flugzeug eine Wendung oder wird zwecks Einstellen auf einen neuen Kurs das Gehäuse des Kompasses 2 verstellt, so wird in bekannter Weise durch das Zusammenwirken der Membran 7 und des Wendezeigerkreisels 9 eine Auslenkung des Strahlrohres 8 bewirkt. Dem Strahlrohr 8 steht der Zylinder 10 gegenüber, in welchem der Kolben 11 arbeitet, der seinerseits mit dem Doppelkolbenschieber 12 fest verbunden ist. Der Zylinder 10 hat dem Strahlrohr gegenüber eine öffnung. Von der freiliegenden Stelle des Kolbens 11 gehen sich- überkreuzende Kanäle aus, durch welche in bekannter Weise bewirkt wird, daß der Kolben 11 jeder Bewegung des Strahlrohres folgt, dem ein ständiger Druckluftstrom durch die Leitung 13 zugeführt wird, von der ein Zweig 14 nach dem Kasten des Schiebers 12 abgeht. Die Leitung 13 geht von einem Druckluftspeicher 14° aus, der durch den mit dem Flugmotor 15 gekuppelten Kompressor 16 mit Druckluft versorgt wird. Der Schieber 12 schließt je nach dessen Stellung die Zweigleitung 14 an die Leitungen 17 oder 18 an, welche je auf einer Seite des Zylinders 19 münden, in dem der Steuerkolben 20 arbeitet. Der Kolben 20 ist durch den Seilzug 21 mit dem Seitenruder 22 verbunden und außerdem mit dem Hebel 23 durch einen Seilzug 24. Letztere Verbindung dient erfindungsgemäß zur Rückführung. Zu dem Zweck ist das Strahlrohr 8 fest mit einem Joch 25 verbunden, welches mit dem Hebel 23 durch die Rückführfedern 26, 27 verbunden ist. Das Joch 25 und der Hebel 23 sind außerdem durch die Dämpfungszylinder 28, 29 verbunden, z. B. in der Weise, daß die Zylinder an dem Hebel 23 befestigt sind, während die in diesen arbeitenden Kolben mit dem Joch 25 verbunden sind.

Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende: Wird das Strahlrohr 8 durch das Zusammenwirken von Membran 7 und Kreisel 9 aus seiner Mittellage abgelenkt, z. B. dadurch, daß das Flugzeug durch eine plötzliche Bö aus seinem Kurs geworfen wird oder auch dadurch, daß bei einem neueinzuschlagenden Kurs das Gehäuse des Kompasses durch den Führer verstellt wird, etwa in der Weise, daß das Strahlrohr sich mit dem Uhrzeiger bewegt, so erhält die rechte Einströmdüse des Kolbens mehr, die linke weniger Druckluft, so daß sich der Schieber 12 nach rechts bewegt. Dadurch wird die Leitung 18 an die Leitung 14 und den Druckspeicher 14" angeschlossen, während die Leitung 17 geöffnet wird. Infolgedessen erhöht sich der

6S08S3

Druck in dem ,»2>ylipde$ IQ oberhalb ' des Kolbens 20, und der Kolben 20 bewegt sich nach unten. Entsprechend wird der mit" der Kolbenstange verbundene Hebel 31 im Uhrzeigersinn gedreht und das Seitenruder durch den Seilzug 21 entsprechend verstellt. Gleichzeitig wird aber der Hebel 23 durch den Seilzug 24 gegen den Uhrzeigersinn gedreht, wobei die Feder 32 gespannt wird. - Die to Dämpfungszylinder 28, 29 suchen das Strahlrohr mitzunehmen, und zwar nunmehr im rückführenden Sinne gegen den Uhrzeigersinn zu drehen. Die Dämpfungszylinder geben aber langsam nach, so daß nunmehr die Federn 26, 27. beide im entgegengesetzten Sinne gespannt werden, derart, daß sie ebenfalls das Strahlrohr im rückführenden Sinne gegen die Wirkung der Steuerimpulse gegen den Uhrzeigersinn zu drehen suchen. Der Steuermotor 20 übt also, sobald er in Bewegung gerät, sofort die für die Stabilität der Steuerung erforderliche rückführende Wirkung aus. Der entsprechende Vorgang findet statt, wenn das Strahlrohr durch die Steuerimpulse gegen den Uhrzeigersinn ausgelenkt wird. In diesem Falle gibt der Seilzug 24 nach, so daß die Feder 32 unter Entspannung den Hebel 23 im Uhrzeigersinn bewegt und dadurch die rückführende Wirkung ausübt. Die Erfindung ist selbstverständlich nicht an die in dem Ausführungsbeispiel dargestellten baulichen Einzelheiten gebunden. Statt des Strahlrohres könnte ein anderes Relais Anwendung finden. Auch mit elektrisehen Steuermotoren und elektrischem Schaltrelais ließe sich die Erfindung verwirklichen und würde entsprechende Vorteile bieten. Wie bereits eingangs erwähnt, ist die Erfindung auch nicht an die Kurssteuerung gebunden. Für Höhen- oder Quersteuerung bietet die Erfindung die gleichen Vorteile, wobei es, wie bei der Kurssteuerung, gleichgültig ist, welche Art von Impulsen auf .das Steuerrelais zur Einwirkung gebracht werden. Sonstiger Ersatz der in dem Ausführungsbeispiel gezeigten Mittel durch andere gleichwirkende Mittel sowie weitere Anwendungsmöglichkeiten für die Erfindung ergeben sich nach Bedarf.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Selbsttätige Steuerung für Luftfahrzeuge, z. B. Kurssteuerung, mit einem durch Steuerimpulse, z. B. Kreisel und Kompaß, betätigten Schaltrelais für den z. B. durch Druckmittel betriebenen Steuermotor und mit einer Rückführungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführeinrichtung als an sich bekannte Kraftrückführung ausgebildet ist. bei der eine dem Ruderausschlag entsprechende Rückführkraft den auf den beweglichen Teil des Schaltrelais wirkenden Steuerimpulsen entgegenwirkt, wobei der Hebelarm, an dem der Impulsgeber am beweglichen Teil des Schaltrelais angreift, 6g entsprechend dem geringen Ausschlag dieses Teils vergrößert wird.
2. 2. Selbsttätige Steuerung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuermotor (19) mit dem Schaltrelais (Strahlrohr 8) durch eine gegebenenfalls einstellbare Reibungskupplung, z.B. Dämpfungszylinder (28, 29), derart verbunden ist, daß diese beim Beginn des Arbeitens des Steuermotors (19) bestrebt ist, auf das Schaltrelais (8) eine Rückführwirkung auszuüben.
3. 3. Selbsttätige Steuerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem beweglichen Teil (20) des Steuermotors (19) ein Verstellglied (Hebel 23) zwangsläufig, z. B. durch Seilzug (24), verbunden ist, welches in der einen Richtung unter der Einwirkung einer Feder (32) steht und mit dem bewegliehen Relaisteil (Strahlrohr 8) durch eine - oder mehrere Federn (26, 27) und eine Reibungskupplung, z. B. durch einen oder mehrere Dämpfungszylinder (28, 29), verbunden ist. · go
4. 4. Selbsttätige Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Relais' (Strahlrohr 8) in an sich bekannter Weise ein weiteres Relais (Folgekolben mit Steuerschieber 11, 12) betätigt, welches seinerseits die Betriebskraft (Druckluft für den Rudermotor 19) schaltet.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   berlin. GtnnucicT in DEH REicttsBimcirüiiSt