DE651889C - Selbsttaetige Richtungsstabilisierung fuer Luftfahrzeuge, Unterseeboote, Torpedogeschosse o. dgl. - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine selbsttätige Richtungsstabilisierung für Luftfahrzeuge, Unterseeboote, Torpedogeschosse 0. dgl. Wesentlich für eine selbsttätige Richtungsstabilisierung entsprechend der Erfindung ist, daß eine an sich bekannte, um eine zur Hochachse des Fahrzeuges parallele Achse frei drehbar gelagerte, im Gleichgewicht befindliche und sich dauernd in die Richtung des Fahrtwindes einstellbare Fühlflächenanordnung, insbesondere nach der Bauart Constantin, die die Aufgabe hat, die Seitensteuerung aufrechtzuerhalten und mit der das Richtungssteuer oder die Querruder bzw. Quersteuer in unmittelbarer Einstellverbindung stehen, durch eine in an sich bekannter Weise von einem auf den Sollkurs einstellbaren Richtgeber, z. B. Kompaß oder Peilrahmen, beeinflußte Richtungssteuerung ergänzt ist. Diese Richtungssteuerung ruft in der durch die Fühlflächenanordnung bewirkten Seitenstabilisierung seitliche Unsymmetrien mit vorteilhafter Weise konstanter, von der Größe der Kursabweichung unabhängiger Intensität und mit der Richtung der Kursabweichung wechselnder Richtung hervor. Diese seitlichen Unsymmetrien können durch eine Verstellung der Eühlfläche in bezug auf das Flugzeug, Verstellung der Querruder, Vergrößerung oder Verkleinerung eines Flügelspaltes, Vergrößerung oder Verminderung eines seitlichen Widerstandes, Einwirkung auf den Gashebel eines Seitenmotors usw. hervorgerufen werden. Eine auf diese Weise dem Flugzeug mitgeteilte seitliche Unsymmetrie hält an, bis die Sollkursrichtung um einen gewissen Grad überschritten ist uad wird dann von einer im entgegengesetzten Sinne wirksamen Unsymmetrie abgelöst.

Eine selbsttätige Richtungsstabilisierung entsprechend der Erfindung unterscheidet sich in vorteilhafter Weise von den Einrichtungen, mit denen man bisher selbsttätig die Fahrtrichtung eines sich in einem Fluidum fortbewegenden Fahrzeuges hat sichern wollen und bei denen eine unmittelbare Einwirkung auf das Richtungssteuer mittels einer Lenkvorrichtung, z. B. mittels eines Kreisels, ausgeübt wird, der sich unmittelbar allen augenblicklichen Kursschwankungen widersetzt und quantitativ als Funktion der Größe dieser Schwankungen wirkt. Wird nämlich ein mit einer vorbekannten Einrichtung ausgerüstetes Flugzeug durch einen seitlichen Windstoß getroffen, so zwingt der "Kreisel das Flugzeug, dieselbe Richtung zu bewahren

und ruft hierdurch ein Gleiten oder Rutschen hervor, was ein Steuerungsfehler ist. Demgegenüber bewirkt bei einem mit einer selbsttätigen Richtungsstabilisierung entsprechend' der Erfindung ausgerüsteten Flugzeug ',die' Fühlfläche sogleich eine Korrektur dieses Gleitens oder Rutschens, und durch die leichte Unsymmetrie, die durch den Richtungsmesser alsdann hervorgerufen wird, wird das Flugzeug wieder in den ursprünglichen Kurs eingestellt. Bei einer Einrichtung nach der Erfindung wird also einem Gleiten oder Rut-. sehen des Flugzeuges sogleich entgegengewirkt.

Bei einem entsprechend der Erfindung ausgebildeten Flugzeug erreicht man daher mit einer einfachen und daher verhältnismäßig billigen Anordnung alle Vorteile einer selbsttätigen Fahrtrichtungsstabilisierung, vermeidet aber hierbei, die Nachteile der bisher zu diesem Zweck allein verwendeten selbsttätigen Steuerapparate.

Die Fig. ι der beiliegenden Zeichnung stellt beispielshalber in schematischer Weise eine erste Ausführungsform der Erfindung dar.

Fig. 2 zeigt eine Umschalteinrichtung, mittels welcher man von einem Lenksystem auf ein anderes übergehen kann.

Fig. 3 bezieht sich auf eine abweichende Ausführungsform und zeigt schematisch ein mit dieser abweichenden Anordnung ausgerüstetes Flugzeug.

Fig. 4 zeigt diese abweichende Ausführungsform in Einzelheiten.

Auf der Fig. 1 wirkt eine Constantin-Fühlfläche ι über die Hebel 2 und 3 sowie die Stoßstange 4 auf das Richtungssteuer S ein. Auf diese Weise sichert die Fühlfläche 1 die Seitenstabilität des Flugzeugs, jedoch auf Kosten von gewissen Abweichungen von der Fahrtrichtung. Da nun der mittlere Kurs immer sehr nahe senkrecht zur Seite 6 des Gelenktrapezes liegt, wobei dieses Trapez einen Bestandteil der Fühlfläche bildet, braucht man nur die· Einstellung dieser Seite 6 passend zu steuern, um alle etwa entstehenden Abweichungen zu berichtigen. Zu diesem Zweck ist die Gelenkachse 7 in einem mit dem Flugzeug festen Lager J^a mittels Drehzapfen gelagert, und die Seite 6 des Gelenktrapezes der Fühlfläche ist verlängert und mit der nachstehend beschriebenen Vorrichtung verbunden.

Ein Kreisel 8 beispielsweise, dessen Träger 8^ß um die lotrechte Achse 9 schwingen kann, kann über den Hebel 10 das Kontaktsegment 11 und das eine oder andere kleine Kontaktstück 12 und 13 elektrisch verbinden'.

Der Kontakt 11 ist mit einer der Bürsten eines elektrischen Gleichstrommotors 14 mit im Nebenschluß liegender Erregung leitend verbunden, während das Kontaktstück 12 mit „dem positiven Pol einer ersten Gleichstromquelle 21 und das Kontaktstück 13 mit dem ,'negativen Pol einer zweiten Gleichstromquelle 22 in elektrischer Verbindung steht.

Der Motor 14 schiebt nach Einschaltung im einen oder andern Sinne mittels Spindel 16 eine Mutter 15 vor und zurück. Diese Schraubenmutter treibt ihrerseits den Hebel 6 zum Verstellen der Fühlfläche sowie den Kontaktschlitten 17 an, der den mit dem andern Pol des Motors verbundenen Kontakt 18 entweder mit dem Kontaktstück 19, das mit dem negativen Pol der Batterie 21 verbunden ist, oder mit dem Kontaktstück 20, das mit dem positiven Pol der Batterie 22 verbunden ist, oder auch zugleich mit diesen beiden Kontaktstücken 19 und 20 in leitende Verbindung bringt.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende:

Solange .sich die einzelnen Organe in den entsprechenden, in Fig. 1 angegebenen Lagen befinden, bleibt der Motor 14, da er keinen Strom empfängt, in Ruhe. Wenn das Flugzeug sich um einen gewissen Winkel in bezug auf die ursprüngliche Fahrtrichtung dreht, wird der Hebel 10, da die Kreiselebene dabei fest bleibt, beispielsweise den Kontakt 11 mit dem Kontaktstück 13, d.h. mit dem negativen Pol der Batterie 22, verbinden. Alsdann wird durch den Motor 14 die Mutter 15 beispielsweise nach rechts verschoben und demnach die Fühlfläche verstellt. Letztere wird dann den Kurs berichtigen und das Flugzeug in seine ursprüngliche Fahrtrichtung zurückbringen, indem sie die Flugbahn im gewünschten Sinne einbiegt. Der Kontaktschlitten 17 wird andererseits bei der Verschiebung nach rechts das Kontaktstück 20 verlassen, und wenn die Verstellung auf diese Weise den vorher bestimmten Wert erreicht, wird der Strom unterbrochen werden und der Motor anhalten. Die durch die Fühlfiäche bewirkte Berichtigung wird indessen sich weiter auswirken, bis das Flugzeug wieder in bezug auf den-Kreisel seine ursprüngliche Lage eingenommen hat. Wenn das Flugzeug über diese Lage hinausschießt, wird der Motor infolge der leitenden Verbindung, die dabei zwischen dem Kontaktsegment 11 und dem Kontaktstück 12 hergestellt wird, in umgekehrtem Sinne zu laufen beginnen. Das Flugzeug wird auf diese Weise zu beiden Seiten seines mittleren Kurses Schwingungen beschreiben, deren Amplitude durch den Winkelabstand zwischen den Kontaktstücken 12 und 13 sowie durch die maximal zugelassene Verstellung des Hebels 6 bedingt werden wird, also durch

Größen, die man in der Weise wird bestimmen können, daß der gewünschte Kurs bis auf ι bis 2° genau eingehalten wird, also mit größerer Genauigkeit als sie von dem besten Flugzeugführer erreicht werden könnte.

Bei den vorstehenden Ausführungen wurde angenommen, daß das Lenkorgan von einem Kreisel gebildet wird. Es können aber natürlich auch andere Lenkorgane Verwendung finden, wie ein Fernkompaß, Radiokompaß, drahtlose Peilung, elektromagnetische Kabel usw.

Es kann außerdem von Vorteil sein, die Fahrtrichtung mittels verschiedener Lenkorgane, die nacheinander verwendet werden, sicherzustellen.

Zu diesem Zweck wird man einen Umschalter benutzen können.

Drei leitende Ringe 23, 24, 25 (Fig. 2) sind beziehungsweise mit einem der Pole des Motors 14, dem negativen Pol der Batterie 22 und dem positiven Pol der Batterie 21 verbunden. Zwei kleine Kontaktstück« I2^a und 13", die mit passendem Abstand angeordnet sind, stehen entsprechend in leitender Verbindung mit den Kontaktstücken der Fig. 1, die hier in Draufsicht dargestellt sind. Ein isolierender Halter 26, der sich um die Achse 31 zu drehen vermag, trägt vier Schleifkontakte 27, 28, 29 und 30, die paarweise 'elektrisch verbunden sind, wobei die Kontakte 27 und 29 auf den Ringen 24 und 25 schleifen, während die Kontakte 28 und 30 mit den kleinen Kontaktstücken 12^s und 13^s in Berührung kommen. In dem Augenblick, wo letzteres eintritt, wird die Lenkung durch den Kreisel 8 wirksam werden, wie oben an Hand der Fig. 1 dargelegt wurde. Eine solche Einrichtung wie diejenige, welche in dem strichpunktierten Kreis 32 eingeschlossen ist, wird sich andererseits z. B. auf einen Radiokompaß beziehen, eine weitere auf ein Kabel zur elektromagnetischen Lenkung usw. Man kann dann von einem Lenksystem auf ein anderes durch einfache Betätigung des Umschalters übergehen.

Bei der abweichenden Ausführungsform der Vorrichtung zur selbsttätigen Steuerung, die in Fig. 3 und 4 dargestellt ist, lenkt die Fühlfläche nach der Bauart Constantin 41 das Richtungssteuer 42 des Flugzeugs mittels Gestänge 43. Bekanntlich wird dadurch das seitliche Gleichgewicht erhalten und jegliches Gleiten verhindert. Ferner sieht man bei 44 (Fig. 4) eine Skalenscheibe, die einen Fernkompaß wiedergibt und deren Nadel 45 ständig den magnetischen Nordpol des Standortes anzeigt. Bei 46 ist eine andere Wiederholungsskala dargestellt, die aber zum Unterschied von der ersten Scheibe folgende Besonderheiten aufweist: Ihre Nadel 47, welche mit der Nadel 45 durch eine biegsame Welle o. dgl. (nicht dargestellt) verbunden ist und sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie erstere dreht, kann derart eingestellt werden, daß sie mit dieser Nadel 45 einen beliebigen Winkel bildet. Außerdem trägt die Nadel 47 zwei Schleifkontakte 48 und 49, die untereinander verbunden sind und den festen Ringkontakt 50 mit dem Kontakt 51, der in der Längsebene des Flugzeugs liegt, elektrisch verbinden können. Die dritte Skalenscheibe 52 trägt eine Nadel 53, die unter Wirkung einer nicht mit dargestellten mechanischen Vorrichtung beispielsweise neunzigmal schneller als die Nadel 47 umläuft. Diese Nadel 53 trägt zwei Schleifkontakte 54 und 55, die untereinander verbunden sind, und den Ringkontakt 56, der seinerseits ständig mit dem Kontakt 51 verbunden ist, mit einem der Kontaktstücke 57 oder 58 elektrisch vereinigen, können. Ferner kann die Nadel immer durch geeignete Feststellung in die Nullstellung gebracht werden, welche in Fig. 4 dargestellt ist. Der Kontakt 57 ist mit dem negativen Pol der Batterie 59 und der Kontakt 58 mit dem positiven Pol der gleichen Batterie elektrisch verbunden.

Ein elektrischer Gleichstrommotor 60 mit getrennter Erregung 61 ist einerseits mit dem Kontakt 50 und andererseits mit dem Kontaktschlitten 62 verbunden, der seinerseits mit der Mutter 63 fest ist, die durch den Motor 60 über die endlose Schraube 64 gesteuert wird. Die Mutter 63 lenkt nun die Stellung der Querruder 65 über das Vorgelege 66, die Schubstange 67 und die Kegelzahnräder 68. Die beiden Kontakte 69 und 70 schließlich sind beziehungsweise mit dem negativen und dem positiven Pol der Batterie 59 leitend verbunden.

Durch einen Unterbrecher 71 kann die Batterie ausgeschaltet werden.

Die eben beschriebene Anordnung arbeitet nun in folgender Weise:

Es soll angenommen werden, daß man einen Kurs von 45 ° östlich vom magnetischen Meridian verfolgen will. Man wird dann die Nadel 47- auf 45 ° östlich von der Nadel 45 feststellen und den Unterbrecher 71 schließen. Der Motor 60 wird dabei natürlich in Ruhe bleiben. Wie man weiter unten sehen wird, wird sich aber der Kontaktschlitten 62 bereits entweder an dem Kontakt 69 oder an deni Kontakt 70 befinden. Die Querruder werden sich dann in der einer Querneigung oder Kehre entsprechenden Stellung befinden. Falls diese nach rechts ausgeführt wird, wird die Nadel 47 kurz danach in Berührung mit dem Kontakt 51 kommen. Im Augenblick, wo sie über die Mitte dieses Kontaktes 51 streichen wird, wird die Nadel 53 in ihre

Nullstellung gebracht. Die Kehre wird sich dann fortsetzen 'bis zu dem Augenblick, wo diese Nadel 53 in Berührung mit dem Kontakt 58 kommen wird. In diesem Augenblick wird der Stromkreis geschlossen sein und der Motor in Gang gesetzt werden; kurz darauf wird der Kontaktschlitten 62 den Kontakt 69 verlassen und mit dem Kontakt 70 in Berührung kommen. Alsbald wird der Motor, unterbrochen und kurzgeschlossen, zum Stillstand kommen, dabei" jedoch seine Drehung infolge der Trägheit noch ein wenig fortsetzen.

Aber die Kehre bzw. Querneigüng wird in diesem Augenblick ihre Richtung ändern und sich in dieser Weise fortsetzen, bis die Nadel 53 in Berührung mit dem Kontakt 57 kommt, was wiederum eine Umkehrung des Gangs zur Folge hat, und so unbegrenzt fort. Die aufeinanderfolgenden Kehren können natürlich einen sehr großen Radius haben, . und das Flugzeug wird eine geschlangelte Bahn beschreiben, deren Mittellinie der gewünschten Fahrtrichtung folgen wird, die durch die Verstellung zwischen den Nadeln 47 und 45 bestimmt ist.

Wenn man den Kurs wechseln will, wird man den Unterbrecher 71 öffnen, die neuge- = wählte Verstellung der Nadeln 47 und 45 vornehmen und dann den Unterbrecher 7¹ wieder schließen. Das Flugzeug wird eine Kehre ausführen, bis es die passende Richtung einnimmt; dann wird man im richtigen Augenblick die Nadel 53 auf Null stellen, und die Flugbahn wird ihre langsamen Schwingungen um die gewählte neue Richtung wieder aufnehmen.

Durch eine passende Bemessung der Kontakte 51, 57 und 58 kann man die günstigste Amplitude für diese Schwingungen bestimmen.

Die Nadel 45 kann zu einem beliebigen bekannten Lenkapparat (Fernkompaß, Kreisel, Radiokompaß u. a.) gehören, der mit einer Wiedergabevorrichtung ausgerüstet ist.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Selbsttätige Richtungsstabiiisierung für Luftfahrzeuge, Unterseeboote, Torpedogeschosse , o. dgl., dadurch gekennzeichnet, daß eine an sich bekannte Seitenstabilisierung, bei welcher das Richtungssteuer oder die Querruder in unmittelbarer Einstellverbindung mit einer um eine zur Hochachse des Fahrzeugs parallele Achse frei drehbar gelagerten, im Gleichgewicht befindlichen Fühlflächenanordnung stehen, die sich dauernd in die Richtung des Fahrtwindes zu stellen sucht, durch eine in an sich bekannter Weise von einem auf den Sollkurs einstellbaren Richtgeber, z. B. Kompaß oder Peilrahmen, beeinflußte Richtungssteuerung ergänzt ist.
2. 2. Selbsttätige Richtungsstabilisierung 6g nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung, welche dem Flugzeug seitliche Unsymmetrien mitteilt und von dem Lenkapparat (8, 32) (Kompaß, Radiokompaß u. a.) gesteuert wird, einen Hilfsmotor (14 oder 60) enthält, der im einen oder andern Sinne ohne Anlasser (d. h. voll ein- oder voll ausgeschaltet) über eine mit dem Lenkorgan verbundene Kontakteinrichtung (10 bis 14) und einen Umkehrer (17, 19, 20) für die Laufrichtung des Motors betätigt wird, wobei jener Umkehr er selbsttätig sich in die zur vorhergehenden Stellung umgekehrte Lage einstellt, sobald durch den Motor das Hubende erreicht ist.
3. 3. Richtungsstabilisierung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in der-vom Richtgeber beeinflußten Zusatzsteuerung ein z. B. auf die Querruder einwirkender Motor (60) durch drei in Reihe liegende Kontakteinrichtungen (62, 69, 70, 47 bis 49, 53 bis 57) steuerbar ist, von denen die erste durch den Motor selbst einstellbar ist und zur Begrenzung der von dem Motor eingeleiteten Steuerwirkung dient, während die beiden anderen mit unter sich verschiedenem Übersetzungsverhältnis in solcher Einstellverbindung mit dem Richtgeber stehen, daß die mit kleinerer Geschwindigkeit angetriebene Kontakteinrichtung (47 bis 49) beim Einschwenken des Fahrzeuges in den gewollten Kurs geschlossen, die mit größerer Geschwindigkeit angetriebene Kontaktvorrichtung (53 bis 57) jedoch nur bei einer bestimmten (verhältnismäßig kleinen) Kursabweichung geschlossen wird.
4. 4. Richtungsstabilisierung nach Anspruch ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der die seitlichen Unsymmetiien innerhalb der Seitenstabilisierung hervorrufende Motor über einen mehrteiligen Schalter (23 bis 31) an verschiedenartige, die Kursabweichungen bestimmendeRichtgeber, z. B. an einen Richtkreisel oder Funkpeilempfänger, anschaltbar ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen