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Selbsttätige Steuerung für Luftfahrzeuge Zusatz zum Patent -63o 668
Gegenstand des Hauptpatentes ist eine selbsttätige Steuerung für Luftfahrzeuge,
bei welcher .das Rudergetriebe außer durch Einflüsse, welche der Winkelabweichung
und Winkelgeschwindigkeit entsprechen, noch durch einen weiteren Einfluß betätigt
wird, welcher,der Winkelbeschleunigung entspricht. Im Hauptpatent ist ferner vorgeschlagen,
diesen Einfluß von dem Druck abzuleiten, welcher in den Präzessionslagern eines
Kreisels mit zwei Freiheitsgraden entsteht, dessen Präzessionsrahmen elastisch gefesselt
ist.
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Gegenstand der Erfindung ist eine besonders einfache Ausgestaltung
der Steuerung nach dem Hauptpatent. Die Präzessionsachse des Kreisels ist in einem
Rahmen gelagert welcher ebenfalls drehbar, aber um eine zur Präzessionsächse und
Kreiselachse senkrechte Achse angeordnet ist. Solange ,dieAusschläge dieses Lagerrahmens
für die Präzes.sionsachse klein sind; kann die durch den Lagerrahmen ausgeübte Kraft
mit hinreichender Annäherung dem in den Präzessionslagern entstehenden Druck und
daher auch der Drehbeschleunigung .des Luftfahrzeuges proportional angenommen werden.
Gemäß der Erfindung läßt man daher den Lagerrahmen für die Präzessionsachse, welcher
zur Abkürzung Beschleunigungsrahmen genannt werden soll, auf den Kraftschalter für
den Rudermp@tor einwirken, und zwar, um schädliche Rück-Wirkungen zu vermeiden,
durch ein Übersetzungsgetriebe, welches für eine wirksame Verstellung des Kraftschalters
nur eine ganz -geringe Bewegung des Lagerrahmens erfordert. Man erhält so die im
Hauptanspruch gekennzeichnete Anordnung. Diese Art der 'Ausbildung der selbsttätigen
Steuerung nach dem Hauptpatent bietet den Vorteil, daß *man in einfachster Weise
die - von der Drehgeschwindigkeit und der Drehbeschleunigung abhängigen Impulse
-von dem gleichen Kreisel herleiten kann. Zu dem Zweck bringt man den Präzessionsrahmen
am besten über eine elastische Kraft, zweckmäßig eine Feder, auf den Kraftschalter
für den Rudermotor zur Einwirkung. Die elastische Verbindung zwischen Präzessionsrahmen
und .Kraftschalter bewirkt, daß der Präzessionsrähmen seinen Ausschlag solange verändert,
wie die Drehgeschwindigkeit veränderlich ist, und erst zur Ruhe kommt, wenn nach
Aufhören der-Drehbeschleunigung sich bei konstanter Drehgeschwindigkeit Gleichgewicht
zwischen der Präzessionskraft und der elastischen Fesselungskraft einstellt.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, es mit einfachen
Mitteln zu ermöglichen, daß Drehbewegungen auch um eine andere Achse ebenfalls Wirkungen
auf die Steuerung ausüben, Handelt es sich beispielsweise um eine selbsttätige Kurssteuerung;
so
wird die Steuerung bekanntlich auch bei Querneigungen des Flugzeuges
gestört. Wird nun aber die Achse des Beschleunigungsrahmens einstellbar gemacht,
so rufen auch Bewegungen des Flugzeuges um die Querachse. Ausschläge des - Präzessionsrahmens
entsprechend der Drehgeschwindigkeit und Ausschläge des Beschleunigungsrahmens entsprechend
der Drehbeschleunigung um die Längsachse--hervor. Von der Gesamtwirkung der beiden
Rahmen ist der der Drehgeschwindigkeit bzw: Drehbeschleunigung um die Hochachse
entsprechende Anteil dem Cosinus des Neigungswinkels der Achse des Beschleunigungsrahmens
- gegen die Hochachse proportional, während der der Drehgeschwindigkeit bzw. Drehbeschleunigung
um die Längsachse entsprechende Anteil der von dem Kreisel ausgeübten Wirkungen
dem Sinus jedes Winkels entsprechen. Die Erfindung ermöglicht daher in außerordentlich
einfacher Weise, alle für die Kurssteuerung maßgebenden Einflüsse auf das Ruder
zur Einwirkung zu bringen; die in den Unteransprüchen gekennzeichneten Anordnungen
sind erfinderisch nur in Verbindung mit denjenigen des Hauptanspruches.
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In den Zeichnungen ist ein einfaches Ausführungsbeispiel der Erfindung
schematisch dargestellt. Abb. i und 2 zeigen das Schema der Steuerung im Aufriß
und Gründriß, während Abb. 3, 4 und 5 Einzelheiten der Lagerung .der verschiedenen
Achsen und der Verbindung des Prozessionsrahmens und des Beschleunigungsrahmens
mit dem Krafteinschalter darstellen.
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Als Kraftschalter ist ein von Druckluft oder Druckflüssigkeit durchströmtes
Strahlrohr i angenommen, welches um eine senkrechte Achse 2, welche gleichzeitig
zur Zuführung des Druckmittels dient, drehbar gelagert ist, In bekannter Weise spielt
das Strahlrohr vor zwei Düsen 3 und q., welche mit den beiden Seiten 5 und 6 eines
Zylinders 7 in Verbindung stehen, in dem ein Kolben 8 spielt, der mit seiner Kolbenstange
9 auf das Rudergestänge, z. B: über einen nicht dargestellten Kettenzug, einwirkt.
Als Steuer-Organ dient der Kreisel-io, welcher mit seiner, waagerechten Achse i
z in dem -Prozessionsrahmen 12 gelagert ist, der seinerseits mit seiner Präzessionsachs.e
13 in dem Beschleunigungsrahmen 14 gelagert ist. Der Beschleunigungsrahmen 14 ist
seinerseits mit seiner zur Hohlachse parallelen Achse 16 in einem Rahmen 15 drehbar
gelagert. Der Rahmen 15 ist in mit dem Flugzeug fest verbundenen Trägern 17 (Abb.
3) mit seiner Achse i8 drehbar gelagert und kann durch eine Mutterschraube i9, deren
Bolzen 2o sich in einem ortsfest angeordneten bogenförmigen Schlitz 21 führt, in
verschiedenen Lagen festgeklemmt werden. Die N:en,gung der Achse 16 gegen die Hochachse
des Flugzeuges ist an einer Teilung 22 abzulesen, über welcher ein Zeiger i 23 spielt.
Auf der Prozessionsachse 13 sind frei drehbar die Halter 24 (Abb. 4 und 5) für reinen
kreisförmigen Bügel 25 aufgesetzt, weleher sich in einem gabelartigen Träger 26
führt; der mit dem Strahlrohr i fest verbunden ist. Außerdem ist aber das Strahlrohr
i mit dem Besehlouni.gungsrahmen 14 durch einen ebenfalls kreaisförmigen. Bügel29
verbunde-h: Dieser sitzt in einer Führung eines Hebels 3o, der an dem Strahlrohr
befestigt ist. Der Träger 26 ist, wie Abb. S zeigt, derart ausgebildet, daß .der
Lagerrahmen 15 für den Beschleunigungsrahmen 14 um seine Achse 18 nach beiden Richtungen
um bestimmte Winkel geneigt werden kann; beim Neigen des Rahmens 14: gleitet der
kreisförmige Bügel 25 in der Führung des Trägers 26, während der Bügel 29
sich in der Führung des Hebels 3o bewegt. Die Halter 24 sind mit dem Präzessnonsrahmen
12 durch eine mittels einer Schraube27 einstellbare Feder 28 verbunden. Macht der
Prozessionsrahmen 12 des Kreisels infolge einer Drehung des Flugzeuges um die Hochachse
einen Präzessionsausschlag, so wird die Feder 28 gespannt; und zwar um so stärker,
je größer der Ausschlag ist. Es wird daher eine der Drehgeschwindigkeit proportionale
Kraft über die Feder 28, den. Bügel 25, den gabelartigen Träger 26 auf das Strahlrohr
i übertragen, Während der Änderung des Präzessionsaüsschlages wirkt der der Winkelbeschleunigung
proportionale Lagerdruck auf den Beschleunigungsrahmen 14 über den Bügel 29 und
Hebel 3o auf das Strahlrohr i entgegen der Kraft der- Feder -36.
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In bekannter Weise greift an dem Strahlröhr weiter eine durch einen
Kompaß geschaltete -Kraft an, welche der Winkelabweichung des Fährzeuges vom Sollkurs
proportional ist. Als solche kann zweckmäßig in bekannter Weise eine Mernbrandose
31 dienen, auf deren Membran 32 der von einer an sich bekannten Kompaßeinrichtung
eingestellte Differenzdruck wirkt, welcher entsprechend der Abweichung- des Flugzeuges
vom Sollkurs; z. B. i über eine Feder 33, eine entsprechende Ab-
lenkungskraft
auf das Strahlrohr z ausübt. Ferner ist es zweckmäßig, auf das Strahlrohr einen
kückführeinfuß zur Einwirkung zu bringen, z. B. dadurch, daß mittels eines mit dem
Kolben 8 durch einen Seilzug 34 o. dgl. verbundenen Hebels 35 eine Feder
36 entsprechend der Bewegung des Kolbens gespannt wird, deren Spannung den rückstellenden
Einfiuß auf .das Strahlrohr i ausübt: Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung
ist folgende: Macht das Flugzeug
aus irgendwelchen Ursachen eine
Drehung um die Hochachse, so macht der Kreiselrahmen 12 einen Präzessionsausschlag
um die Präzessionsachse 13. Hierbei spannt sich die Feder 28; welche demzufolge
den Bügel 25 nachzudrehen sucht und infolgedessen auf diesen eine dem Präzessionsausschlag
und damit der Drehgeschwindigkeit proportionale Kraft ausübt, welche mittels der
Gabel 26 auf das Strahlrohr i übertragen wird. Bei der Präzessions:bewegung des
Kreiselrahmens entsteht aber -in den Lagern der Präzessionsachse 13 ein J der Präzessionsgeschwindigkeit
und infolgedessen ein der Drehbeschleunigung des Luftfahrzeuges um die Hochachse
proportionaler Druck, welcher den Beschleunigungsrahmen 1q. um seine Achse 16 zu
drehen, sucht. Da der Rahmen 1q. mittels des Bügels 29 und. des Hebels
30 zwangsläufig mit dem Strahlrohr i verbunden ist, so vermag der Rahmen
1q. um praktisch nur ganz geringe Beträge auszuweichen. Er übt daher über den Bügel
29 und den Hebel 30 auf das Strahlrohr eine dem Druck in den Präzessionslagern
und daher eine der Drehbeschleunigung proportionale Ablenkungskraft aus. Durch die
MembrandOs-e 31, Membran 32 und Feder 3.3 wird auf das Strahlrohr weiter eine von
dem Ablenkungswinkel abhängige Kraft ausgeübt und endlich durch die Feder 36 eine
dem Ausschlag des Ruders selbst proportionale Rückführkraft. Auf das Strahlrohr
wirken also i. ein von der Drehbeschleunigung abhängiger Impuls, 2. _ein,.
von der Drehgeschwindigkeit abhängiger Impuls, 3,. ein von der Winkelabweichung
abhängiger Impuls, q.. ein von der Ruderstellung abhängiger Rückführimpuls.
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Alle diese vier Impulse setzen sich zu einer Gesamtwirkung zusammen,
so da.ß das-Ruder bei der neuen selbsttätigen Steuerung in genau der gleichen Weise
gelegt wird, wie dies durch einen erfahrenen Führer bei der Handsteuerung geschieht,
der sein Ruder nicht nur nach den von :dein Kompaß angezeigten Abweichungen vorn
Sollkurs legt, sondern stützend Winkelgeschwindigkeit und Winkelbeschleunigung mitberücksichtigt.
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Wie bereits erwähnt, ist der Rahmen 15, in welchem die Achse 16 für
den Beschleunigungsrahmen 1q. gelagert ist, um die zur Querachse parallele Achse
18 neigbar. Wird mit Hilfe dieser Einrichtung die Achse 16 um einen gewissen Winkel
um die Hochachse geneigt, so ist die bei einer Drehung des Flugzeuges um die Längsachse
wirkende Präzessionskraft nicht mehr vollständig von den Präzessionslagern des Präzessionsrahmens
12 aufgenommen, sondern bewirkt mit einer dem Sinus des Neigungswinkels proportionalen
Komponente einen Präzess.ionsaussehlag des Kreisels, während b.eai einer Drehung
um die Hochachse sich nicht mehr ' der gesamte Präzessionsimpuls als Präzess-ionsausschlag
äußern kann, sondern nur noch eine .dem Cosinus des Neigungswinkels entsprechende
Komponente. Das gleiche gilt hinsüchtlich des in .den Lagern der Präzessionsachse
13_ auftretenden, der Drehbeschleunigung entsprechenden Lagerdruckes. Man hat es
also durch Einstellen der Neigung der Achse 16 in der Hand, zierreichen, daß auf
das Seitenruder die von Drehungen des Flugzeuges um die Hochachse sowie von Neigungen
um die Längsachse herrührenden Einflüsse sowohl hinsichtlich der Drehgeschwindigkeit
als auch hinsichtlich der Drehbeschleunigung in dem den aerodynamischen Eigenschaften
des betreffenden Flugzeuges,angepaßten Verhältnis auf das Seitenruder zur Einwirkung
kommen. Mit Hilfe der Teilung 22 ist es leicht, durch Versuche für jeden Flug die
richtige Einstelhing der Achse 16 zu finden.
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Die Anwendbarkeit der Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die
Kurssteuerung beschränkt. Die Erfindung läßt sich in gleich vorteilhafter Weise
für die Höhen- und Quersteuerurig verwenden. Auch sonst ist die Erfindung in ihrer
Ausführung nicht auf die an dem Ausführungsbeispiel erläuterten Mittel beschränkt.
So kann z. B. statt eines Strahlrohres jeder andere hinreichend empfindliche Kraftschalter
verwandt werden. Zweckmäßig ist es jedoch, einen solchen zu verwenden, der nur verhältnismäßig
kleine Verschiebungswege ausführt. Statt eines pneumatischen oder hydraulischen
Kolbenmotors kann jeder andere, z. B. auch ein mit elektrisch er Kraft arbeitender
Rudermotor, verwandt werden u. dgl. mehr.