-
Selbsttätige Längs- und Geschwindigkeitssteuerung für Luftfahrzeuge
Die Erfindung bezieht .sich auf eine selbsttätige Längs- und Geschwindigkeitssteuerung
für Luftfahrzeuge, insbesondere Flugzeuge, mit Hilfe des Höhenruders, bei welcher
das Höhenruder durch einen hydraulischen oder sonstigen Hilfsmotor eingestellt wird
und das . Schaltorgan des Hilfsmotors in Einstellverbindung mit einem Wendezeiger
und einem Längsneigungsmesser, z. B. Kreiselhorizont, steht, dessen Regelsollwert
in Abhängigkeitvon einem Fahrtmesser, an dessen Impulsgeber die Soll-Geschwindigkeit
des Fahrzeuges von Hand einstellbar ist, beeinflußt wird.
-
Es ist bekannt, die Richtwerte eines Fahrtmessers auf einen die Längsneigung
eines Flugzeuges messenden Trägheitsrahmen aufzuschalten. Von Nachteil ist hierbei
jedoch, daß die durch die Richtwerte des Fa,hrtmessexs erzeugten Kraftmomente unmittelbar
auf den Trägheitsrahmen reinwirken und dadurch dessen Neigung wie auch die Neigung
der beiden Kreisel verändern.
-
Weiter ist eine selbsttätige Flugzeugsteuerung bekannt, bei der das
Höhenruder außer von einem Kreiselhorizont noch von einem Anstellwinkelrnesser b@eeinflußt
wird. Die von dem Anstellwinkelmesser gelieferten Werte werden auf die Basis des
Horizontes gegeben, .indem über ein Differentialgetriebe der tätige Teil der Basis
zusätzlich verstellt wird. Das Getriebe stützt sich hierbei gegen die Kreiseleinrichtung
ab, weshalb diese Anordnung ebenfalls nicht rückwirkungsfrei - arbeitet.
Schließlich hat man auch schon in einer S;elbststeuereinrichtung an dem Impulsgeber
eines Kreiselhorizontes :eine zusätzliche, durch einen Statoskopen gesteuerte Beeinflussung
vorgenommen, und zwar wird dazu der betätigte Teil des Impulsgebers verstellt. Da
jedoch die Steuerwerte des Statoskopen sofort und in voller Größe an dem Impulsgeber
des Kreiselhorizontes zur Einwirkung kommen, besteht hier die Gefahr einer übersteuerung
für das Flugzeug.
-
Alle diese Nachteile werden bei der Erfindung dadurch vermieden, daß
die von dem Fahrtmesser gesteuerte Beeinflussung an dem betätigten Teil des vom
Längsneigungsmesser eingestellten Impulsgebers vorgenommen ist, indem dieses durch
seinen vom Impulsgeber des Fahrtmessers geschalteten Wendemotor über eine große
Übersetzung ins Langsame mit solcher (vorzugsweise gleichförmiger) Geschwindigkeit
verstellt wird, daß das Flugzeug der durch den Antrieb bewirkten Regelung (Längsneigungsänderung)
zu folgen vermag.
-
Die weiteren Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles, wobei als
Neigungsmesser ein Kreiselhorizont dient.
-
In der Zeichnung ist i ein in beliebiger Weise angetriebener Kreisel
und a seine Drehachse. Der Kreisel i ist in einem Gehäuse untergebracht, das mit
Hilfe einer Welle 4 in einem Kardanring 5. gelagert ist. Zur Anzeige
der
Kreiselstellung dient eine Horizontscheibe 7 und ein Flugzeugmodell 8, wobei Drehungen
des Kreisels um die der Flugrichtung parallele Welle 4 mittels eines Bügels 9 auf
die Scheibe 7 übertragen werden und Drehungen um die Welle 6 Aufundabbewegungen
des durch einen Arm i o mit dem Kardanring 5 verbundenen Flugzeugmodells 8 hervorrufen.
Eine mit der Welle 6 fest verbundene Blende i i dient zur Steuerung eines aus den
beiden Schlitzen einer Düse 12 heraustretenden Luftstromes. Die Erzeugung dieses
Luftstromes geschieht zweckmäßig durch eine mit Wechselstrom erregte Telkephonmembran,
was in der Zeichnung nicht näher angedeutet wurde. 13 und I4 sind Widerstände, die
von einer Stromquelle 15 gespeist werden und in Differentialschaltung zu den Wicklungen
.eines Drehmagneten 16 liegen. Außer dem Kreisel i ist als weiteres Meßgerät ein
Kreiselwendezeiger 17 vorgesehen, der in dem Flugzeug so aufgestellt wird, daß er
die Winkelgeschwindigkeit der Drehbewegung anzeigt, die das Flugzeug um seine Querachse
ausführt. Der Drehmagnet 16 und der Kreiselwendezeiger 17 arbeiten über ein Gestänge,
das aus den Teilen i 8, 19, 20, 21, 22, 23 und 24 besteht, auf den Steuerschieber
25 eines Servomotors 26, der durch eine Kolbenstange 27 mit keinem Höhenruder 28
verbunden ist.
-
29 ist kein Staurohr, das eine in keinem Gehäuse 30 untergebrachte
Membran 31 entgegen dem Zug einer Feder 32 beeinflußt. Die Membran 31 arbeitet über
keinen Hebel 33 auf einen Kontaktabgriff 34. Der Kontaktabgriff 34 ist mit einem
Zahnsegment 35 versehen, das in Eingriff mit einer Schnecke 36 steht. Der Antrieb
der Schnecke 36 erfolgt über eine Welke 37 durch eine Kurbel 38, die über einer
Skala 39 verstellt wird. Der Kontaktabgriff 34 betätigt einen Wendemotor 4o, der
über eine Welle 4i ein aus zwei Schnecken 42 und 44 und zwei Schneckenrädern 43
und 45 bestehendes Untersetzungsgetriebe antreibt. Das Untersetzungsgetriebe ist
über eine Welle 46 mit einer Schnecke 47 verbunden, die ihrerseits mit einem mit
der Düse 12 fest verbundenen Zahnsegment 48 in Eingriff steht. Eine auf der Welle
46 sitzende Handkurbel 49 kann, indem sie mit Hilfeeiner Rutschkupplung 5o das Untersetzungsgetriebe
ausschältet, ebenfalls auf die Schnecke 47 arbeiten. Im normalen Flug bedingt eine
bestimmte Fluggeschwindigkeit keinen bestimmten Anstellwinkel des Flugzeuges, d.
h. die Flugzeuglängsachse liegt nicht in der Horizontalen, sondern ist je nach Größe
der Geschwindigkeit mehr :oder weniger gegen diese geneigt. Der Kreiselhorizont
hat nun aber das Bestrehen, stets im wahren Lot zu verharren. Infolgedessen wird
die vom Kreiselhorizont eingestellte Blende i i des Impulsgebers eine Verstellung
gegenüber der Düse 12 erfahren, was eine unerwünschte Ruderlegung im Sinne einer
Rückführung der Flugzeuglängsachse in die Horizontale zur Folge hätte. Dies bedeutet,
daß bei einer bestimmten Geschwindigkeit des Flugzeuges auch die Düse 12 so stehen
muß, daß die mit der Achsre 6 fest verbundene Blende i i die aus der Düse kommenden
Luftströme symmetrisch abdeckt. Die Überwachung dieser Düsenstellung wird im angeführten
Ausführungsbeispiel von einem Geschwindigkeitsmesser ausgeführt, dessen Arbeitsweise
im nachfolgenden geschildert wird.
-
Durch das Staurohr 29 wird der Membran 31 ein Druck mitgeteilt, der
der Ist-Geschwindigkeit des Flugzeuges entspricht. Die Soll-Geschwindigkeit wird
durch die Kurbel 38 und die Skala 39 über die Welle 37 und die Schnecke 36 an der
Abgriffsbasis 34 eingestellt. Dabei ist die Skala 39 so geeicht, daß, wenn die auf
ihr eingestellte Soll-Geschwindigkeit der von dem Staurohr gemessenen Ist-Geschwindigkeit
entspricht, die Angriffsbasis so steht, daß der von der Membran 31 eingestellte
Hebel 33 keinen Kontakt gibt. Ändert sich jetzt die Ist-Geschwindigkeit, so gibt
der Hebel 33 Kontakt. Der Wendemotor 40 läuft an und verstellt über das Untersetzungsgetriebe
die Abgriffsbasis 12, 48 des Kreiselhorizontes. Jetzt deckt die Blende i i nicht
mehr den ganzen aus der Düse 12 heraustretenden Luftstrom ab. Die in Differentialschaltung
.liegenden und von der Stromquelle 15 geheizten Widerstände 13 und 14 werden verschieden
abgekühlt, was .eine Widerstandsänderung zur Folge hat, so daß in den beiden Stromkreisen
eine Stromdifferenz entsteht. Diese Stromdifferenz läßt den Drehmagneten 16 ansprechen,
der in bekannter Weise eine Verstellung des Höhenruders 28 bewirkt. Ist die geforderte
Soll-Geschwindigkeit erreicht, so öffnen sich die Kontakte, und die Einrichtung
wird stillgesetzt. Sollte sich der Einstellwinkel des Flugzeuges infolge Böen o.
dgl. ändern, so werden diese Schwankungen schon durch den Kreiselhorizont, der ja
stets im wahren Lot bleibt, mittels der Blende i i ausgeglichen, ehe noch ein Steigen
oder Sinken der Geschwindigkeit den Geschwindigkeitsmesser zum Ansprechen bringt.
-
Wie schon in der Einleitung erwähnt, ist aber die für die normale
Selbststeuerung notwendige große Untersetzung sehr störend, wenn eine plötzliche
Geschwindigkeits- oder Neigungsänderung erforderlich ist. Zur Vermeidung dieses
Nachteiles dient die gemäß der Erfindung vorgesehene Kurbel 49. Will z. B, der Flugzeugführer
möglichst rasch auf
eine andere Geschwindigkeit kommen, so verstcllt
er mit Hilfe dieser Kurbel über die Welle 46 die Düse 12, wobei er die große Untersetzung
durch die Rutschkupplung 5o ausschaltet. Das Höhenruder wird nun in der ,schon vorher
geschilderten Weise betätigt. Hat .dann das Flugzeug eine neue Geschwindigkeit angenommen,
so wird diese mit der Kurbel 38 an dem Geschwindigkeitsmesser eingestellt, worauf
dieser dann die weitere Einhaltung der Geschwindigkeit übernimmt.
-
Die in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendete Rutschkupplung
kann selbstverständlich auch durch ein Differentialgetriebe o. dgl. ersetzt werden.
Weiterhin ist es .selbstverständlich, daß an Stelle des am Kreiselhorizont verwendeten
Bolometerabgriffs irgendein anderer Abgriff treten kann.