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Einrichtung zur Neigungsänderung eines nach einem Kreiselhorizont
von Hand oder selbsttätig gesteuerten Flugzeuges Die Erfindung bezieht sich auf
eine Einrichtung zur Neigun;gsändertnig eines nach einem Kreiselhorizont von Hand
oder selbsttätig gesteuerten Flugzeuges, insbesondere für die Zwecke des geneigten
Kurvenfluges, bei der auf die Präzessionsachs-en des Kreiselhorizontes durch schwerkraftempfindliche
Lagerngeber, z. B. Pendel, ,gesteuerte: Wiederaufrichtmomente ausgeübt werden. Die
Basen der Lagengeher sind hierbei flugzeugfest angeordnet, so daß Wiederaufrichtmomente
nur bei Abweichungen :eines ge;ge,nüber dem Kreisel frei drehbaren Körpers zu seinem
eigenen Scheinlot ausgelöst werden.
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Die Erfindung bezweckt, für eine derarti Einrichtung einen Horizont
zu schaffen, de in einem großen Bereich von Längs- und Querneigungen zu verwenden
ist, ohne daß ier dabei aus seiner Horizontallage gebracht wird. Erfindungsgemäß
wird dies durch die Kombination von in bekannter Weise entsprechend der jeweiligen
Sollneigung des Flugzeuges verstellbaren Basen der vom Kreiselhorizont betätigten
Steuerabgriffe und von am Flugzeug angeordneten Basen der die Wiederaufrichtmomente
steuernden Abgriffe der Pendel o. dgl. in der Weise erreicht, daß bei Einstellung
einer z. B. für den geneigten Kurvenflug erforderlichen Neigung der Abgriffsbasen
am Kreiselhorizont und damit des Flugzeuges die Kreiselhorizontachs:e im wahren
Lot und die Pendel nebst deren Abgriffe im Scheinlot bleiben.
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An Hand der Zeichnung werden die Einzelheiten der Erfindung im nachfolgenden
näher erläutert. Es ist i ein in beliebiger Weis; angetriebener Horizontkreisel
und a seine Umlaufachse. Der Kreisel ist in :einem Gehäuse 3 untergebracht, das
mit Hilfe einer Achse 4 an einem Kardanring 5 gelagert ist. Der Kardanring selbst
wird -mittels der Achse 6 von flugzeugfesten Lagern getragen. Zur Anzeige der Kreiselstellung
dient eine Horizontscheibe 7 und ein Flugzeugmodell 8, wobei Direhungen des Kreisels
um die der Flugrichtung parallele Achse q. mittels eines Bügels 9 auf die Scheibe
7 übertragen werden und Drehungen um die Achse 6 Aufundabbewegungen des durch einen
Arm io mit dem Kardanring 5 verbundenen Flugzeugmodells 8 hervorrufen.
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Die eben erwähnten Drehungen, die der Kreisel um seine Präzessionsachsen
ausführt, werden außerdem zur Beeinflussung der
Selbststeuereinrichtung
des Flugzeuges benutzt. Für die Drehung um die Achse 6 geschieht dies in der Weise,
daß eine auf dieser Achse fest angeordnete Blende ii zwischen einer Düse 12 und
Widerständen 13 und 14 spielt und einen aus den beiden Schlitzen der Düse 12 heraustretenden
Luftstrom steuert. Die Erzeugung dieses Luftstromes ,geschieht zweckmäßig durch
eine: mit Wechselstrom erregte Telephonmenibran, was in der Zeichnung nicht näher
angedeutet wird. Die Widerstände 13 und 14. liegen in einer von einer Stromquelle
15 gespeisten Differentialschaltung zu der Wicklung eines Drehmagneten 16. Ein in
dieser Schaltung infolge unsymmetrischer Abdeckung des aus der Düse 12 austretenden
Luftstrahles durch die Blende i i fließender Differenzstrom bringt den Drehmagneten
zum Ansprechen. Ein Kreiselwendezeiger 17, der im Flugzeug so angeordnet ist, daß
er die Winkelgeschwindigkeit der Drehbewegungen des Flugzeuges um die Querachse
anzeigt, arbeitet zusammen mit dem Drehmagneten 16 über ein Gestänge, das aus den
Teilen 18 bis 24. besteht, auf den Steuerschieber 25 eines Servomotors 26, der dann
mit Hilfe seiner Kolhenstange 27 das Höhenruder betätigt. Der `'erlauf des Druckmittelsxromes
wird durch die Pfeile angedeutet.
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Die Stellung der Düse 12 zu der Blende i i wird in Abhängigkeit von
einem Fahrtmesser verstellt. Dieser besteht in einem Staurohr 28, das eine in einem
Gehäuse 29 untergebrachte Membran 30 entgegen dem Zug einer Feder 31 beeinflußt.
Die Membran 30 verstellt einen Hebel 32, dessen freies Endc als Kontaktarm
ausgebildet ist und zwischen den Kontaktstücken 33 und 3.1 sich bewegt. Die Kontaktstücke
sind auf einem Schneckenradsegment 35 befestigt, das in Eingriff mit einer Schnecke
36 steht. Der Antrieb der Schnecke 36 erfolgt über eine Welle 37, ein Kegelradgetriebe
38 und 39 durch einen Wendemotor 4.i. Die aus den Teilen 32, 33 und 34 bestehende
Schaltvorrichtung liegt in dem von einer Stromquelle 4o gespeisten Stromkreis des
Wendemotors4i, der -außerdem ein aus zwei Schnecken 42 und -.4. und zwei Schneckenrädern
,13 und :15 bestehendes Untersetzungsgetriebe antreibt. Das Untersetzungsgetriebe
ist über eine Welle .l6 mit einer Schnecke 4.7 verbunden, die ihrerseits mit einem
mit der Düse 12 fest verbundenen Schneckenradsegment .48 in Eingriff steht.
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Die Drehungen, die der Horizont um die Achse. ausführt, werden zur
Beeinflussung der Querruder benutzt. Hierzu ist eine Blende 49 gleichachsig zu der
Achse 4. drehbar angeordnet, auf die die Bewegungen des Horizontes um die Achse
4. mit Hilfe des Bügels 9 übertragen werden. Die Blende steuert ebenfalls einen
aus den beiden Schlitzen -einer Düse 5o heraustretenden und gegen die Widerstände
5 i und 52 gerichteten Luftstrahl. Die Widerstände liegen in einer durch eine Stromquelle
53 gespeisten Differeritfalschaltung zu der Wicklung eines Drehmagneten 5.1. Ein
Kreisehvendezeiger 55, der in dein Flugzeug so aufgestellt ist, daß er die Winkelgeschwindigkeit
der Drehbewegung des Flugzeuges um die Längsachse anzeigt, arbeitet zusainrnen mit
dem Drehmagneten 54. über ein Gestänge, das aus den Teilen 57 bis 62 besteht, auf
den Steuerschieber 63 eines Servomotors 6.1; der Servomotor arbeitet dann mit Hilfe
seiner Kolbenstange 65 auf die Querruder des Flugzeuges.
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Die Relativstellung der Düse 5o gegen die Blende .19 wird in Abhängigkeit
von einem Fahrtmesser und einem. die Winkelgeschwindigkeit der Drehbewegung des
Flugzeuges um die Hochachse messenden Kreisehvendezeiger eingestellt, indem das
aus den beiden Meßgrößen gebildete Produkt einen Motor steuert, der über ein Getriebe
diese Verstellung vornimmt. Im einzelnen geschieht dies folgendermaßen: Der Fahrtmesser
besteht wieder aus einem Staurohr 66_, das eine in einem Gehäuse 67 untergebrachte
Membran 68 entgegen dem Zuge einer Feder 69 beeinflußt. Ein mit dieser Membran verbundener
Hebel 7 o arbeitet auf die Fesselung eines Wendezeigers 71 in dem Sinne, da.ß bei
Vergrößerung der Fluggeschwindigkeit die Fesselung des Wendezeigers geringer wird.
Hierzu ist der Hebel 70 mit einer Feder verbunden, die zwischen den gabelförmigen
Enden eines auf der Präzessionsachse des Wendezeigers 71 festsitzenden doppelarmigen
Hebels -,2 angeordnet ist. Durch diese Anordnung wird in einfacher Weise erreicht,
daß die Größe des Ausschlages des Wendezeigers abhängig ist von der jeweiligen Fluggeschwindigkeit
des Flugzeuges. Der andere Arm des doppelarmigen Hebels 72 ist als Blende ausgebildet
und steuert den aus einer Düse 73 austretenden und gegen die Widerstände 74. und
75 gerichteten Luftstrahl. Die Widerstände 7 und 75 liegen in einer von einer Stromquelle
76 gespeisten Differentialschaltung zu einem Wendemotor77, der ein Untersetzungsgetriebe
78, 79, 80 und 8 i antreibt. Das Untersetzungsgetriebe ist über eine Welle
82 mit einer Schnecke 83 verbunden, die ihrerseits mit einem mit der Düse 50 fest
verbundenen Schneckenradsegrnent 84. in Eingriff steht. Zur Rückführung arbeitet
der Wendemotor 77 über ein zweites Untersetzungsgetriebe 85, 86, 87 und 88 auf ein
mit der Düse 7 3 fest verbundenes Schneckenradsegment 89.
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Wie bereits eingangs erwähnt, wird der Horizont weiterhin durch eine
Einrichtung
überwacht, die nur auf Abweichungen eines gegenüber
dem Kreisel frei drehbaren Körpers zu dessen Scheinlot in Tätigkeit gesetzt wird.
Hierzu sind an diesem Körper, der in dem Ausführungsbeispiel das Flugzeug selbst
ist, zwei Pendel 9o und 91 angebracht, die um zueinander senkrechte Achsen schwingen
können. Das eine dieser Pendel spricht hilerbei auf die Drehungen des Flugzeuges
um die Querachse an, das andere auf Drehungen um die Längsachse. Bei Abweichung
dieser Bendel von ihrer Mittellage werden Stromkreise geschlossen, die den entsprechenden
Präzcssionsachsen des Kreisels i Wiederaufrichtmomente zuführen. Dies geschieht
in der Weise, daß än den Enden der Achsen 4 und 6 kleine Dauermagnete 92 und 93
befestigt sind, denen Magnetspulen 94 und 95 gegenüberstehen, und zwar derart, daß
ihre Felder durch Einwirkung auf die Magnete - Drehmomente auf die Achse 4 bzw.
6 ausüben können. Die Enden der Spulen 94 und 95 sind mit Kontaktstiften 96 und
97 bzw. 98 und 99 verbunden, die den Pendeln 9o und 91 als Gegenkontakte zugeordnet
sind, während ihre Mittelpunkte über zwei Stromquellen ioo und ioi mit den Pendeln
selbst verbunden. sind.
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Die Wirkungsweise der erfindungs;gemäß-en Anordnung ist folgende:
Im Geradeausflug ist es notwendig; der Längsachse des Flugzeuges einen bestimmten
Anstellwinkel zu geben, dessen Größe abhängig ist von der jeweiligen Fluggeschwindigkeit.
Wäre nun die Düse iunverrückbar mit dem Flugzeug verbunden, so würde, da der Kreisel
i das Bestreben hat, stets im wahren Lot zu verharren, der Anstellwinkel ein unsymmetrisches
Abdecken des aus den Schlitten der Düse 12 austretenden Luftstromes durch .die Blende
i i hervorrufen. Dies würde wiederum das Fließren eines Differenzstromes und damit
ein Ansprechen des Dachmagneten 16 bedingen; der über die Servomotorano@rdnung das
Höhenruder im Sinne einer Rückführung der Flugzeuglängsachse in die Waagerechte
betätigt. Es ist daher notwendig, die Düse i- entsprechend der Geschwindigkeit um
einen bestimmten Winkelbetrag gegenüber der Blende i i zu verschieben, d. h. besitzt
das Flugzeug den für die augenblickliche Gescliwindigk eit erforderlichen- Anstellwinkel,
so muß die Düse so stehen, daß die Blende den austretenden Luftstrom abdeckt. Diese
Stellung wird mit Hilfe des Fahrtmessers in folgender Weise erreicht: Durch das
Staurohr 28 wird der Membran 3o ein Druck reitgeteilt, der der im Augenblick
herrschenden Fahrgeschwindigkeit des Flugzeuges entspricht und der eine gewisse
Stellung des Kontakthebels 32 hervorruft. Hat nun die Düse 12 nicht die dem Anstellwinkel
für die augenblickliche Fahrgeschwindigkeit entsprechende Läge gegen die Blende
i i, so kommt der Kontakthebel 32 mit einem der Kontakte 33 oder 34 in Berührung
und setzt den Wendemotor 41 in Gang. Dieser gibt dann der Düse 12 über das Untersetzungsgetrieb.e,
das aus den Teilen 42 bis 47 besteht, die erforderliche Lage. Ist d.i@esie Lage
erreicht, hat der Motor gleichzeitig über das aus den Teilen 36 bis 39 bestehende
Getriebe das Schneckenradsegm@ent 35 so verstellt, daß der Kontakthebel32 zwischen
die Kontakte 33 und 34 zu stellen kommt und dadurch der Motor stillgesetzt wird.
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Weiterhin wird aber noch der Horizont gemäß den Drehungen des Flugzeuges
um die Querachse durch das Pendel 9o überwacht. Wäre auch hier die Lage der Kontaktstifte
96 und 97 gegen das Pendel 9o unveränderlich, so würde, falls das Flugzeug den der
augenblicklich herrschenden Fluggeschwindigkeit entsprechenden Anstellwinkel besitzt,
das Pendel sich ja in das wahre Lot einstellen, da keinerlei Kräfte auftreten und
einen Stromkreis schließen. Es würde hierdurch ein Moment auf. die Präzessionsachse
4 des Horizontkreisels i in der bereits bleschriebenen Weise ausgeübt werden, der
Kreisel würde präzedieren und durch die damit verbundene Betätigung des Steuerabgriffes
das Höhenruder beeinflussen und damit die Lage der Längsachse, d. h. den Anstellwinko,
stören. U m dies zu vermeiden, wird daher die Lage der Kontaktstifte 96 und 97 gegen
das Pendel go verschoben, und zwar ebenfalls durch einen Fährtmesser. Aus Zweckmäßigkeitsgründen
wird hierzu der gleiche Fahrtmesser benutzt, der auch die Verstellung der Düse 1.2
vornimmt. Dementsprechend sind die Kontaktstifte 96 und 97 unmittelbar an dem Schneckenradsegment
48 angeordnet. Besitzt jetzt das Flugzeug den erforderlichen Anstellwinkel, -so
wird durch das Pendel 9o kein Stromkreis geschlossen und demzufolge auch kein Moment
auf die Präzessionsachse des Horizontkreisels ausgeübt, das die Stabilität der Flugzeuglängsachse
stört.
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Aus der bisher beschriebenen Wirkungsweise geht also hervor, daß zur
Änderung der Längsneigung eines Flugzeuges im Geradeausflug sowohl die Basis des
Ste@lerabgriffes als auch die Basis des überwachungsabgriffesgleichzeitig und um
gleiche Beträge verschoben werden muß.
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Für den geneigten Kurvenflug ist es aus Stabilitätsgründen erforderlich,
denn Flugzeug eine bestimmte Querneigung zu geben, und zwar hängt die Größe dieser
Neigung ab von der im Augenblick herrschenden Fluggeschwindigkeit und der Dreh;geschwindigk
eit des Flugzeuges um die Hochachse. Aus den
gleichen Gründen wie
vorhin für die Längsneigung des Flugzeuges im Geradeaus-Hug muß daher entsprechend
die Düse 5o gegen die Blende 49 verschoben werden, d. h. die Düse 5o muß mit einer
bestimmten Kurvenlüge des Flugzeuges so stehen, daß die mit der Achse 4 fest verbundene
Blende 49 die aus der Düse austretenden Luftströme symmetrisch abdeckt. Die überwachung
dieser Düsenstellung wird von einem Fahrtmesser und einem Kreisehvendezeiger ausgeführt.
Die von diesen Meßgeräten ermittelten Werte werden, wie dies an einer anderen Stelle
der Beschreibung bereits ausführlich -dargelegt ist, multipliziert und steinern
den Wendemotor 77, der über das Untersetzungsgetriebe, das aus den Teilen 79 bis
83 besteht, die Düse 5o in diesem Sinne verstellt.
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Bei der Überwachungseinrichtung für den Horizont um die Flugzeuglängsachse
ist dagegen eine Veränderung der Lage der Kontaktstifte 98 und 99 gegen das
Pendel 9 i nicht erforderlich. Im geneigten Kurvenflug stellt sich ja bekanntlich
infolge der auftretenden Zentrifugalkräfte das Pendel in das Scheinlot ein. Hat
nun das Flugzeug die für .den geneigten Kurvenflug notwendige Lage ein genommen,
so sind bei der hierzu @erforderlichen Drehung um die Längsachse auch die Kontaktstifte
98 und 99 mitgenommen worden, so daß das Pendel zwischen den Kontaktstiften
steht und somit keinen Stromkreis schließen kann, der irgendwie unerwünschte Momente
auf die Präzessionsachse des Horizontkreisels ausüben würde.
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Im Gegensatz zu den Änderungen der Flugzeuglänssachse ist also bei
Änderung der Flugzeugquerneigung nur die Basis des Steuerabgriffes zu verschieben,
während die Basis des überwachungsabgrifies nicht verschoben wird.