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Selbsttätige Rudersteuerung für Fahrzeuge, insbesondere Luftfahrzeuge
Bei der Steuerung von Fahrzeugen, insbesondere Luft- und Wasserfahrzeugen, ist die
Anpassung der Größe des Ruderausschlages an die Fahrgeschwindigkeit von Bedeutung.
Das Problem der Fahrtanpassung ist an sich seit langem bekannt und hat zu verschiedenen
Lösungsvorschlägen geführt, die im wesentlichen darauf beruhen, zwischen dem Steuerwertgeber
und dem Ruder :eine Übersetzung vorzusehen, durch welche der einem Steuerwert zugeordnete
Ruderausschlag in seiner Größe veränderlich gemacht wird. Zu diesem Zweck sind bei
einer selbsttätigen Steuerung von Hand verstellbare Übersetzungsgetriebe, bei einer
anderen nichtselbsttätigen Steuerung ist in den Sten.Lergestänge zwischen Steuerknüppiel
und Ruder eine Übersetzung vorgesehen, die durch eine auf die Fahrgeschwindigkeit
ansprechende Vorrichtung selbsttätig veränderlich ist.
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Ein weiterer Vorschlag geht dahin, bei einem selbsttätigen Steuer
die auf die ]Fahrgeschwindigkeit ansprechende Vorrichtung auf das den Rudermotor
schaltende Organ arbeiten zu lassen. Sofern bei diesen Einrichtungen eine Rückführung
vorgesehen ist,, wird die Fahrgeschwindigkeit durch ein den Ruderdruck messendes
Organeingesteuert, z. B. in der Weise, daß als Rückführwert der Druckmitteldruck
eines hydraulischen oder pneumatischen Rudermotors gemessen und -ein der Ruderrnotorkraft
verhältnisgleicher Druckmittelmengenimpuls auf Bein mit dem Kraftschalter für den
Rudermotor verbundenes druckmittelempfindliches Organ zur Einwirkung gebracht wird.
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Der Ruderdruck gibt indes nur :dann ein Maß für die Größe des die
Rückdrehung des Fahrzeuges bewirkenden Rudermomentes, wenn :ein sogenanntes statisch
stabiles Ruder bzw. Leitwerk verwendet ist. Ein Leitwerk gilt als .statisch stabil,
wenn bei Auslenkung des Ruders aus- der Normal- bzw. Nullage das zur Verstellung
des Ruders aufzuwendende Moment mit der Zunahme ,dea Ruderausschlages ebenfalls
entsprechend zunimmt. Das bei der Verstellung des Ruders zu bewältigende Gegenmoment
kann jedoch bei mittleren und großen Flugzeugen so groß werden, daß seine Überwindung
:durch den
Piloten unmöglich wird. Aus diesem Grund hat man Ausgleichsvorrichtungen
vorgesehen, durch welche das Gegenmoment verringert und damit das Ruderstellmoment
herab-; -setzt wird. Man spricht in diesem Falle von einer Kompensation des Ruders.
Diese Kompensation kann in bekannter Weise z. B. dadurch erfolgen, daß die Drehachse
des Ruders versetzt wird oder daß über de Drehachse des Ruders hinaus Kompensationsilächen
vorgesehen werden. Bei anderen Einrichtungen wird die Ruderendkante autoinatisch
vers(e 11t.
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In den genannten Fällen, in denen das Ruder nicht mehr statisch stabil
ist, gibt der Ruderdruck bzw. die indem Rudergestänge wirksam werdende Rudermotorkraft
kein brauchbares Maß für die Größe des von dem strömenden Medium mittels des Ruders
auf das Fahrzeug ausgeübten Rudermomentes. Um indes auch in diesen Fällen die Fahrgeschwindigkeit
bei der Ruderlegung zu berücksichtigen, wird gemäß der Erfindung als Rückführwert
der unmittelbar auf die Ruderflächen wirkende Druck des das Ruder beaufschlagenden
strömenden Mediums- gemessen. Die näheren Einzelheiten ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigt Fig.
i schematisch eine hydraulische oder pneumatische Hilfsmotoranordnung mit Kolbentrieb
für die Rückführung, Fig.2 einen Drehmagneten als Rückführorgan, Fig.3 ein an sich
bekanntes Schaltbild einer Potentiometerschaltung, Fig. 4. einen Schnitt durch das
Seitenruder mit eingebauter Memabrandose, Fig. 5 einen Schnitt durch das Seitenruder
mit je einer Membrandose zu beiden Seiten des Ruders, Fig.6 in Draufsicht das Seitenruder
mit Hilfssreuerfl.ächen, Fig. 7 eine Seitenansicht der Fg. 6.
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In Fig. i ist als Ausführungsbeispiel das Schema einer hydraulischen
oder pneumatischen Hilfsmotoranordnung für das Seitenruder eines Luftfahrzeuges
dargestellt. Die Steuerwerte des in der Zeichnung nicht dargestellten Richtgebers
bzw. des Richtgebersystems werden über den Steuerarm i auf den Differentialhebel
2 und durch diesen auf die mit ihm gelenkig verbundene Stange 3 eines als Kolbenschieber
ausgebildeten Steuerorgans 4. geleitet. Der Steuerschieber steuert beispielsweise
den Druckölzufluß zum Arbeitszylinder 5 mit dem Arbeitskolben 6. Die
Kolbenstange
7 steht in Einstellverbindung mit dem Seitenruder B. Das Seitenruder enthält an
seinen beiden von dem strömenden Medium beaufschlagten Seiten je eine Öffnung 9
und io, die über entsprechende Leitungen i i und 12 mit einem Kolbentrieb 13 in
Verbindung stVhen. Die beiden Zylinderräume dieses Kolbentriebes sind auf diese,
Weise in Diferent-,alschaltun- an die beiden Seiten des Ruders 8 angeschlossen.
Der Verstellkolben 14. des Kolbentriebes 13 ist mit seiner Kolbenstange 15 gelenkig
mit dem Dif£erentialhebe12 verbunden.
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vVird nun das Ruder 8 in Abhängigkeit von den Ausschlägen des bzw.
der Steuergeber ausgelenkt, so wird durch die beiden Ürinungen 9 und io der zu beiden
Seiten des Ruders herrschende Druck auf den Kolbentrieb 13 übertragen und der Verstellkolben
14 entsprechend der Differenz dieser beidem Drücke verstellt. Die Verstellung des
Kolbens 14. bewirkt eine vntsprechende Verstellbewegung des Differentialhebels 2.
durch die der Steuerkolben des Steuerschiebers zurückgeführt wird. Das Maß der Rückführung
ist infolgedessen bestimmt durch den auf das Seitenruder unmittelbar wirkenden Druck
des strömenden Mediums bzw. durch die entsprechende Druckdifferenz. Der Verstellkolben
1d ist elastisch, beispielsweise durch Federfesselung, an seine Nullage gefesselt.
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Statt dieses Kolbentriebes läßt sich z«-eckmäßigerweise auch eine
Membrandosenanordnun- verwenden, bei welcher der Differenzdruck auf eine oder mehrere
Membranen -wirkt und aus der Durchbiegung der 'vlembran die Rückführbewegung gewonnen
wird.
| In Fig. 4. ist das Seitenruder im Quer- |
| schnitt dargestellt. Im Innern des Ruders |
| ist eine Membrandose 16 mit einer Membran |
| 17 eingebaut. Die beiden Räume der -Meni- |
| brandose stehen über die öffnungen 9 und |
| i o in Verbindung mit den beiden Strömungs- |
| flächen des Ruders. Auf die Membran wir- |
| ken wiederum die Drücke zu beiden Seiten |
| des Ruders, so daß sich die Membran ein- |
| sprechend der Druckdifferenz dtirclibiegt. Mit |
| der Membran ist verbunden ein Kontaktarm |
| 18, der beispielsweise mit einem Potentiv)- |
| meter i9 verbunden sein kann. |
| Ein Beispiel einer derartigen an sich be- |
| kannten Potentiometerschaltung ist iii. Fig.3 |
| dargestellt. Mit Hilfe dieser llemhrandose |
| wird die Druckdifferenz umgesetzt in eine |
| elektrische Größe, die zur Betätigung eines |
| an sich. bekannten Drehmagneten:betmtzt «wird. |
| In Fig.2 ist ein Drehmagnet 2o bezeigt. |
| dessen drehbeweglicher Teil 21 einen mit ihm |
| fest verbundenen Arm 22 aufweist, der ge- |
| lenkig mit dem Diftereiitialhebcl 2 verbunden |
| ist. Die Verstellung des drelibe@t-egliclicii |
| Teils 21 des Drehmagneten erfolgt in Ab- |
hängigkeit von der durch die Membrandose gemessenen Druckdifferenz.
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Ein weiteres Beispiel seiner Membrandosenanordnung ist in Fg. 5 gezeigt.
Bei diesem Beispiel ist je eine Membrandose 23, 2q. zu beiden Seiten des
Ruders .8 ,angeordnet. Die beiden Membrandosen stehenwiederum durch die beiden Öffnungen
9 und io in Verbindung mit den beiden Strömungsflächen des Ruders. Die beiden Membranen
25 und 26 der beiden Membrandos-en sind gekuppelt mit einem Kontakthebe127, der
am Ruder gelenkig angeordnet ist. Der Kontakthebel 27 steht wiederum in Verbindung
mit einem Potentiometer, für welches die Druckdifferenz in einen entsprechenden
.elektrischen Wert umgesetzt und auf den Drehmagneten 20,21 geleitet wird.
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Die Ermittlung des auf das Flugzeug ein-. wirkenden Rudermomentes
kann auch geschehen mit Hilfe eines kleinen Hilfsruders, das mit dem Hauptruder
gekuppelt ist. In Fig. 6 und 7 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei welchem
.ein dem Seitenruder im wesentlichen ähnliches Hilfsruder 28 auf dem Seitenruder
angeordnet ist. Das Hilfsruder ist mit Hilfe von Federn 29, 3o, die an entsprechenden
Lagerstellen 3 i, 32 des Seitenruders angeordnet sind, in seiner Nullage gefesselt.
Bei Auslenkungen des Seitenruders wird die Größe des auf dies-es bzw. auf das Hilfsruder
wirkenden Druckes aus der Kraft der Fesselung des Hilfsruders abgeleitet und ebenfalls
mit Hilfe eines Potentiometers in eine elektrische Größe umgesetzt.
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Es versteht sich im Rahmen des Erfindungsgedankens ohne weiteres,
daß statt der hydraulischen oder pneumatischen auch el:ektrische Rudermaschinen
verwendet werden können. Die Rückführung des Schaltorgans für diese .erfolgt in
gleicher Weise wie bei den dargestellten Ausführungsbeispielen.