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Einrichtung zum Einsteuern eines Fahrzeuges, insbesondere Flugzeuges,
in eine durch einen Punkt verlaufende Leitstraße Der Erfindung liegt die Aufgabe
zugrunde, ein Fahrzeug; z. B. ein Flugzeug oder ein Schiff, unter dauernder Anpeilung
eines drahtlosen Senders oder eines optisch sichtbaren Bezugspunktes selbsttätig
auf einer in eine vorgegebene Leitstraße durch diesen Punkt bzw. Sender tangential
einmündenden Kurve zu lenken und nach Erreichen der Leitstraße in dieser zu halten.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bereits vorgeschlagen worden, das Fahrzeug nach den
Angaben eines absoluten Richtungsgebers, z. B. eines Azimutkreisels, (selbsttätig
oder von Hand) zu steuern, wobei an diesem absoluten Richtungsgeber der zu steuernde
Kurs durch einen von einer Meßeinrichtung für den Abstand des Fahrzeuges von der
Leitstraße steuerbaren Antrieb einstellbar ist. Als Meßeinrichtung für den Abstand
wird hierbei ein sich selbsttätig in die Richtung zum Sender
nachdrehender
Peiler verwendet, wobei der Drehantrieb des Peilers mit der Dreheinstellung für
die Sollrichtung am absoluten Richtungsgeber derart triebmäßig verbunden ist, daß
die Drehgeschwindigkeit des Flugzeuges längs der zur Leitstraße führenden Einsteuerungskurve
bei vorausliegendem Sender größer als die Drehgeschwindigkeit des Peilers ist.
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Diese ältere Lösung vermag das Flugzeug nur in einer verhältnismäßig
schwach gekrümmten Kurve in die Leitstraße einzusteuern, so daß in den Fällen, wo
das Flugzeug zu Beginn verhältnismäßig weit von der Leitstraße entfernt ist, letztere
erst nach ziemlich langer Zeit erreicht wird.
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Die Erfindung betrifft eine Verbesserung der vorbeschriebenen Steuerung
in dem Sinne. daß bei großen, z. B. als Winkel gemessenen Entfernungen von der Leitstraße
diese unter einem beliebigen Winkel, z_. B. rechtwinklig, angesteuert wird, während
nach Annäherung an die Leitstraße bis zu einem bestimmten Abstandswert die Leitstraße
selbsttätig zunächst unter 30- und mit «-eiferer Annäherung unter stetig
kleiner werdendem Wilzkel angesteuert wird.
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Diese eine erheblich schnellere t'berführung des F ahrzeuges in die
Leitstraße ermöglichende Steuerung ist dadurch erzielt. daß nach Einstellung der
Leitstraßenrichtung an dem absoluten Richtungsgeber der von der Abstandsmeßeinrichtung
steuerbare Antrieb für die Kurseinstellung am absoluten Richtungsgeber entsprechend
den Ausschlägen einer Vergleichseinrichtung regelbar ist, die einerseits gemäß dem
Abstand des Fahrzeuges von der Leitstraße und andererseits gemäß dem durch diesen
Antrieb am absoluten Richtungsgeber eingestellten Kurswinkel beeinflußbar ist; hierbei
ist der von der Abstandsmeßeinrichtung erhaltene Steuerwert auf einen Höchstwert
begrenzt, welcher in der Vergleichseinrichtung durch den zu einem Kurswinkel von
etwa go' gegenüber der Leitstraße gehörenden Gegensteuerwert kompensiert wird.
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Dies und weitere Einzelheiten der Erfindung sind nachstehend an einem
in Abb. i und i a der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel für
die in Abb. -- i beispielsweise dargestellte Einsteuerungskurve näher beschrieben.
Zuvor sei aber noch erwähnt, daß es bereits bekannt ist, einen gewöhnlichen Sender
unter Verwendung eines absoluten Richtungsgebers und einer Peileinriclzttiiia anzufliegen.
Hierbei kommt es jedoch im Gegensatz zur Erfindung darauf an, das Flugzeug längs
eines gerade zum Senderort führenden Kurses zu steuern, und zwar unabhängig von
einer etwaigen Wind- j abtrift. Ferner ist auch das selbsttätige Einsteuern eines
Flugzeuges in eine durch einen gerichteten Sender erzeugte Bakeilleitstraße bekannt.
wobei auf dem die Bake ansteuernden Fahrzeug sowohl ein (den Abstand des Fahrzeuges
von der Bake messen-(-ler) angerichteter Empfänger als auch ein die Kursrichtung
des Fahrzeuge; gegenüber der Richtung zum Sender anessender Peilempfänger angeordnet
sind und die Ausgangswerte dieser beiden Empfänger in einer Vergleichseinrichtung
in solche Beziehung zueinander gebracht sind. daß das Fahrzeug entsprechend der
Differenz zwischen den Ausgangswerten der Empfänger tangential in die vom Sender
ausgestrahlte Take eingesteuert wird.
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E5 sei zunächst die Einrichtung zur selbsttätigen Ruderlegung beschrieben,
die sich i» der Zeichnung links von der Welle 23 befi»-det. Als Richtungsgeber dient
ein Kreisel i. der mittels der Achszapfeil 2'. _ ' in seinem Schwerpunkt und senkrecht
zur Umlaufachse 3 in dein Rahmen a. gelagert ist, der wiederum um die vertikalen
Achszapfen 3'. 3" frei drehbar ist. Die hreiselumlaufachse 3 hält bekanntlich ihre
Richtung im Rauine ein. Die Beziehung zur lordsüdrielztung kann durch Einstellung
und laufende >` l)er«-achung gemäß den Angaben eines nicht dargestellten Kompasses
aufrechterhalten bleiben. Der am Ende des Zapfens 3" sitzende Arm 6 ist mit einem
elektrischen Schleifkontakt versehen, der über einen auf dein Schneckenrad 7 angebrachten
Spannungsteilerwiderstand8 schleift. Das Schneckenrad 7 kann über die Schnecke
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und das Differentialgetriebe io von der Handkurbel ii gemäß Skala 12 auf
den Sollkurs eingestellt «-erden. Die beiden Enden des Widerstandes 8 sind zu deal
Spulenenden eines Drehmagneten 13 geführt, und eine Stromquelle 14 liegt einerseits
am Schleifkontakt 6 und andererseits an der Drehspule des Drehmagneten 13. Dieser
betätigt über ein Gestänge den Steuerschieber i i' einer hydraulischen Rudermaschine
13. die insgesamt gestrichelt angedeutet ist und das Seitenruder 16 einstellt. Wenn
das Schnekkenrad 7 bzw. der Widerstand 8 etwa infolge einer mittels der Kurbel i
i vorgenommenen Sollkursänderung nicht mehr mittag zum Kontaktarm 6 steht, dann
sind die über die beiden Enden der Wicklung S und die beiden Spuleilhälften des
Drelinlagneten 13 fließen- . den Ströme ungleich, so daß der Drehmagnet aasgelenkt,
hierdurch die Rudermaschine eingeschaltet und das Ruder gelegt wird. Das Flugzeug
dreht sich nur so lange, bis der Widerstand 8 von dein raumfesten Kontaktarm 6 genau
in der -litte abgegriffen wird. Die ungleichen 1loinente am Drehmagnetr
elais
13 verschwinden dann, und das Ruder wird in die Mittelstellung zurückgeführt.
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Bei dieser an sich bekannten Einrichtung ist der Sollkurs an dem Steüerpotentiometer
6, 8 des Kurskreisels i über das Differentialgetriebe io noch selbsttätig einstellbar
von einem Motor 22, der von einer Peilantenne 17 mit Peilempfänger 18 steuerbar
ist. Zu diesem Zweck beeinflußt die im Peilrahmen 17 induzierte Spannung über einen
Umschalter ig die Drehspule 2o' des Drehmagneten 2o, dessen federgefesselter Kontaktarm
2o" einen zwischen zwei Kontaktschienen 34' und 34" liegenden Spannungsteilerwiderstand
33 einstellt. An das so ausgebildete Potentiometer 20", 33, 34', 34@' ist die rechte
Ankerwicklung eines als Vergleichseinrichtung im Sinne der Erfindung dienenden polarisierten
Drehrelais 21 angeschlossen; dessen linke Ankerwicklung in noch zu erläuternder
Weise eine Gegenerregung entsprechend dem von dem 1,lotor 22 eingestellten Sollkurswinkel
erhält. Das Differentialrelais 21 schaltet je nach seiner Ausschlagrichtung den
Motor 22 im einen oder anderen Umlaufsinne ein. Der Motor ist über Welle 23, Zahnräder
a4 und eine elel-,tromagnetische Kupplung 25 mit dem Differentialgetriebe io verbunden.
Dieses Differentialgetriebe erfüllt lediglich den Zweck, die selbsttätige und die
manuelle Sollkurseinstellung voneinander unabhängig zu halten.
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Die Peileinrichtung ist so ausgebildet, daß sie die besondere Aufgabe,
den Abstand von einer Leitstraße zu messen, erfüllt. Diesem Zweck dient die Triebverbindung
des Peilrahmens mit dem Motor 22 unter Vermittlung der Elektromagnetkupplung 26,
Zahnräder 27 und Schneckentrieb 28. Da die Drehung der Peilantenne gleich groß,
aber entgegengesetzt zu der durch Drehung der Potentiometerhasis 7 veranlaßten Flugzeugdrehung
ist, so behält der Peilrahmen seine jeweilige ursprüngliche Azimutrichtung bei.
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Von der Welle 23 ist über Zahnräder 29 und Schneckentrieb 3o der Kontaktarm
31 eines Potentiometers einstellbar, an das die -zweite (linke) Wicklung des Relais
21 gelegt ist. Die von diesem Potentiometer gesteuerte Gegenerregung des Relais
21 ist somit der durch den Motor 22 bewirkten Drehung des Potentiometerabgriffes
des Kurskreisels, also der selbsttätigen Sollkursänderung des Flugzeuges verhältig.
Das Potentiometer 31, 35', 35" ist so ausgebildet, daß es bei einer von dem Motor
22 eingestellten Sollkursänderung von etwa go° (etwa in der punktiert gezeichneten
Lage des Kontaktarmes 31) eine Gegenerregung des Relais 21 bewirkt, die gleich der
größtmöglichen Erregung dieses Relais durch das Potentiometer 20 ", 33, 34r 34"
ist. Letztere Erregung ist durch die endliche Länge des Widerstandes 33 bzw. die
widerstandslosen Kontaktbahnen 34 , 34"' begrenzt.
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Die Wirkungsweise der Einrichtung ist im Hinblick auf Abb. 2. der
Zeichnung folgende Es liege die Aufgabe vor, ein Flugzeug, das sich in zunächst
beliebiger Flugrichtung am Ort F (Abb. 2) befindet, in der Richtung r zu dem mit
einem Sender S ausgerüsteten Landeplatz L zu führen. Dem Flugzeugführer ist die
Kursrichtung r der Leitstraße bekannt. Bei geöffnetem Schalter 36 und somit bei
gelösten Kupplungen 25 und 26 stellt der Flugzeugführer an dem Steuerpotentiometer
6, 8 des als absoluter Richtungsgeber verwendeten Kurskreisels i den genannten Kurs
der Leitstraße ein, indem er mittels Handhabe i i die Kursrose 12 so lange dreht,
bis der erwähnte Kurs gegenüber der festen Marke 12' angezeigt wird. Mittels der
beim Ausführungsbeispiel der Abb. i an dieses Steuerpotentiometer 6, 8 angeschlossenen
selbsttätigen Seitenruderlegvorrichtung wird alsdann das Flugzeug so lange gedreht,
bis seine Längsachse in Richtung der zu der Leitstraße r parallelen Geraden r' steht.
Damit hat das Flugzeug die in Abb. 2 dargestellte Ausgangsrichtung eingenommen.
Da das Pötentiometer 31, 35', 35" verhältig zu Kursabweichungen des Flugzeuges von-
der Leitstraßenrichtung aus gelenkt werden soll, muß sein Abgriff 34 nachdem das
Flugzeug die Leitstraßenrichtung eingenommen hat, auf den Potentiometernullpunkt
gestellt werden. Dies erfolgt mittels der Handkurbel 51 gemäß der auf der Einstellskala
52 befindlichen Marke 52' gegenüber der Nullmarke 52". Mit der Einstellung wird
zugleich die Peilrichtung des Peilrahmens parallel zur Flugzeuglängsachse und also
auch parallel zur Leitstraße ausgerichtet. Alsdann wird der Schalter 36 eingelegt,
so daß der Motor 22 mit der Basis des Steuerpotentiometers 6, 8 sowie mit der Richtachse
des Peilrahmens und mit der Antriebswelle des Kontaktarmes 31 gekuppelt ist. Der
Peilrahmen 17 liefert nun seinem Empfänger 18 eine der Entfernung des Flugzeuges
von der Leitstraße r entsprechende Steuerspannung, denn die im Peilrahmen vom Sender
S induzierte Spannung entspricht dem Winkel a zwischen der unveränderlichen Peilrichtung
r und der Verbindungslinie zwischen dem Flugzeugstandort und dem Sender. Durch diese
Spannung wird über einen von Hand einstellbaren Vorschaltwiderstand 37 der Drehmagnet
2o erregt, dessen federgefesselter Kontaktarm 2o" einen der Richtung und bis zu
einem bestimmten Grenzwert auch der Größe der Winkelabweichung a entsprechenden
Ausschlag erfährt. Dieser Ausschlag ist
zunächst viel größer als
der Winkelbereich des Potentiometer-,v iderstandes 33. Infolgedessen besitzt die
rechte Wicklung des Steuerrelais 21 ihre größtmögliche Erregung. Der durch dieses
Relais eingeschaltete Motor 22 verstellt nun das Schneckenrad 8 und den Peilrahmen
17 entgegen dem Uhrzeigersinn so lange, bis der gleichzeitig von diesem Motor verdrehte
Kontaktarm 31 beispielsweise die punktiert eingezeichnete Lage einnimmt, bei welcher
die durch die linke Wicklung des Drehrelais -2 i bewirkte Gegenerregung der vorerwähnten
Steuererregung seitens des Potentiometers 20', 33 das Gleichgewicht hält und demzufolge
das Relais in die dargestellte itTullage zurückschwingt und der Motor stillgesetzt
wird. Die erwähnte Verdrehung der Basis 7 des Steuerpotentiometers 6, 8 entgegen
dem Uhrzeigersinn hat eine entsprechend große Drehung des Flugzeuges im Uhrzeigersinn
zur Folge. Gleichzeitig mit dem Flugzeug wird natürlich auch der Peilrahmen (vom
Flugzeug aus gesehen entgegen dem Uhrzeigersinn) gedreht, so daß der Peilrahmen
17 praktisch seine erdbezogene Richtung (also eine stets zu der Leitstraße r parallele
Geradeausrichtung) beibehält. Wenn der Motor 22 durch das Relais 21 ausgeschaltet
wird, soll das Flugzeug infolge der obenerwähnten Ausbildung des Rückführpotentiometers
3r, 35', 35" eine Kursänderung von ungefähr go" vorgenommen haben, so daß es in
der Folgezeit senkrecht auf die Leitstraße r zu fliegt. Diese Flugrichtung behält
das Flugzeug aber nur bis zum Punkt B bei, denn im Punkt B möge bei einem
Peilwinkel a von beispielsweise io''' die im Peilrahmen induzierte Spannung unter
Berücksichtigung des an dem Vorschaltwiderstand 37 eingestellten Widerstandswertes
so klein geworden sein, daß der Kontaktarm 2o' sich von der Kontaktbahn 34' ablöst
und auf das Potentiometer 33 zurückläuft. Infolgedessen wird die von diesem Potentiometer
erhaltene Steuerspannung kleiner als die von dem Potentiometer 31, 35', 35" erhaltene
Gegenspannung, so daß das Relais 2r nach der anderen Richtung ausschlägt und demzufolge
der Motor 22 nunmehr in der entgegengesetzten Richtung anläuft. Die Kursänderung
von 9o2. die das Flugzeug vorher erhalten hatte, wird jetzt rückläufig, bis die
vom Potentiometer 31, 35', 35" gelieferte Gegenspannung auf den Wert der Steuerspannung
am Potentiometer 2o" verkleinert ist. Würde der von dem Kontaktarm 31 überstrichene
Spannungsteilwiderstand über seinen ganzen Bereich gleichförmig abgestuft sein,
so wäre ersichtlich, daß mit wachsender Annäherung des Flugzeuges an die Leitstraße
r eine gleichmäßige Kursänderung des Flugzeuges entgegen dem Uhrzeigersinn einlierlaufen
würde. Um jedoch zunächst ein kräftigeres Einlenken des Flugzeuges in die Leitstraße
r zu erzielen. besitzt der beim Ausführungsbeispiel nach Abb. i zur Bildung der
Gegenerregerspannung verwendete Potentiometerwiderstand widerstandslose Kontaktbahnen
35' und 35", zwischen denen ein sich lediglich über einen Ausschlagsbereich von
± 30° des Kontaktarmes 31 erstreckender gleichförmiger Widerstand geschaltet ist.
Infolgedessen wird vom Punkt B (Abb. 2) ab das Flugzeug zunächst mit der der Laufgeschwindigkeit
des :Motors 22 entsprechenden Winkelgeschwindigkeit entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht,
denn bis zu dem Zeitpunkt, wo der Kontaktarm 3 i sich von der Kontaktbahn 35' ablöst,
überwiegt die von dem Potentiometer 31, 35', 35"
gelieferte Gegenerregerspannung
die von dem Potentiometer 20", 33 erhaltene Steuerspannung, so daß der Motor 22
bis zu diesem Zeitpunkt eingeschaltet bleibt. In der Folgezeit wird hingegen der
Motor 22 nur absatzweise im Sinne einer allmählichen (asymptotischen) Einlenkung
des Flugzeuges in die Leitstraße r eingeschaltet werden. Die erste Kursänderung,
die vorhin mit 9o° angegeben wurde, kann auch einen größeren oder kleineren Winkel
betragen.
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Die beschriebene Einsteuerung des Flugzeuges in die Leitstraße r kann
statt durch die beim Ausführungsbeispiel vorgesehene selbsttätige Ruderlegung auch
von Hand erfolgen, indem der Flugzeugführer die Ruderlegung gemäß den Ausschlägen
eines an das Steuerpotentiometer 6, 8 angeschlossenen Gerätes J so vornimmt, daß
der die Abweichung des Flugzeuges von dem am Steuerpotentiometer eingestellten Sollkurs
angebende Zeiger dieses Gerätes in seiner Nullstellung verbleibt. Ebenso ist es
möglich, die dargestellte Vergleichseinrichtung 21 durch irgendeine andere gleichwertige
Einrichtung zu ersetzen, nach deren Angaben die Kurseinstellung auch von Hand erfolgen
könnte. In Abb. i a ist als Abstandsmesser ein Zielfernrohr P vorgesehen, das, ebenso
wie der Peilempfänger 17 der Abb. i, auf einer von der Welle 23 über Kegelräder
27 und eine Schnecke 28 im Azimut verstellbaren Plattform angeordnet ist, das jedoch
gegenüber dieser Plattform von einer Handkurbel 4o aus entsprechend dem Winkel a
(Abb. 2) gegenüber der Leitstraße r beim Anpeilen des Zieles gedreht wird. Dieser
Drehwinkel a kann dann mittels einer biegsamen Welle oder auch einer elektrischen
Welle in Gestalt eines von der Handkurbel 4o einstellbaren elektrischen Gebers 41
und eines daran angeschlossenen, mit dem Geber synchron laufenden Empfängers 42
in ein Diiterentialgetriebe 43 geleitet werden,
welches gleichzeitig
von .der Welle 23 aus über Kegelräder 29' entsprechend dem von der Welle 23 über
Kegelräder 24 zu dem Steuerpotentiometer des Kurskreisels übertragenen Sollkurswinkel
eingestellt wird, so daß ein von dem dritten Glied des Differentialgetriebes angetriebener
Zeiger 44 gegenüber einer feststehenden Marke 45 Ausschläge entsprechend der Größe
und Richtung der Abweichung des mit-dem Fernrohr gemessenen Winkels a von dem mittels
Welle 23 eingestellten Kursänderungswinkel ausführt. Die bei der Ausführungsform
gemäß Abb. i durch den Potentiometerwiderstand 33 bewirkte Begrenzung des von dem
Peiler erhaltenen Steuerwertes ist bei der Einrichtung nach Abb. i a auf , mechanischem
Wege dadurch erreicht, daß von dem Empfänger 42 über das Kegelräderpaar 47 ein zwischen
Endanschlägen 48 und 49 beweglicher Stift 5o einstellbar ist. Die Drehung der Welle
23 kann, da die Zahnräder 29' in einem Übersetzungsverhältnis zueinander stehen,
wie der nach oben begrenzte Peilwinkel zu einem rechten Winkel von Hand mittels
der Kurbel 46 so erfolgen, daß der Zeiger 44 mit der festen Marke 45 in Deckung
bleibt. Um nach Erreichen des Punktes B, erkennbar durch das Anlaufen der Kegelräder
47 und Ablösen des Stiftes 5o vom Anschlag 48 bzw. 49, das weiter oben beschriebene
kräftigere Einlenken zu erzielen, wird die Welle 23 der gewünschten Kursänderung
entsprechend gedreht, was zur Folge hat, daß der Zeiger 44 nicht mehr gegenüber
der Marke 45 stehenbleibt. Zur leichteren Einstellung der Kursänderung kann eine
feste Hilfsmärke 45' der Kursänderung zugeordnet sein. Die Auswanderung des Zeigers
44 besteht jedoch nur kurzzeitig und wird durch die Standortsänderung des Flugzeuges
wieder rückläufig bis zur ursprünglichen Deckstellung mit Marke 45, die dann bis
zu Ende eingehalten wird.
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Die Einrichtung kann auch mit einer Bake zusammenarbeiten. Der Schalter
i9 wird dann auf den Bakenempfänger umgelegt. Da die Bakenanzeige bzw. der Impuls
im allgemeinen nicht stetig, sondern zuckend ist, so muß eine hier nicht näher zu
beschreibende Schaltung zur Verwandlung der Zuckanzeige in eine stetige Anzeige
vorgesehen werden. Die weitere Wirkungsweise ist völlig übereinstimmend mit der
für die Peilantenne beschriebenen, insbesondere muß das Flugzeug zuerst bei gelöster
Kupplung 25, 26 auf Sollkurs und der Potentiometerabgriff 31 in die Nullstellung
gedreht werden. Danach werden die Kupplungen eingerückt, und der Anflug läuft in
der bereits beschriebenen Weise ab.
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Die Einsteuervorrichtung kann schließlich auch in jedem Falle zum
Abflug von einem Punkt in vorgegebener Richtung -dienen; es ist dazu nur notwendig,
den Baken- bzw. Peilimpuls umzupolen.