DE865709C - Vorrichtung zur selbsttaetigen Steuerung von Wasser- oder Luftfahrzeugen - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 5. FEBRUAR 1953

S 19684XII 62b

Die Erfindung hat zum Gegenstand Verbesserungen an der selbsttätigen Steuerung von Wasseroder Luftfahrzeugen. Der Hauptzweck dieser Verbesserungen ist, eine bedeutende Vereinfachung der selbsttätigen Steuerungssysteme herbeizuführen.

Ein erster Teil der Erfindung betrifft Fahrzeuge, wie z. B. Flugzeuge, die derart ausgebildet sind, daß jede Querneigung in bezug auf die scheinbare Richtung der Schwerkraft ein Einbiegen zur Seite dieser Neigung mit einer ihr verhältnisgleichen Geschwindigkeit hervorruft. Diese Eigenschaft kann dem Flugzeug entweder durch die Gestalt, Anordnung und Abmessungen der Leit- und Tragflächen oder durch gewisse auf das Seitensteuer einwirkende Abtriftmesser, wie Windfahnen, Differentialdruckmesser, Seitenpendel oder solche Flugsysteme, wie sie in der französischen Patentschrift 825 922 beschrieben sind, erteilt werden. In diesem Fall besteht die Erfindung darin, daß am betreffenden Fahrzeug ein insbesondere auf Wendegeschwindigkeit ansprechender Richtungsmesser angebracht ist, welcher einen Wendezeigerkreisel enthalten kann und daß dieser Messer nicht auf die Seitenruder, sondern auf die Querruder einwirkt.

Bei einem solcherart verbesserten Flugzeug bzw. anderen Wasser- oder Luftfahrzeug erfährt die zur selbsttätigen Steuerung notwendige Apparatur eine erhebliche Vereinfachung. Da nämlich das Flugzeug die Eigenschaft hat, derartige Wendebewegungen auszuführen, daß es schnell und in allmählich abklingender Weise zu seinem ursprünglichen Abtriftwinkel, der z. B. Null sein kann, zurückkehrt, bewirkt jede Querneigung des Flugzeugs sofort

ίο eine Wendegeschwindigkeit, die dieser Neigung verhältnisgleich ist, so daß es möglich wird,. die Seitensteuerung des Flugzeugs mittels seiner Querruder auszuführen, ohne in die Steuerung des Seitenruders irgend ein zusätzliches Getriebe ein*- zufügen.

Die sich hieraus ergebende Vereinfachung ist von Bedeutung, denn sie erlaubt die vollständige Weglassung jeglichen Antriebs des Seitenruders, dessen Einstellung beispielsweise in der dem Nullwert des Abtriftwinkels entsprechenden Lage gesichert wird, wobei dieses· Seitenruder entweder als Flächensystem nach der obengenanntem französischen Patentschrift 825 922 in der Nulleinstellung festgehalten oder unmittelbar bzw. mittelbar von einer Windfahne bzw. einem Querpendel betätigt wird, dessen Betätigungsgestänge ein für allemal en>· gestellt wurde.

Die Vorrichtung zur selbsttätigen Quersteuerung kann verschiedene Formen annehmen, von denen einige im nachstehenden beispielsweise angegeben sind.

Gemäß der Verwendungstechnik der frei gelagerten¹ Kreisel kann man einen einzigen, Kreisel 1 (Fig. 1) vorsehen, dessen Achse 2 in, Richtung der Flugzeugquerachse steht; das eine Ende 3 dieser Achse ist in einem Kugelgelenk gelagert und das andere Ende 4 betätigt die Querruder. Dann ist die zur Übertragung der Steuerung dienende Stange 5 in der zur Querachse senkrechten Ebene XOZ gelegen. Im Fall dieser Fig. 1 ist die übertragene Betätigung die gleiche, ob nun das Flugzeug nach rechts einbiegt oder sich nach rechts neigt; wenn in beiden Fällen die Wirkung dieser Betätigung darin besteht, daß sich das Flugzeug nach links neigt, wird sowohl eine Rollstörung als auch eine Wendestörung aufgehoben.

Dieser einfache Mechanismus sichert die Rückkehr zum geradlinigen Flug, z. B. im Fall des Stillstands eines seitlich angeordneten Motors, da .

die Wendegeschwindigkeit dem Rollausschlag verhältnisgleich· ist. Da nun diese Wendegeschwindigkeit notwendigerweise durch die Aufdeckung der wachsenden Seitenabweichung, die der Kreisel ergibt," aufgehoben wird, stellt sich der Gleichgewichtszustand bei derjenigeni Querneigung ein, die ein Wendedrehmomenit hervorruft, welches die durch das Stillsetzen des Motors bewirkte Ungleichheit aufhebt. Die Hinzufügung einer Kompensationsvorrichtung am Gestänge 5, welche die Länge des Querrudergestänges langsam verändert, bis der Ausschlag des Kreisels nach OX verschwindet, würde außerdem bewirken, daß die Flugrichtung zum ursprünglichen Kurs zurückkehrt, wobei das Flugzeug in vorschriftsmäßiger Weise fliegt und der stillstehende Motor "sich oben befindet.

. Andererseits sind schon Geräte zur selbsttätigen Steuerung vorgeschlagen worden, bei denen das Seitensteuer von seinen Meßgeräten sowie von den Ouerneigungsmessern betätigt wird, Jedoch betrifft die Erfindung eine Anordnung, gemäß welcher nur das Querruder betätigt wird, und zwar nicht nur wie bei dem vorstehend beschriebenen Fall von den Richtungsmessern allein, noch auch von den Querneigungsmessern allein, was der gebräuchlichen Anordnung entspricht, sondern durch eine Parallelschaltung dieser beiden Gerätearten, die nur bei einem Flugzeug mit der eingangs erwähnten Eigenschaft anwendbar ist.

In diesem Fall kann man gemäß der Technik der mit einem Instrument gekuppelten Wendezeigerkreisel einen einzigen Kreisel 6 (Fig. 2) anordnen, der wie der vorhergehende gerichtet ist, also atff RoIlgeschwindigkeiteri anspricht, und mit einem Richtungskompaß Ji gekuppelt ist. Der Kreisel 6 dämpft die Rollstörungen ab, wobei das Flugzeug immer quer zur Waagerechten durch die Wirkung des •Kompasses 7 zurückkehrt, der ihm eine Neigung erteilt, um das Flugzeug in die anfängliche Richtung zurückzubringen,

Es ist ebenfalls zweckmäßig, den Kreisel derart zu entwerfen, daß er auf Wendegeschwindigkeiten anspricht, wobei er immer mit dem Kompaß gekuppelt ist (Abb. 3!). Der Kreisel ¹S dämpft die Rollstörungen ab, da sie sofort Wendegeschwindigkeiten hervorrufen, und außerdem dämpft er die Wendestörungen in· energischer Weise ab. Wie beim Fall von Fig. 1 bewirkt auch hier der Stillstand eines seitlich angeordneten Motors eine Wendegeschwindigkeit und eine Querneigung, wobei der Gleichgewichtszustand sich schließlich mit einer Kursabweichung einstellt, die von einer Ouerneigung des Flugzeugs und von einem neuen geradlinigen Flugzustand begleitet ist; wenn eine Kompensationsvorricbtung hinzugefügt ist, wird außerdem der ursprüngliche Kurs wiederhergestellt, während das Flugzeug in vorschriftsmäßiger Weise fliegt und der stillstehende Motor sich obeni befindet.

Schließlich ist schon zur Betätigung einer einzigen Leitfläche die Verwendung eines Meßgeräts vorgeschlagen, das gleichzeitig in Richtung zweier Bezugsachsen reagiert. So kennt man Geräte zur selbsttätigen Steuerung, bei denen das Seitenruder durch einen freien oder Wendezeigerkreisel betätigt wird, dessen Achse derart schräg liegt, daß er gleichzeitig für Quer- und Wenidedrehungeii empfindlich ist. Jedoch wird erfindungsgemäß nur das Querruder betätigt, und zwar durch ein gleichzeitig auf Rollen und Wenden ansprechendes Gerät, was nur bei einem Flugzeug mit der obenstehend gekennzeichneten Eigenschaft möglich ist.

Fig. 4 stellt "beispielsweise eine Lösung dar, die dem bekannten¹ Mittel entspricht, bei dem der Kreisel 9 gleichzeitig für Wenden und für Rollen empfindlich ist, so daß mit demselben Ergebnis wie

in Fig. 3i die Rollstörungen ebenfalls sofort behoben werden, während die Verzögerung vermieden wird, die durch die Benutzung der von dem Seitenruder auf eine Rollstörung hin hervorgerufenen Wendebewegung entsteht.

Ein anderer Teil der Erfindung bezieht sich auf den Fall eines Flugzeugs, das mit Stabilisiervorrichtungen versehen ist, die dazu dienen, den hinter dem Schwerpunkt des Flugzeugs angezeigten

ίο Anstellwinkel in bezug auf die Luft konstant zu halten. Ein solches Flugzeug hat daher die Eigenschaft, derartige Stampfbewegungen auszuführen, daß es rasch und in abklingender Weise, wie in der französischen Patentschrift 83905,0 auseinandergesetzt ist, zu seinem anfänglichen Anstellwinkel zurückkehrt. Es wird dann möglich gemacht, den größten, Teil der Vorrichtungen durch selbsttätiges Aufheben des Stampfens zu vereinfachen. Da nämlich diese Vorrichtungen die Neigungsänderungen in bezug auf die Waagerechte oder die Geschwindigkeitsänderungen mit sofortiger Wirkung bekämpfen sollen, haben sie bedeutenden Einfluß auf den Ausschlag des Höhenruders; dieser starke Einfluß kann in gewissen Fällen zu langsamen, wenig gedämpften oder verstärkten Schwingungen führen. Daher werden z. B. gewisse zur Konstanthaltung der Neigung in bezug auf den Horizont bestimmte Mechanismen mit freiem Kreisel mit einem am Kreisel angreifenden Längspendel versehen, der in dieser Weise durch Präzession eine Betätigung auslöst, die dem Differentialquotienten der Neigung gegen den Horizont verhältnisgleich ist und die Abdämpfung der Schwingungen sichert. Andere Mechanismen mit Anemometer, welche dazu bestimmt sind, die Geschwindigkeit konstant zu halten, sind mit einem Wendezeigerkreisel versehen, um die Schwingungen abzudämpfen, welche das allein wirkende Anemometer bestehen lassen und verstärken würde. Das gleiche würde der Fall sein, wenn man das Anemometer durch ein Längspendel ersetzen würde. In diesen verschiedenen Fällen ermöglicht die beim Flugzeug durch die Stabilisiervorrichtungen verliehene Eigenschaft, welche zur Abdämpfung der Stampfschwingungen dienen sollen, einen freien Kreisel ohne gekuppeltes Dämpfungspendel, ein alleinwirkendes Anemometer oder ein alleinwirkendes Pendel zu verwenden. In allen diesen Fällen kann der Einfluß des Instrumentes auf den Ausschlag der Leitfläche um so geringer sein,, als die von diesem Instrument erteilten Betätigungen den Störwirkungen, denen das Flugzeug unterliegt, mehr nacheilen, sei es im Fall des Kreisels, daß dieser während der momentanen Störungen, noch stark steuernd wirkt und außerdem die langsame Veränderung der Länge des Gestänges sowie die Beibehaltung des Anstellwinkels in bezug auf den Horizont trotz der fortwährenden Gleichgewichtsstörungen sichert, oder im Fall des Anemometers, daß es während kurzzeitiger Störungen wenig steuernd wirkt und seine Wirkung hauptsächlich darin besteht, daß die Länge des Gestänges langsam verändert wird, um die Geschwindigkeit konstant zu halten.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur selbsttätigen Steuerung von Wasser- oder Luftfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Fahrzeug ein Richtungsmesser, insbesondere ein Wendegeschwindigkeitsmesser, angeordnet ist, welcher einen Wendezeigerkreisel (8) enthalten kann, und nur auf die Querruder einwirkt (5.).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtungs- und Wendegeschwindigkeitsmesser (7, 8) und die Querneigungsmesser (6) in Parallelschaltung auf die Querruder einwirken (5).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querruder von einem gleichzeitig für Rollen und Wenden empfindliches Meßgerät (9) gesteuert (5) werden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ihre Verwendung bei Wasser- oder Luftfahrzeugen mit Stabilisiervorrichtungen, die den Anstellwinkel konstant halten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

I 5682 1.53