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Selbsttätige Steuereinrichtung für Flugzeuge Die Erfindung bezieht
sich auf selbsttätige Steuereinrichtungen für Flugzeuge und betrifft insbesondere
solche Steuervorrichtungen, die einen Wendeanzeiger, der das Seitenruder des Flugzeugs
steuert, zusammen mit Vorrichtungen zur Änderung des Kurses aufweisen. Gegenstand
der Erfindung ist es, eine Verbesserung einer solchen Vorrichtung in der Weise vorzusehen,
daßl Wendungen durch Schrägstellung in einfacher Weise ausgeführt «-erden können.
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Gemäß der Erfindung sind Einrichtungen vorgesehen, die auf eine seitliche
Beschleunigung oder ein seitliches Gleiten des Flugzeugs ansprechen, um danach die
Mittel zur Änderung des Kurses zu betätigen, so da.ß ein. Ausgleich der seitlichen
Beschleunigung oder des seitlichen Gleitens, wenn das Flugzeug sich in der Schräglage
befindet, eintritt. Es ist daher, wenn die Vorrichtung in Tätigkeit ist, zur Änderung
des Kurses lediglich erforderlich, das Flugzeug in eine entsprechende Schräglage
zu bringen, worauf das Seitenruder od. dgl. selbsttätig betätigt wird, um ein seitliches
Gleiten zu vermeiden, so daß eine ordnungsmäßig durch Schrägstellung erzielte Wendung
ausgeführt wird.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sind Mittel zur Verstellung
der auf die seitliche Beschleunigung oder das seitliche Gleiten ansprechenden Vorrichtungen
vorgesehen..
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Ferner ist nach der Erfindung eine Einrichtung zum Einstellen der
Schräglage zur Erzielung einer Wendung mit den Mitteln zur Verstellung der Steuerwerte
der auf die seitlichen Beschleunigungen oder das seitliche Abgleiten ansprechenden
Vorrichtungen gekuppelt.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht
darin, daß die Vorrichtung zur Änderung des Kurses durch die Vorrichtung zum Einstellen
der Schräglage betätigt wird.
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Fernerhin bildet es ein Merkreal der Erfindung, daß an den Vorrichtungen
zum Einstellen der Schräglage- gesteuerte Mittel vorgesehen sind, welche zur Ermöglichung
eines geraden Fluges die Einrichtungen zur Änderung des Kurses unwirksam machen.
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Bei einer Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes weist das Azimut-Gyroskop,
welches in bekannter Weise eine Hilfskraftvorrichtung zur Betätigung des Seitenruders
steuert, eine Prozessionsvorrichtung aufweist, die durch die auf die seitliche Beschleunigung
oder das seitliche Gleiten ansprechenden, Mittel gesteuert wird.
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Bei einer weiteren Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist
ein Einstellmechanismus vorgesehen, der durch die auf die seitliche Beschleunigung
oder das seitliche Gleiten ansprechenden Einrichtungen gesteuert wird.
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Die Zeichnung zeigt beispielsweise schematisch einige besondere Ausführungsformen
des Erfindungsgegenstandes.
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Fig. i ist eine Gesamtansicht einer gyroskopischen Steuereinrichtung
für Flugzeuge; Fig. 2 und 3 sind Einzelansichten des in Fig. i dargestellten Apparates,
und Fig. 4 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform. der Vorrichtung.
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Bei der in. -Fig. i bis . 3 der Zeichnungen dargestellten Ausführungsform
ist eine Plattform. io in Zapfen i i in einem Rahmen 12 derart gelagert, daß sie
sich um eine gewöhnlich waagerechte Achse Y drehen kann. Der Rahmen 12 ist mittels
Zapfen 13 drehbar gelagert, welche in Lagern 14 liegen, die in, dem Flugzeug fest
angeordnet sind, so da,ß die Achse X, um welche sich der Rahmen 12 drehen kann,
waagerecht in Längsrichtung des Flugzeugs verläuft. Die Plattform iö wird bei ihrer
Drehung um die Achse Y von einer Säule 15 geführt, diein eineu=.Schlitz 16 einer
bogenförmigen Führung 17 eingreift, wobei letztere um eine Achse schwenken kann,
welche mit der Y-Achse zusammenfällt, wenn sich der Rahmen 12 in der waagerechten
Stellung befindet, DiePlattform --io trägt. ein Gyroskop ioo, welches - die Längsneigung
des - Flugzeugs steuert. Dieses Gyroskop weist einen Rotor i8 auf, dessen Drehachse
waagerecht in Längsrichtung des Flug= zeuges verläuft. Der Rotor 18 wird in Lagern
in einem Kardanring i9 getragen, welcher waagerecht angeordnet und seinerseits in
einem äußeren Kardanring 2o schwenkbar gelagert ist; der um eine senkrechte Achse
auf der Plattform io drehbar ist. Der innere Kardanring i9 ist durch einen Lenker
21 mit einem Steuerventil 22 verbunden, welches die Zufuhr von Druckluft zu -_ einer
nicht dargestellten Hilfskraftvorrichtung -steuert, die dazu dient, das Höhensteuer
des Flugzeugs in bekannter Weise einzustellen. Der äußere Karda.nring 2o ist durch
ein Gewicht 23 außer Gleichgewicht gebracht und durch einen Lenker 24 mit einem
Steuerventil 25 verbunden, welches die Zufuhr von Druckluft zu einer nicht
dargestellten Hilfskraftvorrichtün g
steuert, die :der Betätigung des Seitenruders
in bekannter Weise dient.
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Auf der Plattform io ist ferner ein Gyroskop zoo zur Steuerung der
Querruder des Flugzeuges an,-gebracht. Dieses Gyroskop weist einen. Rotor 30 auf,
dessen Drehachse waagerecht quer zum Flugzeug liegt. Der Rotor wird in Lagern in
einem inneren Kardanrng 31 getragen, dessen. Ebene lotrecht quer zum Flugzeug liegt,
und dieser innere Kardanring ist schwenkbar in einem äußeren Kardanring
32 gelagert, der um eine waagerechte Längsachse auf der Plattform io sich
drehen kann.. Der äußere Kardänring 32. ist durch eineu Lenker 33 mit einem Stenerventil34
verbunden, welches die Zufuhr von, Druckluft zu einer nicht dargestellten Hilfskraftvorrichtung
zur Betätigung der Querruder des Flugzeugs steuert. Der innere Kardanring 3 ist
durch einen Lenker 35 mit einem Ventil 36 verbunden, welches die Luftzufuhr zu einem
Prozessionsmotor 37 steuert, der auf der Plattform io angebracht ist. Dieser Motor
wirkt auf den äu,ßleren Kardanring 32 durch einen Lenker 38 ein.
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An dem Rahmen 12 befindet sich ein Ansatz 4o, welcher eine Auslaßdüse
41 für Druckluft und dieser gegenüber eine Aufnahmedüse 42 trägt. Ein Plättehen
43, welches zwischen diesen Düsen beweglich ist, steuert den Luftdruck in der von
der Düse 42 kommenden Leitung. Das Plättchen 43 ist an einem Gewicht 44 angebracht,
welches von Federn 45 getragen wird, die mit einem Teil 46 (Fig. 3) verbunden sind,
der auf einer um die X-Achse im Rahmen 12 drehbaren Welle 47 angebracht ist. Der
Teil 46 trägt ferner eine elektrische Kontaktbürste 48, die mit einem Kommutator
49 am Rahmen 12@ zusammenarbeitet, wobei der Rahmen mit untereinander verbundenen
Kontakten 5o, 51 versehen ist, zwischen denen ein Isolierabschnitt 52 liegt.
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Die Bürste 48 ist über eine Batterie, die- bei 53 angedeutet ist,
mit einer Klemme eines Elektromagneten 54 verbunden, dessen andere Klemme mit den
Kontakten 5o und 51 verbunden ist. Ein Anker 55, der von dem Magneten 54 beeinflußt
wird, ist mit der Stange 56 eines Wechselventils 57 verbunden.
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Das Ventil 57 hat einen Einlaß 58, der mit der Düse 42 verbunden.
ist; und einen anderen Einlaß 59, welchem Druckluft durch ein. Reduziexventil
6o zugeführt wird, je nach dar Stellung des Plättchens 43 zwischen den Düsen 41
und 42 ändert sich der Luftdruck, der dem Ventil von der Düse 42 zugeführt wird,
und zwar weicht er nach oben und unten von dem Druck ab, der am Einlaß 59 zugeführt
wird. Das Ventil hat Auslässe 62, welche zu eine2n Motor 7o führen, der die Schräglage
steuert.. Dieser Motor wird von der Plattform io getragen, und hat einen wirksamen
Arm 71, der mit dem inneren Kardanring 31 des Gyroskops Zoo verbunden ist. Das Ventil
hat weitere Auslässe 7ä.
die zu einem Azimut-Präzessionsmotor 73
führen, der einen wirksamen Arm 74 aufweist, welcher mit dem inneren Kardanring
i9 des Seitenruder- und Höhenrudergyroskops ioo verbunden ist. Wenn der Magnet 54.
erregt ist, so befindet sich der bewegliche Teil 63 des Ventils 57 in einer solchen
Stellung, daß er die Einlässe 58 und 59 mit dem Präzessionsmotor 73 verbindet, während
in, der nichterregten Stellung der Motor 70 mit den. Einlässen verbunden
.ist. Die eine Kante des Plättchens 4.3 läuft gewöhnlich durch die Mittellinie der
Düse 4, so daß der Druckunterschied an den Einlässen 58, 5g des Ventils 57 in der
Normalstellung den Wert ,Null und nach einer Relativbewegung des Plättchens zu der
Düse, 41 einen der Größe der Relativbewegung bestimmten Wert hat, welcher hinsichtlich
seines Vorzeichens von der Richtung der Relativbewegung abhängt.
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Mittels der beschriebenen Vorrichtung wird die Steuerung des Flugzeugs
hinsichtlich der Längsneigung und der Schräglage durch Vorrichtungen bewirkt, wie
beispielsweise die Scheibe 78 und das Antriebsriemchen. 8o, welche däzu dienen,
die, Plattform um die 'Achse zu drehen, und die Scheibe 79 und das Riemchen
81, welche dazu dienen, die Plattform um die Y-Achse zu drehen. Bei der Drehung
der Plattform io um die Y-Achse wird sie aus ihrer waagerechten Stellung im Flugzeug
verschoben, so daß mittels des Gyroskops ioo eine entsprechende Änderung der Lage
des Flugzeugs um die Querachse vorgenommen, wird. In ähnlicher Weise wird durch
die Drehung der Plattform io um die 'Achse, durch welche die Plattform gegenüber
dem Flugzeug seitlich geneigt wird eine Steuerung des Flugzeugs hinsichtlich der
Schräglage erzielt.
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Dreht sich der Rahmen 12 um die X-Achse, so betätigt der äußere Kardanring
32 der Gyroskopvorrichtung Zoo das Ventil 34 und erzeugt eine solche Einstellung
der Ouerruder, daß sich das Flugzeug in der Weise schräg legt, daß die Plattform
io wiederum in die normale waagerechte Stellung kommt. Dieses Schräglegen des Flugzeugs
bewirkt ein seitliches Gleiten, auf welches das Gewicht 44 anspricht, das das Plättchen
43 mit Bezug auf die Düsen 41, 42 verschiebt. Der Luftdruck in der von. der Düse
4.2 kommenden Leitung 58 wird daher je nach dem Fall vergrößert oder vermindert
werden.
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Da sich der Rahmen 12 in, dem Flugzeug gedreht hat, ist der Stromkreis
des Magneten 54 erregt worden, und zwar durch die Bürste .48 und einen der Kontakte
5o, 51, so daß das Ventil 57 die Druckluft an den Einlässen 58, 59 dem Azimut-PräzessiOnsmOtOr
73 zuführt. Der Motor überträgt eine Verdrehung auf den inneren Kardanring i9. Die
sich daraus ergebende Präzessionsbewegung des äußeren: Karda.nringes 2o betätigt
das Ventil 25, so daß die Hilfskraftvorrichtung zur Bewegung des Seitenruders in
Tätigkeit gesetzt wird, wobei das Flugzeug in dem Sinne gedreht wird, daß das seitliche
Abgleiten., welches die Verschiebung des Plättchens 43 verursachte, begrenzt wird.
Auf diese Weise bilden das Gewicht 44 und die mit ihm verbundenen Düsen 4.1, 42
sowie der Azimut-Präzessionsmotor 73 zusammen eine Steuervorrichtung, die auf das
Ausmaß des seitlichen Gleitens anspricht. Bei der Vorrichtung, wie sie bisher beschrieben,
ist, wird ein seitliches Gleiten zusammen mit einer Wendung des Flugzeugs auftreten,,
wobei ersteres proportional der Größe der Wendung ist. Um diesen. Fehler zu vermindern,
wird, wie Fig. 3 zeigt, die Linie, der Düsen 4.1, .42 aus der Drehachse des Rahmens
12 nach oben verschoben, so daß die Düsen relativ zum Plättchen 4.3, wenn
der Rahmen. 12 um seine X-Achse geneigt ist, auch dann verschoben werden, wenn das
seitliche Abgleiten: Null beträgt.
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Beim geraden: Flug ist der Kontakt 28 offen, und die Druckdifferenz
in den Leitungen 58, 59 wird dem Motor 70 für das Steuern der Schräglage
zugeführt, um ein genaues Waagerechtha.lten der Plattform io um die Achse X zu gewährleisten.
Es wird so, wenn die Plattform io etwas um die X-Achse gekippt wird., das Plättchen
43 relativ zu den Düsen verschoben, und der Druck in der Leitung 58 ist nicht länger
gleich dem Druck in der Leitung 59, so da,ß der Motor 7o dem inneren Kardanring
31 eine Verdrehung erteilt, so da,ß der äußere Kardanring 32 voreilt, um die Änderung
der Lage des Flugzeugs herbeizuführen, bis die Plattform io wieder genau waagerecht
hinsichtlich der X-Achse liegt.
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Bei der Einstellung durch die Steuereinrichtung 81 für die Längsneigung
wird die Plattform io relativ zum Gyroskop ioo um die Achse des inneren Kardanringes
verdreht, und die relative Bewegung zwischen diesem inneren Kardanring und der Plattform
io steuert ein. Ventil, so daß eine Bewegung des Höhensteuers hervorgerufen wird,
die das Flugzeug so um seine Querachse kippt, daß die Plattform in die waagerechte
Stellung zurückgeführt wird. Wenn jedoch die Plattform io etwas um die hAchse gekippt
wird, bewirkt das Gewicht 23 eine Verdrehung des äußeren Kardanringes 2o, welche
den inneren Kardanring ig voreilen läßt, so daß die Lage des Flugzeugs geändert
wird, bis die Plattform wieder genau waagerecht um die Y-Achse liegt.
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Die Plattform io, auf welcher die! Gyroskopvorrichtungen angebracht
sind, wird also stets in die waagerechte, Lage zurückgeführt, ohne Rücksicht auf
die Steuerlage des Flugzeugs, so daß die Präzessionsachse jedes Gyroskops während
der Drehung lotrecht gehalten wird.
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Der Ansatz 46, welcher die elektrische Kontaktbürste 4:8 trägt, ist
auf einer Welle 47 angebracht, welche normalerweise mit Bezug auf den Rahmen 12
festliegt. Sie kann jedoch über eine Scheibe 82 durch eine Antriebsschnur 83 gedreht
werden, um eine flache Wendung des Flugzeugs zu erreichen, wobei dann die Scheibe
8o festgehalten wird.
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In anderer Hinsicht erfüllen die Gyroskope ioo und 200 ihre bekannten
Funktionen und dienen in der bekannten Weise zur Steuerung des Seitenrüders und
Höhenruders bzw. zur Steuerung der Querruder.
Es können- bekannte
Mittel verwendet werden, um eine Einstellung jeder Hilfskraftvorrichtung zu dem
ihr zugeordneten Ventil vorzusehen. Derartige Einstellmittel sind jedoch aus Gründen
der Deutlichkeit in den Zeichnungen fortgelassen.
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Das Seitenruder des Flugzeugs Wird durch das Gyroskop ioo gesteuert,
welches die Wendung des Flugzeugs anzeigt. Bei der oben beschriebenen: Bauart wird
die Änderung des Kurses durch den Präzessionsmotor 73 bewirkt, welcher selbsttätig
durch die auf die seitliche Beschleunigung ansprechenden Einrichtungen betätigt
wird, die aus dem Gewicht 44 und den mit diesem zusammenarbeitenden Düsen bestehen.
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Bei einer anderen Bauart, die in Fig.4 dargestellt ist, wird die Änderung
des Kurses durch die Drehung des Rahmens bewirkt, in dem das Gyroskop gelagert ist<
In Fig. 4 ist ein Azimut-Gyroskop zur Steuerung des Kurses dargestellt, welches
einen Rotor iio aufweist, dessen Drehachse waagerecht gelagert ist und der sich
in einem waagerechten Kardanring i i i drehen kann, welcher wiederum in einem äußeren
Azimüt-Kardanring 112 schwenkbar gelagert ist. Der äußere Kardanring i12 ist drehbar
in einer Halterung 113 gelagert, welche starr mit einem Schneckenrad 114 verbunden
ist. Er steht mittels eines Lenkers 1o5 mit einem Ventilkolben 116 in Verbindung,
welcher in einem Steuerzylinder i 17 beweglich ist, der von der Halterung i 13 getragen
wird. -Das Schneckenrad 114 sitzt auf einem zylindrischen Verteiler 118, welcher
drehbar in einem Block i i9 gelagert ist, der im Flugzeug befestigt ist. Ein Einlaßröhr
12o und Auslaßrohre z21, i22 für den Ventilzylinder 117 gehen durch den Verteiler
118 hindurch und stehen mit Ringnöten 123, 124, i25 desselben in Verbindung. Rohre
126, 127,
die von dem Block i i9 getragen werden, stehen mit den Nuten
124, 125 in Verbindung und dienen dazu, Druckluft zu den beiden entgegengesetzten
Enden des Zylinders 128 einer Hilfskraftvorrichtung zuzuführen, wobei die, Druckluft
von einem Rohr 129 der Kreisnut 12,3 des Verteilers zugeführt wird. Die Kolbenstange
13o der Hilfskraftvorrichtung ist mit dem Seitenruder für dessen selbsttätige Steuerung
gekuppelt.
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Um eine Einstellung der Kolbenstange 130 vorzusehen, trägt diese eine
Zahnstange 131, die mit einem Getrieberad 132 kämmt. Das Getrieberad i32 ist auf
einer Welle 133 derart befestigt, daß sie von dem Planetensystern 134 eines Differentialgetriebes
angetrieben wird. Ein Element 135 dieses Getriebes ist auf einer Welle 136 angeordnet,
die eine Schnecke 137 7 trägt, welche mit dem Schneckenrad 114 kämmt, so daß, wenn
man annimmt, daß das andere Element 138 des Differentialgetriebes feststeht, eine
Einstellung durch Drehung des Schneckenrades 114 erzielt wird..
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Das Element 138 des Differentialgetriebes ist auf einer Spindel
139 angebracht, die ein Schneckenrad 140 trägt, mit dem eine Schnecke 14:
kämmt. Die Schnecke 141 wird durch ein Übersetzungsgetriebe r42 von einem Rotor
143 angetrieben, welcher seinerseits durch Luftstrahlen. aus zwei Düsen 148 und
149 angetrieben wird. Diese Düsen sind so angeordnet, daß sie bestrebt sind, den
Rotor 143 in entgegengesetzter Richtung zu drehen. Der Druckunterschied der Luft,
welche diesen beiden Düsen zugeführt wird; wird durch Vorrichtungen, gesteuert,
die auf eine seitliche Beschleunigung ansprechen, beispielsweise in der gleichen
Weise, wie der Druckunterschied in den Rohren 72 (Fig. i) durch das Gewicht 44 und.
die mit ihm zusammenarbeitenden Düsen gesteuert wird. In diesem Falle kann das Ventil
57 elektrisch, beispielsweise durch die Kontakte 48, 50, 51 (Fig. i), betätigt werden,
die so angeordnet sind, daß sie, wie oben beschrieben, wirksam werden, wenn das
Flugzeug eine Schräglage einnehmen soll.
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Bei der Verwendung dieser Vorrichtung steuert das Gyroskop das Seitenruder
über die Hilfskraftvorrichtung 128 und hält das Flugzeug auf seinem Kurs. Der Einstellmechanismus,
welcher das Element 135 des Differentialgetriebes und das Planetensystem 134 enthält,
wird durch die Drehung des anderen Elementes 138 des Differentialgetriebes verschoben.
Sollte eine seitliche Beschleunigung oder ein seitliches Gleiten vorkommen, so wird
an, den Düsen 148, 149. ein Druckunterschied erzeugt, und zwar infolge der Einwirkung
eines Pendels, und der Rotor 14.3 wird in einer Richtung angetrieben, welche von
der Richtung des seitlichen Gleitens abhängt. Der Rotor 143 treibt so über das Übersetzungsgetriebe
142 und das Schneckengetriebe 141, 14o das Element 138 des Differentialgetriebes
an, um die Einstellung, wie oben gesagt, zu verschieben. Auf diese Weise wird das
Seitenruder betätigt, um eine seitliche Beschleunigung oder ein seitliches Gleiten
zu vermeiden, wenn das Flugzeug sich in der Schräglage befindet, um eine Wendung
auszuführen. Es ist daher, um den Kurs des Flugzeugs zu ändern, nur erforderlich,
das Flugzeug um den gewünschten Winkel schräg zu legen, worauf das Seitenruder selbsttätig
eingestellt wird, um ein seitliches Gleiten zu vermeiden. Es wird daher eine ordnungsmäßige,
durch Schrägstellung erzielte Wendung ausgeführt.
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Die Erfindung kann durch die Verwendung von anderen Mitteln als einem
Gewicht zur Angabe-der seitlichen Beschleunigung oder des seitlichen Gleitens des
Flugzeugs abgeändert werden.