DE908920C

DE908920C - Gyro with an artificial horizon

Info

Publication number: DE908920C
Application number: DES20341A
Authority: DE
Inventors: Edward F Aumuller
Original assignee: Sperry Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1947-04-24
Filing date: 1950-10-03
Publication date: 1954-04-12

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Kreiselgeräte mit künstlichem Horizont für Flugzeuge. Die bisherigen Geräte dieser Art waren hinsichtlich der Montage und des Antriebs der Kimmstange sehr kompliziert. Sie wurde an der Außenseite des Kardanringes montiert, wobei in dem Kardanring Schlitze ausgeschnitten, an der Stange Gegengewichte befestigt und zu ihrer Ausbalancierung noch weitere Gewichte an der entgegengesetzten Seite des Kardanringes angebracht werden mußten.The invention relates to gyroscopes with an artificial horizon for aircraft. The previous Devices of this type were very complicated with regard to the assembly and the drive of the chiming bar. It was mounted on the outside of the gimbal ring, with slots cut out in the gimbal ring, Counterweights attached to the bar and additional weights to balance them had to be attached to the opposite side of the gimbal.

Gemäß der Erfindung wird dieser Mangel der bisherigen Geräte vermieden, indem die Kimmstange an der Innenseite des Kardanringes, d. h. zwischen Kardanring und Rotorgehäuse, angebracht und um ihre beiden Bewegungsachsen selbstbalancierend gemacht wird. Um zu verhindern, daß die Kimmstange quer über die Stirnseite des Gerätes fällt, wenn das Flugzeug komplizierte Manöver ausführt, wie z. B. senkrechtes Hochziehen, Sturzflüge und Loopings, sind ferner Verriegelungseinrichtungen vorgesehen, durch welche die Kimmstange in einer festen Lage zu dem Kardanring gehalten wird.According to the invention, this deficiency of the previous devices is avoided by the chiming bar on the inside of the gimbal, d. H. between the cardan ring and the rotor housing and is made self-balancing around its two axes of motion. To prevent the The cheek bar falls across the front of the device when the aircraft performs complicated maneuvers executes such. B. vertical pulling up, dives and loops, locking devices are also provided through which the chiming bar is held in a fixed position to the gimbal.

Gemäß der Erfindung wird die Kimmstange in der Weise innerhalb des Kardanringes angebracht, daß an seiner Außenseite keine beweglichen Teile vorhanden sind und ein Kreiselgerät von gedrängter Bauart geschaffen wird, das man in ein kleines Gehäuse einsetzen kann.According to the invention, the chiming bar is attached within the gimbal ring, that there are no moving parts on its outside and a gyroscope of crowded Type is created that can be used in a small housing.

Die Kimmstange wird zweckmäßig in einem Stück ausgebildet, welches in sich selbst nicht nur um eine Querachse, sondern auch um eine Längsachse ausgewuchtet ist, so daß die Verwendung von Ausgleichsgewichten hinten und an den Seiten derThe chim bar is expediently formed in one piece, which not only in itself is balanced about a transverse axis but also about a longitudinal axis, so that the use of Balance weights behind and on the sides of the

Kimmstange und des Kardanringes vermieden wird.Kimmbar and the cardan ring is avoided.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles an Hand der Zeichnung. In den Zeichnungen istFurther details and advantages of the invention emerge from the following description of a preferred embodiment with reference to the drawing. In the drawings is

Fig. ι eine Seitenansicht des verbesserten künstlichen Horizonts, in welcher das äußere Gehäuse teilweise geschnitten ist,Fig. Ι a side view of the improved artificial Horizon in which the outer casing is partially cut,

ίο Fig. 2 ein zugehöriger Grundriß, in dem das Gehäuse teilweise geschnitten ist,ίο Fig. 2 is an associated plan in which the housing is partially cut,

Fig. 3 eine Vorderansicht des Instruments, teilweise geschnitten, undFig. 3 is a front view of the instrument, partially cut, and

Fig. 4 eine Einzelheit des Kreisels in einer seiner t5 Grenzwinkelstellungen.Fig. 4 shows a detail of the gyro in one of its t5 limit angle positions.

Nach Fig. ι bis 3 ist das Kreiselinstrument in einem Gehäuse 10 eingeschlossen, das vorn ein Fenstern hat, durch welches der Anzeigeteil 12 einer Kimmstange beobachtet werden kann. Ein gebogener Hintergrundteil 13, der oben einen RoIlbewegungsanzeiger 14 hat, ist an dem Kardanring des Instruments befestigt und dreht sich mit diesem. Der Anzeiger 14 ist an einer festen Skala 15 ablesbar, um die Fluglage bei Rollbewegungen anzugeben. Der Horizontanzeiger 12 bewegt sich gegenüber einem Miniaturflugzeug 16, um die Fluglage beim Stampfen und Rollen anzugeben. Das Flugzeug 16 kann durch den Knopf 17 vertikal einreguliert werden, wie dies an sich bekannt ist. Die Kreiselvorrichtung umfaßt den Rotor( nicht dargestellt), der sich um eine im wesentlichen lotrechte Achse innerhalb des Rotorlagergehäuses 18 dreht, dieses hat seinerseits ein Paar Drehzapfen 19, ig', welche die Achse festlegen und in passenden Lagern aufgenommen sind, die in den Armen eines im wesentlichen U-förmigen Kardanbügels 20 mit offenem Ende liegen. Dadurch kann der Rotor um eine Querachse schwingen. Der Rotor bildet den Anker eines nicht dargestellten Induktionsmotors, der von einer Stromquelle erregt wird, die an das Instrument durch Steckkontakt 23, Leitung 24 und die Schleifringe 25 angelegt wird. Wie der Rotor dargestellt ist, rotiert er um eine Achse, die aus der wahren lotrechten Achse leicht gekippt wird, um den Fehler beim Kurvenflug zu kompensieren. Das Rotorgehäuse 18 wird durch eine Auf richteinrichtung 18' in einer festen Lage in bezug auf die Lotrechte gehalten. Diese Aufrichteinrichtung ist nicht ein Teil der vorliegenden Erfindung. Der Kardanbügel 20 hat an seinem geschlossenen hinteren Ende einen verlängerten Drehzapfen 21, der so montiert ist, daß er sich um eine Längsachse in Lagern 21' drehen kann, die in einer Platte 22 an der Rückseite des Gehäuses 10 angeordnet sind. Die Kimmstange 26 des Kreiselhorizontes ist so montiert, daß sie zwischen den offenen Armen des Kardanbügels 20 auf zwei im Abstand angeordneten Zapfen schwingen kann. Diese Zapfen sind als Stiftepaar 27,27' ausgebildet, die auf der Innenseite jedes Armes des Kardanbügels montiert sind, und zwar etwa hinter den Zapfen 19, 19', so daß sie gerade weit genug herausstehen, um Achslager für die Kimmstange 26 zu bilden.According to FIGS. 1 to 3, the gyroscopic instrument is enclosed in a housing 10 which has a window at the front through which the display part 12 of a rear sight bar can be observed. A curved background part 13, which has a roll movement indicator 14 at the top, is attached to the gimbal ring of the instrument and rotates with it. The indicator 14 can be read on a fixed scale 15 in order to indicate the flight attitude during rolling movements. The horizon indicator 12 moves with respect to a miniature aircraft 16 to indicate attitude as it pitch and taxi. The aircraft 16 can be adjusted vertically by the button 17, as is known per se. The gyroscopic device comprises the rotor (not shown) which rotates about a substantially vertical axis within the rotor bearing housing 18 which in turn has a pair of pivot pins 19, ig ' which define the axis and are received in mating bearings which are in the arms a substantially U-shaped cardan bracket 20 with an open end. This allows the rotor to oscillate around a transverse axis. The rotor forms the armature of an induction motor, not shown, which is excited by a current source which is applied to the instrument through plug contact 23, line 24 and slip rings 25. As the rotor is shown, it rotates around an axis that is tilted slightly from the true vertical axis to compensate for the error when turning. The rotor housing 18 is held by a straightening device 18 'in a fixed position with respect to the perpendicular. This raising device is not part of the present invention. The cardan bracket 20 has at its closed rear end an elongated pivot pin 21 which is mounted so that it can rotate about a longitudinal axis in bearings 21 'which are arranged in a plate 22 at the rear of the housing 10. The chiming bar 26 of the gyro horizon is mounted so that it can swing between the open arms of the cardan bracket 20 on two spaced-apart pins. These pins are designed as a pair of pins 27, 27 'which are mounted on the inside of each arm of the cardan bracket, approximately behind the pins 19, 19', so that they protrude just far enough to form axle bearings for the chiming bar 26.

Die Kimmstange 26 besteht aus einem dünnen zusammenhängenden Streifen aus einem Material, wie Aluminium oder einem ähnlichen leichten, festen Material, das in die gewünschte Form gepreßt werden kann. Der Streifen hat ein verbreitertes Seitenstück 29, ein schmaleres Vorderstück, das gebogen ist, um den Anzeigeteil 12 der Kimmstange zu bilden, und ein gebogenes Endstück 28, dessen Ende im wesentlichen parallel zum Seitenstück ist. Die Kimmstange 26 ist am Kardanbügel in zwei Zapfen gelagert, und zwar wird das Seitenstück 29 von dem Stif 27 und das Endstück 28 von dem Stift 27' getragen, derart, daß die ein ebenes Vieleck bildende Kimmstange um ihre Zapfenlage für alle Stellungen ausbalanciert ist.The chiming bar 26 consists of a thin continuous strip of a material such as aluminum or a similar lightweight, strong material pressed into the desired shape can be. The strip has a widened side piece 29, a narrower front piece, which is bent around the display part 12 of the rear sight bar to form, and a curved end piece 28, the end of which is substantially parallel to the side piece is. The chiming bar 26 is mounted on the cardan bracket in two pins, namely the side piece 29 carried by the pin 27 and the end piece 28 by the pin 27 ', in such a way that the one flat Polygonal chiming bar is balanced around its pivot position for all positions.

Das verbreiterte Seitenstück 29 der Kimmstange 26 besitzt ein im wesentlichen bogenförmiges Langloch 31, durch welches der Zapfen 19 durchtritt. Das Krümmungszentrum des Langloches 31 liegt auf der Drehachse der Kimmstange 26, d. h. es stimmt mit der Achse überein, die durch die Stifte 27, 27' auf dem Kardanbügel 20 bestimmt ist, so daß die Kimmstange 26 ohne Störung durch den Zapfen 19 verschwenkbar ist. Zwei gekrümmte Ansätze 32, 32' ragen in das Langloch 31, und ihr Krümmungszentrum liegt auf der von den Zapfen 19, 19' festgelegten Achse, wenn die Kimmstange 26 eine ihrer vorbestimmten Grenzwinkellagen erreicht. Die Wirkungsweise dieser Ansätze wird unten ausführlich erklärt.The widened side piece 29 of the chiming bar 26 has a substantially arcuate elongated hole 31 through which the pin 19 passes. The center of curvature of the elongated hole 31 lies on the axis of rotation of the chiming bar 26, d. H. it coincides with the axis passed by the pins 27, 27 'is determined on the cardan bracket 20, so that the chiming bar 26 can be pivoted by the pin 19 without interference. Two curved approaches 32, 32 'protrude into the elongated hole 31, and their center of curvature lies on that of the pegs 19, 19 'fixed axis when the chiming bar 26 reached one of their predetermined critical angle positions. The mode of action of these approaches will explained in detail below.

Das erweiterte Seitenstück 29 der Kimmstange 26 hat auch ein schmales, nach vorn führendes Langloch 33, das in zwei bogenförmigen Profilen 3i_a, Ji₆ in das Langloch 31 übergeht. Die Fläche 3i_a hat ihr Krümmungszentrum auf der Achse der Zapfen 19, 19', wenn die Stange ihre obere Drehungsgrenze ereicht hat, und die Fläche 31& hat dasselbe Krümmungszentrum, wenn die Stange an ihrer unteren Drehungsgrenze ist. Die Antriebsmittel der Kimmstange 26 bestehen aus einem ersten Stift 34, der an dem Rotorgehäuse 18 zwischen dem Zapfen 19 und dem Stift 27 angegebracht ist und in das Langloch 33 hineinragt, während das Ende des Stiftes 34 in einer bestimmten Entfernung von der Innenfläche des Kardanbügels 20 endigt. Ein zweiter, auch auf dem Rotorgehäuse 18 angebrachter Stift 35 greift in das gekrümmte Langloch 31 ein und liegt vor dem Zapfen 19, wobei er auch in einer bestimmten Entfernung von der Innenfläche des Kardanbügels 20 endigt. Die Stifte 34 und 35 liegen in einer waagerechten Ebene, die durch den Zapfen 19 geht.The extended side piece 29 of the chiming bar 26 also has a narrow elongated hole 33 leading to the front, which merges into the elongated hole 31 _{in two arcuate profiles 3i a} , Ji _6. The surface 3i _a has its center of curvature on the axis of the journals 19, 19 'when the rod has reached its upper limit of rotation and the surface 31 & has the same center of curvature when the rod is at its lower limit of rotation. The drive means of the chiming bar 26 consist of a first pin 34 which is attached to the rotor housing 18 between the pin 19 and the pin 27 and protrudes into the elongated hole 33, while the end of the pin 34 is at a certain distance from the inner surface of the cardan bracket 20 ends. A second pin 35, also attached to the rotor housing 18, engages in the curved elongated hole 31 and lies in front of the pin 19, whereby it also ends at a certain distance from the inner surface of the cardan bracket 20. The pins 34 and 35 lie in a horizontal plane which goes through the pin 19.

Die Drehung des Rotorgehäuses 18 in bezug auf den Kardanbügel 20 ist durch zwei Anschläge beschränkt (36, 36') 3 die einen Teil des Gehäuses 18 bilden und mit einem Ansatz 37 an dem Kardanbügel 20 zusammenwirken. Die Anschläge 36, 36' iao und der Ansatz 37 sind so befestigt, daß sie das Umschlagen des Gehäuses 18 um die Achse 19, 19' verhindern, ohne den Kreisel zu stören.The rotation of the rotor housing 18 with respect to the cardan bracket 20 is restricted by two stops (36, 36 ') 3 which form part of the housing 18 and with a shoulder 37 on the cardan bracket 20 work together. The stops 36, 36 'iao and the approach 37 are attached so that they Turning the housing 18 around the axis 19, 19 ' without disturbing the top.

Die beschriebene Einrichtung wirkt wie folgt. Es sei ein waagerechter Geradeausflug angenommen, bei welchem das Rotorgehäuse 18 in einerThe device described works as follows. Assume a level flight in a straight line, in which the rotor housing 18 in a

senkrechten Lage ist und die Stifte 34 und 35 in bezug auf den Kardanbügel 20 waagerecht liegen. Der Anzeigeteil 12 der Kimmstange ist mit dem Miniaturflugzeug 16 ausgerichtet, und der Anzeiger 14 ist, wie dies Fig. 3 zeigt, auf Mitte. Wenn nun das Flugzeug abwärts fliegt, dann wird die Beziehung zwischen dem Rotorgehäuse 18, der Kimmstange 26 und dem Kardanbügel 20 nach der strichpunktierten Linie in Fig. 1 geändert. Es wird natürlieh angenommen, daß das Rotorgehäuse 18 durch die Auf richteinrichtung 18' tatsächlich vertikal gehalten wird und daß das Gehäuse 10 und der Kardanbügel 20 um die durch die Zapfen 19, 19' bestimmte Querachse schwenken. Wenn das Gehäuse in bezug auf den Kardanring 20 nach vorn kippt, wird sich der Stift 34 nach oben bewegen und dabei durch Stift 34 und Langloch 33 in üblicher Weise die Kimmstange 26 mitnehmen. Wenn jedoch das Flugzeug einen steileren Ab-is vertical position and the pins 34 and 35 with respect to the cardan bracket 20 are horizontal. The indicator part 12 of the chim bar is aligned with the miniature aircraft 16, and the indicator 14, as shown in FIG. 3, is centered. If the aircraft now flies downwards, then the relationship between the rotor housing 18, the chiming rod 26 and the cardan bracket 20 is changed according to the dash-dotted line in FIG. 1. It is of course assumed that the rotor housing 18 is actually held vertically by the erecting device 18 'and that the housing 10 and the cardan bracket 20 pivot about the transverse axis determined by the pins 19, 19'. When the housing tilts forwards with respect to the gimbal ring 20, the pin 34 will move upwards and thereby take the chiming bar 26 with it through the pin 34 and elongated hole 33 in the usual manner. However, when the aircraft descends steeply

ao wärtsflug macht und das Rotorgehäuse sich in bezug auf den Kardanbügel 20 über einen festgelegten Winkel hinausbewegt, der in der dargestellten Form ungefähr 30 ° beträgt, wird der Stift 34 aus dem Langloch 33 austreten und sich auf der Profilfläche 3i„ entlang weiterbewegen. Der Krümmungsmittelpunkt der Leitkurve 3i_a fällt jetzt auf die Achse der Zapfen 19, 19', die Stange ist an ihrer oberen Drehungsgrenze, und man sieht, daß die Stange 26 sich nicht weiterbewegen und ihr Anzeigeteil 12 nicht von dem gebogenen Hintergrund 13 herunterkommen wird. Während sich der Stift 34 auf der Leitkurve 3I₀ bewegt, kommt der Stift 35 in Berührung mit der Außenseite des bogenförmigen Ansatzes 32', und da der Ansatz jetzt seinen Krümmungsmittelpunkt, wie oben erklärt, auf der Achse der Zapfen 19, 19' hat, so wird der Stift 35 der Kimmstange 26 keine weitere Bewegung mehr erteilen, sondern sie bei weiteren Drehungen des Gehäuses 18 über den obenerwähnten eingestellten Winkel hinaus in fester Lage zu dem Kardanbügel sichern (s. Fig. 4). Die Zusammenarbeit der Verlängerung 32' und des Stiftes 35 hindert auch die Stange 26 daran, über die Vorderseite des Instruments hinwegzufallen, wenn der Kreisel um die Längsachse durch die Wirkung des Stiftes 36' und des Anschlags 37 präzediert.ao makes upward flight and the rotor housing moves beyond a fixed angle with respect to the cardan yoke 20, which is approximately 30 ° in the form shown, the pin 34 will emerge from the elongated hole 33 and continue to move along the profile surface 3i ". The center of curvature of the guide curve 3i _a now falls on the axis of the pins 19, 19 ', the rod is at its upper limit of rotation, and it can be seen that the rod 26 will not move any further and its display part 12 will not come down from the curved background 13. While the pin 34 moves on the guide curve 3I ₀ , the pin 35 comes into contact with the outside of the arcuate extension 32 ', and since the extension now has its center of curvature, as explained above, on the axis of the pins 19, 19', so the pin 35 of the chiming bar 26 will not give any further movement, but will secure it in a fixed position to the cardan bracket when the housing 18 is rotated further beyond the above-mentioned set angle (see FIG. 4). The cooperation of extension 32 'and pin 35 also prevents rod 26 from falling over the front of the instrument as the top precesses about the longitudinal axis by the action of pin 36' and stop 37.

Wenn das Flugzeug jetzt aus dem steilen Abflug herauskommt, wird sich der Stift 35 an der bogenförmigen Verlängerung 32' entlang weiterbewegen, bis der Stift 34 die Leitkurve 3i_a berührt, wenn der Stift 35 von der Verlängerung 32' frei wird. Während die Flugbahn wieder horizontal wird, wird sich der Stift 34 an der Leitkurve 3i_a entlang bewegen, bis er an das Langloch 33 kommt.If the aircraft now comes out of the steep take-off, the pin 35 will continue to move along the arcuate extension 32 'until the pin 34 _{touches the guide curve 3i a} when the pin 35 is free from the extension 32'. While the trajectory becomes horizontal again, the pin 34 will _{move along the guide curve 3i a} until it comes to the elongated hole 33.

Zu diesem Zeitpunkt ist die relative Bewegung zwischen dem Kardanbügel 20 und der Kimmstange 26 wiederhergestellt, und bei weiterer Annäherung an eine waagerechte Flugbahn wird sich der Stift 34 im Langloch 33 bewegen und die Kimmstange 26 abwärts führen, bis sie auf gleicher Höhe wie das Miniaturflugzeug 16 ist.At this point there is relative movement between the gimbal bracket 20 and the chiming bar 26 is restored, and as it approaches a level trajectory, it will move the pin 34 in the elongated hole 33 and guide the chiming bar 26 down until they are on the same Altitude as the miniature airplane is 16.

Claims

Patent claims:

ι. Gyro horizon for planes, "at which the rotor housing is pivotably mounted about a transverse axis in a cardan bracket, which is next to a window in the device housing has an opening, the information of the device are supplied by a reference part and a display part cooperating with this, which is adjusted by the rotor housing and is visible through the window, characterized by that the display part is mounted on the inside of the cardan bracket so as to be expandable about an axis parallel to the transverse axis.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the cardan bracket (20) is approximately U-shaped and at its closed end in the housing (10) by means an elongated pivot pin (21) is rotatably mounted.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the display part (12, 29, 26, 28) consists of a coherent thin strip of rigid material, the the front end, bent as a horizon pointer (12), extends across the opening of the cardan bracket (20) extends and its rear end (26, 28) approximately in the shape of the cardan bracket (20) is bent and the front end with respect to the pivot axis (27, 27 ') of the Display part approximately balanced.

4. Apparatus according to claim 1 or the following, characterized in that the display part is in operative connection with the rotor housing (18) by means of a pin (34) which is connected to is attached to the rotor housing and in a slot (33) in a side piece of the display part intervenes.

5. Apparatus according to claim 1 or the following, characterized in that one on the rotor housing (18) attached pin (35) the display part in a fixed position to the cardan bracket (20) secures when the rotor housing (18) opposes itself over a predetermined angular position the cardan bracket (20) moved out.

6. Apparatus according to claim 5, characterized in that the pin (35) with a slot (32 or 32 ') cooperates in the side piece of the display part.

1 sheet of drawings

® 5904 4.54® 5904 4.54