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Einrichtung zur .Anzeige bzw. Durchführung eines Regelvorgangs Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Anzeige beziehungsweise Durchführung eines
Regelvorgangs, die wirksam wird, wenn die Geschwindigkeit eines Flugkörpers eine
vorbestimmte Machzahl erreicht oder überschreitet, und mit zwei Druckluftleitungen
versehen ist, die von geeigneten Stellen derart abzweigen, daß das Verhältnis der
Drücke in ihnen dem Rayleighschen Verhältnis entspricht. Die Einrichtung ist ferner
mit einem Bedienungsglied und zwei druckempfindlichen Vorrichtungen ausgerüstet,
die an das Bedienungsglied angeschlossen sind und auf den Druck in den beiden Druckluftleitungen
ansprechen, wobei die beiden druckempfindlichen Vorrichtungen das Bedienungsglied
in entgegengesetzten Richtungen zu verstellen suchen. Hierbei wird unter dem Rayleighschen
Druckverhältnis das Verhältnis der Drücke einerseits der umgebenden atmosphärischen
Luft und anderseits des Druckes verstanden, den eine in Flugzeugrichtung nach vorn
gerichtete Pitotröhre liefert. R a y-I e i g h hat gezeigt, daß dieses nach ihm
benannte Druckverhältnis bei einer bestimmten Machzahl konstant ist. Aus dem Verhältnis
dieser beiden Drücke kann also die Machzahl ermittelt werden. Die Machzahl ist bekanntlich
das Verhältnis der Geschwindigkeit eines gegebenen Luftstroms zu der Schallgeschwindigkeit
in diesem Luftstrom, und da die Schallgeschwindigkeit sich abhängig von der Lufttemperatur
und der Luftdichte ändert, hängt die tatsächliche Geschwindigkeit eines Flugzeugs,
das z. B. die Machzahl Nr. i einhält, in
starkem Maße von den atmosphärischen
Bedingungen ab. Das Rayleighsche Druckverhältnis hingegen bleibt bei jeder beliebigen
Machzahl konstant.
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Gemäß der Erfindung weisen bei einer derartigen Einrichtung zur Anzeige
beziehungsweise Durchführung eines Regelvorgangs die druckempfindlichen Vorrichtungen
solche wirksamen Flächen auf und sind derart mit dem Bedienungsglied verbunden,
daß nur dann, wenn die beiden Drücke dem Rayleighschen Druckverhältnis bei einer
bestimmten Machzahl entsprechen, die auf das Bedienungsglied ausgeübte Kraftresultierende
gleich Null ist, und es sind ferner elastische Mittel vorgesehen, die das Bedienungsglied
in eine vorherbestimmte Lage zurückzuführen streben, in der sie auf das Bedienungsglied
keine Kraft ausüben, so daß es diese- Ruhelage einnimmt, wenn das vorherbestimmte
Rayleigsche Druckverhältnis eintritt.
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Hierbei soll unter der Bezeichnung Flugzeug nicht nur jedes übliche
Flugzeug, sondern jegliches durch die Luft gesandte Geschoß od. dgl. verstanden
werden, gleichgültig, ob es hierbei gelenkt oder nicht gelenkt wird, und gleichgültig
auch, in welcher Weise es angetrieben wird.
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Zweckmäßig wird die Erfindung-in der Weise ausgestaltet, daß das Bedienungsglied
mittelbar oder unmittelbar eine Warnvorrichtung betätigt, wenn es seine Ruhelage
erreicht oder erstmalig überschreitet. Auf diese Weise kann dem Führer eines Flugzeugs
angezeigt werden, daß die Geschwindigkeit dieses Flugzeugs die vorbestimmte Machzahl
erreicht hat. Er erhält also eine Warnung, daß eine gefährliche Geschwindigkeit
erreicht oder nahezu erreicht worden ist. Dabei kann das Anzeigeglied selbst sichtbar
werden und durch entsprechende Ausgestaltung als Warnungssignal wirken.
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Die Einrichtung nach der Erfindung kann jedoch auch in der Weise verwirklicht
werden, daß das Bedienungsglied beim Erreichen oder überschreiten der bestimmten
Machzahl eine Servo- bzw. Relaiseinrichtung in Tätigkeit setzt, die eineWarnvorrichtung
und/oder eine den Antrieb des Flugzeugs beeinflussende Regelvorrichtung betätigt.
Die Beeinflussung des Flugzeugantriebs erfolgt hierbei in dem Sinne, daß ein Überschreiten
der vorbestimmten Machzahl verhindert wird. Es kann aber auch irgendeine Hilfsvorrichtung
in Tätigkeit gesetzt werden, wenn eine bestimmte Machzahl erreicht oder überschritten
wird. In diesem Falle steuert das Bedienungsglied zweckmäßig ein hydraulisch, pneumatisch,
elektrisch oder sonstwie arbeitendes Relais, mit dessen Hilfe die gewünschte Steuerung
bewirkt wird.
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Bei einer solchen Anordnung wird das Gerät für gewöhnlich benutzt
werden, um die Zufuhr des Brennstoffs zur Antriebseinrichtung des Flugzeugs zu regeln;
eine Anwendungsform der Erfindung, bei der die Brennstoffzufuhr in einem Flugzeug
geregelt wird, das mit Überschallgeschwindigkeit fliegen soll, ist in der Zeichnung
veranschaulicht. Fig. i zeigt schaubildlich eine Ausführungsform der Brennstoffzufuhrregelung,
bei der ein gemäß der Erfindung ausgebildetes Gerät zur Anwendung kommt, so daß
die Geschwindigkeit des Flugzeugs auf eine bestimmte Machzahl begrenzt wird, die
im vorliegenden Falle als Machzahl Nr. 2 gewählt ist; Fig. 2 zeigt in Seitenansicht
und im Schnitt das Gerät nach der Erfindung, welches bei der Anordnung nach Fig.
i zur Anwendung gelangt; Fig. 3 zeigt eine ähnliche Darstellung wie Fig. 2, wobei
der Querschnitt in einer Ebene geführt ist, die rechtwinklig zu derjenigen nach
Fig.2 verläuft; einzelne Teile sind in Ansicht veranschaulicht; Fig. q. zeigt in
größerem Maßstabe in Seitenansicht und im Schnitt die wesentlichen Teile des Gerätes
nach den Fig. 2 und 3; der Schnitt ist in derselben Ebene geführt wie in Fig. 3
; Fig. 5 ist ein Schnitt nach der Ebene 5-5 der Fig. 3, und Fig: 6 zeigt das Gerät
nach den Fig. 2 bis 5 in Außenansicht.
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Die Brennstoffzuführungsanlage, auf die bei dem dargestellten Beispiel
die Einrichtung nach der Erfindung angewendet ist, soll bei einem Flugzeug Benutzung
finden, das mittels eines Katapultes oder mittels eines Düsenantriebs gestartet
wird; die Antriebseinrichtung des Flugzeugs wird automatisch nach dem Starten beim
Erreichen einer bestimmten Geschwindigkeit in Wirkung gesetzt.
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Die Brennstoffzuführungsanlage besteht im wesentlichen aus einer Zentrifugalpumpe
A, die mittels einer Luftturbine A1 antreibbar ist; die Antriebsluft wird dieser
Turbine durch den bei der Vorwärtsbewegung des Flugzeugs entstehenden Druck zugeführt.
Die Zentrifugalpumpe A saugt Brennstoff aus einem Behälter A2 an und führt diesen
Brennstoff über eine geeignete Meß- und Kontrollvorrichtung der bzw. den Verbrennungskammern
der Antriebseinheit zu. Diese Antriebseinheit ist nach Art eines Düsenantriebs ausgebildet.
Die Anlage enthält weiterhin Einrichtungen zur Ingangsetzung der Brennstoffzufuhr,
die in Abhängigkeit von dem Lieferdruck der Pumpe A in Wirkung treten, so daß die
Brennstoffförderung erst dann einsetzt, wenn die Pumpe A eine bestimmte Geschwindigkeit
erreicht hat; während einer kurzen Zündperiode findet eine Steuerung statt, so daß
das Entzünden der Brenner erleichtert wird, bevor der volle Einspritzvorgang einsetzt.
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Die Druckseite der Pumpe A steht mit dem den Druck des Brennstoffs
regelnden Ventil B in Verbindung, dessen Öffnung mittels eines doppelt wirkenden
Servokolbens B1 steuerbar ist. Auf diesen Kolben wirkt eine Feder B2 ein, und seine
Stellung wird mittels eines Servoventils B3 gesteuert, das von einer Membran B4
betätigt wird. Die Kammern zu beiden Seiten dieser Membran stehen über Leitungen
B5 und B6 mit den Einlaß-und Auslaßseiten einer Meßöffnung C in Verbindung; die
Membran und infolgedessen auch das
Servoventil B3 arbeiten daher
in Abhängigkeit von der Druckdifferenz in der Meßöffnung C. Die Ablaufseite des
Steuerventils B steht über eine Leitung D mit der Druckseite der Meßöffnung C in
Verbindung und außerdem auch mit einer zweiten Meßöffnung Cl, die zur Meßöffnung
C parallel geschaltet ist. Die Anordnung ist so getroffen, daß die Membran B4 über
das Servoventil B3 das Steuerventil B derart betätigt, daß ein konstanter Druckverlust
in den beiden Meßöffnungen C und Cl bei einer bestimmten Einstellung der Einrichtung
stattfindet. Der Druckverlust, der auf diese Weise in den Meßöffnungen C und Cl
entsteht, kann geregelt werden, indem der auf der Membran B4 lastende Druck verändert
wird, der von der Meßdruckregelfeder E auf dieMembran ausgeübt wird; das andere
Ende dieser Feder legt sich gegen einen Ansatz El, dessen Stellung in der nachstehend
noch beschriebenen Weise regelbar ist.
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Auf den Anschlag El wirkt das eine Ende eines Meßdruckregelhebels
E2 ein, der in seiner Mitte an eine Stange E3 angelenkt ist; das der Feder E abgewandte
Ende wirkt mit einem Servokolben F zusammen, der nachstehend als geschwindigkeitsabhängigerServokolben
bezeichnet ist; dieStellung dieses Kolbens wird bestimmt durch ein geschwindigkeitsgesteuertes
Servoventil F1, das seinerseits von einer in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit
betätigten Membran F2 geregelt wird. Die untere Seite dieser Membran steht mit der
Außenluft in Verbindung, während auf die andere Seite der Membran ein Druck ausgeübt
wird, der von einer Stelle entnommen wird, die hinter einer vollen Druckwelle liegt,
wenn das Flugzeug sich mit Überschallgeschwindigkeit bewegt; die auf die beiden
Seiten der Membran F2 einwirkenden Drücke entsprechen daher dem Rayleighschen Druckverhältnis.
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Zwischen dem geschwindigkeitsgesteuerten Servokolben F und dem geschwindigkeitsgesteuerten
Servoventil F1 liegt eine Feder F3, so daß die Stellung des Kolbens F sich immer
genau nach der Druckdifferenz richtet, die auf die Membran F2 einwirkt und dem Rayleighschen
Verhältnis entspricht. Die Regelung des Druckabfalles über die Meßöffnungen C und
Cl und infolgedessen das Maß der Brennstoffzufuhr durch diese öffnungen würde also
immer in Abhängigkeit von dem Verhältnis der beiden auf die Membran einwirkenden
Drücke stattfinden, wenn die bis jetzt beschriebene Regelung der einzige Regelungsvorgang
wäre.
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Die Stange E3 steht über einen Hebel G, der bei G1 schwenkbar gelagert
ist, mit einem Servokolben G2 in Verbindung. Dieser Kolben wird nachstehend als
der Schlitzsteuerungsservokolben bezeichnet; dieStellungdiesesKolbens ist abhängig
von einem Schlitzsteuerungsservoventil G3; dieses Ventil kann mittels eines Hebels
G4 von einer der Außenluft ausgesetzten Druckkapsel G5 betätigt werden. Der Kolben
G2 ist unmittelbar mit dem beweglichen Teil C2 der Meßöffnung verbunden, der den
wirksamen Durchgangsquerschnitt der Meßöffnung bzw. des Meßschlitzes steuert; außerdem
besteht eine Verbindung über einen Hebel C3, der bei C4 schwenkbar ist, mit dem
beweglichen Teil C5, der den wirksamen Durchgangsquerschnitt der Meßöffnung bzw.
des Meßschlitzes Cl steuert. Die Verbindung ist dergestalt, daß jede Verstellung
des Servokolbens G2 in irgendeiner Richtung den wirksamen Durchgangsquerschnitt
der beiden Meßöffnungen C und Cl im gleichen Sinne verändert.
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Mit der bisher beschriebenen Anordnung wird erreicht, daß die Bewegung
des Servokolbens G2 in Abhängigkeit von dem äußeren Luftdruck unmittelbar den Durchgangsquerschnitt
der Meßöffnungen C und Cl beeinflußt. Außerdem wird die Bewegung des Servokolbens
G2 mit derjenigen des Servokolbens F kombiniert, und zwar unter der Einwirkung der
beiden auf die Membran-F2 einwirkenden Drücke, so daß die Bewegung des Federanschlages
E und damit der Druckabfall geregelt wird, der in den Meßöffnungen C und
Cl entsteht.
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Auf diese Weise ist es bei geeigneter Bemessung der Einzelteile möglich,
daß die Regelung der Durchgangsquerschnitte der Meßöffnungen C und Cl lediglich
eine Funktion des umgebenden Luftdruckes ist, wobei die Regelung des Druckabfalles
in den Meßöffnungen C und Cl lediglich in Abhängigkeit von dem von der Geschwindigkeit
des Flugzeuges bestimmten Druck erfolgt.
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Wird bei der beschriebenen Einrichtung angenommen, die Schwenkachse
C4 werde ortsfest gehalten, so wird durch die Bewegung des Kolbens G2 der Durchgangsquerschnitt
der beiden Meßöffnungen C und Cl im gleichen Sinne geregelt; eine Verstellung des
Schwenkpunktes C4 wird den Durchgangsquerschnitt der Meßöffnung Cl verändern, da
der Hebel C3 um das mit dem Kolben G2 verbundene Ende geschwenkt wird, ohne daß
dabei die Einstellung der Meßöffnung C verändert wird.
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Die Schwenkachse C4 ist mit dem Gerät nach der Erfindung verbunden,
das aus einem Servokolben H besteht, der in einem Servozylinder Hl angeordnet ist.
Das eine Ende dieses Zylinders weist eine Ein-und Auslaßöffnung H2 auf und das andere
Ende eine Abzugsleitung H3; außerdem ist eine Druckfeder vorgesehen, die immer das
Bestreben hat, den Kolben H nach unten zu drücken. Die Ein- und Auslaßöffnung H2
für die Arbeitsflüssigkeit ist mit der Ein- und Auslaßöffnung eines in Fig. i mit
J bezeichneten Servoventils verbunden, das in den Fig. a bis 6 genauer dargestellt
ist und folgende Bauart aufweist: Das Ventil J weist ein aus drei Teilen J1, J2,
J3 bestehendes Gehäuse auf, in dem ein Servoventil untergebracht ist, das mit einer
Unterdruckkapsel und verschiedenen Membranen zusammenwirkt, auf die entsprechend
der nachstehenden Beschreibung Druck ausgeübt wird.
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Das eigentliche Ventil besteht aus einem Ventilkörper K mit zwei Ansätzen
od. dgl. K1, K2, die dicht in einem ZylinderK3 verschiebbar angeordnet sind. Der
Zylinder ist im Innern des Gehäuses angeordnet und weist drei äußere ringförmige
Aussparungen auf, in denen Dichtungsringe K4 untergebracht sind. Diese Dichtungsringe
gewährleisten
einen flüssigkeitsdichten Abschluß zwischen dem Zylinder
K3 und der Wandung der Kammer, in der dieser Zylinder liegt. Zwischen den bandartigen
Ansätzen KI und K2 liegt eine Kammer L; anderseits befinden sich zwischen den Bandansätzen
K2 und K1 und den ihnen benachbarten Enden des Zylinders K3 Kammern L1 und L2.
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Der obere Teil des Gehäuses Il, J2, J3 enthält eine Kammer M, die
gegenüber der Kammer L1 mittels einer Membran Ml abgeschlossen ist und eine Unterdruckkapsel
M2 aufweist, deren oberer Teil ein Verbindungsstück M3 trägt. Dieses Verbindungsstück
besitzt einen kugelig gestalteten Kopf M4, der in einem kappenartigen Glied M5 liegt.
Dieses kappenartige Glied wird von einem brückenartigen Teil Ms getragen, der mit
dem Teil J2 des Gehäuses verbunden ist. Das kappenartige Glied M5 ist in dem Brückenteil
Ms einstellbar gelagert und kann in jeder beliebigen Stellung mittels einer Riegelmutter
M7 gesichert werden.
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Das untere Ende der Kapsel M2 steht über ein Verbindungsstück N durch
die Membran Ml hindurch mit dem oberen Ende des Ventils K in Verbindung. In dem
unteren Ende des Gehäuses Il, l2, J3 sind Ringteile 0, 0l vorgesehen, die zusammen
mit Membranen 02, 03 KammernP und P1 bilden. Die Kammer P wird von der Kammer
L2 durch die Membran 02 getrennt und die Kammer P1 von der Kammer P durch die Membran
03.
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Das untere Ende des Ventils K hat einen Ansatz NI, der
nach unten ragt und über geeignete Abstandstücke N2, N3, N4 mit den Membranen 02,
03 verbunden ist.
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Die KammernFl und M sind über einen Kanal Q mit der Außenluft verbunden;
die Kammer P hingegen steht durch die Leitung R mit einem Punkt in Verbindung, der
hinter einer Druckwelle liegt, wenn das mit der Einrichtung versehene Flugzeug sich
mit Überschallgeschwindigkeiten bewegt; in der Kammer P wird dann der entsprechende
Druck herrschen. Die in den Kammern P einerseits und den Kammern M und P1 anderseits
herrschenden Drücke stehen also zueinander im Rayleighschen Verhältnis. Der Zylinder
K3 weist einen ringförmigen Kranz von Öffnungen S auf, die mit dem Kanal H2 in Verbindung
stehen und eine derartige axiale Länge haben, daß der Bandring K1 in einer bestimmten
Stellung gerade diese Öffnungen abschließen kann. Außerdem ist der Zylinder K3 mit
öffnungen S1 versehen, die mit einem Kanal S2 in Verbindung stehen. Dieser Kanal
führt zu einer Quelle von Druckflüssigkeit; die beiden Kammern L1 und L2 stehen
hingegen mit einem Druckablaßkanal S3 in Verbindung.
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Die Anordnung ist so getroffen, daß, wenn der Bund K1 die Öffnungen
S verschließt, die Dose M2 sich in entspanntem Zustand befindet. Überdies werden
die entsprechend wirksamen Bereiche der Dose M2 und der Membranen 02 und
03 den beiden Drücken ausgesetzt sein, die, wie erwähnt, bei überschallgeschwindigkeiten
im Rayleighschen Druckverhältnis zueinander stehen; die wirksamen Bereiche sind
so, daß die auf das Ventilglied K vermittels der Dose und der Membran auf Grund
der in Rede stehenden Drücke ausgeübten Kräfte genau im Gleichgewicht miteinander
stehen, wenn die Geschwindigkeit des Flugzeugs die Machzahl 2 erreicht, d. h. wenn
das Verhältnis des in der Kammer P herrschenden Druckes zu dem Druck in den Kammern
M und P1 wie 5,6364: i ist.
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Wird angenommen, das Flugzeug vergrößere seine Geschwindigkeit, so
leuchtet ein, daß der Bund K1 so lange, wie die Geschwindigkeit unter der Machzah12
liegt, eine Stellung einnimmt, in der sein unterer Rand die Offnungen S freigibt.
Die Öffnungen stehen dann mit der Flüssigkeitsrücklaufleitung S2 in Verbindung,
und der Kolben H nimmt unter der Wirkung seiner Feder Hl die in Fig. i veranschaulichte
Stellung ein. Erreicht das Flugzeug eine der Machzahl2 entsprechende Geschwindigkeit,
so wird der Bund KI die öffnungen S gerade abschließen; jede weitere Geschwindigkeitserhöhung
bewirkt dann, daß der obere Rand des Bundes K1 die öffnungen freigibt, so daß diese
mit der Kammer L in Verbindung treten und damit Druckflüssigkeit durch die öffnung
S und die Leitung H2 eintreten und den Kolben H entgegen der Wirkung seiner Feder
Hl bewegen kann; dabei wird der Hebel C3 um seine linke Schwenkachse geschwenkt,
so daß er die Regelhülse C5 der Meßöffnung Cl anhebt; dadurch wird die Brennstoffzufuhr
gedrosselt und ein weiteres Ansteigen der Flugzeuggeschwindigkeit verhindert. Es
leuchtet ein, daß diese Wirkung sich fortsetzt bzw. immer von neuem einstellt, wenn
die Flugzeuggeschwindigkeit das Bestreben hat, über die gewählteMachzahl hinaus
zu steigen; fällt anderseits die Flugzeuggeschwindigkeit unter die Machzahl 2, so
wird sich der Bund K1 nach oben bewegen, so daß die öffnungen S der Kammer L2 geöffnet
werden und die hydraulische Flüssigkeit durch die Leitung H2 entweichen kann. Dies
hat zur Folge; daß der Kolben H sich unter der Wirkung seiner Feder Hl nach unten
bewegt und eine erhöhte Brennstoffzufuhr bewirkt. Die Einrichtung wird also tatsächlich
bewirken, daß die Flugzeuggeschwindigkeit auf der ausgewählten Machzahl gehalten
wird.
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Das Ventil K steht über ein Kugelgelenk T mit dem Ende eines Hebels
T1 in Verbindung, der um die Achse T2 schwenkbar ist und ein Gewicht T3 trägt, durch
das das Ventil so gewichtsausgeglichen wird, daß es sich durch die Bewegungen des
Flugzeugs nicht verstellt.
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Es ist zu erkennen, daß die Membranen Ml und 02 nicht nur die Kammern
L1 und L2 von den Kammern M und P trennen, sondern gleichzeitig auch als Mittel
dienen, um die auf dem Ventil K infolge des Druckes in den Kammern Lz und L2 lastenden
Kräfte auszugleichen. Die hydraulischen, auf die Bunde K1 und K2 einwirkenden Kräfte
werden sich gleichfalls ausgleichen, und die wirksamen Flächen der Membranen 02
und 03 sind mit Bezug auf die wirksame Fläche der Dose M2 so bemessen, daß
die Dose M2 in entspanntem Zustand
ist, wenn der Druck in der Kammer
P und derjenige in den Kammern Mund P1 im richtigen Verhältnis zueinander stehen.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist dieAnordnung der druckempfindlichen
Einrichtung derart, daß sie auf einen Teil einwirkt, der die Zufuhr des Brennstoffs
zu der Antriebseinheit eines Flugzeugs regelt; abweichend bzw. zusätzlich kann die
Anordnung aber auch so getroffen sein, daß eine Anzeigevorrichtung oder irgendeine
andere Einrichtung, mit der das Flugzeug ausgestattet ist, betätigt wird, wenn eine
im voraus bestimmte Machzahl überschritten wird. Zu diesem Zweck ist es nur notwendig,
den Kolben H mit einer geeigneten Anzeigevorrichtung oder einer sonstigen Vorrichtung
zu verbinden, damit diese in Wirkung gesetzt wird beim Überschreiten der ausgewählten
Machzahl; die Verbindung kann entweder eine unmittelbare mechanische Verbindung
sein, oder die Kopplung kann auch vermittels einer elektrischen oder hydraulischen
Servoeinrichtung erfolgen, indem beispielsweise die Bewegung des Kolbens H einen
oder mehrere elektrische Schalter oder ein oder mehrere Ventile hydraulischer Servoeinrichtungen
betätigt.
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Findet eine Unterdruckdose Anwendung, so kann diese sowohl die druckempfindliche
Einrichtung des Gerätes als auch die nachgiebige Vorrichtung bilden, die das Bestreben
hat, das Anzeige-, Bedienungs- oder Regelglied in seine Null- oder kritische Stellung
zurückzuführen; es können aber auch für diesen Zweck andere nachgiebige Vorrichtungen
zur Anwendung kommen; in geeigneten Fällen kann ein schwenkbar gelagerter, unter
der Einwirkung der Schwerkraft betätigter Teil verwendet werden, dessen Schwerpunkt
unmittelbar unter dem Schwenkzapfen liegt, wenn das Anzeige-, Bedienungs- oder Regelglied
seine Nullstellung einnimmt.