DE923343C - Automatische Flugzeugsteuerung - Google Patents

Automatische Flugzeugsteuerung

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DE923343C
DE923343C DES20325A DES0020325A DE923343C DE 923343 C DE923343 C DE 923343C DE S20325 A DES20325 A DE S20325A DE S0020325 A DES0020325 A DE S0020325A DE 923343 C DE923343 C DE 923343C
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DE
Germany
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aircraft
lift
angle
inclination
signal
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DES20325A
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English (en)
Inventor
Richard Stanton Brannin
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Sperry Corp
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Sperry Corp
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/04Control of altitude or depth
    • G05D1/042Control of altitude or depth specially adapted for aircraft
    • G05D1/044Control of altitude or depth specially adapted for aircraft during banks

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
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Description

  • Automatische Flugzeugsteuerung Die Erfindung betrifft eine automatische Flugzeugsteuerung, bei welcher die Einstellung der Flugzeuglage von einem Kreisellot abhängig ist. Der Hauptzweck der Erfindung ist die Ausbildung einer Einrichtung, die automatisch ,den Angriffswinkel an dem Flugzeug vergrößert, wenn es in quer geneigter Lage Wendungen ausführt, damit der senkrechte Auftrieb konstant und gleich dem Gesamtgewicht des Flugzeuges bleibt, so d@aß dieses nicht an Höhe verliert, wenn es in quer geneigter Lage eine Kurve fliegt.
  • Die gemäß der Erfindung ausgebildete Flugzeugsteue@rung kennzeichnet sich dadurch, .daß ,ein primäres Steuersignal erzeugt und einer das Höhensteuer verstellenden Servoeinricbtu:ng zugeführt wird, uni, während das Flugzeug ohne Seitenneigung mit gleichmäßiger Geschwindigkeit relativ zur Luft fliegt, den Angriffswinkel der Flügel zur Luft festzulegen, und daß das primäre Steuersignal, wenn das Flugzeug zur Ausführung einer Wendung seitlich geneigt wird, um eine von dem Seitenneigungswinkel abhängige Größe geändert wird, so daß durch Aufrichten des Flugzeuges der Angriffswinkel der Flügel auf einen solchen Wert vergrößert wird, daß die Vertikalkomponente des auf das seitlich geneigte Flugzeug einwirkenden Auftriebes im wesentlichen. gleich dem Auftrieb gehalten wird, der vorher während des Fluges ohne Seitenneigung eingewirkt hat.
  • In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigt Fig. r einen Schnitt durch einen Flugzeugflügel im Fluge; Fig. 2 ist eine Seitenansicht eines Flugzeuges mit einer schematischen Darstellung eines Vertikalkreises der üblichen Art, aber in größerem Maßstabe als das Flugzeug; Fig. 3 ist eine Seitenansicht eines Flugzeuges mit einer ähnlichen schematischenDarstellung eines Vertikalkreisels nach der Erfindung; Fig. q. ist eine schematische Darstellung der vollständigen Kreiselsteuerung nach einer Ausführungsform der Erfindung; Fig. 5 veranschaulicht schematisch das Prinzip einer Form der Erfindung; Fig. 6 zeigt in schematischer Form eine Anordnung der Erfindung, bei der der Auftrieb durch Beanspruchungsmeßgeräte angezeigt wird; , .
  • Fig. 7 zeigt einen teilweisen Schnitt durch einen Flügel mit Beanspruchungsmessern; Fig.8 zeigt schematisch eine andere Ausführungsform der Erfindung, ' bei welcher der senkrechte Auftrieb durch einen Beschleunigungsmesser gemessen wird, der durch den Kreisel stabilisiert wird.
  • In Fig. r ist AB die Profilsehne des Flügels r, und CO ist die Richtung, in. der der Wind wirkt. Die Sehne AB ist nicht die geometrische Sehne des Profils, sondern ist eine gedachte Linie, die so in dem Flügel festgelegt ist, daß sie der wirksamen Windrichtung parallel ist, wenn der Auftrieb Null ist. Dann ist AOC :der Winkel, .der weiter unten als Angriffswinkel bezeichnet ist, und der Auftrieb des Flügels ist proportional dem so ,definierten Angriffswinkel. Die Auftriebsrichtung ' des Flügels wird durch OZdargestellt, welche Linie sowohl zur wirksamen Windrichtung als auch zur Flügellänge senkrecht steht, so daß, im Falle .das Flugzeug eine konstante Höhenlage beibehalten soll, die Vertikalkomponente des Auftriebes genau dem Gesamtgewicht des Flugzeuges gleich sein. ruß.
  • Wenn die Fluggeschwindigkeit einen konstanten Wert beibehält, dann ist der Gesamtauftrieb proportional dem Angriffswinkel. Wenn jedoch der Angriffswinkel gleichfalls konstant gehalten wird, dann wird .die senkrechte Komponente des Auftriebes kleiner, sobald das Flugzeug rollt oder sich während des Fluges quer neigt. Wenn sich das Flugzeug z. B. um go° nach der Seite neigt, so d'aß die Flügel aus der normalen horizontalen in, eine vertikale Lage übergehen, dann verringert sich die Vertikalkomponente des Auftriebes auf Null, oder, um ein anderes Beispiel zu wählen, wenn das Flugzeug sich um 6o° seitlich neigt, .darin ist die Vertikalkomponente des Auftriebes nur die Hälfte des Gesamtauftriebes senkrecht zur Flügelspannweite. Wenn daher der Gesamtauftrieb verdoppelt würde, sobald sich ,die Maschine um 6o° zur Seite neigt, etwa bei Verdoppelung des Angriffswinkels, dann würde der senkrechte Auftrieb der gleiche bleiben wie zuvor, und zwar gleich dem Gewicht des beladenen Flugzeuges, und die Maschine würde während einer Wendung -in quer geneigter Lage nicht an Höhe verlieren. Da der Auftrieb bei konstanter Luftgeschwindigkeit proportional. dem Angriffswinkel ist, so ist dieses erwünschte Ergebnis erreichbar, indem die gewöhnliche selbsttätige Drosselregulierung benutzt wird, um die Luftgeschwindigkeit konstant zu halten, intdem jedoch der Angriffswinkel verdoppelt wird, wenn das Flugzeug- wie :in .diesem Beispiel sich um 6o" seitlich neigt. Ganz allgemein gesagt, diese Form der Erfindung umfaßt eine Methode, um automatisch den normalen Angriffswinkel für Flug in gleichbleibender Höhe im Verhältnis des Sekans des Querneigungswinkels zu vergrößern.
  • Fig. 2 zeugt die Seitenansicht eines Flugzeuges im normalen Flug mit einem typischen KreiselstabilisierungsgeTät bekannter Art, welches die Flughöhe mittels Selbststeuergerätes reguliert. Das Kreiselgerät ist in vergrößertem Maßstabe gezeichnet, und zwar außerhalb über dem Flugzeugkörper, um das Grundsätzliche besser zu veranschaulichen. Das Kreiselhorizontgerät besteht aus einem Rotor, der mit hoher Geschwindigkeit innerhalb des Gehäuses :2 um eine senkrechte Achse rotiert. Das Gehäuse ist so gelagert, daß es um eine Waagerechte sich drehen kann, und zwar um die Querachse 3¢ im Kardanring 36, der seinerseits drehbar bei 35, 35 um eine waagerechte Achse gelagert ist, die vorn und hinten im Rahmen 7, 7 gelagert ist, der starr am Flugzeug angeordnet ist. Das Kreiselgerät ist direkt oder indirekt durch eine der Gravitation, unterliegende Vorrichtung beeinfiußt, um seine Achse in genau senkrechter Lage zu halten, ungeachtet der Bewegung des Flugzeuges. Eine Übertragungseinrichtung ist an den Drehpunkten 34 vorgesehen, so daß jede Neigung des Flugzeuges und damit des Kardanrimges 36 um die Achse 34 einen Impuls an das Selbststeuergerät überträgt und damit eine Änderung des Einfallswinkels veranlaßt, durch die der horizontale Flug der Maschine wieder hergestellt wird. Mehrere Arten solcher .durch. Gravitation beeinflußter Einrichtungen und Übertragungsvorrichtungen sind allgemein bekannt, wie auch Methoden, um den übermittelten Impuls zur Betätigung der Flugzeugsteuervorrichtungen. zu benutzen.
  • Bisher war es üblich, wenn. solch ein Apparat im Flugzeug montiert wurde, mit großer Sorgfalt .darauf zu achten, daß die äußere Kardanachsc 35, 35 während geraden Fluges horizontal war. Erfindungsgemäß jedoch wird der Rahmen 7, 7 so konstruiert und montiert, daß die äußere Kardanachse 35, 35 parallel liegt zur Nullauftriebssehne AB des Flügels, wie in Fig. 3 dargestellt. Da der Angriffswinkel definiert ist als der Winkel zwischen dieser Sehne und der zur Wirkung @ gelangenden Windrichtung, so folgt daraus, daß bei Flug in gleichbleibender Höhe die Achse 35, 35 im Winkel steht zur Richtung des zur Wirkung kommenden Windes, und zwar ist dieser Winkel gleich dem Angriffswinket.
  • Fig. ¢ ist eine schematische Veranschaulichung des vollständigen Kreiselselbststeuergerätes nach der Erfindung. In dieser Figur ist die Azimut- oder Kompaßvorrichtung .zur Kontrolle der Steuereinrichtung des Flugzeuges in der üblichen Form als Richtungskreiselgerät 12 dargestellt, welches das Seitenruder 3 ,durch eine übertragungsvorrichtung 4 steuert in Verbindung mit einem Verstärker 5 und einem Servomotor 6. Steuerung des Kurses von Hand wird mittels des Knopfes io bewirkt, welcher den Körper des Drehfeldübertragers 8 dreht, um so die Handsteuerung der automatischen Steuerung zu überlagern.
  • Die Höhenregulierung um die beiden, horizontalen Achsen des Flugzeuges wird .durch den Vertikalkreisel i4,au!sgeübt, der bereits beschrieben wurde. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, befindet sich der Rotor im Gehäuse 2, welches sich um die horizontale Querachse 34 im Kardanring 36 drehen kann. Der Kardanring selbst ist drehbar um die von vorn nach hinten laufende Achse 35, 35 gelagert. Achse 35 ist nach vorn aufwärts schräg gestellt, so d@aß sie .der Nul.lauftriebsehne des Flugzeugflügels parallel liegt. Wenn das Flugzeug rollt, wird die Winkelrelativbewegung des Kardanringes 36 um Achse 35, 35 zum Querruderkontrollverstärker 24 durch das Sendegerät 25 übermittelt, welches als Telegon-Gerät ausgeführt ist, in welchem alle Windungen feststehen und nur die Weicheisenarmatur 2i innerhalb der feststehenden Windung 22 rotiert. Ein ähnliches Sendegerät 23, das durch den Knopf 27 reguliert wird, wird für die Handkontrolle des Querneigungswinkels benutzt.
  • Die Ausgangsspannung des Sendegerätes 23 wird in den Quersteuerimpulsverstärker 24 geleitet, in Reihe geschaltet mitderentgegengesetzt gerichteten Spannung, die von dem Geber 25 auf der Rollachse des Kreisellotes ausgesendet wird. Verstärker 24. erregt den Querruderservomotor 15, der die Querruder 18, i g betätigt.
  • Längsneigungsbewe,gungen des Flugzeuges verursachen Relativbewegungen zwischen dem Kreiselgehäuse 2 und dem Kardanring 36 um die Querachse 34. Ein ähnlicher Sender 32 für die Übertragung der Neigung ist auf dem Kard@anring 36 angeordnet und wird von der Querachse 34 durch Zahnsektor 33 angetrieben. Der Sendestrom dieses Gerätes geht durch den Höhensteuerimpulsverstä.rker 28 zum Servomotor 16, der die Höhenruder 2g betätigt. Handbetätigung dieser Höhensteuerung wird durch den Knopf 81 bewirkt, welcher den Sender 31 betätigt und dessen Impuls demjenigen des Senders 32 im Verstärker 28 überlagert.
  • Wenn, ein Flugzeug von der waagerechten Lage in eine quer geneigte Lage übergeht oder rollt, dann liegt die Drehachse in der wirksamen Windrichtung. Wenn demnach in Fig. 5 AD die wirksame Windrichtung ist, CD die Richtung der äußeren Kardanachse 35, 35 des Vertikalkreisels i4 in Fig. 4, dann ist CDA der Angriffswinkel. Das Flugzeug rollt, wenn es in die quer geneigte Lage geht, um AD als Achse, und die Achse CD, die im Flugzeug festliegt, beschreibt eine kegeliige Bahn., während der Punkt C auf der Kardanachse sich über einten Kreiselabschnitt bewegt, etwa von C bis C, wobei CAC' gleich B, dem Querneigungswinkel ist. Während dieses Vorgangs bleibt die Querzapfenachse 34 im Kardanring 36 (Fis. 4) genau waagerecht, jedoch bewegt sich das Vorderende dex Kard,anachse 35, 35 abwärts von C nach C in Fig.5, und die Überhöhung des vorderen Endes über die Linie des wirksamen Windes hat sich vom AC zu A'C' verringert, da die Linie AA' in bezug auf die horizontal ist. Um in diese Lage zu kommen, muß der Kardanring 36 um die Achse3.4 im stabilisiertenKreisel,gehäuse2 rotieren, und obwohl tatsächlich die Bewegung eine reine Rollbewegung sein kann, läßt das Sendegerät 32 einen Impuls an. den Höhensteuerimpulsverstärker gelangen, als ob das Flugzeug mit ,dem Vorderende nach unten gerichtet flöge. Das Selbststeuergerät stellt dann automatisch das Höhenruder 29 so ein, daß der Angriffswinkel größer wird und Punkt C in Fig. 5 sich radial nach außen nach C" bewegt, das in der gleichen Höhe über AA' ist wie C. Mit anderen Worten, der Angriffswinkel und demgemäß der Gesamtauftrieb in der Richtung senkrecht zur Flügelspannweite vergrößert sich von AC zu AC", d. h. von AC nach AC - sec B. Die senkrechte Auftriebskomponente bleibt für alle Querneigungswinkel jedoch gleich der ursprünglichen Vertikalkomponente, und das Flugzeug wird sich weder mit der Spitze nach unten senken, noch bei quer geneigtem Flug an Höhe verlieren, was es sonst bei jedem bisher existierenden Kreiselhorizont, wie er in Fig. 2 als typisch dargestellt ist, getan haben würde.
  • Fig.5 gibt eine allgemeine Erklärung der Wirkung der Erfindung. Um ganz .genau zu sein, müßten ,das Dreieck ACC" und andere Teile der Figur auf einer Kugelfläche mit .dem Mittelpunkt bei D liegen. Bei kleinen Werten des Angriffswinkels ADC, wie sie in, der Praxis vorkommen., ist jedoch das Ergebnis, das man von einem ebenen Dreieck bekommt, -genau .genug.
  • Gemäß der bisher beschriebenen Ausführungsform ider Erfindung ist der Zuwachs an Gesamtauftrieb direkt abhängig gemacht vom Querneigungswinkel des Flugzeuges, gemessen mit dem Vertikalkreisel, und der Gesamtauftrieb ist soweit verstärkt, .daß die senkrechte Auftriebskomponente dieselbe Größe hat wie zuvor. Das gleiche Ergebnis könnte man erhalten, wenn man den. Wechsel im tatsächlichen senkrechten Auftrieb mißt, was man erzielen kann entweder durch Meßgeräte für die Beanspruchungen der Flügel oder durch einen Beschleun.igungsmesser im Flugzeug.
  • Die Miethode der Anwendung der Erfindung in Verbindung mit einer Messung des Gesamtauftriebes durch die Beanspruchung der Flügel ist in Fig.6 dargestellt. Man kann irgendein. Spannungsmeßgerät für diesen Zweck benutzen. Vorzugsweise wind jedoch ein Gerät benutzt, bei welchem ein durchweg starrer Draht aus einem elektrisch leitenden Material in. seiner ganzen wirksamen Länge mit der Oberfläche des Sparmungsgliedes so verbunden ist, daß seine Länge und sein elektrischer Widerstand im Verhältnis der Spannung sich ändern. Spannungsmeßgeräte dieser Art sind in der USA.-Patentschrift 2 334 843 beschrieben. In Fig. 7 sind vier Spannungsmeßgeräte 50, 5 r, 52 und 53 dargestellt, welche am Flügelholm 54 so angebracht sind, daß, wenn der Flügel belastet ist, die Geräte 50 und 5, unter Druck und 52 und 53 unter Zug stehen. Die vier Geräte sind in einem Wheatston eschen Brückenkreis geschaltet (Fig. 6), wobei die Diagonale mit Wechselstrom von einer Stromquelle gespeist wird, angedeutet bei 55. Die ausgehende Spannung V ist dann proportional dem gesamten Auftrieb. Diese Spannung TI wird durch Leitungen dem Verstärker 62 zugeführt, .dessen abgegebene Wechselspannung V2 größer ist als Toi, aber immer proportional dem Gesamtauftrieb. Ein Voltmeter oder eine andere Spannungsanzeigevorrichtung 63 kann angeschlossen werden, um -,dem Flugzeugführer eine sichtbare Anzeige des Gesamtauftriebes zu geben. Die ausgehende Spannung V2 des Verstärkers 62 erregt eine Windung des Impulsgebers 64, der auf der von vorn nach hinten gehenden Achse 68, 68 des Kardanringes 70 des Vertikalkreisels 69 montiert ist. Dieser entspricht dem Vertikalkreisel 14 nach Fg. 4, jedoch ist die Achse 68, 68 in .diesem Falle so angeordnet, daß sie bei normalem waagerechtem Flug auch waagerecht liegt. Der Impulsgeber 64 ist so eingerichtet, daß die abgegebene Spannung V3 .gleich der zugeleiteten Tl2 ist, multipliziert mit dem Kosinus des Querneigungswinkels, der durch .den Vertikalkreisel gegeben ist. Die Spannung V3 ist dann proportional der Vertikalkomponente des Auftriebes.
  • Der Transformator 65 hat drei Windungen, wie in Fig. 6 gezeigt, und diese sind so geschaltet, daß die Spannungen V3 und V4 entgegengesetzt gerichtet sind und jede Differenz in den Verstärker 67 des Geschwindigkeitsreglers geht. Die Spannung h4 wird von der sekundären Wicklung des Impulstransformators 66 abgeleitet, dessen primäre Wicklung von einer Einp'basenwechselstromquelle mit konstanter Spannung gespeist wird. Die primäre und sekundäre Wicklung des.. Transformators 66 können gegeneinander durch einen Elektromotor 78 verdreht werden, um die Spannung V4 zu variieren. Dies ist weiter unten genauer beschrieben.
  • Der Geschwindigkeitsreglerverstärker 67 besteht aus einem phasengesteuerten, Verstärker, der mit einem Zweiphasenmotor 78 und einem Generator 77, der mit dem Motor gekuppelt ist, zusammenwirkt. Der Generator ist mit der Zuleitung zurr Verstärker verbunden, um eine große negative Rückkopplung zu schaffen, die der Geschwindigkeit des Motors proportional ist. Auf diese Weise wird die Motorengeschwindigkeit der zugeleiteten Spannung, die vom Verstärker geliefert wird, proportional gehalten und ist von Belastung oder Reibung unabhängig. Derartige Verstärker- und Motorenanordnungen sind an sich seit langem bekannt und brauchen daher nicht weiter beschrieben zu werden.
  • Wenn das Flugzeug geradeaus fliegt, dann wird der Kurvenflugsteuerknopf io (Fig. 4) des Selbststeuergerätes durch eine Sicherung festgehalten, und das Kupplungsgestänge 9 in Fi,g. 6, das von dem Steuerknopf betätigt wird, verbindet Motor 78 und Generator 77 mit dem variablen Impulstransformator 66, der .die Größe .der Spannung V4 kontrolliert. Der Regulierungsmotor 78 läuft dann jeweils in der einen oder der anderen Richtung, um mit der Spannung V4 die Spannung V3 in den Wicklungen des Transformators auszugleichen.. Die Spannung V4 ist dann ein Maß für die @durchschnittliche Vertikalkomponente des Auftriebes des Flugzeuges im normalen geraden Fluge, die also gleich dem Gewicht ist.
  • Wenn das Flugzeug quer geneigt in eine Kurve gehen soll, dann wird Kurvensteuerknopf ro aus der Stellung herausgedreht, in der er durch die Sperre im normalen geraden Flug gehalten war. Diese Bewegung verschiebt das Kupplungsgestänge 9 und schaltet den Motor 78 vom Impulstransformator ab, der jetzt durch eine Reibungsbremse z z gehalten wird. Das Kupplungsgestänge verbindet dann den, Motor mit dem Impulstransformator 86, der durch die drei Leitungen 87 den Drehfeldgeber 88 auf der Querachse 79 des senkrechten Kreiselgerätes speist. Dieser Drehfeldgeber betätigt die Höhensteuerung des Flugzeuges. Wenn das Flugzeug in einer Kurve in Querneigung geht, dann steht der Flügelauftrieb im Winkel zu der Senkrechten, und obwohl der Gesamtauftrieb sich nicht zu ändern. braucht, so wird nichtsdestoweniger die Spannung V3, welche ein Maß für .die Vertikalkomponente des Auftriebes darstellt, kleiner als V4, die den Durchschnittswert des senkrechten Auftriebes im geraden Flug repräsentiert. Die Differenz V4 V" verursacht, daß der Regulierungsmotor 78 den vom Drehfeld,geber 88 ausgehenden Stampfimpuls in solcher Richtung dreht, daß der Innpuls nach Passieren: des Höhensteuerimpulsverstärkers 28 und des Höhenruderservomotors 16 das Höhenruder 29 so betätigt, daß der Angriffswinkel sich vergrößert und damit den Gesamtauftrieb erhöht, bis die Spannung V, gleich V4 wird.
  • Wenn der Geradeausflug wieder aufgenommen werden soll, wird der Kurvensteuerknopf wieder in die Sperrhage zurückgedreht. Die Wirkung ist dann die umgekehrte, und der Angriffswinkel verkleinert .sich, bis der senkrechte Auftrieb wieder ,gleich dem Durchschnittswert vor Beginn der Kurve ist; dieser Durchschnittswert wird durch V4 repräsentiert. Das Kupplungsgestänge 9 kann an der sofortigen Rückkehr in die Anfangsstellung durch einen Dämpfungskolben oder eine andere Dämpfungsei.nrichtung verhindert werden, die dem Regulierungsmotor genügend Zeit läßt, und zwar normalerweise einige Sekunden, um seine Funktion zur neuen Einstellung des Auftriebes nach Beendigung des Kurvenfluges auszuüben,. Nach Ablauf der Zeitspanne wird der Motor 78 wieder mit dem Impulstransformator 66 gekuppelt, um die Spannung V4 in der richtigen Höhe in Bereitschaft für die nächste Wendung zu halten.
  • Fig. 8 zeigt eine abgewandelte Form der Erfindung, bei der ein Beschleunigungsmesser benutzt wird, um den wirklichen senkrechten, Auftrieb zu messen. Irgendeine gebräuchliche Ausführungsform eines solchen Beschleunigungsmessers kann für diesen Zweck benutzt werden.
  • Der eigentliche Beschleunigungsmesser 96 ist auf dem Gehäuse 2 des Vertikalkreisels 69 des Selbststeuergerätes montiert, der in Querzapfen 79 drehbar aufgehängt ist, welche die Neigungsachse im Kardanring 7o bilden, der sich frei um die Längsachse 68, 68 drehen kann. Die Wicklungen des Beschleunigungsmessers können in der Art geschaltet sein, daß sie eine ausgehende Spannung T11 liefern, die der wirklichen senkrechten Beschleunigung des Flugzeuges proportional ist. Solange das Flugzeug seine Höhe beibehält, wird die Spannung, die von dem Beschleunigungsmesser ausgeht, proportional sein der Masse des Flugzeuges, multipliziert mit g, der Gravitationskonstanten, der Erde; die Spannung am Beschleunigungsmesser wird je- doch :anwachsen oder sich vermindern, sobald das Flugzeug zu steigen oder sich zu senken beginnt.
  • Die Spannung des Beschleuniigungsmessers, die mit T11 bezeichnet ist, wird an eine der zwei Primärwicklungen 92 des Transformators 93 angelegt. Die andere Primärwicklung 94 wird mit einer Spannung T14 gespeist, welche, wie im vorhergehenden Falle, den normalen senkrechten Auftrieb repräsentiert, um das Gewicht .des Flugzeuges zu tragen. Der Wert I14 wird in diesem Falle durch einen Gleitkontakt 95 eingestellt, der sich über einen Widerstand oder eine Induktanz 97 bewegt, die mit einer stetigen Einphasenwechselspannung V3 von einem Generator gespeist werden.
  • Wenn der Beschleunigungsmesser ein Typ ist, der nicht zurückgeht, so @daß die ausgehende Spannung für eine Beschleunigung von g immer die gleiche ist, dann kann der Gleitkontakt 95 von Hand auf einem Widerstand 97 so eingestellt werden, .daß diese Spannung l14 durch die Windung 94 geht. Der Vollständigkeit halber soll jedoch hier angenommen werden, d.aß .der Beschleunigungsmesser ab und zu nachgibt und die Spannung 114 daher von Zeit zu Zeit automatisch wieder eingestellt werden muß, um die richtige Spannung durch den Beschleunigungsmesser zu geben, die einer Beschleunigung g entspricht, d. h. wenn das Flugzeug horizontal fliegt. In solchem Falle wird der Gleitkontakt durch ein Getriebe mittels des Regulierungsmotors 78 verstellt, wie nachstehend beschrieben.
  • Die Sekundärwicklung 98 des Transformators 93 ergibt eine Spannung T15, die der Differenz zwischen der Beschleunigungsmesserspannung T11 und der Bezugsspannung T14 proportional. ist. Die Spannung T15 wird einem Regulierungsverstärker 67 angelegt, durch welchen sie Regulierungsmotor 78 und Generator 77 wie in vorliegendem Falle betätigt. Regulierungsmotor 78 arbeitet mittels eines Schneckengetriebes q.q_ und einer Welle 45, welche durch eine Kupplungsgabel 56 mit einer der beiden Kupplungen 57 und 58 verbunden wird. Bei Verbindung mit Kupplung 57 wird der Schieber 95 auf Widerstand 97 so verstellt, daß der Wert T14 gleich wird l11, wenn das Flugzeug geradeaus fliegt. Wenn das Flugzeug für eine Kurve in Querneigung gehen soll, dann wird Welle 45 mit Kupplung 58 verbunden, um den Drehfeldgeber 99 einzustellen. In beiden Fällen läuft Motor 78 in solcher Richtung, daß der Wert T15 auf Null reduziert wird, indem Widerstand 97 eingestellt wird für Flug in der Horizontalen oder indem Höhensteuergerät 29 eingestellt wird für Flug in der Kurve.
  • Der Rotor des Gerätes 99, der von Welle 45 angetrieben wird, wird mit Einphasen.wechselstrom von einer äußeren Stromquelle aus erregt und arbeitet als Primärseite eines Drehfeldübertragers mit einer Dreiphasensekundärseite. Drehung der Primärseite ergibt eine Phasenverscbiiebung der sekundären Wechselströme in den drei Leitungen 37, die den Stator des Drehfeldempfängers 32 speisen, dessen Rotor auf Spindel 79 des Kardanringes des Vertikalkreisels 69 montiert ist. Die von dieser sekundären Wicklung ausgehende Spannung wird zur Regulierung des Höhenruders 29 des Flugzeuges durch Verstärker 28 und Servomotor 16 benutzt, wie in dem vorhergehenden Falle. Der Drehfeldempfänger 32 wirkt als Impul;skombin:ationsgerät oder als Differential, und die von; ihm ausgehende Spannung im Höhensteuerimpulsverstärker ist eine Kombination zweier Komponenten, nämlich einer Komponente, die von der Schrägneigung des Flugzeuges um Achse 79 des Kreisels herrührt, und der Komponente, die vom Beschleunigungsmesser abgeleitet ist.
  • Bei jeder der wahlweisen Anordnungen der Erfindung, wie sie an Hand der Fig. 6 und 8 beschrieben sind, kann der Auftrieb fortlaufend während des Fluges gemessen und dem Führer durch ein Instrument am Armaturenbrett angezeigt werden. Die momentanen Werte können integriert, sie können in horizontale und vertikale Komponenten aufgelöst werden, und die Vertikalkomponente kann zur Regulierung der Höhensteuerung benutzt werden, um das Flugzeug während einer Fahrt in der Kurve auf konstanter Höhe zu halten.
  • Die Vorrichtung arbeitet als ein: Servogerät und erbringt jedmögliche Korrektur der Höhenruderlagt, die notwendig ist, um die Vertikalkomponente auf dem gewünschten. Wert zu erhalten. Sie arbeitet nicht nur im ebenen Flug, sondern gleich gut im Gleitflug oder bei stetiger Steigung und. berücksichtigt nicht nur und korrigiert alle Veränderungen im Querneigungswinkel, sondern auch Wechsel in der Belastung, in der Motorengeschwindigkeit oder in der Luftgeschwindigkeit und gibt allen Änderungen, in einem dieser Punkte oder in allen Punkten nach, solange das Flugzeug innerhalb seines sicheren Betriebsbereiches gehalten wird, und zwar entweder von dem Flugzeugführer oder durch Sicherheitseinrichtungen, wie sie in vielen Standardtypen von Selbststeuergeräten eingebaut sind.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: z. Automatische Flugzeugsteuerung, dadurch gekennzeichnet, daß ein primäres Steuersignal erzeugt und einer das Höhensteuer verstellenden Servoeinrichtung zugeführt wird, um, während das Flugzeug ohne Seitenneigung mit gleichmäßiger Geschwindigkeit relativ zur Luft fliegt, .den Angriffswinkel der Flügel zur Luft festzulegen, und daß das primäre Steuersignal, wenn ,das Flugzeug zur Ausführung einer Wendung seitlich geneigt wird, um eine von dem Seitenneigungswinkel abhängige Größe geändert wird, so daß durchAufrichten des Flugzeuges d,erAngriffswinkel der Flügel auf einen solchen Wert vergrößert wird, daß die Vertikalkomponente des auf das seitlich geneigte Flugzeug einwirkenden Auftriebes im wesentlichen gleich demAuftrieb gehaltenwird, ,der vorherwährend des Fluges ohne Seitenneigung eingewirkt hat. ä. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das primäre Steuersignal durch die Kombination. eines an einem Kreiselhorizont angebrachten Gebers, durch welchen es in Abhängigkeit von dem Steigungswinkel des Flugzeuges gegenüber einer durch den Kreiselhorizont bestimmten. - Bezugsebene gebracht wird, und einer Einrichtung geliefert wird, durch welche das Signal bei einer gewünschten Steigungslage des Flugzeuges auf einen Nullwert eingestellt werden kann. 3. Einrichtung nach Anspruch 2,dadurch g°-kennzeichnet, daß das von der Flugzeugsteigung abhängige primäre Steuersignal während der Seitenneigung des Flugzeuges zur Abweichung von dem Wert, der bei demselben, Steigungswinkel bei Flug ohne Seitenneigung auftritt, gebrachtwird, indem der Geber an dem Kreiselhorizont so angebracht ist, daß seine das primäre Steigungssteuersignal bildende Ausgangsgröße dem Winkel entspricht, welcher in einer durch den Kreiselhorizont gegen die Seitenneigung des Flugzeuges stabilisierten Ebene einerseits zwischen einer Linie, die parallel zu der Sehne des Flügelquerschnittes. bei Auftrieb Null ist, und andererseits einer durch den Kreiselhorizont bestimmten horizontalen Ebene auftritt, so daß während eines gleichmäßigen horizontalen Fluges ohne Seitenneigung .das Signal den. An, griffswinkel und daher den Auftrieb des Flugzeuges, während eines gleichmäßigen horizontalen Fluges mit Seitenneigung jedoch die Projektion des Angriffswinkels auf eine lotrechte Ebene und somit die lotrechte Auftriebskomponente mißt. . q.. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreiselhorizont ein den Rotor tragendes Gestell aufweist; welches um eine horizontale, quer verlaufende innere Kardanachse (stabilisierte Achse) in einem Kardanring drehbar gelagert ist, welcher sich in einem Gehäuse auf einer Längsachse dreht, und @daß die Gebereinrichtung ein Ausgangs,signal liefert, welches von der Winkelstellung abhängt, welche um diese horizontale innere Achse diejenige Ebene einnimmt, die sowohl diese innere Achse als auch einen Bezugspunkt .an dem Gehäuse enthält, so .daß die so bestimmte Ebene parallel zu der Sehne des Flügelquerschnittes bei Auftrieb Null verläuft, wenn das Flugzeug sich in normaler horizontaler Fluglage befindet. 5. Einrichtung nach Anspruch q., dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse des Kard.anringes in. der Längslotebene des Flugzeuges etwas geneigt ist, so daß sie parallel zu der Sehne des Flügelquerschnittes bei Auftrieb Null liegt und das Ende dieser Längsachse als Bezugspunkt verwendet werden kann, und daß die Gebereinrichtung ein Ausgangssignal in Ab- hängigkeit von der relativen Drehung zweier Elemente erzeugt, von denen das eine mit dem Karl anring und das andere mit dem Rotortraggestell verbunden, ist. 6. Einrichtung nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das primäre Steuersignal während .der Seitenneigung .des Flugzeuges durch Hinzufügung eines von der Seitenneigung abhängigen Signals verändert wind. 7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Signal in Abhängigkeit von einer Änderung der Vertikalkomponente der Auftriebskraft gebildet wird, die das Flugzeug als Folge der Seitenneigung erfährt. B. Einrichtung nach Anspruch 7; dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Signal durch einen: Beschleunigungsmesser geliefert wird, welcher die Beschleunigungskomponente in einer vertikalen Richtung mißt, .die durch Kreiseleinrichtungen so festgelegt wird, d;aß sie gegen Seitenneigung des Flugzeuges stabilisiert ist. g. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschleunigungsmesser durch die Kreiseleinrichtung körperlich stabilisiert ist, so daß seine auf Beschleunigungen ansprechende Achse vertikal gehalten wird. io. Einrichtung nach Anspruch .8 oder g, gekennzeichnet durch eine Einrichtung für die Nullstellung, durch welche z. B. ein einstellbares Gegensignal eingestellt wird, um die Ausgangsgröße des Beschleunigungsmessers auf Null bringen und dadurch Änderungen des Nullpunktes des Beschleunigungsmessers kompensieren zu können. i i. Einrichtung nach Anspruch io, gekennzeichnet durch eine Einrichtung; welche willkürlich z. B. während der Zeiten. des gleichmäßigen 'horizontalen Fluges bei normaler Geschwindigkeit betätigt werden kann, um die Nullstellungseinric'htung selbsttätig so einzustellen, daß die Ausgangsgröße des Beschleunigungsmessers auf Null geregelt wird. 12. Einrichtung nach Anspruch 7 oder folgenden, dadurch .gekennzeichnet, daß das zusätzliche Signal, welches in Abhängigkeit von einer Änderung der Vertikalkomponente des Auftriebes gebildet wird, zur Regelung der Geschwindigkeit eines Motors dient; welcher ein Gerät einstellt, dessen Ausgangssignal zu dem primären Steuersignal addiert wird, um dieses zu verändern. 13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor einen Generator antreibt, dessen Spannung gegensinnig zu dem zusätzlichenSignal einen denMotor steuernden Verstärker zugeführt wird, so daß der Motor auf eine dem zusätzlichen Signal proportionale Geschwindigkeit eingeregelt wird. 1q.. Einrichtung nach Anspruch 1r, 12 oder 13, gekennzeichnet durch willkürlich zu betätigende Vorrichtungen., durch welche der Motor zur Einstellung der Null:stellungseinrichtung anstatt des Ausgangssignalgerätes benutzt werden kann.
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