DE937142C - Sicherheitsvorrichtung fuer selbsttaetige Steueranlagen - Google Patents

Sicherheitsvorrichtung fuer selbsttaetige Steueranlagen

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DE937142C
DE937142C DES23538A DES0023538A DE937142C DE 937142 C DE937142 C DE 937142C DE S23538 A DES23538 A DE S23538A DE S0023538 A DES0023538 A DE S0023538A DE 937142 C DE937142 C DE 937142C
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DE
Germany
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control
vehicle
rotation
safety device
end position
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Expired
Application number
DES23538A
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English (en)
Inventor
Dennis Lello Meredith
Frederick William Meredith
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
S Smith and Sons Ltd
Original Assignee
S Smith and Sons Ltd
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Publication date
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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
    • G05D1/0055Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots with safety arrangements
    • G05D1/0066Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots with safety arrangements for limitation of acceleration or stress

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Description

  • Sicherheitsvorrichtung für selbsttätige Steueranlagen Die Erfindung bezieht sich auf das Vorsehen von Sicherheitsvorrichtungen für selbsttätige Leit-oder Steueranlagen für ein lenkbares Kraftfahrzeug, vorzugsweise Luftfahrzeug, und betrifft insbesondere solche Anlagen, bei welchen das Ausmaß der Bewegung einer Steuerfläche (z. B. des Ruders) in solcher Weise gesteuert wird, daß es im wesentlichen proportional dem Ausmaß der Drehung des Kraftfahrzeugs um die Steuerachse ist, welche jener Steuerfläche entspricht (im Falle des Ruders: dem Ausmaß der Drehung des Kraftfahrzeugs im Azimut). Anlagen dieser Art sollen im nachfolgenden als »Anlagen der Proportionalsteuerbewegungs-Gattung« bezeichnet werden. Bei solchen Anlagen ist die Rückwirkung bzw. Rücksteuerung von der Steuerfläche her nach dem Eingang des Nachlauf-bzw. Servomotors -hin, der sie betätigt, proportional dem Ausmaß der Bewegung der Steuerfläche relativ zum Kraftfahrzeug und nicht, wie bei einer sogenannten »Ablenkungs/Ablenkungs«-Steuerung, proportional der Ablenkung der Steuerfläche relativ zum Kraftfahrzeug. Eine selbsttätige Leitanlage für Luftfahrzeuge der Proportionalsteuerungs-Gattung ist durch die britische Patentschrift 611037 bekannt.
  • Durch die Erfindung soll eine einfache Gesamtsteuerung einer selbsttätigen Führungsanlage der Proportionalsteuerbewegungs-Gattung geschaffen werden, wobei die selbsttätige Steueranlage außer Betrieb gesetzt wird, wenn irgendeine Fehlleistung in der Anlage vorkommt. Diese Fehlleistung kann beispielsweise darin bestehen, daß ein Kreiselgerät, welches laufend Steuerwerte liefert, ein vom Nullwert abweichendes Signal übermittelt, obwohl das Fahrzeug, insbesondere Luftfahrzeug, tatsächlich keine Drehbewegung ausführt. Bei den bekannten Steueranlagen würde dieses Signal dem Verstärker übermittelt werden, welcher einen Motor einschaltet und damit auch das zugehörige Ruder (beispielsweise das Höhenruder) betätigt, so daß das Fehlersignal wieder ausgeglichen wird. Diese von den bekannten Steueranlagen übertragenen Fehlsteuerungen können zu überaus gefährlichen Steuerbewegungen führen. Durch die Sicherheitseinrichtung gemäß der Erfindung werden die Fehlersignale jedoch aufgedeckt und unschädlich gemacht: Erfindungsgemäß ist eine Sicherheitsvorrichtung für eine selbsttätige Steueranlage der Proportionalsteuerbewegungs-Gattung für ein lenkbares Kraftfahrzeug dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitsvorrichtung sich zusammensetzt aus einem ersten Steuerelement, welches zwischen ersten und zweiten Maximal- oder Endstellungen in Übereinstimmung mit dem Verhältnis bzw. den laufenden Einzelwerten der Drehrichtungsänderung des Fahrzeugs um eine Steuerachse bewegt wird, wobei das erste Steuerelement seine erste Endstellung einnimmt, wenn das Fahrzeug ein größeres als ein vorbestimmtes Verhältnis der Drehrichtungsänderung in der einen Richtung um die Drehachse aufweist, und seine zweite Endstellung einnimmt, wenn das Fahrzeug ein größeres als ein vorbestimmtes Verhältnis der Drehrichtungsänderung in der entgegengesetzten Richtung --um die Drehachse aufweist, aus einem zweiten Steuerelement, welches in die eine oder andere von ersten und zweiten Endstellungen in Übereinstimmung mit der laufenden Bewegung der das Fahrzeug steuernden Steuerfläche um die Steuerachse in der einen Richtung oder der anderen bewegt wird, wobei die Anlage dann richtig arbeitet, wenn das erste und das zweite Steuerelement beide ihre ersten Endstellungen oder beide ihre zweiten Endstellungen oder wenigstens eines der beiden Steuerelemente eine Zwischenstellung einnimmt, und aus einer Vergleichsvorrichtung, welche unabhängig von der Steueranlage selbst ist und jeweils die Stellungen des ersten und des zweiten Steuerelements vergleicht, wobei die Vergleichsvorrichtung die Steueranlage außer Betrieb setzt, wenn eines der Steuerelemente seine erste Endstellung, das andere seine zweite Endstellung einnimmt.
  • In Weiterentwicklung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Vergleichsvorrichtungen in Zuordnung zu jedem der Steuerelemente vorgesehene erste und zweite bewegliche Kontakte aufweist, welche normalerweise mit einem ortsfesten Kontakt zusammenwirken, wobei die Kontaktberührung unterbrochen wird, wenn das Steuerelement in der zugeordneten Endstellung ist, daß die ersten beweglichen Kontakte miteinander verbunden werden, daß die zweiten beweglichen Kontakte gleichfalls miteinander verbunden werden und daß ein Relais so vorgesehen wird, daß es bei seiner Aberregung die Leistungsoder Stromzufuhr nach der Steueranlage abschaltet, wobei seine Arbeitsspule in Reihe mit den ortsfesten Kontakten angeordnet wird.
  • Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann das Ansprechen des Relais verzögert werden, derart, daß eine momentane bzw. vorübergehende Nichtübereinstimmung zwischen dem ersten und dem zweiten Steuerelement ohne Einfluß auf die Steueranlage ist. -Ein .Ausführungsbeispiel der Erfindung in der Anwendung bei einer selbsttätigen Richt- oder Leitanlage für Luftfahrzeuge bekannter Art soll nunmehr an Hand der Zeichnung ausführlicher beschrieben werden.
  • Die Bewegung eines Luftfahrzeughöhenruders 17 wird durch ein laufend -Steuerwerte lieferndes Kreiselgerät i gesteuert.
  • Das Kreiselgerät i, z. B. ein Kreiselneigungsmesser, besteht aus einer Grundplatte2, auf welcher mittels eines Halters 3 und eines Kardanringes 5 ein Läufer 4 gehalten wird. Die Drehachse des Läufers 4 und die Lagerachse des Kardanringes 5 stehen senkrecht aufeinander.
  • Die Bewegung des Ringes .$ wird mittels einer Feder 6 gehemmt, die an dem einen Ende mit dem Ring 5 und am anderen Ende mit der Grundplatte 2 in Verbindung steht. Wenn die Feder ungespannt ist, ist die Ebene, welche die Dreh- und die Lagerachse enthält, parallel zur Grundplatte 2, und in diesem Arbeitszustand befindet sich ein stromleitender Kontaktarm 7 auf der Mittelanzapfung eines Potentiometers B. Die Enden des Potentiometerwiderstands sind an die Klemmen i o, ii einer Gleichstromquelle angeschlossen. Auf dem Kardanring5 ist außerdem ein Isolierstück22 (welches das erste Steuerelement gemäß der Erfindung .darstellt) vorgesehen, welches, wenn die Abweichung der Ebenen des Kardanringes 5 aus der Stellung heraus, in welcher die Feder 6 ungespannt ist, einen bestimmten Betrag übersteigt, mit dem einen oder dem anderen der beweglichen Kontakte 23, 24 zusammentrifft, wodurch diese Kontakte außer Eingriff mit dem ortsfesten Kontakt 25 kommen. Kreiselgerät i ist so im Luftfahrzeug eingebaut, daß die Flugzeuglängsachse senkrecht zur Grundplatte 2 verläuft. Auf diese Weise wird beim Betrieb der Steuereinrichtung ein Signal zwischen Kontaktarm 7 und einer Leitung g hervorgerufen, welche am Mittelanzapfpunkt angeschlossen ist, welches Signal proportional dem laufenden Einzelwert der Steigung bzw. dem Steigungsverhältnis -des Luftfahrzeugs ist, und wenn das Steigungsverhältnis einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird der eine oder der andere der beweglichen Kontakte 23,24 vom ortsfesten Kontakt 25 abgehoben.
  • Das vorerwähnte Steigungsverhältnissignal steuert das Höhenruder 17 mittels einer Steueranlage, welche aus dem Verstärker 13, einem Servomotor 14, einem Tachometergenerator 15, einem Vorgelege 16 und einer Kupplung 53 besteht, wobei die Steuerung durch einen Neigungspendel 12 überwacht bzw. eingeregelt wird.
  • Ein Isolierstück 18 wird von, der Ausgangswelle 52 des Vorgeleges 16 gehalten und steht damit in Reibungsverbindung. Das Steuerelement 18 bildet das zweite Element gemäß der Erfindung und wirkt mit dem einen oder dem anderen der' beweglichen Kontakte i9, 2o zusammen, derart, daß die Kontakte außer Eingriff mit dem ortsfesten Kontakt 2i gebracht werden können. Die Kontakte ig, 2o liegen natürlich in einer Ebene rechtwinklig zur Welle 5:2; sie sind aber aus Gründen der Klarheit und Einfachheit außerhalb dieser Ebene dargestellt worden. Die beweglichen Kontakte ig und 23 sind miteinander verbunden, und ebenso sind es die Kontakte 2o und 24. Die Steueranordnung ist so getroffen, daß dann, wenn das Neigungsverhältnis ein solches ist, daß der Kontakt 23 sich vom Kontakt 25 wegbewegt, die Steuerung des Höhenruders, sofern sie das Steigungsverhältnis verbessert, bewirkt, daß der Kontakt ig sich vom Kontakt 2i wegbewegt, so daß eine Verbindung zwischen dem ortsfesten Kontakt 25 und dem ortsfesten Kontakt 2i ständig aufrechterhalten bleibt.
  • Für den Ruderkanal sind ein ortsfester Kontakt 26 und bewegliche Kontakte 27 und 28, welche mit der Getriebeausgangswelle verbunden sind, sowie ein ortsfester Kontakt 31 und bewegliche Kontakte 29 und 3o, welche dem Kreiselwendezeiger zugeordnet sind, und entsprechende Kontakte 32, 33, 34 35, 36, 37, welche den entsprechenden Komponenten oder Steuerelementen für den Kanal zugeordnet sind, vorgesehen.
  • Die ortsfesten Kontakte 25 und 26 sind miteinander verbunden, ebenso die ortsfesten Kontakte 31 und 32. Der ortsfeste Kontakt 37 ist an die eine Klemme der Wicklung eines Relais 38 angeschaltet, deren andere Klemme mit dem Pol 4o einer Gleichstromquelle verbunden ist, die als Batterie 42 angedeutet ist. Ein Platten-Trockengleichrichter 39 liegt parallel zur Wicklung des Relais 38 zwecks Verzögerung desselben. Der andere Po14i der Stromquelle ist mit dem ortsfesten Kontakt 21 verbunden.
  • Der Kontakt 43, der vom Relais 38 betätigt wird, liegt in Reihe mit einem normalerweise geschlossenen Druckknopfschalter 45 zwischen dem Pol 40 und einer Klemme der Wicklung eines Einschaltrelais 44. Die andere Klemme des Relais 44 ist über die Klemme eines normalerweise offenen Druckknopfschalters 47 mit der Klemme 41 verbunden, während Kontakt 46, welcher vom Relais 44 betätigt wird, parallel zu 47 zwecks Bildung eines Haltekreises vorgesehen ist.
  • Die Kontakte 5o und 5 i, welche ebenfalls vom Relais 44 betätigt werden, steuern die Übermittlung elektrischer Leistung von den Eingangsklemmen i io, i i i zu den Klemmen io, i i, von welchen die Leistung für die Servomotorpendel sowie für die Erregung der Wicklungen der Kupplungen abgenommen wird.
  • Beim Betrieb der Steueranlage wird durch Drücken der Taste 47 Relais 44 eingeschaltet, wodurch elektrische Leistung der Servoanlage über die Klemmen io, i i übermittelt wird. Solange die Bewegungen der Steuerflächen in Richtungen erfolgen, welche geeignet sind, die Drehwerte zu berichtigen, die von den drei Drehwertkreiselgeräten ermittelt worden sind, ist der Stromkreis für die Arbeitsspule des Relais 38 hergestellt, und Kontakt 43 bleibt daher geschlossen. Ist hingegen die Bewegung in einem Kanal unrichtig, dann wird der Stromkreis des Relais 38 unterbrochen, so daß dann, wenn der in der Spule 38 und dem Gleichrichter 39 noch fließende Strom genügend abgeklungen ist, sich der Kontakt 43 öffnet, das Relais 44 abfällt und die Leistungszufuhr zur Anlage abgeschaltet wird. Die Verzögerung des Relais 38 stellt sicher, daß eine augenblickliche oder kurzzeitige Nichtübereinstimmung zwischen dem Drehwert und der Steuerflächenbewegung nicht die Unterbrechung der Leistungszufuhr zur Folge hat. Solche augenblickliche Nichtübereinstimmung kann beispielsweise auftreten, wenn das Kreiselgerätsignal im voreilenden Sinne phasenverschoben bzw. phasenvorverschoben ist, um das Hochfrequenzansprechen der Steueranlage zu verbessern. Jedoch wird beim Auftreten eines Höhenruderservomotorausbrechens beispielsweise Kontakt ig vom Kontakt 21 abgehoben. Die sich daraus ergebende Höhenruderbewegung ruft einen erheblichen Neigungswert hervor, Steuerelement 22 hebt den Kontakt 24 vom Kontakt 25 ab, die sich daraus ergebende Unterbrechung im Stromkreis des Relais 38 dauert an, Kontakt 43 öffnet, und die Stromzufuhr zur Anlage wird abgetrennt. Die Zeitverzögerung, die durch die Verzögerung des Relais 38 hervorgerufen wird, muß natürlich eine solche sein, daß` einerseits die kurzzeitige Nichtübereinstimmung der vorerwähnten Art nicht zu einem Abschalten der Stromzufuhr führt, aber andererseits bei einem Servomotorausbrechen eine Unterbrechung der Stromzufuhr erfolgt, bevor gefährlich hohe Steuermomente durch die in Betracht kommende Steuerfläche zum Entstehen gebracht werden.
  • Wie unschwer einzusehen ist, kann jedes beliebige Verfahren zur Verzögerung der Betätigung des Relais 38 angewendet werden; beispielsweise kann ein Kondensator parallel zur Wicklung vorgesehen oder ein thermischer Verzögerungskreis zwischengeschaltet werden.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Sicherheitsvorrichtung für selbsttätige Steueranlagen für ein lenkbares Kraftfahrzeug, insbesondere ein Luftfahrzeug, welche die Steueranlage beim Auftreten von Nichtübereinstimmungen zwischen Störungen in der Bewegung des Fahrzeugs und der Bewegung der zugeordneten Steuerfläche zwecks Berichtigung oder Ausgleichs der Störungen außer Betrieb setzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitsvorrichtung sich zusammensetzt aus einem ersten Steuerelement (22), welches zwischen ersten und zweiten Maximal- oder Endstellungen in Übereinstimmung mit dem Verhältnis bzw. den laufenden Einzelwerten der Drehrichtungsänderung des Fahrzeugs um eine Steuerachse bewegt wird, wobei das erste Steuerelement seine erste Endstellung einnimmt, wenn das Fahrzeug ein größeres als ein vorbestimmtes Verhältnis der Drehrichtungsänderung in der einen Richtung um die Drehachse aufweist, und seine zweite Endstellung einnimmt, wenn das Fahrzeug ein größeres als ein vorbestimmtes Verhältnis der Drehrichtungsänderung in der entgegengesetzten Richtung um die Drehachse aufweist, aus einem zweiten Steuerelement (18), welches in die eine oder die andere von ersten und zweiten Endstellungen in Übereinstimmung mit der laufenden Bewegung der das Fahrzeug steuernden Steuerfläche um die Steuerachse in der einen Richtung oder der anderen bewegt wird, wobei die Anlage dann richtig arbeitet, wenn das erste und das zweite Steuerelement beide ihre ersten Endstellungen oder beide ihre zweiten Endstellungen oder wenigstens eines der beiden Steuerelemente eine Zwischenstellung einnimmt, und aus einer Vergleichsvorrichtung, welche unabhängig von der Steueranlage selbst ist und jeweils die Stellungen des ersten und des zweiten Steuerelements vergleicht, wobei die Vergleichsvorrichtung die Steueranlage außer Betrieb setzt, wenn eines der Steuerelemente seine erste Endstellung; das andere seine zweite Endstellung einnimmt.
  2. 2. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsvorrichtung in Zuordnung zu jedem der Steuerelemente vorgesehene erste und zweite bewegliche Kontakte (ig bis 21, 23 bis 25) aufweist, welche normalerweise mit einem ortsfesten Kontakt zusammenwirken, wobei die Kontaktberührung unterbrochen ist, wenn das Steuerelement -in der zugeordneten Endstellung ist, . daß die ersten beweglichen Kontakte miteinander verbunden sind, daß die zweiten beweglichen Kontakte gleichfalls miteinander verbunden sind und daß ein Relais so vorgesehen ist, daß es- bei seiner Aberregung die Leistungs-oder Stromzufuhr nach der Steueranlage abschaltet, wobei seine Arbeitsspule in Reihe mit den ortsfesten Kontakten angeordnet ist.
  3. 3. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 2; dadurch gekennzeichnet, daß das Ansprechen des Relais verzögert ist, derart, daß @cine momentane bzw. vorübergehende Nichtübereinstimmung zwischen dem ersten und dem zweiten Steuerelement ohne Einfluß auf die Arbeitsweise der Steueranlage ist. Angezogene Druckschriften: Britische Patentschrift Nr. 611 037.
DES23538A 1950-06-21 1951-06-16 Sicherheitsvorrichtung fuer selbsttaetige Steueranlagen Expired DE937142C (de)

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DE1111027B (de) * 1955-07-29 1961-07-13 Sperry Gyroscope Co Ltd Sicherheitseinrichtung in Flugregelanlagen zur Ausschaltung gefaehrlicher Steuerruderausschlaege
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DE1235750B (de) * 1961-09-15 1967-03-02 Lear Inc Folgeregler zur laufenden Nachregelung eines die Drehbewegung um eine Hauptachse steuernden Stellgliedes, insbesondere des Ruders eines Flugzeuges
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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GB611037A (en) * 1945-03-09 1948-10-25 Smith & Sons Ltd S Improvements in or relating to automatic control systems

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