DE963491C - Vorrichtung zum Anlernen von Flugschuelern - Google Patents

Vorrichtung zum Anlernen von Flugschuelern

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DE963491C
DE963491C DEL22381A DEL0022381A DE963491C DE 963491 C DE963491 C DE 963491C DE L22381 A DEL22381 A DE L22381A DE L0022381 A DEL0022381 A DE L0022381A DE 963491 C DE963491 C DE 963491C
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aircraft
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Laurence Eugene Fogarty
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    • G09BEDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B9/00Simulators for teaching or training purposes
    • G09B9/02Simulators for teaching or training purposes for teaching control of vehicles or other craft
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Description

  • Vorrichtung zum .Anlernen von Flugschülern Die Erfindung bezieht sich auf eine zum Anlernen von Flugschülern bestimmte Vorrichtung mit einer begrenzt beweglich gelagerten, den Führersitz enthaltenden Flugzeugkanzel, deren vom Schüler zu bedienende Steuermittel denjenigen eines neuzeitlichen Flugieuges entsprechen. Wenn diese Steuermittel durch den Schüler bedient werden, dann -werden dadurch Anzeige- und Steuergeräte auf dem Instrumentenbrett der Kanzel und auf einem Instrumentenbrett für den Fluglehrer in Gang gesetzt, und zwar in der gleichen Weise, wie es bei einem in derselben Weise bedienten frei: fliegenden Flugzeug geschehen würde. Auf diese Weise lernt der Schüler, wie er ein neuzeitliches Flugzeug im freien Flug zu steuern hat, obgleich die Flugzeugkanzel ortsfest nur begrenzt beweglich gelagert ist. Zum Anlernen von Flugschülern werden heutzutage solche Vorrichtungen allgemein benutzt, da Schulflugzeuge in der Beschaffung, im Betrieb und in der Unterhaltung recht kostspielig sind und die langwierige Ausbildung von Anfängern auf Schulflugzeugenerhebliche Gefahren in sich birgt. Welchen praktischen Wert aber das Anlernen der Schüler auf den ortsfesten rnd nur begrenzt beweglichen Vorrichtungen hat, hängt weitgehend davon ab, in welchem Maßre sich die im freien Flug ergebenden, auf den Flugzeugführer einwirkenden Einflüsse in der ortsfesten Vorrichtung nachahmen lassen.
  • Der E-rfuidung liegt die Aufgabe zugrunde, in dieser Hinsicht die bekannten Vorrichtungen zum Anlernen von Flugschülern zu verbessern. Es soll. also erreicht werden, daß der auf dem Führersitz der begrenzt beweglichen Flugzeugkanzel sitzende und die Steuermittel bedienende Schüler möglichst denselben subjektiven Einflüssen unterworfen wird, wie sie sich im wirklichen Flugzeug bei freiem Flug ergeben.
  • Ein grundsätzlicher Mangel der meisten bekannten Anlemvorrichtungen für Flugschüler liegt darin, daß sie wegen ihrer begrenzten Beweglichkeit das rechte Fluggefühl nicht vermitteln. Dieses Fluggefühl, das der mit einem bestimmten Baumuster vertraute Flugzeugführer erwirbt, beruht auf -den physikalischen Kräften, die im freien Flug auf den Körper des Flugzeugführers einwirken. Es beruht weiter auf den Wahrnehmungen, die der Flugzeugführer beim Ablesen seiner Instrumente im Flug macht. Die sich im freien Flug hergebenden Empfindungen sollen nun durch die Anlernvorrichtung dem Flugschüler, soweit wie es sich. mit wirtschaftlichen Mitteln erreichen läßt, vermittelt werden.
  • Der menschliche Körper empfindet am stärksten Drücke -oder Kräfte, im Gegensatz zu Geschwindigkeiten :oder Lagen. Die im Flug auf den Körper des Flugzeugführers wirkenden Drücke und Kräfte sind d:eri Beschleunigungen des Flugzeuges verhältnisgleich. Wollte man in der Anlg#rnvorrichtung die auf den Flugzeugführer wirkenden Kräfte genau wiedergeben, so müßte man daher die translatorisichen Bewegungen und die Winkelbewegungen nachahmen, die das Flugzeug im Flug ausführt. Das ist natürlich unmöglich, weil dazu die Anlernvorrichtung .dieselbe Bahn wie das frei fliegende Flugzeug beschreiben müßte. Es hat sich aber nun herausgestellt, daß man die Änderungen in der Lage und Richtung des Flugzeuges am deutlieh'sten empfindet, wenn diese Änderungen einsetzen. Dien weiteren Verlauf der Drehbewegung oder tranglatorischen Bewegung des Flugzeuges empfindet der Flugzeugführer nicht mehr so deutlich, nachdem der durch die Bewegungsänderung des Flugzeuges verursachte anfängliche Impuls auf seinen Körper eingewirkt hat. An sich wäre es natürlicl` erwünscht, die nachzuahmenden Beschleunigungskräfte in der gleichen Größe zu erzeugen, wie sie im freien Flug auf den Flugzeugführer wirken. Doch hat - sich ergeben, daß das nicht unbedingt nötig ist. Aus diesem Grunde genügt es praktisch, der Flugzeugkanzel der ortsfesten Anlernvorrichtung begrenzte Bewegungen in der Weisse zu erteilen, daß. der Schüler die dabei auftretenden Beschleunigungs#kräfte empfindet. Infolge der begrenzten Beweglichkeit der Kanzel, die innerhalb, ihres bestimmten Bewegungsbereiches verbleiben muß, müssen sich die Mittelwerte der Vers.tellgeschindigkeit auf Null belaufen.
  • Dabei ist es erwünscht, den Verstellbereich der Kanzel weitmöglichst zu beschränken, denn dadurch vereinfachen sich .die Leitungs- und Kabielansdhlüsse, die zu den Steuergeräten der Kanzel und zwm Stand .des Fluglehrers verlaufen.
  • Erfindungsgemäß wird nun zu dem Zweck, dem Schüler die dem freien Flug entsprechenden Bewegungsempfindungen zu vermitteln, der Kanzel ein vorübergehender Bewegungsimpuls :erteilt und von der entstehenden Bewegung der Kanzel ein Steuerimpuls abgeleitet, der auf den Antrieb der Kanzel. einwirkt und die erteilte Bewegung allmählich wieder rückgängig macht, so daß die Verstellung der Kanzel, über die Zeit integriert, zu Null wird.
  • Auf Null beläuft sich daher auch die mittlere Geschwindigkeit. Das allmähliche Rückgängigmachen der Bewegung empfindet der Flugschüler nicht so sehr. Er empfindet aber deutlich, wenn die Bewegung der Flugzeugkanzel einsetzt, und dadurch wird erreicht, daß er die Bewegungen der Kanzel ähnlich empfindet wie der verfahrene Flugzeugführer die Bewegungen des Flugzeuges im freien Flug.
  • In der ortsfesten Anlernvorrichtung werden also bei dem Verfahren nach der -Prfmidur@g die im freien Flug auftretenden Beschleunigungskräfte in abgeschwächter Form nachgeahmt.
  • Die Erfindung ist übrigens auch auf Anlernvarrichtungen anwendbar, mit deren Hilfe Schüler zum Führen anderer Fahrzeuge als Luftfahrzeuge auszubilden sind, obgleich sie in erster Linie zum Anlernen von Flugschülern bestimmt ist.
  • Unteraufgaben der Erfindung ergehen sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele der Erfindung.
  • In den. Zeichnungen zeigen Fig. leine schaubildliche Ansieht einer Vorrichtung zum Anlernen von Flugschülern, die sich zur Durchführung der Erfindung eignet, Fig. a einen senkrechten Schnitt durch die in Fig. i gezeigte Vorrichtung zur Erläuterung der Mittel, mit deren Hilfe translatorische und Drehbewegungen deiner Flugzeugkanzel herbeigeführt werden können, um dadurch die Kräfte nachzuahmen, die sich im freien Flug eines Flugzeuges bei Höhenänderungen ergeben, Fig. 3.a bis 3:e verschiedene Schaltungsanordnungen, .die zur Durchführung der Erfindung dienen können und d:e Stromkreise der einzelnen Aggregate zeigen, Fig.4 schematisch die Strr_emkreisschaltung bei Anwendung der Erfindung auf die Einrichtungen, welche die Querneigung der Flugzeugkanzel des Lehrgeräts steuern, Fig. 5 schematisch die Stramkreisschaltung einer anderen Ausführungsform der Erfindung, bei welcher Drehungen oder Kanzel um mehrere Achsen bei Verwendung ,eines gemeinsamen Antriebes in Beziehung zueinander gebracht sind, und Fig. 6 -eine schematische Stromkreisschaltung bei einer Ausführungsform der Erfindung, bei welcher unter Verwendung hydraulischer Antriebsmittel seitlich auf das Flugzeug wirkende Kräfte nachgeahmt werden.
  • Um zu erreichen, daß der Mittelwert der Verstellgeschwindigkeiten der Kanzel des Lehrgeräts zu Null wird, ist ,es erforderlich, Bewegungsimpulso zu erzeugen, durch welche die Kanzel in Nachahmung der Flugbewegung eines Flugzeuges in Bewegung versetzt wird, und außerdem Hilfsimpulse zu entwickeln, welche dem Zweck dienen, die mittleren Geschwindigkeiten zu Null werden zu lassen, ohne jedoch den eigentlichen Charakter der Bewegungsinipulse zu verwischen.
  • An sich sind Vorrichtungen zum Anlernen von Flugschülern bekannt, bei denen durch Flugrechengeräte elektrische Impulse erzeugt werden, die den nachgeahmten Beschleunigungskräften, Geschwindigkehen und Lagen eines Flugzeuges entsprechen. Dabei verfolgt die Erzeugung der Impulse durch Servogeräte, deren Einstellung entsprechend den Fluggrößen erfolgt, sowie durch Integrierschaltun;gen. Derartige Integrierschaltungensindbekannt, z. B. in Gestalt des Mill.er-Integrators. Beim Gegenstand der Erfindung kann man solche Flugimpulse verwenden, um die verschiedenen Hilfsantriebe in Gang zu setzen, welche die Lage der Kanzel verändern. Erfindungsgemäß, werden nun diesen Flugimpulsen die Hilfsimpulse überlagert, welche dazu führen, daß, die Mittelwerte der Geschwindigkeit oder der Verstellung der Kanzel zu Null werden.
  • Bezeichnet man die nachzuahmende Fluggröße mit X und den Wert, mit dem sie nachgeahmt wird, mit Xs - X,- bewirkt also die Verstellung der Kanzel - und bezeichnet inan mit Xa die von dem üblichen Flugrechengerät gelieferten nachgeahmten Fluggrößen, so kann man die folgende Gleichung aufstellen 35 Differenziert man die Gleichung (I) nach der Zeit, so ergibt sich folgende Formel: k11,;'s=Xa-k2Xs. (2) 40 Bildet man durch Diffarenzierimg dieser Formel die zweite Ableitung nach der Zeit, so erhält man klXs=Xa- kZXs . (3) Bei jeder dieser drei Formeln bedeutet die linke Seite den Verstellweg bzw. die Geschwindigkeit bzw. die Beschleunigung der Kanzel. Geht der Mittelwert oder der Endwert der Geschwindigkeit oder ,des Verstellweges, auf Null, muß .der zeitliche Mittel.-wert der rechts in den Gleichungen stehenden Begriffe ebenfalls Null werden. Das läßt sich narr beispielsweise in der folgenden Weise erreichen: Die die Kanzel vewstellenden Antriebe werden durch einen vorübergehenden Hauptimpuls, entsprechend ,der nachgeahmten Fluggröße, gesteuert. Außerdem wird ein Hilfsimpuls abgeleitet. Hierzu wird der Verstellweg der Kanzel von einer willkürlich gewählten Mittelstellung aus bestimmt. Der Hilfsimpuls stellt dann eine Funktion dieses Verstellwegen .dar. Dieser Hilfsimpuls wirkt nun auf den Antrieb im entgegengesetzten Sinne wieder Hauptimpuls und, läßt dadurch den Verstellweg allmählich zu Null werden. Wandelt man die Gleichungen (1), (2) und (3) nach der Lehre von L a p 1 a c e um, so erhält man die Gleichung In dieser Gleichung ist p der Differentialkoeffizient, und k1 und k2 sind Konstanten.
  • Bei der praktischen Ausführung der Erfindung kann man die von einem üblichen Rechengerät der Anlernkanzel gelieferte Spannung einer Schaltungsanordnung zuführen, welche die Funktion verkörpert. Diese Schaltungsanordnung liefert dann eine Spannung zum Verstellender Kanzel. Wer mit elektrischen Schaltungen vertraut ist, welche die Eingangsgröße nach einer bestimmten mathematischen Funktion in eine Ausgangsgröße uniwandeln, erkennt -ohnie weiteres, daß man hierfür die verschiedensten Schaltungen verwenden kann. Bei zahlreichen Ausführungsformen der Erfindung empfiehlt .es sich, den Wert von k1 in der vorstehend angegebenen Umwandlungsfunktion entwede?entsprechend dem Verstellweg der-Kanzel zu ändern oder den Wert. k2 entsprechend den veränderlichen Fluggrößen zu wählen, wie Staudruck, Geschwindigkeit in Mach @od..dgl., wie später näher erläutert werden wird.
  • In Fig. i ist eine Anlernvorrichtung mit einer verstellbaren Flugkanzel gezeigt, die sich zur Anwendung der Erfindung eignet.. Da es dabei auf die Einzelheiten der mechanischen Ausgestaltung nicht ankommt, genügt eine kurze Erläuterung. Das am Boden befestigte Gestell io hat eine Säule i i, an der eine Riemenscheibe 13 starr befestigt ist und die an ihrem oberen Ende sein Lager für eine Keilwelle 14 hat. Diese Welle ist gleichäohsig,zur Säule i i über dieser angebracht und- drehbar gelagert. Auf dieser Welle i 4 ist eine Nabe 15 verschiebbar, von der aus vier Tragarme 16 bis 19 radial nach außen und nach oben verlaufen ,und einen Hauptkardam-ing 2o tragen (vgl. auch Fig. 2).
  • Am Tragarm 18 ist ein Servomotor M-ioo angebracht, an dessen Welle eine Riemenscheibe befestigt ist. Diese ist mit der Rlemenscheihe 13 durch den Riemen 2 i verbunden. Da die Säule i i am Gestell io starr befestigt ist und da die Keilwelle 14 in der Säule i i drehbar gelagert ist, führt der Antrieb des Servomotors M-ioo dazu, daß die Nabe i 5 und der mittlere Hauptkardanrahmen 20 in .e=iner waagerechten Ebene umlaufen. Die Nabe 1 § und der Hauptkardanrahmen 2o sind auf der Keilwelle 14 verschiebbar. Sie werden auf dieser durch einen hydraulischen Antrieb verstellt, der aus einem Zylinder CYL-H und einem Kolben besteht, der durch die Kolbenstange 23 an der Welle 14 befestigt ist. Der Zylinder kann an den Tragarmen 16 bis i9 mittels eines Rahm@ens2q. starr befestigt sein. Wird das hydraulische Druckmittel dem einen Ende des Zylinders CYL-H zugeleitet und das andere Ende- des Zylinders aulf Abfluß geschaltet, so wird. dadurch der Hauptkardanrahmen 2o gehaben oder gesenkt. Diese Verstellung dient dem Zweck, Höhenänderungen eines Flugzeuges nachzuahmen.
  • Auf- der einen Seite des Kardanrahmens 20 befindet ;sich ein Lagergehäuse 25 (Fig. i), in welchem ,eine Welle 26 drehbar gelagert ist. Mit dieser Welle steht :ein Servomotor M-2oo in Getriebeverbindung, der neben dem Gehäuse 25 angeordnet ist und dazu dient, die Längsneigung der Kanzel zu verstellen. Das äußere Erde der Welle 26 ist eine Keilwelle, auf welcher die Nabe eines inneren. KardanrahmePS 28 verschiebbar ist. Auf der gegenüberIiegenden Seite hat der Hauptkardanrahmen 2o ein Lager, in welchem eine entsprechende Nabe des inneren Kardanrahrnens 28 gelagert ist. Ferner ist dort -ein Zylinder CYL-Y angeordnet, der zu einem hydraulischen Antrieb gehört, welcher eine transl.atorische Querbewegung der Kanzel bewirkt. Dieser Antrieb .dient nämlich dazu, den Kardanrah2nen 28 im Hauptkardanrahmen 2o in Querrichtung zu verschieben. Mit Hilfe des Servomotors M-2oo kann also der innere Kardanrahmen 28 um die Achse der Welle 26 gekippt werden, wodurch .die Kanzel eine Längsneigung erhält. Wxd der Zylinder CYL-Y innen, -und außen auf Druck oder Abfluß geschaltet, so- .erfährt dadurch der innere Kardanrahmen 28 innerhalb des äußeren Kardanrahmens 2o eine Verstellung um eine kurze Strecke.
  • Am vorderen Ende des inneren Kardanrahmens 28 befindet sich ein Lagergehäuse 29, in welchem eine Keilwelle 3 r gelagert ist. Diese ist starr an der Kanzel 35 der Anlernvorrichtung befestigt. Das Hinterende der Kanzel 3 5 ist drehbar am inneren Kardanrahmen 28 mittels einer Welle 36 gelagert, die ,einen hydraulischen Zylinder CYL-T trägt. Am Lagergehäuse 29 ist starr ein Servomotor M-300 angebracht, der dem Zweck dient, Querneigungen der Kanzel herbeizuführen. Er steht in Getriebeverbindung mit der Welle 3 i und kann daher die Kanzel 3 5 um deren Achse verschwenken. Wird der hydraulische Zylinder CYL-T auf Druck oder Abfluß geschaltet, so -erfährt dadurch die Kanze135 innerhalb :des inneren Kardanrahmnens 28 eine Verstellung in Längsrichtung um eine kurze Strecke.
  • Mit Hilfe der Servomotoren M- i oo, M-200 und M-3oo kann also die Kanzel35 zur Nachahmung einer Kursänderung gedreht und sowohl quer als auch längs geneigt werden. Außerdem kann sie mit Hilfe der Zylinder CYL-H, CYL-Y und CYL-T translat< rische Bewegungen in der Höhenrichtung, in der Querrichtung und in der Längsrichtung @erfahren. Jeder der Servomotoren sowie die in der Kanzel befindlichen S'euergeräte sind an Kabel angeschlossen, während die hydraulischen Zylinder Schlauchverbindungen haben. Die Kabel und Schläuche sind indessen in den Zeichnungen nicht dargestellt. Ferner enthält das Gehäuse eines jeden Servomotors einen Tachometergenerator, der eine der Winkelgeschwindigkeit entsprechende Spannung liefert, und außerdem ,ein Nachlaufpo-tentiometer. Auch können Nachlaufpotentiometer, die nicht dargestellt sind, an jedem hydraulischen Zylinder angeordnet werden, um den Verstellweg der Kolben der betreffenden Zylinder zu messen. Schließlich können noch mechanische Anschläge oder elektrische Grenzschalter vorgesehen werden, welche den Bewegungsbereich der verschiedenen Antriebe begrenzen oder verhindern, daß diese zu weit laufen.
  • Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel gelangen zwar Elektromotoren zur Erzeugung der begrenzten Drehbewegung und hydraulische Antriebe zum Erzeugen der begrenzten translatorischen Bewegungen zur Verwendung, doch können diese Mittel auch vertauscht werden, z. B. unter Verwendung von Zahnstangen und Ritzeln, so daß Elektromotoren für die translatorischen Bewegungen und Zylinder und Kolben für die Drehbewegung verwendet werden. Auch handelt es sich bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel um eine Anordnung, bei welcher sechs Antriebe vorgesehen sind. Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung genügt es aber unter Umständen; die Zahl der Antriebe zu verringern, wenn eine Schwenkung um drei Achsen und eine translatorische Bewegüng in der Richtung dieser drei Achsen nicht erforderlich ist. Auch die beschriebene mechanische Ausbildung des Geräts stellt nur ein Beispiel für zahlreiche Möglichkeiten dar, um eine begrenzte Drehung und Verschiebung der Kanzel des Lehrgeräts herbeizuführen. Im Rahmen fachmännischen Könnens lassen sich zahlreiche andere mechanische Anordnungen für diesen Zweck treffen. Die große Zahl elektrischer Anschlüsse, die zu der Kanzel von den Rechengeräten aus führen, bedingt eine Begrenzung der Bewegung der Kanzel. Insbesondere die Verschiebung der Kanzel muß auf höchstens 6o cm begrenzt werden, weil sonst die Herstellung der Stromanschlüsse zu schwierig wird. Die Drehbewegung wird auf etwas weniger als 36o° beschränkt. Bei Verwendung biegsamer Kabel und Schleifringe können die erforderlichen Anschlüsse für eine solche Drehbewegung betriebssicher ausgestaltet werden. Grundsätzlich ist es erwünscht, der Kanzel eine möglichst große Bewegungsfreiheit zu geben, um Flugbedingungen mit möglichster Vollkommenheit nachahmen zu können. Das bietet die Möglichkeit, manche Winkelbewegungen eines Flugzeuges in voller Größe nachzuahmen.
  • Die einzelnen Servoantriebe können so ausgestaltet sein, daß, wenn sie keinen Antriebsimpuls erhalten, sie sich in ihrer neutralen Mittelstellung befinden. Gilt das für alle Antriebe, so hat die Kanzel weder eine Längs- noch eine Querneigung und ist auf den Kurs Null eingestellt. Jeder der hydraulischen Kolben befindet sich in der Mitte seines Hubes. ' In den Fig. 3 a bis 3 e sind schematische Schaltzeichnungen verschiedener Steuersysteme nach der Erfindung angegeben. Jedes dieser Systeme entspricht einer der Gleichungen (i), (2) und (3). Jede dieser Schaltungen verkörpert also eine der Funktionen, die in den Gleichungen angegeben sind. Gemäß Fig. 3a werden einer überlagerungsvorrichtung i zwei Spannungen zugeführt, welche die beiden Spannungen addiert. Die eine Spannung entsps-icht der nachgeahmten Fluggröße Xa, z. B, der Querneigung. Die andere Spannung, die dem Überlagerungsgerät i zugeführt wird, sei später erläutert. Die Ausgangsspannung des IJberlagerungsgeräts wird dem Servoantrieb z zugeführt, der die Kanze135 entsprechend einstellt. Mit der Kanzel steht nun ein Rückführsteuergerät 3 in Verbindung, z. B. in Gestalt eines Nachlaufpotentiometers oder Widerstandsferngebers. Dieser mißt die Verstellung der Kanzel, beim vorliegenden Beispiel die Querneigung, von einer mittleren Nullstellung aus und überträgt sie auf ein Integriergerät ¢ in Gestalt einer Spannung Xs. Dieses Gerät liefert eine Ausgangsspannung, die also der Größe entspricht. Diese Ausgangsspannung stellt den zweiten Impuls dar, der in das überlagerungsgerät i eingeleitet wird. Das System verkörpert also die Gleichung (i .
  • Bei dem in Fig.3b gezeigten System wird in das überlagerungsgerät i eine Spannung eingeführt, welche einer nachgeahmten Fluggröße 2a entspricht. Hierbei mag es sich z. B. um die Winkelgeschwindigkeit handeln, mit welcher sich die Querneigung ändert. Die zweite Spannung, die in das überlagerungsgerät eingeleitet wird, ist die von der Rückführung 3 gelieferte Spannung kXs. Die addierten Spannungen ergeben eine Größeis. Diese ist durch die Gleichung (a) wiedergegeben. Die Größe wird durch das Gerät 4. integriert. Die Ausgangsspan, nung des Integriergeräts q. beläuft sich auf Xs. Sie wird dein Servoantrieb 2 zugeleitet, der die Kanzel 3 5 einstellt.
  • Bei dem in Fig. 3 c gezeigten System, das der Gleichung (3) entspricht, wird in das überlagerungsgerät i eine Spannung eingeführt, die einer nachgeahmten Fluggröße Xä entspricht. Dabei mag es sich beispielsweise um die Winkelbeschleunigung um die Längsachse des Flugzeuges handeln. Die andere Spannung, die dem Gerät i zugeleitet wird, entspricht der Verstellgeschwindigkeit und wird von dem Rückführsteuergerät 3 im Sinne der Gleichung (3) geliefert. Bei diesem Rückführsteuergerät 3 der Fig. 3 c kann es sich z. B. um einen Tachometergenerator handeln, der die Verstellgeschwindigkeit der Kanzel des Lehrgeräts mißt.
  • Bei dem System der Fig.3b ergibt sich an der Ausgangsseite des Integriergeräts 4 eine Spannung, die Xs entspricht. Dabei kann es verwünscht sein, die Rückführspannung von dort abzuleiten, statt mit Hilfe des Rückführelements 3. Das ist in Fig. 3b durch eine gestrichelte Linie angedeutet. In entsprechender Weise :ergibt sich bei dem System der Fig. 3Z zwischen den beiden Integriergeräten ¢ eine Spannung, die dem Begriff ,-#s entspricht. Man kann daher dort die Rückführgpannung ableiten, wie es die gestrichelte Linie in Fig. 3 c andeutet. Wer mit dem vorliegenden Fachgebiet vertraut ist, erkennt ohne weiteres, daß die Koeffizienten k der verschiedenen Spannungen sich durch entsprechende Widerstände verkörpern lassen, wie sie bei gleichartigen elektrischen Rechenschaltungen verwendet werden.
  • Bei jedem der oben beschriebenen Systeme erfolgt die Einstellung der Kanzel durch eine Einstellspannung X.,, gleichgültig, ob die in das Überlagerungsgerät i eingeführte Hauptspannung eine Lage, eine Geschwindigkeit oder eine Beschleunigung verkörpert. Da bei .den gegenwärtig üblichen Lehrgeräten für Flugschüler ebenfalls die Stellungen von Servoantrieben und die von Miller-Integriergeräten gelieferten Spannungen dazu dienen, Lagen, Geschwindigkeiten, Beschleunigungen und Winkelbeschleunigungen eines Flugzeuges oder eines Massensystems auszudrücken, kann man diese Servoeinstellungen oder Integratorspannungen ohne weiteres benutzen, um die Systeme nach der Erfindung zu betreiben.
  • Da die Kanzel bei jedem der beschriebenen Systeme durch eine Spannung eingestellt wird, welche eine Lage bedeutet, wird sie in eine Stellung gebracht, welche die Stellung des Flugzeuges nachahmt, wobei diese Stellung durch die oben, angegebene Funktion modifiziert ist, die nachstehend als übertragungsfunktion bezeichnet wird.
  • Erfindungsgemäß können statt dessen auch Systeme verwendet werden, bei denen die Geschwindigkeiten, mit denen sich die Kanzel bewegt, den nachgeahmten Geschwindigkeiten des Flugzeuges, modifiziert durch diese Funktion, entsprechen, oder auch Systeme, bei denen die auf die Kanzel ausgeübten Kräfte und Drehmomente den auf das Flugzeug im freien Flug wirkenden Kräften und Drehmomenten, modifiziert durch diese Funktion, entsprechen.
  • Dem in Fig.3d veranschaulichten System liegt die Gleichung (z) zugrunde. Es wird also eine die Geschwindigkeit verkörpernde Spannung 2s erzeugt, welche die Kanzel des Lehrgeräts mit einer nachgeahnten Geschwindigkeit antreibt.
  • Bei dem System der Fig. 3 e entspricht die Wirkung der Gleichung (3). Es wird also eine Spannung erzeugt, welche eine Beschleunigung verkörpert, um bestimmte Kräfte auf die Kanzel auszuüben.
  • Gemäß der Fig. 3 d wird ein Geschwindigkeits-oder Integrier-Servogerät verwendet; das die Kanzel mit einer Geschwindigkeit Xs antreibt. Die Rückführung 3 mißt das Maß der Verstellung der Kanzel und erzeugt eine Spannung kXs, welche dieser Verstellung entspricht und in das üherlagerungsgerät i eingebracht wird.
  • Gemäß Fig.3e empfängt das Servogerät eine Eingangsspannung Ys und übt auf die Kanzel eine der Größ,e Xs proportionale Kraft aus. Die Rückführung 3 mißt die Geschwindigkeit, mit welcher die Kanzel verstellt wird, und liefert den Begriff k±s der Gleichung (3). Nachstehend sei nun die Ausrüstung im einzelnen beschrieben, die man beim Bau -der Systeme verwenden kann.
  • Fig. 4 zeigt die Schaltung für ein Querneigungssystem nach der Erfindung. Dabei sind bestimmte Teile als Rechtecke dargestellt, um einen klaren Überblick zu ermöglichen. Bei dem in Fig.4 veranschaulichten System handelt es sich um das in Fig. 3 a gezeigte, oben erläuterte Prinzip. Eine Spannung entsprechend dem Querneigungswinkel, auf dien die Kanzel eingestellt werden soll, wird im Gerät U-4oi erzeugt. Es handelt sich bei diesem Gerät um das bekannte Rechengerät zur Bestimmung des Querneigungswinkels, wie es bei Lehrgeräten für Flugschüler verwendet wird. Die Spannung wird einem überlagerungsverstärker U-402 zugeleitet. Ein Serv overstärker U-403 und der Servomotor M-3oo dienen dazu, die Welle 3 r einzustellen und dadurch die Kanzel 35 um ihre Längsachse zu kippen. Der Rückführung dient beim dargestellten Beispiel ein Geberpotentiometer R-4oi, das die Querneigung der Kanzel mit Bezug auf ihre waagerechte Lage mißt und eine .entsprechende Spannung liefert, die dem EmpfängerpotentiometerR-402 zugeführt wird. Dieses liefert eine entspreichende; Spannung an das Integriergerät U-404. Wenn nun der Flugschüler die in der Kanzel vergesAene Steuerung in einer Weise bedient, wie sie erforderlich ist, um das Flugzeug wieder aufzurichten, dann reagiert Glas Rechengerät U-401 darauf in der Weise, daß die von ihm gelieferte Spannung zu Null wird, und der Servomotor M-300 ist dann so angetrieben worden, daß sich die Kanzel35 in aufgerichteter Stellung befindet. Wenn der Flugschüler die Steuerung so betätigt, daß dadurch eine plötzliche Querneigung hervorgerufen wird, dann liefert das Rechengerät U-4o i eine Spannung, die den Gleichgewichtszustand des Servogeräts U-403 stört, und dadurch wird dann die Kanzel 3 5 plötzlich um ihre Längsachse gekippt. Wenn der Flugschüler trotzdem den Steuerknüppel in seiner neutralen Mittelstellung festhält, dann würde das zur Folge haben, daß, wenn es sich um ein wirkliches Flugzeug handeln würde, dieses mit erheblicher Querneigung weiterfliegen würde. Wenn beim Lehrgerät nach der Erfindung der Schüler alsdann den 'Steuerknüppel in die Mittelstellung bringt, dann wird die Querneigung der Kanzel allmählich wieder rückgängig gemacht. Zu diesem Zweck wird vom Nachlaufpotentiometer R-401 und dem Integriergerät U-¢04 eine der Rückstellung der Kanzel dienende Spannung abgeleitet. Sobald die Kanzel quer geneigt wird, wird eine dem Querneigungswinkel entspresprechende Spannung X3 dem integriergerät U-404 zugeführt. Das bedeutet aber, daß. das Integriergerät U-404 eine allmählich wachsende Ausgangsspannung liefert. Diese sorgt dafür, daß die Kanzel in ihre Mittellage zurückgestellt wird. Da ein Flugzeugführer den anfänglichen Impuls einer Beschleunigungskraft stärker empfindet, nimmt der Flugschüler die anfängliche plötzliche Verstellung der Kanzel aus ihrer Mittelstellung sofort wahr, während ihm die langsam und allmählich wirkende Rückstellkraft nicht so fühlbar wird. Aus diesem Grunde wird der Flugschüler die sich bei wirklichem Flug ergebenden Eindrücke wirklichkeitsgetreu nachempfinden.
  • Selbstverständlich ist das in der Kanzel angeordnete Instrument, das die Lage des Flugzeuges anzeigt, in der üblichen Weise geschaltet, so daß es den durch die Kanzel nachgeahmten Querneigungswinkel richtig wiedergibt, obgleich die Kanzel durch die vom Integriergerät U-404. gelieferte Hilfsspannung in ihre Mittelstellung zurückgeführt wird, obgleich als-, mit anderen Worten, der Mittelwert der Kanzelverstellung zu Null wird.
  • Es liegt in der Natur der mechanischen Anordnung der Lernkanzel, daß sich diese nicht unbegrenzt bewegen kann. Aus diesem Grunde ist es in Grenzfällen nicht möglich, die Bewegungen eines Flugzeuges genau nachzuahmen. Wenn also beispielsweise versucht würde, den Querneigungswinkel des Flugzeuges in derselben Richtung wiederholt plötzlich zu ändern, so daß die Kanzel 35 bis in eine ihrer Grenzstellungen gekippt würde, dann würden.. sich weitere plötzliche Änderungen des Querneigungswinkels in derselben Richtung nicht mehr nachahmen lassen.
  • Die Beziehung zwischen der wirklichen Bewegung eines Flugzeuges und der Bewegung der Kanzel eines Lehrgeräts wird durch die oben angegebene Übertragungsfunktion ausgedrückt. Bei manchen Ausführungsformen der Erfindung kann es erwünscht sein, diese Beziehung nichtlinear zu gestalten, was durch Verwendung eines nichtlinear wirkenden Nachlaufpotentiometers geschehen kann. Bei einem solchen System ahmt die Kanzel den Neigungswinkel des Flugzeuges genau nur in einem kleinen Winkelbereich nach. Bei größeren Querneigungswinkeln werden diese nur zu einem Bruchteil nachgeahmt. Ob es wünschenswert ist, große Änderungen des Querneigungswinkels nachzuahmen, hängt von den Flugeigenschaften des jeweiligen Flugzeuges ab, das durch die Kanzel darzustellen ist. Wer mit Geräten der hier erörterten Art vertraut ist, versteht ohne weiteres, daß die Verwendung einer nichtlinearen Beziehung darauf hinausläuft, in der Gleichung (i) den Begriff durch den Begriff zu ersetzen.
  • Da es zum Teil von der jeweiligen Lage des Flugzeuges abhängt, wie stark der Flugzeugführer Beschleunigungskräfte empfindet, kann es bei manchen Ausführungsformen der Erfindung erwünscht sein, das Verhältnis zwischen der Flugzeugbewegung und der Kanzelbewegung zu einer Funktion der jeweiligen Lage des Flugzeuges zu machen. Dies läuft darauf hinaus, daß in den Gleichungen der Begriff k, ersetzt wird durch kf (Xa). Wenn bei dem oben erörterten Beispiel der Fig. 4 das Querneigungsrechengerät seine Ausgangsspannung mit Hilfe eines servomotorisch eingestellten Potentiometers liefert, dann kann dieses Potentiometer mit einer die gewünschte Funktion verkörpernden Wicklung versehen sein. Liefert das Rechengerät seine Ausgangsspannung mit Hilfe eines Milller-Integrators, dann kann dieser unter Verwendung bekannter analoger Rechengeräte so beschaffen sein, daß er nichtlinear wirkt.
  • Es ist klar, daß die Geschwindigkeit, mit der die Kanzel des Geräts nach ihrer vorübergehenden Verstellung wieder in die Mittelstellung zurückgebracht wird, von der Zeitkonstante des Rückführstromkreises abhängt. Wird der Schieber des Potentiomet-ers R-4o2 an das obere Ende seiner Wicklung verschoben (mit Bezug auf Fig. 4), dann liefert das Integriergerät U-404 die Rücksbellspannung viel schneller, als es der Fall wäre, wenn das P:otentiomeber R-402 nur einen niedrigen Anteil der Nachlaufspannung in das Integriergerät U-404 einführen würde. Da die Wirkung von B!eschleun@-gungskräften sich nach bestimmten Fluggrößen richtet, z. B. der Machzahl, der Luftgeschwindigkeit, dem Staudruck usw., ist es erwünscht, die Zeitkonstante des Stromkreises diesen Größen entsprechend zu bemessen. Zu diesem Zweck kann der Schieber des Potentiometers R-402 selbsttätig entsprechend einer derartigen Fluggröße verstellt werden. Wenn das geschieht, kann der Flugschüler infolge des dynamischen Verhaltens der Kanzel noch wirklichkeitsgetreuer die sich bei freiem Flug ergebenden Empfindungen nacherleben. Für den Sachverständigen ist es klar, daß. die Verstellung des Schiebers des Potentiometers R-402 in der Wirkung darauf hinausläuft, den Begriff k2 in der Gleichung (i) zu ersetzen durch den Begriff f (M), f (V) oder f (g), in welchem M, V und g die Machzahl, die Luftgeschwindigkeit und den Staudruck darstellen. Auch kann die Zeitkonstante des betreffenden, in Fig.4 verwendeten Integriergeräts abgeändert werden, um die gleichen Wirkungen zu erzielen.
  • Da die in Fig.3 dargestellten Schaltungen dieselbe Übertragungsfunktion aufweisen, ist ihre Wirkungsweise ähnlich. Sie besteht jeweils im. einer Bewegung, ähnlich wie sie im freien Flug auftreten würde, und aus einer sich anschließenden allmählichen Rückführbewegung. Beim dargestellten Beispiel handelt es sich in Fig.3a um ,eine Quernevgungssveuerung. Dasselbe System eignet sich aber auch für andere Flugzeugbewegungen. Das gilt für jedes. einzelne der in Fig. 3 gezeigten Systeme. 'Sie können für Drehbewegungen oder translatorische Bewegungen benutzt werden. Auch versteht es sich, daß statt einer elektrischen Schaltung mit elektrischem Servomotor und elektrischer Analogieschaltung auch hydraulische, pneumatische oder mechanische Systeme verwendet werden können, bei denen die üblichen analogen Rechengeräte und Instrumente zur Verwendung gelangen.
  • Fig.6 zeigt schematisch ein die Erfindung verkörperndes System, das die grundsätzliche Schaltung der Fig.3e benutzt, aber eine seitliche translatorische Bewegung der Kanzel steuert. Dabei gelangt ein Servogerät U-6oi zur Verwendung. Es handelt sich dabei um ein übliches Rechengerät, wie es bei Lehrgeräten für Flugschüler benutzt wird, um seitliche Kräfte oder Beschleunigungen zu berechnen. Dieses Gerät U-6oi stellt den Schieber eines Potentiometers R-6oi entsprechend den seitlichen Kräften ein, die das Gerät U-6oi errechnet hat. Durch die Einstellung des Potentiometers R-6o i wird eine entsprechende Spannung ir den Überlagerungsverstärker U-6o2 eingeführt. Die Ausgangsspannung aus diesem Verstärker wird einem Servoverstärker U-603 zugeführt. Dieser verstärkt die Spannung und führt sie dem Servoventil V-6o i zu. Dieses Servoventil steuert wiederum das Druckmittel, das von einer entsprechenden Druckmittelquelle geliefert wird und unter Steuerung durch das Ventil der rechten oder linken Seite eines Druckmittelzylinders CYL-Y zugeführt wird. Es kann sich dabei um eine Druckflüssigkeit oder Druckluft handeln. Der entstehende Druck entspricht der Seitenkraft, die auf das Flugzeug wirkt, modifiziert durch die Übertragungsfunktion. Die Kolbenstange des Kolbens, der im Zylinder CYL-Y läuft, übt diese Kraft auf den inneren Kardanrahmen 28 aus und damit seitlich auf die Kanzel 35. Durch eine Zahnstange 6 i und ein Ritzel 62 ist mit dem hydraulischen Antrieb ein Tachomet@ergenerator G gekuppelt. Dieser liefert daher eine Spannung, welche der Geschwindigkeit entspricht, mit der die Kanzel verstellt wird. Die Spannung wird dem überlagerungsverstärker U-6o2 zugeführt. Wie oben erwähnt, entspricht dieses System der- Gleichung (3).
  • Gemäß. .den Fig. 3 c und 3e werden die Geschwindigkeitsgrößen zur Rückführung verwendet. Da das Höchstmaß der zulässigen Winkelverstellung oder geradlinigen Verstellung der Kanzel mechanisch begrenzt ist, können Fehler oder Ungenauigkeiten in der Steuerung, die sich addieren, dazu führen, daß die Mittellage des Systems abwandert. Aus diesem Grunde sind die Systeme der Fig. 3 a, 3 b und 3 d vorzuziehen. Man kann aber auch nicht dargestellte Potentiom,eter anordnen, welche die Lage messen und @entsprechende Korrekturgrößen bei den Systemen der Fig. 3 c und 3e überlagern, um dadurch den Rücklauf der Kanzel in die wirkliche Mittellage zu erzwingen. Ein derartiges Potentiometer liefert :eine kleine Hilfsspannung, :die zusätzlich in :das überlagerungsgerät eingeführt wird. Das hat die Wirkung, zur rechten Seite der Gleichung (3) noch den Begriff kXs hinzuzufügen und auch die Übertragungsfunktion wie folgt zu modifizieren: Unter normalen Umständen ist es erwünscht, daß dieser zusätzliche, die Lage bestimmende Hilfs; impuls im Verhältnis zu den anderen Impulsen klein bemessen wird. Es ist klar, daß, wenn k3 in der Gleichung nach Null geht, sich die Gleichung (4) ergibt. Bei manchen Ausführungsformen der Erfindung kann -es erwünscht sein, keine einzeln-en unabhängigen Antriebe für jede Richtung der Kanzelverstellung vorzusehen, sondern statt dessen zwei in Beziehung zueinander stehende Antriebe zwein: arider anzuordnen, welche mehrere Arten von Verstellungen bewirken können. Das mag an einem Beispiel erläutert werden, bei welchem es sich darum handelt, einerseits die Längsneigung und andererseits die Höhe zu ändern. Dabei kann man zwei Antriebe vorsehen, die in ihrer Zusammenwirkung beides erreichen. S,o zeigt Fig.5, daß auf die Kanzel vorn und hinten je ein Hubzylinder 501 bzw. 502 wirkt. Um die Höhenlage der Kanzel zu ändern, werden die Kolben in den beiden Zylindern um gleiche Hübe in der gleichen Richtung verstellt. Um die Längsneigung zu verändern, bewirken die Kolben eine unterschiedliche Verstellung.
  • Zur Erläuterung der Wirkungsweise sei angenommen, daß der Flugschüler die Steuermittel in der Kanzel so betätigt, daß dadurch, wenn es sich um ein Flugzeug handeln würde, die Höhe abnimmt, ohne die Längsneigung zu ändern. Das übliche Servorechengerät für die Höhe reagiert auf eine solche Betätigung der Steuerungen der Kanzel damit, daß es den Schieber des Potentiometers R-501 abwärts verstellt. Das hat die Wirkung, daß eine vorübergehende negative Spannung über den KandensatorC-5oi und den überlagerungswiderstand R-5 i i dem Eingangsstromkreis eines Servoverstärk ers U-5oi zugeführt wird. Die vorübergehende negative Spannung fließt auch vom Kondensator C-5oi über den üherlagerungswiderstand R-5 i i dem Eingangskreis des Servoverstärkers U-502 zu. Amplitude und Dauer der negativen Spannung hängen davon ab, wie schnell und in welchem Ausmaß das Flugzeug sinken -würde. Die überlagerungswiderstände R-5 i i und R-512 können gleich groß sein. In diesem Falle gelangen gleiche negative Spannungsimpulse zu den beiden Servoverstärkern. Jeder von ihnen betätigt sein Servoventil. Das führt dazu, daß in den beiden Zylindern 5oi und 5o2 die Kolben um gleiche Beträge herabgehen. Die Kanzel sinkt .daher ohne Änderung ihres Längsneigungswinkels. Mit,der Kanzel sind mechanisch die Schieber von Nachlaufpotentiometern R-513 und I2-5 i 4 verbunden, welche die Verstellung der Kanzel messen und entsprechende Nachlaufimpulse den Servoverstärkern U-501 und U-502 zuführen, welche den augenblicklichen Verstellungen der Kanzel verhältnisgleich sind. Das. Maß, um das die Kanzel sinkt, hängt dabei von der abwärts gerichteten Beschleunigung ab, die durch das Rechengerät vorgeschrieben ist.
  • Nunmehr spei angenommen, daß der Flugschüler die in der Kanzel befindlichen Steuermittel@so bedient, daß, wenn es sich um ein Flugzeug handeln würde, dieses sich abwärts neigt, ohne jedoch an Höhe zu verlieren. Das in Fig. 5 links unten angedeutete übliche Rechengerät für den Längsneigungswinkel verstellt die Arme der Potentiemeter R-502 und R-503 abwärts. Über die Kondensatoren C-502 und C-503 und Widerstände R-5o6 und R-507 erhalten dadurch die ServoverstärkerU-50 t und U-502 entgegengesetzte, aber gleich große Spannungsimpulse, das Gerät 501 einen positiven und das Gerät 5o2 einen negativen. Infolgedessen wird die Kanzel nach vorn gekippt. Da sich aber die Kondensatoren C-502 und C-5o3 über die Widerstände R-5 i 5 und R-516 allmählich entladen, @vird alsdann die Kanzel allmählich wieder aufgerichtet. Wenn der Flugschüler gleichzeitig eine Höhenänderung und eine Änderung des Längsneigungswinkels herbeiführt, überlagern sich die Impulse, so daß die Kanzel eine Längsneigung erhält und gleichzeitig in der mittleren Höhe verstellt wird. Es können auch andere miteinander verwandte Bewegungen nach diesem Prinzip gruppenweise gesteuert werden. Das gilt beispielsweise für Kursänderungen und seitliche Abtrift. Auch diese können dadurch nachgeahmt werden, daß auf die Kanzel Kolben oder Motoren wirken, die bei unterschiedlicher Einwirkung die Kanzel in einer waagerechten Ebene verschwenken, aber bei übereinstimmender Einwirkung eine seitliche translatorische Verstellung der Kanzel herbeiführen. Wer derartige Vorrichtungen zum Anlernen von Flugschülern kennt, ersieht ohne weiteres noch verschiedene andere Möglichkeiten. Er begreift auch, daß man zur Änderung der Zeitkonstante der aus Kondensator und Widerstand bestehenden Schaltung und zur Änderung der Übertragungsfunktion unterschiedliche Beträge der Kondens.atorspannung je. nach der Luftgeschwindigkeit, der Machzahl oder des Staudruckes zur Erde ableiten kann, und zwar mit Hilfe servomotorisch verstellbarer Potentiometer_, in derselben Weise, wie oben beschrieben.
  • Das in Fig. 5 gezeigte System bietet eine weitere Möglichkeit, dieselbe Übertragungsfunktion in einer elektrischen Schaltung zu verkörpern. Wenn die SpannungXa, die von einem Rechengerät geliefert wird und eine nachgeahmte Fluggröße verkörpert. dem Kondensator C-5oi von dem Schieber des P.otentiometersR-5oi zugeleitet wird, dann nehmen die Spannungen am KondensatorC-5oi und am Widerstand R-5 i 5 den folgenden zeitlichen Verlauf: Bezeichnet man die Spannung am Widerstand R-515 mit Xs und den Widerstand selbst mit R, so kann man diese Formel wie folgt schreiben: Differenziert man diese Gleichung, so erhält man Stellt man diese Formel um und setzt man p an die Stelle der Ableitung, so ergibt sich Da R und C Konstanten sind, ist diese übertragungsfunktion dieselbe wie die Gleichung Man sieht also, da.ß die Spannung an der Klemme 5oo der nachgeahmten Fluggröße, modifiziert durch ,die Übertragungsfunktion, entspricht und sich :daher dazu eignet, die Bewegung der Kanzel zu steuern. Weiter ist es klar, daß, wenn man den Widerstand R-515 ändert, z. B. entsprechend der Machzahl, dadurch die Konstante k der Übertragungsfunktion geändert wird.
  • Bei den beschriebenen Schaltungen handelt es sich lediglich um wenige Beispiele für zahlreiche Möglichkeiten, die einander gleichwertig sind. Es lassen sich daher zahlreiche andere Schaltungen entwickeln, welche die gewünschte Übertragungs'-funktion verkörpern. Als Anleitung hierzu mag Kapitel II des Buches »Transients in Linear Systems«, Bd. 1, von G a r d n e r und G a r n e s dienen. Bei dem oben erläuterten Beispiel gelangt eine besondere lineare Übertragungsfunktion zur Verwendung. Es versteht sich jedoch, daß. diese übertragungsfunktion durch Konstanten oder Begriffe höherer Ordnung für p abgewandelt werden kann.
  • Die Übertragungsfunktion F(p) muß, lediglich der Bedingung genügen, daß, wenn sie mit dem von der Eingangsspannung abgeleiteten Begriff Xa(p) multipliziert und dann wiederum mit p multipliziert werd, sie nach Null geht, wenn p nach Null geht, was sich wie folgt ausdrücken läßt: lim P [kXa (P)F(@)@ = 0, P->o. Darin bedeutet F die Übertragungsfunktion. Der Wert, den diese Funktion bei einer bestimmten Antriebsspannung hat, wenn die Zeit t nach Unendlich geht, läßt sich wie folgt ausdrücken: Ausgangsspannung = lim P [(umgewandelte Eingangsspannung) ]F (@) , t->oo P->0. Man ersieht also, daß die übertragungsfunktion eine Siebkette beschreibt, die nur 'Spannungsgröße durchgehen läßt. Würde eine kontinuierliche Größe durchgehen, -so würde das System nicht wieder in seine Mittellage zurückgestellt werden. Anders ausgedrückt muß es sich bei der Übertragungsfunktion um eine solche handeln, - welche einen nicht über .die erste Ordnung hinausgehenden Pol dicht am Ausgangspunkt hat, wie durch den Leitsatz 1 ¢ auf S. 265 des oben zitierten Buches von G ar d n e r und G a r n e s erläutert. Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen gelangen Rechengeräte zur Verwendung, die elektrische Analogieschaltungen verwenden. Statt dessen können aber auch hydra-Lilische, pneumatische und mechanische Äquivalente verwendet werden. Welche Äquivalente in Betracht kommen, ergibt sich aus der Veröffentlichung »Analysis and Design of Translator Chains« von H. Z i e_-b ü1 z , veröffentlicht im Jahre 19 4.6 von der Askania Regulator Company, Chicago, Illinois.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Zum Anlernen von Flugschülern bestimmte Vorrichtung mit einer begrenzt beweglich gelagerten, einen Führersitz :enthaltenden Flugzeuigkanzel, mit Antrieben zum Verstellen der Kanzel und mit einem Gerät" durch welches eine .elektrische Spannung entsprechend einer Bewegungsgröße des nachzuahmenden Flugzeuges ;erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einwirkung auf den Antrieb (a) sowohl eine Funktion dieser elektrischen Spannung (z. B. Xa in Fig. 3 a) als auch im entgegengesetzten Sinne eine zweite 'Spannung gebracht wind, die eine Funktion der Bewegung der Flugzeugkanzel (35) darstellt und bewirkt, daß die über die Zeit integrierte Bewegung der Kanzel allmählich zu Null- wird. a. Verfahren zum Antrieb einer begrenzt beweglich gelagerten Flugzeugkanzel zum Anlernen von - Schülern, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Zweck, dem Schüler die dem freien Flug entsprechenden Bewegungsempfindungen zu vermitteln, der Kanzel (35) ein vorübergehender Bewegungsimpuls erteilt und von der entstehenden Bewegung der Kanzel ein Steuerimpuls abgeleitet wird, der auf den Antrieb der Kanzel einwirkt und die erteilte Bewegung allmählich wieder rückgängig macht, so daß die Verstellung der Kanzel, über die Zeit integriert, zu Null 'wird. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das darin erwähnte Gerät auf Steuermittel anspricht, die in der Kanzel angeordnet sind und vom Schüler bedient werden, und Hilfsspannungen entsprechend verschiedenen Funktionen einer Bewegung des nachzuahmenden Flugzeuges erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine dieser Hilfsspannungen zur Einwirkung auf den Antrieb gelangt und außerdem eine dritte Spannung entsprechend einer Funktion der Kanzelverstellung abgeleitet und ,ebenfalls zur Einwirkung auf den Antrieb gebracht wird, wo-.durch die Verstellung- der Kanzel allmählich rückgängig gemacht wird. q.. Zum Anlernen von Flugschülern bestimmte Vorrichtung mit einer beweglich gelagerten Flugzeugkanzel und mit Geräten zur Erzeugung veränderlicher Spannungen, die veränderliche Fluggrößen zur Nachahmung des Flugzeuges wiedergeben, und mit einem Servoantrieb für die Flugzeugkanzel, der auf eine Funktion mindestens einer der veränderlichen Spannungen anspricht, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dieser Funktion um eine Größe handelt, die mit der Zeit abklingt und kein beständigen Restwert hat. 5. Vorrichtung zum Anlernen von Schülern zum Führen eines Fahrzeuges, insbesondere Luftfahrzeuges, mit einem beweglichen Führersitz, einem Servoantrieb für diesen und mit einem Gerät zum Erzeugen einer Spannung, die der Bewegung eines Fahrzeuges entspricht, gekennzeichnet durch eine Schaltungsanordnung, welche mit -der Spannung beschickt wird und einen abklingenden Impuls ableitet, durch den ,der Servoantrieb aus seinem Gleichgewichtszustand gebracht wird. 6. Verfahren zum Antrieb eines beweglich gelagerten Führersitzes zum Anlernen von Schülern für die Führung eines Fahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Zweck, dein Schüler die der freien Fahrt des Fahrzeuges entsprechenden Bewegungsempfindungen zu vermitteln, ,eine veränderliche Bewegungsgröße des Fahrzeuges durch eine Spannung dargestellt wird und diese Spannung in eine abklingende Ausgangsspanntmg umgewandelt wird und daß der Führersitz dieser Ausgangsspannung entsprechend bewegt wird. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die die veränderliche 13ewegungsgrößedarstellende Spannung einer Siebschaltung zugeführt wird, welche lediglich einen abklingenden Spannungsimpuls hindurchläßt, ,der dann die Einstellung des Steuersitzes bewirkt. B. Vorrichtung nach Anspruch q., dadurch gekennzeichnet, daß, die dort genannten Geräte (z. B. U-4oi, U-¢05) zur Erzeugung veränderlicher Spannungen einen an sich bekannten Servomechanismus enthalten, der in bekannter Weise durch elektrische Spannungen einstellbar ist, welche den Steuerbewegungen .eines wirklichen Flugzeuges entsprechen und durch die am Führersitz vorgesehenen Steuergeräte erzeugt werden, die denen eines wirklichen Flugzeuges gleichen. 9. Vorrichtung nach Anspruch q., dadurch gekennzeichnet, daß die abklingende Funktion der veränderlichen Spannungen ohne beständigen Restwert durch elektrische Schaltmittel erzeugt wird, deren Übertragungsfunktion je nach der Geschwindigkeit des nachgeahmten Flugzeuges oder dessen Machzahl oder dessen Staudruck b,eeinfl.ußt wird. i o. Zum Anlernen von Flugschülein bestimmte Vorrichtung nach Anspruch ¢, gekennzeichnet durch Übertragungsmittel, die als Eingangsspannung die der veränderlichen Fluggröße entsprechende Spannung aufnehmen und als Ausgangsspannung den abklingenden Spannungsimpuls ohne beständigen Restwert liefern, .der den Servoantrieb für die Flugzeugkanzel in Abhängigkeit von seiner Größe und Richtung in Gang setzt und dadurch die Flugzeugkanzel m eine Stellung bringt, die derjenigen des nachgeahmten Flugzeuges, modifiziert durch die Übertragungsfunktion des Übertragungsmittels, entspricht. 1 i. Vorrichtung nach Anspruch. io, dadurch gekennzeichnet, daß der Servoantrieb die Flugzeugkanzel mit einer Geschwindigkeit verstellt, düe derjenigen des nachgeahmten Flugzeuges entspricht, jedoch durch die übertragungsfunktion dies Übertragungsmittels modifiziert ist. 12. Vorrichtung nach Anspruch i o, dadurch gekennzeichnet, daß, der Servoantrieb die Flugzeugkanzel in eine Lage bringt, die derjenigen des nachgeahmten Flugzeuges entspricht, jedoch .durch die Übertragungsfunktion des übertragungsmittels modifiziert ist. 13. Vorrichtung nach Anspruch i o, dadurch gekennzeichnet, daß der Servoantrieb auf die Flugzeugkanvel eine Kraft ausübt, die der auf das nachgeahmte Flugzeug wirkenden Kraft entspricht, jedoch durch die Übertragungsfunktion des Übertragungsmittels modifiziert ist. 14. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch ein Rechengerät, das in bekannter Weise eine Spannung erzeugt, welche den auf das nachgeahmte frei fliegende Flugzeug wirkenden Kräften oder dessen Geschwindigkeiten oder Lagen entspricht und mit der SiebschaItung des Anspruchs 7 verbunden ist, denen abklingende Ausgangsspannung auf den mit der Flugzeugkanzel verbundenen Antrieb wirkt und den Kräften bzw. Geschwindigkeiten oder Lagen, modifiziert durch die übertragungsfunktion. der Siebschaltung, entspricht. 15. Eine das Erlerner des Führens eines Fahrzeuges, insbesondere Luftfahrzeuges, erleichternde Vorrichtung mit einem begrenzt beweglich angeordneten Führersitz und einem Antrieb für diesen, dadurch gekennzeichnet, daß durch ein Rechengerät eine Spannung erzeugt wird., die der Beschleunigung oder der Geschwindigkeit oder der Lage eines in freier Fahrt befindlichen Fahrzeuges entspricht und mittels einer Übertragungsvorrichtung in eine abklingende Ausgangsspannung ohne bleibenden Endwert umgewandelt und dann dem Antrieb zugeführt wird. 16.- Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Führersitz mehrere in verschiedenen Richtungen wirkende Antriebe und Übertragungsvorrichtungen für diese hat. 17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Antriebe mit dem Führersitz mechanisch so verbunden sind, daß sie bei gemeinsamem Anrtrieb dem Führersitz eine translatorische Bewegung und bei unterschiedlichem Antrieb eine Drehbewegung erteilten. 18. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das dort genannte Gerät .die Spannung so erzeugt, daß sie eine nichtlineare Funktion der Bewegung des Fahrzewges ist. i g. Vorrichtung nach Anspruch q., dadurch gekennzeichnet, daß. die begrenzt beweglich gelagerte Flugzeugkanzel auf Einrichtungen wirkt, die in Abhängigkeit von der Bewegung der Kanzel. eine Spannung erzeugen und diese in den Antrieb zurückführen, um zu erreichen, daß der zeitliche Mittelwert der Kanzelbewegung zu Null wird.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1107518B (de) * 1954-12-27 1961-05-25 Link Aviation Inc Fliegerschulungsgeraet zur Nachbildung der Windeinwirkung auf das aerodynamische Verhalten von Luftfahrzeugen

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DE1107518B (de) * 1954-12-27 1961-05-25 Link Aviation Inc Fliegerschulungsgeraet zur Nachbildung der Windeinwirkung auf das aerodynamische Verhalten von Luftfahrzeugen

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