DED0018685MA - - Google Patents
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY
Tag der Anmeldung: 17. September 1954 Bekanntgemacht am 2. Februar 1956Registration date: September 17, 1954. Advertised on February 2, 1956
DEUTSCHES PATENTAMTGERMAN PATENT OFFICE
Die Erfindung betrifft Flugübungsgeräte für Flugschüler und bezieht sich insbesondere auf am Boden befindliche Geräte der erwähnten Art zur Berechnung von Flugzuständen und zur Nachbildung von Kräfteeinwirkungen auf den Flugschüler,, die bei dem wirklichen Flug auftreten, wenn eine Drehung um die drei Achsen des Flugzeuges bei Flugmanövern, wie Längsneigung, Querneigung und Wenden, stattfindet.The invention relates to flight training devices for trainee pilots and relates in particular to on the ground located devices of the type mentioned for the calculation of flight conditions and for the simulation of forces on the trainee pilot, who occur in the real flight, when a turn around the three Axes of the aircraft during flight maneuvers, such as pitch, bank and turning, takes place.
Bei dem wirklichen Flug können die kombinierten Wirkungen der Schwerkraft, der Beschleunigung und der Zentrifugalkraft, die auf den Körper des Flugschülers einwirken, als eine resultierende Kraft dargestellt werden, die entweder in einer zum Sitz des Piloten senkrechten Richtung wirkt, wie z. B. bei einem richtig ausgeführten Kurvenflug, bei dem der Flugschüler fühlt, daß er normal aufrecht sitzt, oder die unter einem Winkel zu dem Sitz wirkt, wie bei »seitlichem Abrutschen« oder »Schiebeflug«-Manövern, wobei der Flugschüler fühlt, daß er nach der einen oder anderen Richtung kippt. Die Kräfte, die auf den Flugschüler wirken, sind im wesentlichen die Schwerkraft und Zentrifugalkraft infolge des Gierens und die Zentrifugalkraft infolge der Längsneigung. Es genügt daher nicht, bei einem Bodenübungsgerät die erwähnten Manöver lediglich durch ein Kippen des Fahrgestells in der allgemeinen Richtung der Knüppelbewegung nachzuahmen, da ein solches Kippen sehr irreführend sein kann. So ist z. B. bei einer flachenIn actual flight, the combined effects of gravity, acceleration and the centrifugal force acting on the student's body is represented as a resultant force acting either in a direction perpendicular to the pilot's seat, e.g. B. at a correctly executed turn in which the trainee pilot feels that he is sitting normally upright, or which works at an angle to the seat, as in "sliding sideways" or "sliding flight" maneuvers, the trainee pilot feeling that he is tipping one way or the other. The forces that The trainee pilots are essentially influenced by gravity and centrifugal force as a result of yawing and the centrifugal force due to the pitch. It is therefore not sufficient to use the mentioned maneuvers simply by tilting the chassis in the general direction of stick movement to imitate, as such tipping can be very misleading. So is z. B. at a flat
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Kurve nach links bei einer Geschwindigkeit, die ein Schieben verursacht, die Zentrifugalkraft größer als die Schwerkraft, und die resultierende Kraft, die auf den Flugschüler einwirkt, erzeugt den Eindruck, daßCurve to the left at a speed that causes sliding greater than the centrifugal force the force of gravity, and the resulting force acting on the trainee pilot, creates the impression that
•5 sein Sitz nach rechts kippt anstatt nach links. Auch im Fall einer exakt geflogenen Kurve würde eine Neigung des Sitzes dem Flugschüler einen vollständig falschen Eindruck vermitteln, da bei einer solchen Kurve die Sitzreaktion normal sein würde. Ähnliche• 5 his seat tilts to the right instead of to the left. Even in the case of a precisely flown curve, a Inclination of the seat give the student pilot a completely wrong impression, as with such Curve the sitting reaction would be normal. Similar
ίο falsche Eindrücke können auch bei einer Längsneigung des Flugzeuges erzeugt werden, wobei z. B. die Beschleunigung beim Sturzflug dem Flugschüler tatsächlich das Gefühl geben kann, daß sein Sitz nach hinten statt nach vorn kippt, während das Umgekehrte bei einer Verlangsamung während eines flachen Anstieges der Fall ist.ίο incorrect impressions can also occur with a longitudinal incline of the aircraft are generated, z. B. the acceleration during a dive actually for the student pilot can give the feeling that his seat is tilting backwards instead of forwards, while the opposite is true for slowing down during a shallow climb.
Ein Hauptgegenstand der Erfindung ist es daher, eine Einrichtung zur Berechnung von Flugzuständen und zur Nachahmung der Wirkungen zu schaffen, die im allgemeinen als »Sitzgefühl« bezeichnet werden und die bei wirklichen Flugmanövern infolge der kombinierten Schwerkraft, Beschleunigung und Zentrifugalkraft auf den Flugschüler einwirken.A main object of the invention is therefore to provide a device for calculating flight conditions and to mimic the effects commonly referred to as the "sitting sensation" to create and those in real flight maneuvers due to the combined force of gravity, acceleration and centrifugal force act on the student pilot.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Schaffung von verbesserten Berechnungs- und Steuermitteln, die auf die Bedienung von nachgebildeten Flugsteuerungen ansprechen, um die Lage des Sitzes des Flugschülers in Übereinstimmung mit einem resultierenden Kräftevektor zu bestimmen, der von den nachgeahmten Flugbedingungen abgeleitet wird.Another object of the invention is the creation of improved calculation and control means, which respond to the operation of simulated flight controls to determine the position of the seat of the trainee pilot in accordance with a resulting force vector determined by the mimicked flight conditions is derived.
Ein weiterer und speziellerer Gegenstand der Erfindung ist die Schaffung von verbesserten elektrischen Berechnungs- und Steuereinrichtungen, die auf die Bedienung von nachgeahmten Flugsteuerungen ansprechen, um Steuerspannungen zu erhalten, welche Kräftevektoren darstellen, die auf .den Flugschüler einwirken, wobei diese Spannungen dazu benutzt werden, die Lage des Sitzes des Flugschülers in dem Übungsgerät zu steuern.Another and more specific object of the invention is the creation of improved electrical computing and control facilities based on the Address operation of mock flight controls in order to obtain control voltages which Represent force vectors that act on the student pilot, using these tensions for this purpose will be able to control the position of the student pilot's seat in the training device.
Die Erfindung wird in der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert. The invention is explained in more detail in the following description in conjunction with the drawings.
Fig. ι ist eine schematische Darstellung eines elektrischen Berechnungs- und Steuersystems in einem Flugübungsgerät zur Nachbildung von Kräfteeinwirkungen auf den Flugschüler;Fig. Ι is a schematic representation of an electrical Calculation and control system in a flight training device to simulate the effects of forces on the student pilot;
Fig. 2 zeigt schematisch das Flugrechensystem der Fig. ι in größerer Ausführlichkeit, undFig. 2 shows schematically the flight computing system of Fig. Ι in greater detail, and
Fig. 3 und 4 sind Vektordiagramme, die die resultierenden Kräftevektoren zeigen.Figs. 3 and 4 are vector diagrams showing the resulting Show force vectors.
In -Fig. ι ist eine Kabine S des Übungsgerätes mit dem Platz des Piloten schematisch in Verbindung mit den zugehörigen Berechnungs- und Steuereinrichtungen der Erfindung- dargestellt. Das Übungsgerät kann an sich irgendeine geeignete Bauart haben und enthält einen Sitz 1 für den Flugschüler sowie Nachbildungen der Flugzeugsteuerung einschließlich einer Drossel 2, eines Knüppels oder einer Steuersäule 3 und der Seitenruderpedale 4. Die betreffenden Steuerungen der Drossel und des Quer-, Höhen- und Seitenruders sind gemäß einer bevorzugten Ausführungsform mit Mitteln zur Ableitung von Spannungen betriebsmäßig verbunden, z. B. mit Potentiometern 15, i6, 17 und 18, die bewegliche Kontakte 15', 16', 17' und 18' haben. Die Potentiometerkontakte können zur Ableitung von Spannungen je nach der betreffenden Flugzeugsteuerbetätigung in an sich bekannter Weise verstellt werden. Es sei bemerkt, daß die Erfindung auch bei anderen Arten von Übungsgeräten anwendbar ist, wie z. B. bei solchen, die zur Drehung im Azimut gebaut sind, ohne daß es auf die besondere Art des Betriebsmediums ankommt.In fig. ι is a cabin S of the exercise device with the position of the pilot schematically in connection with the associated calculation and control devices of the invention- shown. As such, the exercise device may be of and include any suitable type a seat 1 for the trainee pilot and replicas of the aircraft controls including a throttle 2, a stick or a control column 3 and the rudder pedals 4. The controls concerned the throttle and the aileron, elevator and rudder are according to a preferred embodiment with Means for dissipating voltages operationally connected, e.g. B. with potentiometers 15, i6, 17 and 18, which have movable contacts 15 ', 16', 17 'and 18'. The potentiometer contacts can be used to derive voltages depending on the aircraft control actuation concerned can be adjusted in a manner known per se. It should be noted that the invention also applies to others Kinds of exercise equipment is applicable, such as B. for those that are built for rotation in azimuth, without the particular type of operating medium that matters.
Die Kabine S des Flugschülers ist in geeigneter Weise kardanisch bei 9 gelagert, so daß eine Längsneigung um die Querachse und eine Quer- oder Rollneigung um die Längsachse ausgeführt werden können, wobei die Achsen als Y- und X-Achsen bezeichnet sind (Fig. 3). Die kardanische Aufhängung 9 kann z. B. ein Joch 10 enthalten, das mit einer drehbaren Welle 11 verbunden ist, die durch weiter unten beschriebene Mittel geschwenkt werden kann, um eine Querneigungsbewegung zu erzeugen, während eine Querachse 12, an der die Kabine S unmittelbar befestigt ist, in dem Joch drehbar montiert ist und durch zusätzliche, weiter unten beschriebene Mittel zur Erzeugung einer Längsneigung betätigt werden kann.The cabin S of the trainee pilot is suitably gimbaled at 9 so that a longitudinal inclination around the transverse axis and a transverse or rolling inclination can be carried out around the longitudinal axis, the axes being designated as Y and X axes (Fig. 3 ). The gimbal 9 can, for. B. a yoke 10 which is connected to a rotatable shaft 11 which can be pivoted by means described below to produce a transverse inclination movement, while a transverse axis 12, to which the car S is directly attached, rotatable in the yoke is mounted and can be operated by additional means described below for generating a longitudinal inclination.
Die elektrischen Berechnungs- und Steuersysteme zur Quer- und Längsneigung der Kabine des Flugschülers zur Nachahmung des obenerwähnten »Sitzgefühls« bei Flugmanövern ist schematisch in Fig. 1 angedeutet, während das Berechnungs- und Integriersystem in Fig. 2. als Blockschaltbild wiedergegeben ist.The electrical calculation and control systems for the lateral and longitudinal inclination of the student's cabin to imitate the above-mentioned “sitting feeling” during flight maneuvers is shown schematically in FIG indicated, while the calculation and integration system in Fig. 2 is shown as a block diagram.
In Fig. ι ist eine Bezugswechselspannungsquelle E zur Speisung des gesamten Systems vorgesehen, und die verschiedenen abgeleiteten und Steuerspannungen werden dieser Quelle entnommen, wobei die positiven und negativen Zeichen den Augenblickswert der Polarität mit Bezug auf die Bezugsstromquelle darstellen. So werden z. B. die verschiedenen Flugzeugsteuerpotentiometer von Spannungen gespeist, die bestimmte Funktionen der Eigengeschwindigkeit ν darstellen, die in dem Berechnungssystem erhalten werden. Das Drosselpotentiometer 15 wird an seiner unteren Klemme mit einer Spannung gespeist, die den Reziprokwert der Eigengeschwindig-In Fig. Ι a reference AC voltage source E is provided for feeding the entire system, and the various derived and control voltages are taken from this source, the positive and negative signs represent the instantaneous value of the polarity with respect to the reference current source. So z. B. the various aircraft control potentiometers fed by voltages which represent certain functions of the airspeed ν , which are obtained in the calculation system. The throttle potentiometer 15 is fed at its lower terminal with a voltage that is the reciprocal of the Eigengeschwindig-
keit — darstellt, und ist an seiner oberen Klemmespeed - represents, and is at its upper terminal
geerdet, so daß die an dem Schleifkontakt 15' abgenommene Spannung bei der Einstellung der Drosselgrounded so that the removed from the sliding contact 15 ' Voltage when adjusting the throttle
den Schub T nach der Beziehung T = ~ wiedergibt. Die Höhen- und Seitenruderpotentiometer 17 und 18 werden je an ihren oberen Klemmen mit einer positiven Spannung +u2 und an ihren unteren Klemmen mit einer negativen Spannung —v2 gespeist, welche dem Quadrat der Eigengeschwindigkeit entsprechen. Das Querruderpotentiometer 16 wird mit einer Spannung ν gespeist, die linear zur Eigengeschwindigkeit ist. Jedes Potentiometer ist mit einer geerdeten Mittelanzapfung versehen, um positive und negative Wendemomente um die üblichen Flugzeugachsen nach Fig. 3 mit Bezug auf den normalen ebenen Flug darzustellen. Die verschiedenen abgeleiteten Momentenspannungen der Steuerpotentiometer 15, 16, 17, und 18 werden durch Leitungen 19, 20, 21 und 22 dem Berechnungssystem 23 zugeführt, von demrepresents the thrust T according to the relation T = ~. The elevator and rudder potentiometers 17 and 18 are each fed with a positive voltage + u 2 at their upper terminals and with a negative voltage - v 2 at their lower terminals, which correspond to the square of the vehicle's own speed. The aileron potentiometer 16 is fed with a voltage ν that is linear to the airspeed. Each potentiometer is provided with a grounded center tap in order to represent positive and negative turning moments about the usual aircraft axes according to FIG. 3 with reference to normal plane flight. The various derived torque voltages of the control potentiometers 15, 16, 17, and 18 are fed through lines 19, 20, 21 and 22 to the calculation system 23, from which
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Steuerspannungen zur Bedienung des Längs- und Querneigungsgerätes der Flugschülerkabine S abgeleitet werden.Control voltages for operating the longitudinal and lateral inclination device of the student cabin S derived will.
Es wird nun das Flugberechnungs- und Integriergerät der Fig. 2 beschrieben. Das Gerät enthält nach dieser Darstellung im wesentlichen sieben Servoeinheiten, von denen jede eine Flugbedingung, z. B. Eigengeschwindigkeit, Anstellwinkel, Änderung der Längsneigung usw., darstellt, die durch ein elektromechanisches Netzwerk miteinander verbunden sind, so daß sie nach gewissen Flugprinzipien arbeiten, um gleichzeitig und stetig die betreffenden Flugzustände zu berechnen. Die verschiedenen miteinander in Verbindung stehenden Kreise der dargestellten Servoeinheiten sind zum besseren Verständnis so weit vereinfacht, daß die Erfindung klar daraus hervorgeht.The flight computing and integrating device of FIG. 2 will now be described. The device contains after In this illustration there are essentially seven servo units, each of which has a flight condition, e.g. B. Airspeed, angle of attack, change in pitch, etc., represented by an electromechanical Network are interconnected so that they work according to certain flight principles in order to simultaneously and continuously to calculate the relevant flight conditions. The different with each other in Connected circles of the servo units shown are so far for a better understanding simplified so that the invention emerges clearly therefrom.
Beim Betrieb der dargestellten Anlage werden inWhen operating the system shown, in
erster Linie Spannungen in Abhängigkeit von der Bedienung der oben beschriebenen nachgebildeten Flugzeugsteuerungen abgeleitet, die proportional den verschiedenen Geschwindigkeiten und Kräften sind, welche eine Bewegung oder Beschleunigung mit Bezug auf die drei Bezugsachsen entsprechend den aerodynamischen Grundbedingungen hervorrufen. Die drei Bezugsachsen der Fig. 3 und 4 sind erstens die Längs- oder %-Achse des Flugzeuges, zweitens eine y-Achse in Richtung der Flugzeugflügel senkrecht zur Längsachse und drittens eine Achse z, die auf den beiden anderen Achsen senkrecht steht, wobei alle Achsen durch den Schwerpunkt des Flugzeuges hindurchgehen.primarily derived from the operation of the simulated aircraft controls described above voltages, which are proportional to the various speeds and forces that cause a movement or acceleration with respect to the three reference axes in accordance with the basic aerodynamic conditions. The three reference axes of FIGS. 3 and 4 are firstly the longitudinal or% axis of the aircraft, secondly a y-axis in the direction of the aircraft wing perpendicular to the longitudinal axis and thirdly an axis z which is perpendicular to the other two axes, all of which Axes go through the center of gravity of the aircraft.
Die translatorische und rotatorische Bewegung gegenüber diesen Achsen und gegenüber festen Achsen, die senkrecht und parallel zum Horizont liegen, werden durch die Servosysteme bestimmt. In einem dieser Systeme werden die Kräfte ermittelt, welche die Eigengeschwindigkeit (Luftgeschwindigkeit) ergeben, in einem anderen Servosystem werden Momente berechnet, um die Giergeschwindigkeit zu ermitteln, und in einem dritten werden Momente berechnet, um Neigungsänderungen zu erzeugen. Zwei Hilfsservomotoren sind vorgesehen, um den Anstellwinkel und das seitliche Abrutschen darzustellen, wobei der Anstellwinkel-Servomotor Geschwindigkeiten um die y-Achse integriert, um die aerodynamischen Größen des Auftriebes (Gewicht plus Zentrifugalkraft), des Luftwiderstandes und des Neigungsmomentes zu berechnen, während der Servomotor für seitliches Abrutschen den Winkel zwischen der Symmetrieebene des Flugzeuges und der Flugbahn ermittelt. Die beiden übrigen Servomotoren integrieren Winkelbewegungen in Abhängigkeit von Steuerspannungen, die von den drei obenerwähnten Servosystemen erzeugt werden, um die Flugzustände des Rollens und der Längsneigung wiederzugeben.The translational and rotational movement with respect to these axes and with respect to fixed ones Axes that are perpendicular and parallel to the horizon are determined by the servo systems. In one of these systems is used to determine the forces that determine the airspeed (air speed) result, in another servo system, moments are calculated to increase the yaw rate and in a third, moments are calculated to produce changes in inclination. Two auxiliary servomotors are provided to show the angle of attack and the side slip, where the pitch servo motor speeds around the y-axis integrated to the aerodynamic Sizes of lift (weight plus centrifugal force), drag and To calculate the tilting moment, while the servo motor for lateral slipping the angle between the plane of symmetry of the aircraft and the flight path. Integrate the other two servomotors Angular movements as a function of control voltages derived from the three above-mentioned Servo systems are generated to reproduce the flight conditions of taxiing and pitch.
Gemäß den bekannten Prinzipien der AerodynamikAccording to the known principles of aerodynamics
ist die Eigengeschwindigkeit ν eine Funktion des Motorschubes T, der stets positiv ist (mit Ausnahme des Propellerwiderstandes beim Leerlauf im Flug mit weniger als etwa 1200 Umdrehungen pro Minute), sowie der Schwerkraft G, die entweder positiv oder negativ sein kann, je nachdem das Flugzeug sich imThe airspeed ν is a function of the engine thrust T, which is always positive (with the exception of the propeller resistance when idling in flight with less than about 1200 revolutions per minute), as well as the force of gravity G, which can be either positive or negative, depending on the aircraft in
- Abwärts- oder Aufwärtsflug befindet, und des Luftwiderstandes, der natürlich negativ ist. Der Luftwiderstand hat im allgemeinen zwei Komponenten, nämlich eine Widerstandskomponente mit konstantem Koeffizienten, die sich mit dem Quadrat der Eigengeschwindigkeit v2 ändert, und eine weitere Widerstandskomponente, die von einem veränderlichen Koeffizienten Cd(K) abhängt, der sich mit dem Anstellwinkel (α) ändert, d. h. dem Winkel zwischen der Sehne der Flügel und dem Luftstrom.- Downward or upward flight, and the air resistance, which is of course negative. The air resistance generally has two components, namely a resistance component with a constant coefficient, which changes with the square of the airspeed v 2 , and a further resistance component, which depends on a variable coefficient Cd (K ), which changes with the angle of attack (α) changes, that is, the angle between the tendon of the wings and the airflow.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 sei angenommen, daß eine Anzahl von Wechselspannungen, die verschiedene Werte von Schub, Schwerkraft und Luftwiderstand 75· entsprechend den Augenblickswerten von Polarität und Größe der betreffenden Spannungen darstellen, getrennt einem Summierungsverstärker zugeführt werden, der schematisch bei 25 angedeutet ist und ein Teil eines Servosystems mit der Bezeichnung >;Eigengeschwindigkeit« (air speed) ist. Derartige Verstärker, die eine Anzahl von verschiedenen Wechselspannungen veränderlicher Größe und Polarität algebraisch addieren, sind an sich bekannt, und eine ausführliche Schaltung braucht daher nicht angegeben zu werden. Der Ausgang des Verstärkers 25 steuert eine selbsttätig sich abgleichende Sendschaltung, die einen Zweiphasenmotor 26 enthält, dessen Steuerphase 27 von der Ausgangsspannung des Verstärkers in der dargestellten Weise gespeist wird, während die andere Phase 28 mit einer konstanten Bezugswechselspannung +^1 gespeist wird. Die Betriebsweise eines solchen Motors ist an sich bekannt; er läuft in der einen Richtung um, wenn die Steuer- und Bezugsspannungen in den betreffenden Phasen die gleichen Augenblickswerte der Polarität haben, und in der umgekehrten Richtung, wenn der Augenblickswert der Polarität der Steuerspannung derjenigen der Bezugsspannung entgegengesetzt ist, wobei die Geschwindigkeit des Umlaufs in beiden Fällen von der Größe der Steuerspannung abhängt. Der Motor treibt einen zweiphasigen Rückführungsgenerator 29, dessen eine Phase 30 von einer Bezugswechselspannung -\-:e2 erregt wird, während die andere Phasenwicklung 31 entsprechend der Motorgeschwindigkeit eine Rückführungsspannung En für eine weiter unten beschriebene Geschwindigkeitssteuerung erzeugt. Die Rückführungsspannung En stellt —=-, d. h. die Beschleuni-With reference to FIG. 2, it is assumed that a number of alternating voltages, which represent different values of thrust, gravity and air resistance 75 · corresponding to the instantaneous values of polarity and magnitude of the voltages concerned, are fed separately to a summing amplifier, which is indicated schematically at 25 and is part of a servo system called "air speed". Such amplifiers, which algebraically add a number of different alternating voltages of variable magnitude and polarity, are known per se, and a detailed circuit therefore does not need to be given. The output of the amplifier 25 controls an automatically adjusting transmission circuit which contains a two-phase motor 26, the control phase 27 of which is fed by the output voltage of the amplifier in the manner shown, while the other phase 28 is fed with a constant reference AC voltage + ^ 1 . The mode of operation of such a motor is known per se; it rotates in one direction if the control and reference voltages in the relevant phases have the same instantaneous polarity values, and in the opposite direction if the instantaneous polarity value of the control voltage is opposite to that of the reference voltage, the speed of rotation in both cases depends on the size of the control voltage. The motor drives a two-phase feedback generator 29, one phase 30 of which is excited by a reference AC voltage - \ -: e 2 , while the other phase winding 31 generates a feedback voltage E n corresponding to the motor speed for a speed control described below. The feedback voltage E n represents - = -, i.e. the acceleration
dtGerman
gung dar und wird einerseits dem Eingang des Ver-.iio' stärkers 25 und andererseits über eine Leitung 24 dem Gerät der Fig. 1 für einen weiter unten beschriebenen Zweck zugeführt. Der Motor dient auch dazu, über ein Untersetzungsgetriebe 32 und geeignete mechanische Verbindungsglieder, die durch die gestrichelte Linie 33 angedeutet sind, die Kontakte eines Potentiometersystems und den Zeiger eines Fahrtmessers 34 zu betätigen.supply and is on the one hand the entrance of the Ver-.iio ' amplifier 25 and on the other hand via a line 24 to the device of FIG. 1 for a described below Purpose supplied. The motor also serves to have a reduction gear 32 and appropriate mechanical connecting members, which are indicated by the dashed line 33, the contacts a potentiometer system and the pointer of an airspeed indicator 34 to operate.
Die einzelnen Widerstandselemente 35, 36 und 37 der Potentiometer sind in bekannter Weise auf Formen gewickelt und können in der Praxis kreis- oder bandförmig ausgebildet sein, sind aber in der schematischen Darstellung als ebene Widerstände angedeutet.The individual resistance elements 35, 36 and 37 of the potentiometer are on in a known manner Forms wound and can be circular or band-shaped in practice, but are in the schematic representation indicated as planar resistors.
Es ist ersichtlich, daß ein Betrieb des Motors 26 in einer der beiden Richtungen nicht nur eine ent-It can be seen that operation of the motor 26 in either direction is not just one
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sprechende Veränderung der Anzeige der Eigengeschwindigkeit, sondern auch eine Bewegung der Schleifkontakte 35a, 36s und 37" bewirkt, so daß sich diese auf den betreffenden Potentiometerelementen in Winkelstellungen bewegen, in denen Potentiometerspannungen abgeleitet, d. h. abgegriffen oder ausgewählt werden, die von der betreffenden Kontaktstellung abhängen. Jedes Potentiometer ist so geformt oder hat eine solche Kontur, daß der Wert der abgegriffenen Spannung an dem Potentiometerkontakt eine bestimmte Beziehung zu der linearen Bewegung des Schleifkontaktes hat, die von der speziellen Funktion des Potentiometers abhängt, wobei an den Klemmen des Potentiometers eine Spannung. aufgedrückt wird, deren Augenblickswerte der Polarität und Größe auch von der'Funktion des Potentiometers abhängen. Gemäß der Erfindung stellt die Kontur aller Funktionspotentiometer die Ableitung der betreffenden Funktion dar. Die Potentiometer 35 und 37 der Fig. 2 haben z. B. einen linearen Verlauf, während das Potentiometer 36 einen solchen Umriß hat, daß es die Beziehung χ = y2 darstellt, wobei χ der linearen Bewegung des Kontaktes und y der abgeleiteten Potentiometerspannung, im vorliegendenSpeaking change in the display of the own speed, but also a movement of the sliding contacts 35 a , 36 s and 37 "causes them to move on the relevant potentiometer elements in angular positions in which potentiometer voltages are derived, ie tapped or selected by the relevant Each potentiometer is shaped or has such a contour that the value of the tapped voltage at the potentiometer contact has a certain relationship to the linear movement of the sliding contact, which depends on the special function of the potentiometer, with one at the terminals of the potentiometer Voltage, whose instantaneous values of polarity and magnitude also depend on the function of the potentiometer linear course, while the Potentiometer 36 is contoured to represent the relationship χ = y 2 , where χ is the linear movement of the contact and y is the derived potentiometer voltage, here
.25 Fall dem Quadrat der Eigengeschwindigkeit, entspricht. .25 case corresponds to the square of the airspeed.
Spezieller ausgedrückt ist der Umriß oder die Breitenänderung und daher die Widerstandsverteilung der verschiedenen Potentiometer, die zur Ableitung von Spannungen benutzt werden, welche Flugzeugeigenschaften nachbilden, proportional dem abgeleiteten Wert der Funktion der betreffenden Eigenschaft mit Bezug auf die Variable, die durch die Einstellung des Potentiometers dargestellt wird. Es sei z. B.More specifically, it is the outline or the change in width and therefore the resistance distribution of the various potentiometers used to derive voltages, the characteristics of the aircraft emulate, proportional to the derived value of the function of the property in question with reference to the variable represented by the setting of the potentiometer. Let it be B.
angenommen, daß die Funktion linear ist, wenn z. B. eine abgegriffene Spannung direkt proportional dem Abstand ist, den der vom Servomotor betätigte Potentiometerkontakt von einer Nullstellung hat. Die Neigung der Funktionskurve ist dann das konstanteassume that the function is linear when e.g. B. a tapped voltage is directly proportional is the distance that the potentiometer contact actuated by the servomotor has from a zero position. the The slope of the function curve is then the constant
4.0 Verhältnis der abgegriffenen Spannung zur Zunahme der unabhängigen Veränderlichen, die durch den Kontaktweg von der Nullstellung dargestellt wird. Die Ableitung dieser Beziehung ist die gleiche für alle Kontakteinsteliungen, so daß die Breite des4.0 Ratio of the tapped voltage to the increase the independent variable represented by the contact path from the zero position. The derivation of this relationship is the same for all Kontakteinsteliungen, so that the width of the
1-5 Umrisses gleichmäßig ist und der Widerstand rechteckige Form hat. Wenn nun die,Funktion sich nach einem quadratischen Gesetz ändert, z. B. χ = y2, dann bestimmt die Ableitung dieser Gleichung f(X) = 2y die Breite des Potentiometers. Das Potentiometer hat daher einen gerade verlaufenden schrägen Rand, so daß es eine Keilform aufweist.1-5 outline is uniform and the resistor is rectangular in shape. Now if the function changes according to a quadratic law, e.g. B. χ = y 2 , then the derivative of this equation f ( X ) = 2 y determines the width of the potentiometer. The potentiometer therefore has a straight inclined edge so that it has a wedge shape.
Wenn in einem anderen Fall eine Kosinusfunktion beteiligt ist, ist die Ableitung oder die Steilheit derIn another case, if a cosine function is involved, the derivative or slope is the
Kosinuskurve gleich dem Ausdruck — = —sin Θ, ^ ^Cosine curve equal to the expression - = —sin Θ, ^ ^
wobei θ der in Radiant gemessene Winkel ist. Der Umriß des Potentiometerwiderstandes für entsprechende Werte von θ ist daher sinusförmig, wobei die negativen Werte durch entsprechende Wahl der an das Potentiometer angelegten Polarität berücksichtigt werden. Wenn umgekehrt eine Sinusfunktion beteiligt ist, haben die Potentiometerwiderstände für entsprechende Werte von θ einen Kosinusumriß.where θ is the angle measured in radians. The outline of the potentiometer resistance for corresponding values of θ is therefore sinusoidal, the negative values being taken into account by appropriate selection of the polarity applied to the potentiometer. Conversely, when a sine function is involved, the potentiometer resistors have a cosine outline for corresponding values of θ.
Das Potentiometer 36 der Fig. 2 wird an seiner oberen Klemme, welche die maximale Eigengeschwindigkeit darstellt, mit einer negativen Spannung —E von der Bezugsspannungsquelle gespeist und ist an seinem unteren Ende geerdet, so daß die abgeleitete Spannung am Schleifkontakt 36* den Wert —v2 darstellt und daher auch den konstanten Koeffizienten des Luftwiderstandes wiedergibt, der oben erwähnt wurde. Der Kontakt 36" ist durch eine Leitung 38 mit dem Eingang des' Verstärkers 25 verbunden. Die Spannung dieses Kontaktes wird daher als eine Eingangsspannung für den Eigengeschwindigkeits-Summenverstärker benutzt, die das Bestreben hat, der positiven Spannung für den Schub T entgegenzuwirken, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß bei einem Gleichgewicht sämtlicher Verstärkereingangsspannungen, d. h. während eines Zeitraumes, bei dem keine Änderung der Eigengeschwindigkeit auftritt, die Ausgangsspannung des Verstärkers Null ist und der Motor 26 nicht erregt wird. Irgendeine Änderung der Eingangsspannungen, welche dazu führt, das System entweder in positiver oder negativer Richtung aus dem Gleichgewicht zu bringen, wie z. B. eine Änderung der Drosseleinstellung, wenn die Schub- und Widerstandsspannungen ungleich sind, verursacht eine Betätigung des Motors 26 in einer entsprechenden Richtung, so daß die Potentiometerkontakte in eine neue Gleichgewichtslage bewegt werden, wodurch die neu abgeleiteten Spannungen das Gleichgewicht der Motoreingangsspannungen wieder herzustellen suchen. The potentiometer 36 of FIG. 2 is fed with a negative voltage - E from the reference voltage source at its upper terminal, which represents the maximum airspeed, and is grounded at its lower end, so that the voltage derived at the sliding contact 36 * has the value - v 2 and therefore also represents the constant coefficient of air resistance mentioned above. The contact 36 "is connected by a line 38 to the input of the amplifier 25. The voltage of this contact is therefore used as an input voltage for the airspeed summing amplifier, which tends to counteract the positive voltage for the thrust T , the The arrangement is such that when all amplifier input voltages are in equilibrium, that is, during a period in which there is no change in airspeed, the output voltage of the amplifier is zero and the motor 26 is not energized Unbalancing in either a positive or negative direction, such as changing the throttle setting when the thrust and resistive voltages are unequal, causes the motor 26 to be actuated in a corresponding direction so that the potentiometer contacts are in a new equilibrium position be moved, causing the new from attempt to restore the equilibrium of the motor input voltages through the voltages conducted.
Um eine Spannung abzuleiten, die proportional der Eigengeschwindigkeit ν ist, wird das lineare Poteritiometer 35 durch eine Spannung —E gespeist, und der Schleifkontakt 35° wird entsprechend der Größe der Eigengeschwindigkeit eingestellt. Diese abgeleitete Spannung wird in einem anderen Teil des weiter unten beschriebenen Systems benutzt.In order to derive a voltage which is proportional to the airspeed ν , the linear potentitiometer 35 is fed by a voltage - E , and the sliding contact 35 ° is adjusted according to the size of the airspeed. This derived voltage is used in another part of the system described below.
Die Schubspannung wird von der Einstellung des Motordrosselpotentiometers 15 (Fig. 1 und 2) abgeleitet, dessen Kontakt 15' vom Flugschüler direkt eingestellt wird, um die Drosselsteuerung nachzuahmen. Das Potentiometer wird von einer Spannung (Leitung 39) gespeist, die von dem Kontakt 3711 des Potentiometers 37 abgegriffen wird, das an seinem unteren Ende an eine Spannung -\-E angeschlossen ist, während die obere Klemme über einen Widerstand R geerdet und außerdem mit dem Schleifkontakt 37" direkt verbunden ist, um eine Spannung abzuleiten,, die proportional dem Reziprokwert derThe shear stress is derived from the setting of the motor throttle potentiometer 15 (Figs. 1 and 2), the contact 15 'of which is set directly by the trainee pilot in order to mimic the throttle control. The potentiometer is fed by a voltage (line 39), which is tapped from the contact 37 11 of the potentiometer 37, which is connected at its lower end to a voltage - \ - E , while the upper terminal is grounded via a resistor R and also with the sliding contact 37 "is directly connected to derive a voltage, which is proportional to the reciprocal of the
Eigengeschwindigkeit — ist, so daß die BeziehungAirspeed - is so that the relationship
T =T =
H ■ PH ■ P
eingehalten wird, die einfach der Grundgleichungthat is simply adhered to the basic equation
seelake
seelake
entspricht.is equivalent to.
Es ist ersichtlich, daß die Schubeingangsspannung im allgemeinen der abgegebenen Motorleistung entspricht, die durch die Drosseleinstellung und die Eigengeschwindigkeit bestimmt ist.It can be seen that the thrust input voltage generally corresponds to the output of the motor, which is determined by the throttle setting and the airspeed.
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Die Eingangsspannung CD des Widerstandskoeffizienten ändert sich, wie oben angegeben, mit dem Anstellwinkel a. Es ist daher ein weiteres Servosystem mit der Bezeichnung »Anstellwinkel« (angle of attack) vorgesehen, um eine Gruppe von Spannungen abzuleiten, die verschiedenen Faktoren entspricht, welchevom Anstellwinkel abhängen. Ein Zweiphasenmotor 40 (ähnlich wie Motor 26) des Anstellwinkelsystems wird von der Ausgangsspannung eines Summierungs-Verstärkers 41 in der oben beschriebenen Weise erregt, um einen Rückführungsgenerator 42 anzutreiben und die Kontakte 43", 44" und 45" der Potentiometer 43, 44 und 45 zu verstellen. Diese Potentiometer dienen der Berechnung des Luftwiderstandes, der . 15 Änderungsgeschwindigkeit von α infolge einer Auftriebsänderung und des Längsneigungsmomentes. Die Eingangsspannungen des α-Verstärkers 41 enthalten Spannungen, die eine Funktion der Schwerkraft G, des Auftriebes Gl und des Längsneigungsmomentes Cm sind. Diese Eingangsspannungen werden im folgenden kurz erläutert. Der Luftwiderstand kann in Abhängigkeit vom Anstellwinkel ausgedrückt werden alsThe input voltage C D of the resistance coefficient changes, as indicated above, with the angle of attack a. Another servo system called the angle of attack is therefore provided to derive a set of voltages corresponding to various factors which depend on the angle of attack. A two-phase motor 40 (similar to motor 26) of the pitch system is energized by the output voltage of a summing amplifier 41 in the manner described above to drive a feedback generator 42 and the contacts 43 ", 44" and 45 "of the potentiometers 43, 44 and 45 These potentiometers are used to calculate the air resistance, the rate of change of α due to a change in lift and the pitch moment. The input voltages of the α amplifier 41 contain voltages that are a function of the force of gravity G, the lift Gl and the pitch moment Cm . These input voltages are briefly explained below: The air resistance can be expressed as a function of the angle of attack
D=CD = C
QV2SQV 2 p
D(a)There)
wobei D der Luftwiderstand in kg, ρ die Luftdichte, Ci>(,a) der Widerstandskoeffizient unds die projizierte Flügelfläche ist. Der Luftwiderstand ist daher eine Funktion von v2, d. h. dem Quadrat der Eigengeschwindigkeit. Um diese Beziehung darzustellen, hat das Potentiometer 43 einen entsprechenden Umriß und wird an seinen gegenüberliegenden Klemmen mit einer Spannung —v2 gespeist, die von dem Potentiometer 36 des Eigengeschwindigkeitssystems abgegriffen wird. Die Mitte des Potentiometers 43 ist über einen Widerstand bei einem Anstellwinkel geerdet, für den der Luftwiderstandskoeffizient Cd^ Null ist, und der Schleifkontakt 43" ist über eine Leitung 46 mit dem Eigengeschwindigkeitsverstärker 25 verbunden. Die abgeleitete Spannung am Kontakt 43ffl kann daher, da sie sich bei einer Änderung des Anstellwinkels im allgemeinen nach der obigen Beziehung ändert, als Eingangsspannung D (a) des Eigengeschwindigkeitsverstärkers benutzt werden. Der Schwerkraftseingang G, der von der Längsneigung des Flugzeuges abhängt, benötigt ein weiteres Servosystem, das weiter unten beschrieben wird.where D is the air resistance in kg, ρ is the air density, Ci> (, a) is the drag coefficient and s is the projected wing area. The air resistance is therefore a function of v 2 , ie the square of the airspeed. To illustrate this relationship, the potentiometer 43 has a corresponding contour and is fed at its opposite terminals with a voltage - v 2 , which is tapped from the potentiometer 36 of the airspeed system. The center of the potentiometer 43 is grounded via a resistor at an angle of incidence for which the drag coefficient Cd ^ is zero, and the sliding contact 43 "is connected via a line 46 to the airspeed amplifier 25. The voltage derived at the contact 43 ffl can therefore, because it changes with a change in the angle of attack, in general, according to the above relationship, can be used as an input voltage D (a) of the airspeed of the amplifier. the gravity input G, which depends on the longitudinal inclination of the aircraft, requires an additional servo system that will be described below.
Die Eingangsspannungen des Anstellwinkel-(α)-Verstärkers 41 werden im folgenden erörtert. Das Anstellwinkelservosystem ist ein integrierendes Servosystem, das den Augenblickswert des Anstellwinkels aus der zeitlichen Integration von Geschwindigkeiten ableitet, die, wie z.B. ei,, den Anstellwinkel beeinflussen. Der Schwerkraftsfaktor, der; wie oben erwähnt, von der Steig- oder Sturzfluglage beeinflußt wird, kann in zwei Komponenten zerlegt werden, welche den Anstellwinkel- und Eigengeschwindigkeitsverstärkern 41 bzw. 25 zugeführt werden. In der Praxis sind diese Schwerkraftsspannungen go°-Komponenten, d. h. die Eigengeschwindigkeitskomponente wirkt entlang der Flugbahn, und die Anstellwinkelkomponente steht senkrecht dazu. Im vorliegenden Beispiel sind die v- und α-Schwerkraftskomponenten von dem Potentiometer 47 und48 des »Längsneigungs«-(pitch)-Servosystems Θ abgeleitet, wobei der Längsneigungsverstärker 50 so geschaltet ist, daß er den Zweiphasenmotor 51 usw. eines »Neigungsänderungssystems« (rate of pitch) betätigt, das weiter unten beschrieben wird. Das Neigungspotentiometer 47 hat einen entsprechenden Umriß (kosinusförmig im vorliegenden Fall) und ist an um i8o° versetzten Punkten geerdet, um sowohl den normalen Flug als auch den ebenen Rückflug darzustellen, und das Potentiometer wird an zwischen den Erdpunkten liegenden Stellen mit Spannungen —E und -\-E gespeist, die Schwerkraftswerte des Aufwärts-(negativ) und Abwärtsfluges (positiv) darstellen. Die abgeleitete Spannung am Kontakt 47" stellt die Schwerkraftskomponente G sin Θ dar, welche bei niedrigen Anstellwinkeln die Wirkung des Flugzeuggewichtes bei zunehmendem oder abnehmendem Schub und infolgedessen Eigengeschwindigkeit darstellt, und wird durch eine Leitung 49 dem Gerät der Fig. 1 sowie durch eine Leitung 52 dem ^-Verstärker 25 zugeführt. Die Eingangsspannung der SchwerkraftskomponenteThe input voltages to the angle of attack (α) amplifier 41 are discussed below. The angle of attack servo system is an integrating servo system that derives the instantaneous value of the angle of attack from the temporal integration of velocities which, like ei ,, influence the angle of attack. The gravity factor that ; As mentioned above, is influenced by the climb or dive attitude, can be broken down into two components, which are fed to the angle of attack and airspeed amplifiers 41 and 25, respectively. In practice, these gravitational tensions are go ° components, ie the airspeed component acts along the flight path and the angle of attack component is perpendicular to it. In the present example, the v and α gravity components are derived from potentiometers 47 and 48 of the "pitch" servo system Θ , the pitch amplifier 50 being connected to drive the two-phase motor 51 etc. of a "pitch change system" (rate of pitch), which is described below. The tilt potentiometer 47 has a corresponding outline (cosine-shaped in the present case) and is grounded at points offset by 180 ° to represent both normal flight and plane return flight, and the potentiometer is provided with voltages - E and - \ - E , which represent the gravity values of the upward (negative) and downward flight (positive). The derived voltage at contact 47 ″ represents the gravity component G sin Θ , which at low angles of attack represents the effect of the aircraft weight with increasing or decreasing thrust and, as a result, airspeed fed to the ^ amplifier 25. The input voltage of the gravity component
für den α-Verstärker 41 kann als eine Beziehung for the α amplifier 41 can be considered as a relationship
dargestellt werden, wobei dieser Ausdruck die Dimension einer Geschwindigkeit hat, wie dies von dem integrierenden Servosystem des Anstellwinkels gefordert wird. Um diese Spannung abzuleiten, wird das Neigungspotentiometer 48, welches eine Kosinusform wie das Potentiometer 47 aufweist, mit Potentialen gespeist, die von dem Eigengeschwindigkeitspotentiometer 37 abgeleitet sind und, + — und dar-be represented, where this expression has the dimension of a speed, like this of the integrating servo system of the angle of attack is required. To dissipate this tension, this will Inclination potentiometer 48, which has a cosine shape like the potentiometer 47, with potentials fed, which are derived from the airspeed potentiometer 37 and, + - and there-
stellen. Die abgeleitete Spannung an dem Kontakt 48" des Potentiometers 48 (welcher um go° von dem Kontakt 47a versetzt ist) stellt die Schwerkraftskomponente dar, wobei der Zähler die Komponenteput. The derived voltage at the contact 48 ″ of the potentiometer 48 (which is offset by go ° from the contact 47 a ) represents the gravity component, the counter being the component
ist, die durch den Auftrieb erzeugt werden soll, der vom Anstellwinkel abgeleitet wird und die durch eine Leitung 53 dem α-Verstärker 41 zugeführt wird.which is to be generated by the lift derived from the angle of attack and which is generated by a Line 53 is fed to the α amplifier 41.
Unter Bezugnahme auf das Anstellwinkelsystem kann der Auftrieb L in kg durch die BeziehungWith reference to the angle of attack system, the lift L in kg can be given by the relationship
i-1 ~— tsTj{a\i- 1 ~ - tsTj {a \
ausgedrückt werden, wobei Cz(a) der Auftriebskoeffizient ist. Der Auftrieb ist daher auch eine Funktion des Quadrates der Eigengeschwindigkeit und hängt von der nachgebildeten Flugzeugtype ab. Das Potentiometer 44 des α-Systems zur Bestimmung des Auftriebs hat einen geeigneten Umriß, um den Koeffizienten Cl («> des betreffenden Flugzeuges nachzubilden, und ist über einen Widerstand im mittleren Teil bei einem Wert des Anstellwinkels geerdet, bei dem der Auftriebskoeffizient gleich Null ist. Wenn das Potentiometer durch eine Spannung v2 gespeist würde, würde die abgeleitete EMK die Beschleunigung des Auftriebes darstellen. Wenn diese Beschleunigung durch die Eigengeschwindigkeit dividiert wird, dann hat der Faktor die Dimension einer Geschwindigkeit, wie dies von dem integrierenden Servosystem des Anstellwinkelsystems für die Ermittlung des Augen-where Cz ( a ) is the coefficient of lift. The lift is therefore also a function of the square of the airspeed and depends on the type of aircraft being simulated. The potentiometer 44 of the α system for determining the lift has a suitable shape to simulate the coefficient C1 («> of the aircraft in question, and is grounded via a resistor in the middle part at a value of the angle of attack at which the lift coefficient is equal to zero If the potentiometer were fed by a voltage v 2 , the derived emf would represent the acceleration of the lift. If this acceleration is divided by the airspeed, then the factor has the dimension of a speed as determined by the integrating servo system of the angle of attack system for the Determination of the eye
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blickswertes des Anstellwinkels erforderlich ist. Das Potentiometer 44 wird an seinen oberen und unteren Klemmen durch Spannungen —-v und + ν gespeist, die von dem Eigengeschwindigkeitspotentiometer 35 abgeleitet sind. Der positive Augenblickswert von ν kann in geeigneter Weise durch einen i8o°-Phasenschieber erhalten werden. Der Kontakt 44" des Potentiometers 44 leitet daher eine vom Auftrieb abhängige Spannung ab, die als Eingangsspannung dem α-Verstärker 41 zugeführt wird. Das Anstellwinkelsystem hat ferner eine Eingangsspannung, die dem Winkelbetrag der Längsneigüng entspricht, und diese Eingangsspannung wird von dem integrierenden Servosystem abgeleitet, das mit »Neigungsänderung«. coy bezeichnet ist, und zwar an einem Potentiometer 59, dessen Schleifkontakt 59s eine Spannung abnimmt, die direkt proportional der Stellung auf der ca,,-Welle ist.view value of the angle of attack is required. The potentiometer 44 is fed at its upper and lower terminals by voltages - -v and + ν derived from the airspeed potentiometer 35. The positive instantaneous value of ν can be obtained in a suitable manner by means of a 180 ° phase shifter. The contact 44 ″ of the potentiometer 44 therefore derives a voltage dependent on the lift, which is fed as an input voltage to the α-amplifier 41. The angle of attack system also has an input voltage which corresponds to the angular amount of pitch, and this input voltage is derived from the integrating servo system , which is designated with "change of inclination". co y , namely on a potentiometer 59, whose sliding contact 59 s decreases a voltage that is directly proportional to the position on the ca ,, - shaft.
Die Eingangsspannungen des Neigungsänderungssystems enthalten eine sogenannte Neigungsmomentenspannung, die von dem Potentiometer 45 des Anstellwinkelsystems abgeleitet ist. Dieses Längsneigungsmoment entspricht der BeziehungThe input voltages of the inclination change system contain a so-called inclination moment voltage, which is derived from the potentiometer 45 of the angle of attack system. This pitch moment corresponds to the relationship
und ist eine Funktion des Quadrates der Eigengeschwindigkeit. Das Potentiometer 45 ist über einen Widerstand in seinem mittleren Teil für einen Anstellwinkel geerdet, bei dem das Neigungsmoment gleich Null ist, und wird durch Spannungen —v2 und -\-v2 wie im Fall des Höhensteuerpotentiometers gespeist und hat einen solchen Umriß, daß die Neigungsmomentenspannung an dem Schleifkontakt 45® sich entsprechend der gewünschten Charakteristik des betreffenden Flugzeuges ändert. Diese Spannung wird durch eine Leitung 54 dem Neigungsänderungsverstärker 55 zugeführt. Die andere Haupteingangsspannung M3, des Verstärkers 55 stellt das Neigungsmoment in mkg dar, welches von der vom Flugschüler bedienten Höhensteuerung erzeugt wird und eine Längsneigung hervorruft, und wird von dem Höhensteuerungspotentiometer 16 abgeleitet, das seinerseits mit dem Quadrat der Eigengeschwindigkeit durch Spannungen -\-v2 und —v2 erregt wird. Der mittlere Teil des Potentiometers ist geerdet, um einen im wesentlichen ebenen Flug oder ein Längsneigungsmoment Null darzustellen. Der Schleifkontakt 16' des Höhensteuerpotentiometers greift daher eine Spannung ab, die als Neigungsmoment M1, in mkg dargestellt werden kann und die dem Neigungsänderungsverstärk'er 55 zugeführt wird. Es sei bemerkt, daß bei den eben beschriebenen Kreisen ein positiv (+) bezeichnetes Signal die Eigengeschwindig-and is a function of the square of the airspeed. The potentiometer 45 is grounded through a resistor in its central part for an angle of attack at which the tilting moment is equal to zero, and is fed by voltages - v 2 and - \ - v 2 as in the case of the height control potentiometer and has a contour such that the inclination moment voltage on the sliding contact 45® changes according to the desired characteristics of the aircraft in question. This voltage is fed to slope change amplifier 55 through line 54. The other main input voltage M 3 of the amplifier 55 represents the moment of inclination in mkg, which is generated by the altitude control operated by the trainee pilot and causes a longitudinal inclination, and is derived from the altitude control potentiometer 16, which in turn is expressed as the square of the airspeed through voltages - \ - v 2 and - v 2 is excited. The middle part of the potentiometer is grounded to represent substantially level flight or zero pitch moment. The sliding contact 16 ′ of the height control potentiometer therefore picks up a voltage which can be represented as inclination moment M 1 in mkg and which is fed to the inclination change amplifier 55. It should be noted that in the circles just described, a positive (+) signal indicates the vehicle's own speed.
keit, die Änderung des Anstellwinkels, die Änderung der Längsneigung' und die Längsneigung in der üblichen positiven Richtung erhöht, wie dies aus Fig. 4 hervorgeht.speed, the change in the angle of attack, the change in pitch 'and the pitch in the normal positive direction is increased, as can be seen from FIG.
Wie bei den vorher beschriebenen Servpsystemen speist die Ausgangsspannung des Verstärkers 55 einen Zweiphasenmotor 56 zum Antrieb eines ■Rückführungsgenerators 57 und betätigt die Kontakte 58® und 59a der Potentiometer 58 und 59 durch ein geeignetes Untersetzungsgetriebe 60. Das lineare Potentiometer 58 wird benutzt, um eine Eingangsspannung abzuleiten, die die Zentrifugalkraft für den ß-Verstärker 100 der Fig. 1 darstellt, und ist daher im mittleren Teil geerdet und wird entsprechend der Eigengeschwindigkeit durch Spannungen -\-v und —ν gespeist, so daß die abgeleitete Spannung asyv an dem Schleifkontakt 58s durch die Faktoren ν und ων bestimmt ist und durch die Leitung 61 dem in Fig. ι dargestellten Gerät zugeleitet wird. Das lineare Potentiometer 59 zur Zuführung einer Eingangsspannung an das Neigungs-(ö)-Integriersystem, das oben erwähnt wurde, wird mit Spannungen -\-E und —E gespeist, so daß die abgeleitete Spannung an dem Schleifkontakt 590, die durch eine Leitung 62 dem Q-Verstärker zugeführt wird, proportional der Neigungsänderung ist, wobei der über die Zeit integrierte Wert ' derselben den Neigungswinkel θ des Flugzeuges darstellt. Diese Integrierung wird mit Hilfe des Längsneigungsmotors 51 und des Rückführungsgenerators 63 ausgeführt, wobei die obenerwähnten Potentiometer 47 und 48 Spannungen an den Schleifkontakten 4701 und 48" liefern, die nicht nur die beiden obenerwähnten Schwerkraftkomponenten, sondern auch den Augenblickswert des Längsneigungswinkels wiedergeben. Das Längsneigungselement eines Flugzustandkreisels kann im Bedarfsfall direkt von dem Neigungsmotor 51 betrieben werden.As with the previously described servo systems, the output voltage of the amplifier 55 feeds a two-phase motor 56 for driving a feedback generator 57 and actuates the contacts 58® and 59 a of the potentiometers 58 and 59 through a suitable reduction gear 60. The linear potentiometer 58 is used to control a To derive input voltage, which represents the centrifugal force for the ß- amplifier 100 of Fig. 1, and is therefore grounded in the middle part and is fed according to the own speed by voltages - \ - v and - ν , so that the derived voltage as y v on the sliding contact 58 s is determined by the factors ν and ω ν and is fed through the line 61 to the device shown in Fig. ι. The linear potentiometer 59 for supplying an input voltage to the inclination (ö) integration system, which was mentioned above, is supplied with voltages - \ - E and - E , so that the derived voltage at the sliding contact 59 0 , which is carried by a line 62 is fed to the Q amplifier, is proportional to the change in inclination, the value 'integrated over time representing the inclination angle θ of the aircraft. This integration is carried out with the aid of the pitch motor 51 and the feedback generator 63, the aforementioned potentiometers 47 and 48 supplying voltages to the sliding contacts 47 01 and 48 ″ which not only reflect the two aforementioned gravity components, but also the instantaneous value of the pitch angle a flight condition gyro can be operated directly by the inclination motor 51 if necessary.
Es sei auch bemerkt, daß die Änderungen der verschiedenen Winkelgeschwindigkeiten, Kräfte und Momente, wie z. B. Schwerkraft, Auftrieb, Zentrifugalkraft, Schub, Luftwiderstand, Längsneigungsmoment u. dgl., durch die Veränderung der Schleifkontaktstellung der betreffenden Potentiometer zusammen mit Veränderungen der Potentiometerspeisespannungen erzielt werden, während die relative Größe oder die Wirkung der erwähnten Änderungen, Kräfte und Momente durch den Wert des Eingangswiderstandes der verschiedenen Verstärker bestimmt ist. Als ein spezifisches Beispiel ist die relative Größe des Auftriebes von den Werten der Luftdichte ρ und demIt should also be noted that the changes in the various angular velocities, forces and moments, such as B. gravity, buoyancy, centrifugal force, thrust, air resistance, pitch moment and the like, by changing the sliding contact position of the relevant potentiometer can be achieved with changes in the potentiometer supply voltages, while the relative magnitude or the effect of the mentioned changes, forces and moments due to the value of the input resistance the different amplifiers is determined. As a specific example is the relative size of the lift on the values of the air density ρ and the
konstanten Oberflächenfaktor — abhängig. Im vorliegenden Beispiel wird ρ auch als Konstante betrachtet, und diese Ausdrücke bestimmen daher den Widerstandswert des Eingangskreises Cl am Verstärker 41. Eine Erniedrigung des Wertes des Widerstandes erhöht die relative Größe der Konstante. Die Verwendung von Rückführungsgeneratoren ist besonders für die Änderungssteuerung wichtig, wobei das Längsneigungsintegriersystem als wichtiges Beispiel dienen mag. Wenn der Motor 51 allein den Integriervorgang für die Längsneigung durchführen sollte, dann würde die Eigenträgheit der Antriebseinrichtung einen so großen Fehler einführen, daß das System für praktische Zwecke nicht brauchbar wäre. Mit dem Rückführungsgenerator jedoch, der in der dargestellten Weise eingeschaltet ist, bildet die erzeugte Rückführungssparinung En eine Eingangsspannung für den Längsneigungsverstärker und hat eine solche Phasenlage gegenüber dem summierten oder resultierenden Eingangssignal, daß es diesemconstant surface factor - dependent. In the present example, ρ is also regarded as a constant, and these expressions therefore determine the resistance value of the input circuit C1 at the amplifier 41. A decrease in the value of the resistance increases the relative size of the constant. The use of feedback generators is particularly important for change control, with the pitch integration system serving as an important example. If the motor 51 were to do the pitch integrating process alone, the inherent inertia of the drive mechanism would introduce such a large error that the system would not be useful for practical purposes. With the feedback generator, however, which is switched on in the illustrated manner, the generated feedback savings E n forms an input voltage for the pitch amplifier and has such a phase position with respect to the summed or resultant input signal that it
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entgegen, d. h. in der Art einer negativen Rückkopplung, wirkt. Bei großer Verstärkung in dem Steuerverstärker hat die Geschwindigkeit des Motors nach an sich bekannten Prinzipien eine lineare Abhängigkeit der Geschwindigkeit von der Größe des Eingangssignals, d. h. von der Neigungsänderungsspannung, ohne Nachhinken oder Überschießen, so daß sowohl große als auch kleine Neigungsänderungen mit gleicher Genauigkeit integriert werden. Es ist ersichtlieh, daß bei einer Umkehr des Haupteingangssignals und einem Betrieb des Motors und Generators in der umgekehrten Richtung die Phase der erzeugten Rückführungsspannung ebenfalls umgekehrt wird, damit sie dem Eingangssignal wie vorher entgegenwirkt.against, d. H. in the manner of a negative feedback, acts. With a large gain in the control amplifier the speed of the motor has a linear dependence according to principles known per se the speed on the size of the input signal, d. H. on the slope change voltage, without lagging or overshooting, allowing both large and small incline changes with can be integrated with the same accuracy. It can be seen that when the main input signal is reversed and operating the motor and generator in reverse direction of the phase of the generated feedback voltage is also reversed to counteract the input signal as before.
Wenn nach Fig. 2 der Drosselpotentiometerkontakt 15' nach unten, z. B. in die offene Drosselstellung, bewegt wird, dann erhöht die abgeleitete Eingangsschubspannung T des Verstärkers 25 die Störung des Gleichgewichts am EigengeschwindigkeitsservosystemIf, according to Fig. 2, the throttle potentiometer contact 15 'downwards, for. B. is moved into the open throttle position, then the derived input thrust voltage T of the amplifier 25 increases the disturbance of the equilibrium on the airspeed servo system
ao. und bewirkt, daß der Servomotor 26 in einer Richtung läuft, in der er die Potentiometerkontakte 35", 36" und 37a nach oben im Sinne einer Zunahme der Eigengeschwindigkeit bewegt, so daß die folgenden Vorgänge in dem Eigengeschwindigkeitspotentiometersystem stattfinden: 1. die abgeleitete Eigengeschwindigkeitsspannung ν nimmt zu; 2. die abgeleitete w2-Spannung nimmt mit dem Quadrat der Eigengeschwindigkeit zu; 3. die abgeleitete Spannung,ao. and causes the servo motor 26 to run in a direction in which it moves the potentiometer contacts 35 ", 36" and 37 a upwards in the sense of an increase in airspeed, so that the following processes take place in the airspeed potentiometer system: 1. the derived airspeed voltage ν increases; 2. the derived w 2 stress increases with the square of the airspeed; 3. the derived voltage,
welche den Reziprokwert der Eigengeschwindigkeit —which is the reciprocal of the airspeed -
darstellt, wird kleiner, und 4. der Fahrtmesser 34 zeigt eine höhere Eigengeschwindigkeit an. Die Eigengeschwindigkeit kann jedoch nicht unendlich weit zunehmen, weil der konstante Luftwiderstandskoeffizient mit v2· wächst, ebenso wie der Luftwiderstand CD(K). Gleichzeitig nimmt der Schub, der sich mit dem Reziprokwert der Eigengeschwindigkeit ändert, ab, wenn das neue Gleichgewicht erreicht wird. Wenn nun die Eigengeschwindigkeit zunimmt, gerät das Anstellwinkelsystem außer Gleichgewicht, da die Eingangsspannungen, die von dem Potentiometer 59 des Neigungsänderungssystems und von dem Potentiometer 44 des Anstellwinkelsystems abgeleitet sind, die beide indirekt oder direkt von der Eigengeschwindigkeit ν abhängen, nun zunehmen. Auch die Schwerkraftseingangsspannung des Längsneigungssystems wird, wie weiter unten beschrieben, geändert. Der α-Servomotor 40 fängt also an, in einer Richtung zu laufen, so daß er eine neue Gleichgewichtslage aufsucht, und bewegt die Potentiometerkontakte 43", 44a und 45a nach unten im Sinne eines abnehmenden Anstellwinkels. Während diese Vorgänge ablaufen, ' werden die abgeleiteten Spannungen der drei α-Potentiometer 43, 44 und 45 wie folgt verwendet:represents becomes smaller, and 4. the airspeed indicator 34 shows a higher airspeed. However, the airspeed cannot increase infinitely because the constant drag coefficient increases with v 2 · , as does the air drag CD ( K ). At the same time, the thrust, which changes with the reciprocal of the airspeed, decreases when the new equilibrium is reached. If the airspeed increases, the angle of attack system gets out of balance, since the input voltages derived from the potentiometer 59 of the inclination change system and from the potentiometer 44 of the angle of attack system, both of which are indirectly or directly dependent on the airspeed ν , are now increasing. The pitch system gravity input voltage is also changed as described below. The α servo motor 40 begins to run in one direction so that it seeks a new equilibrium position, and moves the potentiometer contacts 43 ″, 44 a and 45 a downwards in the sense of a decreasing angle of attack the derived voltages of the three α-potentiometers 43, 44 and 45 are used as follows:
i. Die abgeleitete Luftwiderstandsspannung (negativ) des Potentiometers 43 wird als Eingangsspannung D (α) für den Eigengeschwindigkeitsverstärker benutzt und nimmt in ihrer Größe zu, so daß sie der zunehmenden Schubspannung (positiv), die von der höheren Drosseleinstellung herrührt, entgegenwirkt.i. The derived air resistance voltage (negative) of potentiometer 43 is used as input voltage D (α) for the airspeed booster and increases in size so that it counteracts the increasing shear stress (positive) resulting from the higher throttle setting.
2. Da der Flügelauftrieb eines Flugzeuges die Zentrifugalkraft- und Gewichtskomponente ausgleichen muß, die senkrecht zum Flügel angreift, muß die abgeleitete Auftriebsgeschwindigkeitsspannung Ci1 des Potentiometers 44 sowohl den Schwerkrafts-2. Since the wing lift of an aircraft must balance the centrifugal force and weight components that act perpendicular to the wing, the derived lift velocity voltage Ci 1 of the potentiometer 44 must be both the gravitational
faktor und den Neigungsgeschwindigkeits-factor and the incline speed
faktor (oy ausgleichen. Angenommen, das Flugzeug befand sich ursprünglich im ebenen Flug, dann ist die Neigungswinkelgeschwindigkeit Null, und die zunehmende Eigengeschwindigkeit hat das Bestreben, den Anstellwinkel zu verringern, der daher negativ wird. Diesem Bestreben wird durch eine Änderung des Längsneigungsmomentes entgegengearbeitet, welches die Stellung des Kontaktes 59® durch den Verstärker 55, wie weiter unten beschrieben, beeinflußt.Factor (o y compensate. Assuming the aircraft was originally in level flight, then the pitch angle speed is zero, and the increasing airspeed tends to reduce the angle of attack, which is therefore negative. This effort is counteracted by changing the pitch moment which influences the position of the contact 59® through the amplifier 55, as described below.
3. Die abgeleitete Längsneigungsmomentenspannung vom Potentiometer 45, die dem Eingang Cm des Neigungsänderungsverstärkers 55 zugeführt wird, wird mit abnehmendem Anstellwinkel positiver und verursacht daher, daß das Neigungsänderungsservosystem außer Gleichgewicht kommt, wodurch die Kontakte 58° und 59" nach oben bewegt werden. Der Kontakt 59" stellt eine Neigungswinkelgeschwindigkeitsspannung ω y für den Verstärker 41 ein, die das Bestreben hat, das Gleichgewicht an dem α-Servomotor wiederherzustellen. Die Aufwärtsbewegung des Kontaktes 59° erzeugt auch eine erhöhte (»,,-Eingangsspannung für den Verstärker 50 des Neigungsintegrierservosystems. Alle vier Servosystem^ arbeiten daher in einem kombinierten Berechnungs- und Integriervorgang zusammen, der notwendig ist, um die neue Eigengeschwindigkeit und den neuen Längsneigungszustand zu bestimmen.3. The derived pitch torque voltage from potentiometer 45 applied to input Cm of pitch change amplifier 55 becomes more positive as the angle of attack decreases and therefore causes the pitch change servo system to become unbalanced, moving contacts 58 ° and 59 "up. The contact 59 "sets a pitch angular velocity voltage ω y for the amplifier 41 which tends to restore balance to the α servomotor. The upward movement of the contact 59 ° also generates an increased input voltage for the amplifier 50 of the tilt integrating servo system. All four servo systems therefore work together in a combined calculation and integration process which is necessary to determine the new airspeed and the new pitch state to determine.
Wenn das Längsneigungssystem in eine Stellung positiverer Neigung, d. h. einen Anstieg, bewegt wird, stellen die abgeleiteten Spannungen an den Kontakten 47a und 48" der Potentiometer 47 und 48 die Schwerkraftseingangskomponente für die υ- und α-Verstärker dar, die in der Größe schwanken, wobei die D-Komponente im vorliegenden Beispiel zunimmt und die α-Komponente abnimmt. Es ist ersichtlich, daß, wenn die Spitze des Flugzeuges nach dem Zenith gerichtet wäre, die Schwerkraftskomponente in der Richtung der Flugzeugbewegung dann —G und die Schwerkraftskomponente senkrecht zu den Flügeln, d. h. die a-Servokomponente, gleich· Null wäre. Bei Zwischenlagen des Flugzeuges werden die Komponenten vektoriell aufgelöst.When the pitch system is moved to a more positive pitch position, ie an increase, the derived voltages at contacts 47 a and 48 ″ of potentiometers 47 and 48 represent the gravity input component for the υ and α amplifiers, which vary in size , with the D component increasing and the α component decreasing in the present example It can be seen that if the tip of the aircraft were directed to the zenith, the gravity component in the direction of the aircraft's motion then - G and the gravity component perpendicular to the Wings, ie the a-servo component, would be equal to zero.
Die negative Schwerkraftskomponente (—G sin Q) des Eigengeschwindigkeitsservosystems hat das Bestreben, die maximale Geschwindigkeit herabzusetzen, welche das Flugzeug bei einer größeren Drosseleinstellung erreicht. Zur gleichen Zeit wird der erforderliche Flügelauftrieb infolge der Abnahme der Eingangsspannung G cos θ an dem α-Verstärker 41 vermindert. Hierdurch findet eine weitere Abnahme des Anstellwinkels und eine weitere Verminderung der negativen Neigungsmomentenspannung Cm an dem Neigungsänderungsverstärker 55 statt, die ihrerseits eine größere Aufwärtsbewegung der Kontakte 58® und 59a hervorruft, wodurch die Wirkung auf die Neigungs- und Anstellwinkelservomotoren zunimmt, bis schließlich diese Servomotoren eine zu große Änderung der Gewichtskomponente für das Gleichgewicht erzeugt haben und überregeln. InfolgedessenThe negative gravity component (- G sin Q) of the airspeed servo system tends to reduce the maximum speed that the aircraft can reach at a higher throttle setting. At the same time, the required wing lift due to the decrease in the input voltage G cos θ to the α amplifier 41 is reduced. Hereby is a further decrease in the angle of attack and a further reduction of the negative pitching moment of voltage Cm on the change in inclination of amplifier 55 instead, which causes in turn a greater upward movement of the contacts 58® and 59 a, whereby the effect of increases in the pitch and Anstellwinkelservomotoren until finally these servomotors have produced too great a change in the weight component for balance and are overriding it. Consequently
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findet ein Abfall der Eigengeschwindigkeit statt. Dies verursacht wiederum eine Abnahme der Auftriebsspannung Cl an dem α-Verstärker 41, so daß der Anstellwinkel vergrößert wird und eine größere negative Neigungsmomentenspannung an dem Potentiometer 45 für den ω „-Verstärker 55 erzeugt wird. Die «„-Kontakte 58° und 59Λ bewegen sich nun nach unten, um den Neigungsintegrierservomotor zu steuern, so daß die Längsneigungslage vermindert wird, bis sie schließlich negativ wird. Die G-sin-0-Komponente des Eigengeschwindigkeitsservomotors ist nun positiv geworden, so daß der Schub unterstützt und die Eigengeschwindigkeit größer wird, und dieser Vorgang wiederholt sich, wobei schließlich unter Dämpfung eine endgültige Gleichgewichtslage erreicht wird, die der neuen Drosseleinstellung entspricht. Der Neigungsservomotor kann dazu benutzt . werden, das Neigungsmoment eines Zustandskreisels zu betätigen. In der oben geschilderten Weise wird die wirkliche gedämpfte wellenförmige Bahn der Vertikälschwingung oder die »Fugoide« eines Flugzeuges genau wiedergegeben, so daß die Nachbildung sehr realistisch ist. Das Ausmaß der Dämpfung der wellenförmigen Bahn hängt von der Wahl der Konstanten der Stromkreise einschließlich des Prozentsatzes der Geschwindigkeitsrückführung, der Getriebeverhältnisse, der relativen Eingangsgrößen und der Lage der Mittelänzapfungen der Potentiometer ab. Auch der überzogene Flugzustand wird durch diese Faktoren bestimmt.there is a drop in airspeed. This in turn causes a decrease in the lift voltage Cl at the α-amplifier 41, so that the angle of attack is increased and a larger negative inclination torque voltage is generated at the potentiometer 45 for the ω "amplifier 55. The "" contacts 58 ° and 59Λ will now move down to control the pitch integrator servo so that pitch will decrease until it eventually becomes negative. The G-sin-0 component of the airspeed servomotor has now become positive, so that the thrust is supported and the airspeed is greater, and this process is repeated, finally with damping a final equilibrium position is reached which corresponds to the new throttle setting. The tilt servo can be used for this. are to operate the tilt moment of a state gyro. In the way described above, the real damped wave-shaped path of the vertical oscillation or the "fugoids" of an aircraft is reproduced exactly, so that the simulation is very realistic. The extent of the damping of the undulating path depends on the choice of the constants of the circuits including the percentage of the speed feedback, the gear ratios, the relative input quantities and the position of the potentiometer's center taps. The excessive flight condition is also determined by these factors.
Bei den obigen Erläuterungen wurde angenommen, daß nur die Drosseleinstellung geändert wurde und daß die Höhensteuerung in der normalen ebenen Fluglage oder in der neutralen Stellung verblieb. Wenn die Höhensteuerung verstellt wird, dann wird eine abgeleitete Spannung, die dem Wendemoment entspricht, zur Steuerung eines Kräfteintegrierservosystems benutzt, d. h. des Längsneigungsänderungsservosystems a>y, von dem eine Spannung abgeleitet wird, die der Winkelgeschwindigkeit der Längsneigung entspricht. Diese Neigungsgeschwindigkeitsspannung eo, bildet eine Eingangsspannung für das Anstellwinkelservosystem zur Ableitung einer Neigungsmomenteingangsspannung, die umgekehrte Richtung, aber gleiche Größe wie die erste oder Höhenmomentenspannung hat. Diese selbe integrierte Momentenspannung oder Neigungsänderungsspannung cov steuert die Ableitung einer anderen Änderungsspannung, welche die Wirkung des Auftriebes auf die α-Änderung darstellt und deren Polarität entgegengesetzt gerichtetIn the above discussion it was assumed that only the throttle setting was changed and that the altitude control remained in the normal plane attitude or in the neutral position. When the elevator control is adjusted, a derived voltage corresponding to the turning moment is used to control a force integrating servo system, ie pitch change servo system a> y , from which a voltage corresponding to the pitch angular velocity is derived. This pitch rate voltage eo provides an input voltage to the pitch servo system for deriving a pitch torque input voltage which is in the opposite direction but has the same magnitude as the first or altitude torque voltage. This same integrated moment voltage or inclination change voltage co v controls the derivation of another change voltage, which represents the effect of the lift on the α change and whose polarity is opposite
.50 ist und die sich erhöht, um die Wirkung der ursprünglichen a-Änderungsspannung auszugleichen. Eine Dämpfungsgröße für die Neigungsänderung, nämlich —cov ■ ν wird von dem. Kontakt 94s des Potentiometers 94 des (»„-Servosystems abgegriffen. Dies.50 and which increases to offset the effect of the original a-change voltage. A damping quantity for the change in inclination, namely - co v ■ ν , is determined by the. Contact 94 s of potentiometer 94 of the ("" servo system tapped. This
.55 veranschaulicht im allgemeinen, wie ein Gleichgewicht zwischen der Neigungsänderung und dem Anstellwinkel erreicht wird..55 generally illustrates how an equilibrium between the change in inclination and the angle of attack is achieved.
Während der oben beschriebenen Längsneigungssteuerung sucht das α-System einen Gleichgewichtszustand auf, der von den Eingangsspannungen abhängt, welche die Neigungsänderung des Neigungsänderungssystems und die Schwerkraftskomponente des Neigungssystems einerseits sowie die Auftriebsgeschwindigkeitsspannung des geänderten Anstellwinkels andererseits darstellen, wobei die Resultierende dieser Eingangsspannungen den α-Motor 40 in der positiven oder negativen Richtung betätigt und ins Gleichgewicht kommt, wenn das Neigungsänderungsund das Neigungssystem stabilisiert .werden.During the pitch control described above, the α system seeks a state of equilibrium which depends on the input voltages which determine the slope change of the slope change system and the gravity component of the tilt system on the one hand and the lift velocity stress represent the changed angle of attack on the other hand, the resultant of these input voltages the α-motor 40 in the positive or negative direction actuated and comes into equilibrium when the inclination change and the incline system .be stabilized.
Aus den obigen Erläuterungen geht hervor, daß zwei Integriervorgänge beteiligt sind, um entweder den Anstellwinkel des Flugzeuges oder die Längsneigungslage des Flugzeuges zu bestimmen; die erste Integration bezieht sich auf die Beschleunigung (Kraft) über die Geschwindigkeit und die zweite auf die Geschwindigkeit über den Winkel.From the above discussion it can be seen that two integrations are involved in order to either determine the angle of attack of the aircraft or the pitch position of the aircraft; the first Integration refers to the acceleration (force) on the speed and the second on the speed over the angle.
Die obige Beschreibung der Betätigung der Servosysteme befaßt sich hauptsächlich mit einem »vertikalen System«, d. h. einer Bewegung um die y-Achse des Flugzeuges. Auf eine Bewegung um die z-Achse (Gieren) und um die *-Achse (Rollen) wird nunmehr eingegangen. Ein Gierungs-Änderungsservosystema^ wird mit einer Anzahl von Eingangsspannungen gespeist, die eine Wechselspannung enthalten, welche das Wendemoment M t des Seitenruderpotentiometers 18 darstellt. Dieses Potentiometer (Fig. 1 und 2) ist in seinem mittleren Abschnitt geerdet, um einen Geradeausflug darzustellen, und wird mit Spannungen an den oberen und unteren Klemmen gespeist, die den Quadraten +u2 und —v2 der Eigengeschwindigkeit entsprechen. Die abgeleitete Spannung an dem vom Seitenruder gesteuerten Kontakt 18' entspricht dem Giereffekt oder Wendemoment, das durch rechtes oder linkes Seitenruder erzeugt wird, und stellt den ■Eingang M t für den coz- Verstärk er 65 dar. Eine Änderung der Seitenruderspannung bringt das ftvSystem außer Gleichgewicht, vorausgesetzt, daß keine kompensierende Veränderung in den anderen Eingangsspannungen vorhanden ist, so daß der Ausgang des Verstärkers 65 den Zweiphasenmotor 66 zur Betätigung der Potentiometerkontakte 67" und 68a in eine neue Gleichgewichtslage auf den betreffenden Potentiometern 67 und 68, d. h. für rechtes Seitenruder nach oben, in Bewegung setzt. Das Potentiometer 68 hat eine geerdete Mittelanzapfung und wird an seinen entgegengesetzten Enden durch Spannungen gespeist, die -{-v und — ν darstellen, so daß die an dem Kontakt 68a abgeleitete Spannung ωζ · ν, d. h. die Zentrifugalkraft, -wiedergibt. Diese Spannung wird durch eine Leitung 64 dem Gerät der Fig. 1 zugeführt. Das Potentiometer 76 leitet eine Spannung am Kontakt 76" ab, die der Einwirkung des Gierens auf das Rollen entspricht, und liefert eine Eingangsspannung an der Leitung 76* für diesen Zweck, die dem Rollservoverstärker 77 zugeführt wird. Wie bei den vorher beschriebenen Servosystemen treibt der Motor einen Rückführungsgenerator 69 und betätigt die Potentiometerkontakte über einen Getriebekasten 69° und mechanische Verbindungsglieder bgh. The above description of the actuation of the servo systems deals mainly with a "vertical system", ie a movement around the y-axis of the aircraft. Movement around the z-axis (yaw) and around the * -axis (roll) will now be discussed. A yaw change servo system is fed with a number of input voltages which contain an alternating voltage which represents the turning moment M t of the rudder potentiometer 18. This potentiometer (Figs. 1 and 2) is grounded in its middle section to represent straight flight and is fed with voltages at the upper and lower terminals which correspond to the squares + u 2 and - v 2 of the airspeed. The derived voltage at the rudder-controlled contact 18 'corresponds to the yaw effect or turning moment generated by the right or left rudder and represents the input M t for the co z amplifier 65. The ftv system changes the rudder voltage out of equilibrium, provided that there is no compensating change in the other input voltages, so that the output of the amplifier 65 moves the two-phase motor 66 to actuate the potentiometer contacts 67 "and 68 a in a new equilibrium position on the potentiometers 67 and 68 in question, ie for right The potentiometer 68 has a grounded center tap and is fed at its opposite ends by voltages which represent - {- v and - ν , so that the voltage ω ζ · ν, derived at the contact 68 a, ie the centrifugal force, - This voltage is fed through a line 64 to the device of Fig. 1. The Po tentiometer 76 derives a voltage at contact 76 ″ which corresponds to the action of yaw on the roll, and supplies an input voltage on line 76 * for this purpose, which is fed to roll servo amplifier 77. As with the servo systems previously described, the motor drives a feedback generator 69 and operates the potentiometer contacts via a gear box 69 ° and mechanical links bg h .
Die übrigen Eingangsspannungen für den Verstärker 65 enthalten eine Spannung, die einen Dämpfungsfaktor darstellt, d.h. die Reaktionskraft ßv2 des Fahrgestells auf das Gieren, die von einem /3-Servosystem für den Abrutschwinkel abgeleitet wird, und die Rückkopplungsspannung En von dem Generator 69 zur Sicherstellung des Betriebes des Motors 66 mitThe remaining input voltages for the amplifier 65 contain a voltage which represents a damping factor, ie the reaction force ßv 2 of the chassis on the yaw, which is derived from a / 3 servo system for the slip angle, and the feedback voltage E n from the generator 69 for Ensuring the operation of the engine 66 with
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der richtigen Geschwindigkeit für die Integrierung der Seitenruder- und Seitenkraftspannüngen über die Gierungswinkelgeschwindigkeit.the correct speed for the integration of the rudder and side force voltages over the Yaw angular velocity.
Das /3-System enttält einen integrierenden Servoverstärker 70, dessen Ausgangsspannungen dem Zweiphasenmotor 71 sowie dem geschwindigkeitssteuernden Rückführungsgenerator 72 zugeführt wird, um über den Getriebekasten 73 und mechanische Verbindungen den Schleifkontakt 74° des Potentiometers 74 zu verstellen. Das Potentiometer 74 ist in der Mitte geerdet und wird an seinen oberen und unteren Klemmen mit Spannungen —v2 und +u2 gespeist, so daß, wenn β zunimmt oder abnimmt, die abgeleitete Spannung, welche die Rückwirkungskraft des Fahrgestells oder den Dämpfungsfaktor darstellt, sich entsprechend ändert. Diese Spannung wird durch eine Leitung 75 dem ωζ-Verstärker 65 zugeführt.The / 3 system contains an integrating servo amplifier 70, the output voltages of which are fed to the two-phase motor 71 and the speed-controlling feedback generator 72 in order to adjust the sliding contact 74 ° of the potentiometer 74 via the gear box 73 and mechanical connections. The potentiometer 74 is grounded in the middle and is fed with voltages - v 2 and + u 2 at its upper and lower terminals, so that when β increases or decreases, the derived voltage, which represents the reaction force of the chassis or the damping factor, changes accordingly. This voltage is fed to the ω ζ amplifier 65 through a line 75.
Die Eingangsspannungen für den ß-Verstärker 70 enthalten die Rückführungsspannung En, eine Span-The input voltages for the β amplifier 70 contain the feedback voltage E n , a voltage
ao nung, welche einen Schwerkraftsfaktor darstellt und von dem Roll-(99)-Servosystem abgenommen ist, das weiter unten beschrieben ist, und eine Spannung, die coz darstellt und von dem Potentiometer 67 des ω Z-Systems abgeleitet wird. Dieses Potentiometer ist in seinem mittleren Abschnitt geerdet und wird an seinen oberen und unteren Enden mit Spannungen —E und -\-E gespeist, so daß die Spannung am Kontakt 67®, die- durch eine Leitung 78 dem ß-Verstärker zugeführt wird, dem Wert coz entspricht.ao voltage, which represents a factor of gravity and is taken from the roll (99) servo system, which is described below, and a voltage which represents co z and is derived from the potentiometer 67 of the ω z system. This potentiometer is grounded in its middle section and is fed at its upper and lower ends with voltages - E and - \ - E , so that the voltage at the contact 67®, which is fed through a line 78 to the β amplifier, the Value co z .
Die Schwerkraftsbeschleunigungsspannung, die in der üblichen «-y-Ebene des Flugzeuges (Fig. 4), und zwar in Richtung des zeitlichen Abrutschens, wirkt, wird zerlegt als G sin φ cos 0, wobei ψ der Rollwinkel und θ der Längsneigungswinkel ist. Da der seitliche Abrutschwinkel/? durch eine Zeitintegration der Winkelgeschwindigkeit abgeleitet wird, wird der Schwerkraftsbeschleunigungsfaktor G sin φ cos θ durch die Eigengeschwindigkeit dividiert, um einen Faktor zu erhalten, der die- Dimension der Änderung hat.The gravitational acceleration stress, which acts in the usual -y plane of the aircraft (Fig. 4), namely in the direction of slipping over time, is broken down as G sin φ cos 0, where ψ is the roll angle and θ is the pitch angle. Since the lateral slip angle /? is derived by a time integration of the angular velocity, the gravitational acceleration factor G sin φ cos θ is divided by the airspeed in order to obtain a factor which has the dimension of the change.
Um den Faktor abzuleiten, speisen dieTo derive the factor, the feed
Kontaktspannungen des oben beschriebenen Potentiometers 48 des Längsneigungsservosystems den Kosinuswiderständ 90 des Rollservosystems, um den Faktor am Kontakt 90" abzugreifen.Contact voltages of the pitch servo potentiometer 48 described above determine the cosine resistance 90 of the roll servo system to tap the factor at contact 90 ".
Es ist ersichtlich, daß das /?-System wie in der Wirklichkeit die wesentlichen Faktoren der Schwerkraft und der Drehgeschwindigkeit um die vertikale Achse des Flugzeuges enthält und daß das «^-System die Faktoren' des Wendemomentes infolge der Seitenrudersteuerung und die Fahrgestellrückwirkung oder Dämpfungskomponente berücksichtigt. Das /S-S.ervosystem kann in passender Weise benutzt werden, wie dies dargestellt ist, um einen Querneigungsmesser 79 zu betätigen.It can be seen that the /? System as in the Reality the essential factors of gravity and the speed of rotation around the vertical Axis of the aircraft contains and that the "^ system the factors" of the turning moment due to the rudder control and the chassis reaction or damping component is taken into account. The /S-S.ervo system can be conveniently used as shown to provide an inclinometer 79 to operate.
Das integrierende Servosystem zur Anzeige des Roll-(9j)-Zustandes enthält den Summierungsverstärker 77, der auf die abgeleitete Querruderspännung des Potentiometers 16 (Fig. 1 und 2) anspricht. Die Spannung des Potentiometerkontaktes 16' ist eine Geschwindigkeitsspannung und wird durch eine Leitung 20 dem Verstärker yj zugeführt, um die Änderung des Rollens darzustellen. Die andere Eingangsspannung wird an dem Giersystem abgeleitet und stellt den Kopplungsfaktor zwischen Gieren und Rollen dar. Der Rollservomotor 80 und der Generator 81 sind mit einem Untersetzungsgetriebe 82 verbunden, um die drei Kontakte 83", 83 b und 83° eines Kosinuspotentiometers 83 zu betätigen, das die gleiche allgemeine Form wie die in dem Neigungsservosystem benutzten Potentiometer hat. Den Klemmen des Potentiometers 83 werden entgegengesetzte Spannungen -\-E und '—E zugeführt, um die Schwerkraft G darzustellen. Die Kontakte sind alle mit der Servowelle 84 zur Betätigung verbunden, wobei die Kontakte 83* und 83° um 90 bzw. i8o° gegenüber dem Kontakt 830 versetzt sind, so daß die Spannungen, welche der Schwerkraftskomponente entlang der z-Achse beim Rollen entsprechen, an den Kontakten 83" und 83° abgeleitet werden können, die Kosinusfunktionen entgegengesetzten Vorzeichens darstellen, nämlich + G cos φ und — G cos φ, und die Spannungen, die an den Kontakten 83^ und 83&δ abgeleitet werden, stellen Sinusfunktionen entgegengesetzten Vorzeichens, nämlich + G sin φ und — G sin φ dar. Diese Sinusfunktionsspannungen speisen das Längsneigungspotentiometer 130 über Leitungen 131 und 132, so daß die abgeleitete Spannung am Schleifkontakt Ι3θα dem Wert G cos θ sin φ entspricht, d. h. der Schwerkraftskomponente entlang . der y-Achse beim Rollen. Diese Spannung vom Kontakt 1300 wird durch eine Leitung 85 dem · in Fig. ι dargestellten Gerät zur Berechnung der Kräfterückwirkung zugeführt.The integrating servo system for indicating roll (9j) status includes summing amplifier 77 which is responsive to the derived aileron voltage of potentiometer 16 (FIGS. 1 and 2). The voltage of the potentiometer contact 16 'is a speed voltage and is fed through a line 20 to the amplifier yj in order to represent the change in the rolling. The other input voltage is derived at the yaw system and represents the coupling factor between yaw and roll. The roll servo motor 80 and the generator 81 are connected to a reduction gear 82 in order to actuate the three contacts 83 ″, 83 b and 83 ° of a cosine potentiometer 83, which has the same general shape as the potentiometers used in the tilt servo system. Opposite voltages - \ - E and '- E are applied to the terminals of potentiometer 83 to represent gravity G. The contacts are all connected to servo shaft 84 for actuation, wherein the contacts 83 * and are relative to the contact 83 0 at 90 83 ° or i8o °, so that the voltages corresponding to the component of gravity along the z-axis during rolling can be derived at the contacts 83 'and 83 ° , which represent cosine functions of opposite signs, namely + G cos φ and - G cos φ, and the voltages that result at contacts 83 ^ and 83 & δ are sine functions of opposite signs, namely + G sin φ and - G sin φ . These sine function voltages feed the pitch potentiometer 130 via lines 131 and 132, so that the derived voltage at the sliding contact Ι3θ α corresponds to the value G cos θ sin φ , ie along the gravity component. the y-axis when rolling. This voltage from contact 130 0 is fed through a line 85 to the device shown in FIG. 1 for calculating the force reaction.
Um den Längsneigungskorrektionsfaktor einzuführen, wird das Potentiometer 86 des Längsneigungssystems von dem Rollsystem gespeist, und zu diesem Zweck werden die abgeleiteten Spannungen +G cos φ und —G cos φ der Kontakte 83" und 83" des <p-Potentiometers 83 benutzt, um die Leitungen 87 und 88 und die entsprechenden Klemmen des 0-cos-Potentiometers 86 zu speisen. Die abgeleitete Spannung am Kontakt 86a dieses Potentiometers stellt die Funktion G cos φ cos Θ, d. h. die Schwerkraftskomponente entlang der z-Achse des Flugzeuges, dar, die für Rollen und Längsneigung zerlegt ist. Der Kontakt 86aist durch eine Leitung 89 mit dem Gerät der Fig. 1 verbunden.In order to introduce the pitch correction factor, the pitch system potentiometer 86 is fed by the roll system, and for this purpose the derived voltages + G cos φ and -G cos φ of contacts 83 "and 83" of the <p-potentiometer 83 are used to adjust the To feed lines 87 and 88 and the corresponding terminals of the 0-cos potentiometer 86. The derived voltage at the contact 86 a of this potentiometer represents the function G cos φ cos Θ, ie the gravity component along the z-axis of the aircraft, which is broken down for roll and pitch. The contact 86 a is connected to the device of FIG. 1 by a line 89.
Das Längsneigungspotentiometer 48, welches gemäß dem Reziprokwert der Eigengeschwindigkeit erregt wird, ist mit einem zweiten Kontakt 48 b versehen, der gegen Kontakt 48" um 180° versetzt ist, so daß die an den betreffenden Schleifkontakten abgegriffenenThe longitudinal inclination potentiometer 48, which is excited according to the reciprocal of the vehicle's own speed, is provided with a second contact 48 b which is offset by 180 ° from contact 48 ″, so that the wiper contacts in question are tapped
Spannungen die Werte -| cos θ und cos θ '■ Tensions the values - | cos θ and cos θ '■
darstellen, wobei der erste Wert auch eine Eingangsspannung für das oben beschriebene a-Servosystem bildet. Diese Spannungen werden durch Leitungen 91, 92 den Eingangsklemmen des Rollkosinuspotentiometers 90 zugeführt, so daß die davon abgeleitete Spannung am Schleifkontakt 90" den Schwerkrafts-represent, the first value also an input voltage for the a-servo system described above forms. These voltages are applied by leads 91, 92 to the input terminals of the roll cosine potentiometer 90 supplied so that the voltage derived therefrom at the sliding contact 90 "the gravitational
faktor — sin φ cos θ darstellt, wobei die Spannungfactor - sin φ represents cos θ , where the voltage
durch eine Leitung 93 dem obenerwähnten ^-System zugeführt wird.is fed through a line 93 to the aforementioned ^ system.
Wenn nun angenommen wird, daß der Flugschüler das Seitenruder z. B. hart nach rechts legt, dannIf it is now assumed that the student pilot the rudder z. B. lays hard to the right, then
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erhöht sich die Seitenrudermomentspannung für den coz-Verstärker auf den maximalen Betrag, wobei das <MZ-System außer Gleichgewicht kommt, so daß der Motor 66 die Potentiometerkontakte 6ya und 68a nach 5 oben bewegt, wenn das System eine neue Gleichgewichtslage aufsucht, die der Änderung der Gierung entspricht. Da die abgeleiteten Potentiometerspannungen in der Größe schwanken, wird das /S-System durch den zunehmenden Winkeländerungsfaktor ωζ außer Gleichgewicht gebracht. Das ß-System arbeitet nun so, wenn man annimmt, daß der Rollwinkel φ sich nicht geändert hat, daß ein seitliches Abrutschen angezeigt wird, wobei der Motor 71 in diesem Fall den Kontakt 74a nach unten in einer Richtung bewegt, die der Stellung »Kugel nach links« des bekannten Querneigungsmessers entspricht, d. h. einem »Abrutschen« infolge1 ungenügender Querneigung. Dieser Zustand kann durch Vergrößerung des Rollwinkels φ korrigiert werden, wobei die Größe der Schwerkraftskomponenteincreases the rudder torque tension for the co z amplifier to the maximum amount, with the <M Z system coming out of balance, so that the motor 66 moves the potentiometer contacts 6y a and 68 a upwards when the system seeks a new equilibrium position corresponding to the change in yaw. Since the derived potentiometer voltages fluctuate in size, the / S system is brought out of balance by the increasing angle change factor ω ζ. The ß-system works like this, if one assumes that the roll angle φ has not changed, that a lateral slipping is indicated, whereby the motor 71 in this case moves the contact 74 a downwards in a direction corresponding to the position » ball to the left "corresponds to the known cross inclinometer, ie a" slippage "due to insufficient one bank. This condition can be corrected by increasing the roll angle φ , with the magnitude of the gravity component
— sin φ cos θ vergrößert wird, um der Winkelände-- sin φ cos θ is increased in order to
rungseingangsspannung ωζ entgegenzuwirken. Wenn diese beiden Eingangsspannungen in richtiger Beziehung stehen; dann ist das /?-System im Gleichgewicht für einen Nullwinkel des seitlichen Abrutschens, wobei der Kontakt 740 sich in der mittleren oder Nullspannungslage befindet und die Kugel des Querneigungsmessers zentriert ist. Die am Kontakt 74" abgeleitete Spannung wird, wie oben erwähnt, als Eingangsspannung für den ωζ-Verstärker zur Dämpfung verwendet, um das seitliche Abrutschen zu dämpfen und den Kontakt 153 in die Mitte zu bewegen. Die Schwerkraftskomponenten, welche das seitliche Abrutschen entsprechend den Längsneigungs- und Rollwinkeln beeinflussen, sind in Fig. 4 schematisch dargestellt, in der ein Flugzeug in einer kombinierten Steigungs- und Rollage nach rechts dargestellt ist. Der Längsneigungswinkel θ und der Rollwinkel φ werden zwischen einer horizontalen Ebene, die durch die festen Achsen X0 und y0 definiert ist, und den x- und y-Achsen des Flugzeuges gemessen. Der vertikale Schwerkräfte- oder Gewichtsvektor G von dem Schwerpunkt kann daher auf die y-z-Ebene des Flugzeuges als G cos θ projiziert werden, und diese Komponente kann wiederum auf die »-y-Ebene als G cos θ sin φ projiziert werden. Diese letzte Komponente stellt daher die Schwerkraftskomponente dar, die entlang dem Flügel wirkt und das Bestreben hat, das seitliche Abrutschen hervorzurufen. Wenn diese Komponente die Zentrifugalkraftskomponente übersteigt, dann ergibt sich ein seitliches Abrutschen; wenn sie kleiner ist, dann ergibt sich ein j>Schieben«. Es sei bemerkt, daß die Zentrifugalkraft ωζ ■ ν für eine bestimmte Wendegeschwindigkeit eine direkte Funktion der Eigengeschwindigkeit wird. Um daher eine Kurve ohne seitliches Abrutschen auszuführen, muß der Querneigungswinkel mit zunehmender Eigengeschwindigkeit erhöht werden, damit der Ausdruck G cos θ sin φ = ωζν wird oder daß umgekehrt dercounteracting input voltage ω ζ . When these two input voltages are properly related; then the / - system is in equilibrium for a zero angle of the side slipping, wherein the contact 74 0 is in the middle or zero voltage level and the ball of the transverse inclinometer is centered. The voltage derived at contact 74 ″ is, as mentioned above, used as the input voltage for the ω ζ amplifier for damping in order to dampen the lateral slipping and to move the contact 153 to the center Pitch and roll angles are shown schematically in Fig. 4, in which an aircraft is shown in a combined pitch and roll position to the right. The pitch angle θ and the roll angle φ are between a horizontal plane defined by the fixed axes X 0 and y 0 is defined and measured along the aircraft's x and y axes The vertical gravity or weight vector G from the center of gravity can therefore be projected onto the aircraft's yz plane as G cos θ, and this component in turn can be on the »-y plane can be projected as G cos θ sin φ This last component therefore represents the component of gravity acting along the wing and tends to cause the side slip. If this component exceeds the centrifugal force component, then there is a lateral slip; if it is smaller, then there is a j "push". It should be noted that the centrifugal force ω ζ ■ ν for a certain turning speed becomes a direct function of the vehicle's own speed. Therefore, in order to make a curve without slipping sideways, the bank angle must be increased with increasing airspeed, so that the expression G cos θ sin φ = ω ζ ν or vice versa
Ausdruck— cos θ sin φ = ω» ist. Dies ist eine wich-Expression - cos θ sin φ = ω »is. This is an important
tige Nachbildung des tatsächlichen Verhaltens eines Flugzeuges.actual simulation of the actual behavior of an aircraft.
Durch eine geeignete Wahl der dämpfenden Eingangswiderstände, der Rückführungsspannungen an den ß- und w.-Servosystemen und der Übersetzungsverhältnisse kann das Übungssystem in gewünschter Weise zum Schwingen gebracht werden, um die seitliche Schwingung und Dämpfung eines Flugzeuges wiederzugeben.With a suitable choice of the damping input resistances, the feedback voltages on the ß- and w. Servo systems and the gear ratios, the exercise system can be made to vibrate in the desired manner in order to reproduce the lateral vibration and damping of an aircraft.
In dem in Fig. 3 dargestellten Vektordiagramm sind verschiedene Zentrifugalkrafts- und Schwerkraftskomponentenspannungen als Vektoren mit Bezug auf die x-, y- und z-Achsen des Flugzeuges dargestellt. Diese Achsen sollen mit Bezug auf das Flug- <zeug fest sein, so daß sie sich mit ihm drehen und verschiedene Lagen der Längsneigung θ und des Rollens φ mit Bezug auf ortsfeste horizontale und vertikale Bezugsebenen einnehmen. Wie schon erwähnt, ist die #-Achse die Längsachse des Flugzeuges, die y-Achse ist die Querachse in Richtung der Flügel, und die x-Achse ist die auf der x- und y-Achse senkrecht stehende Achse. Die Schwerkraft G, die am Schwerpunkt CG des Flugzeuges angreift, d. h. am Schnittpunkt der Achsen, kann in Vektorkomponenten entlang der x-, y- und 2-Achse zerlegt werden, so daß die ^-Komponente G sin Θ, y-Komponente G cos θ sin φ und die ^-Komponente G cos φ cos θ ist. Der Vektor, der die Zentrifugalkraft infolge des Gierens (ωζ · ν) darstellt, wirkt entlang der y-Achse additiv zu der Schwerkraftskomponente G cos θ sin φ, und der Zentrifugalkraftvektor infolge der Längsneigung (coy ν) wirkt entlang der 2-Achse additiv zu der Schwerkraftskomponente G cos φ cos Θ. Auch ein Vektor, der die In the vector diagram shown in FIG. 3, various centrifugal force and gravity component stresses are shown as vectors with reference to the x, y and z axes of the aircraft. These axes should be fixed with respect to the aircraft, so that they rotate with it and assume different positions of pitch θ and roll φ with respect to fixed horizontal and vertical reference planes. As already mentioned, the # -axis is the longitudinal axis of the aircraft, the y-axis is the transverse axis in the direction of the wings, and the x-axis is the axis perpendicular to the x- and y -axes. The force of gravity G, which acts on the center of gravity CG of the aircraft, ie at the intersection of the axes, can be broken down into vector components along the x, y and 2 axes, so that the ^ component G sin Θ, y component G cos θ sin φ and the ^ component G cos φ cos θ . The vector that represents the centrifugal force due to yaw (ω ζ ν) acts along the y-axis additively to the gravity component G cos θ sin φ, and the centrifugal force vector as a result of the longitudinal inclination (coy ν) acts additively along the 2-axis to the gravity component G cos φ cos Θ. Also a vector that does the
Eigenbeschleunigung -7— darstellt, wirkt entlang derSelf-acceleration -7- acts along the
UtUt
#-Achse additiv zur Schwerkraftskomponente G sin Θ. Die Resultierende der Vektoren in der %-2-Ebene kann daher dargestellt werden als# -Axis additive to the gravity component G sin Θ. The resultant of the vectors in the% -2 plane can therefore be represented as
ill dv\2 ill dv \ 2
R- = I/ iGsinfl + — I +{ων·ν +Gcosycosö)2 . R- = I / iGsinfl + - I + {ω ν · ν + Gcosycosö) 2 .
Der resuktierende Vektor Rxz bildet einen Winkel Δ mit der z-Achse.The resulting vector R xz forms an angle Δ with the z- axis.
Es ist ersichtlich, daß die Resultierende R aller Vektoren entlang der x-, y- und z-Achsen und ihr Winkel mit Bezug auf die %-2-Ebene durch die Kombination der Resultierenden Rxz mit der Summe der y-Achsenkomponenten G cos θ sin φ und ωζ ■ υ erhalten werden kann. . Es ergibt sichIt can be seen that the resultant R of all vectors along the x, y and z axes and their angle with respect to the% -2 plane by combining the resultant R xz with the sum of the y-axis components G cos θ sin φ and ω ζ ■ υ can be obtained. . It surrenders
R = V(RXZ)2 + (G cos θ sin <ρ^ωζ- ν)2· . R = V (R XZ ) 2 + (G cos θ sin <ρ ^ ω ζ - ν) 2 .
Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß die endgültige Resultierende R einen Winkel δ mit der #-£-Ebene einschließt. Für das richtige »Sitzgefühk sollte die Kabine des Flugschülers unter einem Winkel Δ längs geneigt und unter einem Winkel δ quer geneigt sein.From Fig. 3 it can be seen that the final resultant R includes an angle δ with the # - £ plane. For proper "Sitzgefühk the cabin of the airplane pupil should be inclined at an angle Δ longitudinally and at an angle δ to be inclined transversely.
Um die Kabine S entsprechend diesen Winkeln Δ und δ zu neigen, sind zwei Dreh transformatoren 95 und 96 in Fig. 1 vorgesehen, deren Sekundärwicklungen sich in Nullage befinden, während die Primärwicklungen durch bestimmte Vektor spannungen der Beschleunigung und Schwerkraft gespeist werden und die Sekundärwicklungen durch Servomotoren gesteuert sind. Der Drehtransformator 95 wird für dieIn order to incline the car S according to these angles Δ and δ , two rotary transformers 95 and 96 are provided in Fig. 1, the secondary windings are in the neutral position, while the primary windings are fed by certain vector voltages of acceleration and gravity and the secondary windings Servomotors are controlled. The rotary transformer 95 is used for
656/316656/316
D 18685XI/62cD 18685XI / 62c
Längsneigung benutzt und hat zwei feste Primärwicklungen 97 und 98, die über Kreuz angeordnet sind. Die Wicklung 97 wird durch eine Spannung erregt,Used longitudinal inclination and has two fixed primary windings 97 and 98 which are arranged crosswise. The winding 97 is excited by a voltage,
die dem kombinierten «-Achsenvektor I G sin 0 + -j-) V dt J that of the combined -axis vector I G sin 0 + -j-) V dt J
des Summierungsverstärkers 99 entspricht, dessen Eingangsspannungen G sin θ und — von dem Flugrechner der Eig. 2 durch Leitungen 24 und 49 zugeführt werden. Die andere Wicklung 98 wird von einer Spannung des Summierungsverstärkers 100 erregt, die die Summe von ων ■ »und G cos φ cos θ darstellt, d. h. die kombinierten Zentrifugalkrafts- und Schwerkraftsvektoren entlang der z-Achse nach Fig. 2. Die genannten z-Achsenspannungen werden durch Leitungen 61 und 89 von dem Flugrechner der Fig. 2 dem Verstärker 100 zugeführt. Der Verstärkungsgrad des Verstärkers 100 ist durch Rückkopplung in bekannter Weise einstellbar, so daß die Ausgangsspannung an der Spule 98 für gleiche Beschleunigungen die gleiche Beziehung der Größenordnung nach hat wie die Spannung an der Wicklung 97.of the summing amplifier 99 corresponds, whose input voltages G sin θ and - from the flight computer the Eig. 2 through lines 24 and 49 are fed. The other winding 98 is excited by a voltage of the summing amplifier 100 which represents the sum of ω ν ■ »and G cos φ cos θ , ie the combined centrifugal force and gravity vectors along the z- axis according to FIG. Axle voltages are fed to amplifier 100 through lines 61 and 89 from the flight computer of FIG. The gain of amplifier 100 can be adjusted by feedback in a known manner, so that the output voltage across coil 98 has the same relationship of magnitude as the voltage across winding 97 for equal accelerations.
Die Primärwicklungen werden daher von Spannungen erregt, die den gekreuzten Vektoren entlang der x- und y-Achse entsprechen. Aus dieser Beziehung kann leicht abgeleitet werden, daß, wenn die gekreuzten Spulen 101 und 102 der drehbaren Sekundärwicklung gegenüber der Primärwicklung durch die Welle 103 so gedreht werden, daß die induzierte Spannung in der Sekundärwicklung 102 gleich Null ist, die induzierte Spannung in der Spule 101 die Resultierende der gekreuzten Spannungen der Primärwicklung darstellt, d. h. die Resultierenden Rxz; in dieser Lage nimmt die Welle 103 den erwähnten , Winkel A ein, der von einer Bezugslage aus gemessen wird, die der ebenen Lage der Kabine S entspricht.The primary windings are therefore excited by voltages corresponding to the crossed vectors along the x and y axes. From this relationship it can easily be deduced that when the crossed coils 101 and 102 of the rotatable secondary winding are rotated relative to the primary winding by the shaft 103 so that the induced voltage in the secondary winding 102 is zero, the induced voltage in the coil 101 represents the resultant of the crossed voltages of the primary winding, ie the resultant R xz ; In this position, the shaft 103 assumes the aforementioned angle A , which is measured from a reference position which corresponds to the plane position of the car S.
Die Klemmen der Sekundärwicklungen sind mitThe terminals of the secondary windings are with
dem äußeren Stromkreis über Schleifringe 104, 105 und 106 wie folgt verbunden:the external circuit via slip rings 104, 105 and 106 connected as follows:
Die Spulen 101 und 102 haben eine gemeinsame Klemme, die über den Schleifring 104 geerdet ist; die Spule 101 ist über einen Schleifring 105 durch eine Leitung 107 mit dem Drehtransformator 96 verbunden, und die Nullspannungsspule 102 ist über einen Schleifring 106 mit einem Verstärker 108 verbunden, um einen Nullstellungsservomotor 109 zu erregen. Der Motor 109 ist durch ein Untersetzungsgetriebe 110 mit der Welle 103 verbunden und ist so gepolt, daß die Sekundärwicklung 101-102 in einer solchen Richtung gedreht wird, daß die induzierte Spannung in der Spule 102 abnimmt. Eine in der Spule 102 induzierte Spannung bewirkt daher eine Erregung des Motors 109 in einer Richtung, die die Spulenspannung zu verringern sucht. Der Motor 109 kann ein Zweiphasenmotor der oben beschriebenen Art sein, wobei die Verbindungen für die Bezugsspannung zur Vereinfachung der Zeichnung weggelassen sind.The coils 101 and 102 have a common one Terminal grounded through slip ring 104; the coil 101 is through a slip ring 105 through a Line 107 is connected to the rotary transformer 96, and the zero voltage coil 102 is via a slip ring 106 connected to an amplifier 108 to a zero servo motor 109 to energize. The motor 109 is connected by a reduction gear 110 of the shaft 103 and is polarized so that the secondary winding 101-102 in such a direction is rotated so that the induced voltage in the coil 102 decreases. One induced in coil 102 Voltage therefore causes the motor 109 to be energized in a direction which reduces the coil voltage seeks. The motor 109 can be a two-phase motor of the type described above, with the connections for the reference voltage are omitted to simplify the drawing.
Da infolgedessen die Winkelstellung der Welle 103 die Längsneigungslage der Kabine des Flugschülers darstellt, kann diese Welle mit der Welle 12 der Kabinenhalterung gekoppelt werden, so daß die Neigungsbewegung der Kabine durch geeignete Mittel, wie z. B. eine mechanische Verbindung in, die gestrichelt angedeutet ist, bewirkt wird sowie durch ein Nachlaufwerk oder Drehmomentverstärker 112.As a result, the angular position of the shaft 103, the longitudinal inclination of the cabin of the student pilot represents, this shaft can be coupled to the shaft 12 of the cabin bracket, so that the tilting movement of the cabin by suitable means, such as. B. a mechanical connection in, which is indicated by dashed lines, is effected as well as by a trailing mechanism or torque amplifier 112.
Der Drehtransformator 96, der für die Querneigung benutzt wird, hat eine feste Primärwicklung, die aus zwei gekreuzten Spulen 113 und 114 besteht, und eine relativ dazu drehbare Sekundärwicklung, die zwei gekreuzte Spulen 115 und 116 aufweist, welche durch eine Welle 117 mit einem Servoverstellmotor 118 in ähnlicher Weise verbunden sind wie der Drehtransformator 95. Die Primärwicklung 113 wird von einem Summierungsverstärker 120 durch eine Spannung gespeist, die die Vektorsumme ωζ · ν und G cos θ sin φ entlang der y-Achse nach Fig. 2 darstellt. Die Eingangsspannungen für den Verstärker 120, welche die genannten Vektorkomponenten wiedergeben, werden '.' von dem Flugrechner der Fig. 2 durch Leitungen 64 und 85 zugeführt. Die andere Primärwicklung 114 wird durch eine Spannung Rxz von der Sekundärwicklung 101 des Drehtransformators 95 über einen Schleifring 105 und eine Leitung 107 gespeist. Der Verstärkungsgrad des Verstärkers 120 wird durch Rückkopplung in an sich bekannter Weise eingestellt, so daß die Ausgangsspannung an der Spule 113 für gleiche Beschleunigungen das gleiche Größenverhältnis hat wie die der Wicklung 114 zugeführte Spannung.The rotary transformer 96, which is used for the transverse inclination, has a fixed primary winding, which consists of two crossed coils 113 and 114, and a relatively rotatable secondary winding, which has two crossed coils 115 and 116, which is driven by a shaft 117 with a servo motor 118 are connected in a similar manner as the rotary transformer 95. The primary winding 113 is fed from a summing amplifier 120 by a voltage which represents the vector sum ω ζ · ν and G cos θ sin φ along the y-axis according to FIG. The input voltages for amplifier 120, which represent said vector components, will be '.' from the flight computer of FIG. 2 through lines 64 and 85. The other primary winding 114 is fed by a voltage R xz from the secondary winding 101 of the rotary transformer 95 via a slip ring 105 and a line 107. The gain of the amplifier 120 is adjusted by feedback in a manner known per se, so that the output voltage at the coil 113 has the same magnitude ratio as the voltage supplied to the winding 114 for the same accelerations.
Die gekreuzten Primärspulen 113 und 114 werden mit Spannungen gespeist, die den kombinierten Kräftevektoren entlang der y-Achse und dem obenerwähnten resultierenden Vektor Rxz entsprechen. Wie im Falle des Transformators 95 kann gezeigt werden, daß, wenn die gekreuzten Spulen 115 und 116 der drehbaren Sekundärwicklung durch die servobetätigte Welle 117 so eingestellt werden, daß die in der Spuleiiö induzierte Spannung gleich Null ist, die induzierte Spannung in der Spule 115 die Resultierende der erwähnten Primärspannungen darstellt; die Welle 117 nimmt den Winkel δ ein, und zwar von einer Bezugslage aus gemessen, die der ebenen Lage der Kabine S entspricht. Der Servomotor 118 hat einen ähnlichen Aufbau wie der Servomotor 109 des Transformators 95 und ist über ein Untersetzungsgetriebe 121 mit der Transformatorwelle 117 verbunden, so daß er die Sekundärwicklung in die Nullstellung, wie eben be- ' schrieben, dreht. Der Motor 118 wird von der Nullstellungsspule 116 über eine Schleifringverbindung 122 und einen Verstärker 123 gespeist. Die Spulen 115 und 116 haben eine gemeinsame Klemme, die über einen Schleifring 124 geerdet ist, und die Spule 115 kann über eine Schleifringverbindung 125 mit einem anzeigenden Voltmeter 126 verbunden sein, das z. B. so geeicht ist, daß es die Beschleunigungsspannung, die auf den Flugschüler wirkt, anzeigt und dem Lehrer eine visuelle Anzeige des Flugmanövers vermittelt. The crossed primary coils 113 and 114 are fed with voltages corresponding to the combined force vectors along the y-axis and the aforementioned resulting vector R xz. As in the case of the transformer 95, it can be shown that when the crossed coils 115 and 116 of the rotatable secondary winding are adjusted by the servo-operated shaft 117 so that the voltage induced in the winding unit is zero, the induced voltage in the coil 115 is the same Represents resultant of the mentioned primary stresses; the shaft 117 assumes the angle δ , measured from a reference position which corresponds to the plane position of the car S. The servomotor 118 has a similar structure to the servomotor 109 of the transformer 95 and is connected to the transformer shaft 117 via a reduction gear 121 so that it rotates the secondary winding into the zero position, as just described. The motor 118 is fed by the zero setting coil 116 via a slip ring connection 122 and an amplifier 123. The coils 115 and 116 have a common terminal which is grounded via a slip ring 124, and the coil 115 can be connected via a slip ring connection 125 to an indicating voltmeter 126, e.g. B. is calibrated so that it shows the acceleration voltage acting on the student pilot and gives the instructor a visual display of the flight maneuver.
Da die Transformatorwelle 117 eine dem Winkel δ entsprechende Lage einnimmt, kann diese Welle mit der Welle 11 der Kabinenhalterung 9 durch eine geeignete Vorrichtung, z. B. eine mechanische Verbindung 127, die gestrichelt angedeutet ist, betriebsmäßig verbunden sein sowie durch ein Nachlaufgerät oder Drehmomentverstärker 128, so daß die Kabine um den Winkel δ quer' geneigt wird. Diese Querneigungssteuerung δ zusammen mit der obenerwähntenSince the transformer shaft 117 assumes a position corresponding to the angle δ , this shaft can be connected to the shaft 11 of the cabin bracket 9 by a suitable device, e.g. B. a mechanical connection 127, which is indicated by dashed lines, can be operationally connected and by a follower device or torque amplifier 128 so that the cabin is inclined by the angle δ transversely '. This bank control δ together with the above-mentioned one
509 656/316509 656/316
D 18685XI/62cD 18685XI / 62c
Eängsneigungssteuerung Δ der Welle I2 kippt die Kabine S des Flugschülers so, daß die wirklichen Kräfteeinwifkungen auf den Flügschüler während der üblichen Flugmänöver nachgebildet werden.The longitudinal inclination control Δ of the shaft I2 tilts the cabin S of the trainee pilot in such a way that the real force effects on the trainee wing are simulated during the usual flight maneuvers.
Claims (12)
—; zu ermitteln.to determine, and finally by an integrating device (50, 51), which is responsive to the pitch calculating device (55, 56) to determine the pitch condition θ of the aircraft and also to determine the pitch velocity stress due to gravity G cos θ ■ ...,
-; to determine.
Family
ID=
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