DE1498028C3

DE1498028C3 - Gyrocompass

Info

Publication number: DE1498028C3
Application number: DE19651498028
Authority: DE
Inventors: Robert Maclean Mac West Drayton; Riley Neville Charles Feltham; Middlesex Arthur (Großbritannien)
Original assignee: Sperry Rand Ltd
Current assignee: Unisys Group Services Ltd
Priority date: 1964-09-01
Filing date: 1965-08-25
Publication date: 1977-05-18

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kreiselkompaß für Fahrzeuge, dessen Kreiselelement in einem Folgerahmen derart kardanisch gelagert ist, daß die das Kreiselelement tragende innere Kardanachse normalerweise in Richtung der Drehachse des Folgerahmens und die äußere Kardanachse normalerweise senkrecht zur Drallachse des Kreiselelements verläuft, wobei die Lotfesselung des Kreiselelements durch eine am .Kreiselelement angebrachte Flüssigkeitsballistik erfolgt. The invention relates to a gyro compass for vehicles, the gyro element of which is in a follower frame is gimbaled in such a way that the inner gimbal axis carrying the gyro element is normally in the direction of the axis of rotation of the following frame and the outer gimbal axis normally perpendicular to the The twist axis of the gyro element runs, the soldering of the gyro element by an on .Gyroscopic element attached liquid ballistics takes place.

Derartige als Kreiselkompaß mit umgekehrten Achsen bezeichnete Kreiselkompasse sind beispielsweise aus der USA.-Patentschrift 19 23 885 sowie der britischen Patentschrift 7 06 434 bekannt. Derartige Kreiselkompasse mit umgekehrten Achsen weisen den Vorteil auf, daß die Anzahl der Lager sowie das Gesamtgewicht verringert ist, wobei gleichzeitig ein sehr einfaches Dämpfungssystem erzielbar ist. Der Träger des Folgerahmens ist bei derartigen Kreiselkompassen seinerseits im Fahrzeug kardanisch gelagert. Diese kardanische Aufhängung wurde bisher bei derartigen Kreiselkompaßarten für notwendig erachtet, da man unbesehen davon ausging, daß die Schlingerbewegungen des Fahrzeugs von dem Kreiselelement und den für die Nordeinstellung vorgesehenen Hilfselementen ferngehalten werden müssen, um Kompaßfehler zu vermeiden.Such gyrocompasses referred to as reverse-axis gyrocompasses are for example from US Pat. No. 19 23 885 and British Pat. No. 7 06 434. Such Reverse axis gyrocompasses have the advantage that the number of bearings as well as the Total weight is reduced, while at the same time a very simple damping system can be achieved. the In such gyrocompasses, the carrier of the following frame is in turn gimbaled in the vehicle. This cardanic suspension was previously considered necessary for such types of gyrocompasses, since it was assumed that the rolling movements of the vehicle from the gyro element and the auxiliary elements provided for the north setting must be kept away in order to avoid compass errors avoid.

Weiterhin ist es bereits bekannt (USA.-Patentschrift 27 97 581), bei einem Kreiselkompaß mit normaler Achsenanordnung der Kardanrahmen das Rotorgehäuse um eine in Ost-West-Richtung verlaufende Achse in einem äußeren Kardanrahmen zu lagern, der seinerseits um eine vertikale Achse in fahrzeugfesten Lagern gelagert ist. Diese Anordnung weist zwar gegenüber den eingangs genannten Kreiselkompassen mit umgekehrten Achsen den Vorteil auf, daß zwei Kardanrahmen eingespart werden können. Der Nachteil dieses Kreiselkompasses besteht jedoch darin, daß ein sehr kompliziertes Dämpfungssystem erforderlich ist, um den Fortfall der zwei Kardanrahmen auszugleichen, so daß der Vorteil der Einsparung von zwei Kardanrahmen weder gewichtsmäßig noch von den Herstellungskosten her gesehen zum Tragen kommtFurthermore, it is already known (US Pat. No. 27 97 581), with a gyrocompass with normal Axis arrangement of the gimbals in the rotor housing around an axis running in east-west direction to store an outer cardan frame, which in turn around a vertical axis in vehicle-fixed bearings is stored. This arrangement has the opposite of the gyrocompasses mentioned at the beginning Axles have the advantage that two cardan frames can be saved. The downside to this Gyrocompass, however, is that a very complicated damping system is required to to compensate for the omission of the two gimbals, so that the advantage of saving two gimbals Neither in terms of weight nor in terms of production costs comes into play

Weiterhin ist es bereits bekannt (USA.-Patentschrift 26 77 194), die kardanische Aufhängung des Folgerahmens dadurch zu ersetzen, daß der Rotor in einer Kreiselkappe kardanisch aufgehängt ist, wobei die Kreiselkappe um eine horizontale Achse verschwenkbar in einem inneren Kardanrahmen gelagert ist, der seinerseits um eine horizontale, zur Lagerachse der Kreiselkappe senkrecht angeordnete Achse in einem vertikalen Folgerahmen gelagert ist, der in fahrzeugfesten Lagern um eine horizontale Achse drehbar gelagert ist. Hierbei ist jedoch lediglich die kardanische Aufhängung des Folgerahmens bei Kreiselkompassen der Art mit umgekehrten Achsen durch eine kardanische Lagerung des Rotorelements in der Kreiselkappe ersetzt, so daß die Anzahl der Kardanrahmen insgesamtFurthermore, it is already known (US Pat. No. 26 77 194), the cardanic suspension of the following frame to be replaced by the fact that the rotor is gimbaled in a gyro cap, the Gyro cap is mounted pivotably about a horizontal axis in an inner cardan frame, which in turn around a horizontal axis arranged perpendicular to the bearing axis of the gyro cap in one vertical follow-up frame is mounted, which can be rotated about a horizontal axis in bearings fixed to the vehicle is stored. Here, however, only the cardanic suspension of the following frame in gyro compasses is of the type with reversed axes through a gimbal bearing of the rotor element in the gyro cap replaced so that the total number of gimbals

ι ο nicht verringert wird.ι ο is not reduced.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kreiselkompaß zu schaffen, der gegenüber der USA.-Patentschrift 19 23 885 bzw. der britischen Patentschrift 7 06 434 die Einsparung eines weiteren Kardanrahmens ermöglicht, ohne daß ein kompliziertes Dämpfungssystem gemäß der USA.-Patentschrift 27 97 581 erforderlich ist und ohne daß eine zusätzliche kardanische Lagerung des Rotors beispielsweise in einer Kreiselkappe erforderlich ist.The invention is based on the object of providing a gyro compass which is similar to that of the USA 19 23 885 or the British patent 7 06 434 the saving of a further cardan frame made possible without a complicated damping system according to US Pat. No. 2,797,581 required is and without an additional gimbal bearing of the rotor, for example in a gyro cap is required.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Träger des Folgerahmens unmittelbar am Fahrzeug befestigt ist.According to the invention, this object is achieved in that the carrier of the following frame is located directly on the Vehicle is attached.

Überraschenderweise hat es sich gezeigt, daß eine kardanische Lagerung des Trägers des Folgerahmens entgegen der bisherigen Annahme bei einem Kreiselkompaß der eingangs genannten Art nicht erforderlich ist.Surprisingly, it has been shown that a cardanic mounting of the carrier of the following frame contrary to the previous assumption, it is not necessary for a gyro compass of the type mentioned above is.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Kreiselkompasses ergibt sich ein Kreiselkompaß von ungewohnlich einfachem Aufbau, der trotzdem hohe Anforderungen an die Nordeinstellgenauigkeit erfüllt.The inventive design of the gyro compass results in a gyro compass of unusual simple structure, which nevertheless fulfills high demands on the north setting accuracy.

Die Erfindung wird an Hand von Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigtThe invention is explained in more detail with reference to drawings. In these shows

F i g. 1 eine teilweise geschnittene schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kreiselkompasses, von der Nordseite aus betrachtet,F i g. 1 is a partially sectioned schematic representation of a gyro compass according to the invention, viewed from the north side,

Fig.·2 eine Ansicht von der Westseite aus, ebenfalls teilweise geschnitten,Fig. 2 is a view from the west side, also partially cut,

Fig.3 eine Ansicht des Kreiselkompasses bei Rollbewegung.3 shows a view of the gyro compass during rolling movement.

Der Kreiselkompaß ist in F i g. 1 und 2 in der Ruhe dargestellt, wobei die (nicht gezeigte) Drallachse des Kreiselelements horizontal ist und in Nord-Süd-Richtung weist. Das Kreiselelement ist ein Rotor, dessen Gehäuse 11 in Lagern 12 um eine innere Kardanachse IGA relativ zu dem vertikalen Kardanring 13 drehbar ist. In der gezeigten Stellung ist die innere Kardanachse vertikal. Der vertikale Ring 13 ist seinerseits in Lagern 14 in dem Folgerahmen 15 um eine äußere Kardanachse OGA drehbar, die zu der inneren Kardanachse normal verläuft; in der gezeigten Stellung ist diese Achse horizontal in der Ost-West-Richtung.The gyro compass is shown in FIG. 1 and 2 shown at rest, the spin axis (not shown) of the gyro element being horizontal and pointing in a north-south direction. The gyro element is a rotor, the housing 11 of which can be rotated in bearings 12 about an inner cardan axis IGA relative to the vertical cardan ring 13. In the position shown, the inner cardan axis is vertical. The vertical ring 13 is in turn rotatable in bearings 14 in the follower frame 15 about an outer cardan axis OGA which runs normal to the inner cardan axis; in the position shown this axis is horizontal in the east-west direction.

Der Folgerahmen 15 ist im Tragrahmen 17 drehbar gelagert, und bei der vorgesehenen Benutzung des Kreiselkompasses ist der Rahmen 17 in einem Schiff oder einem anderen Fahrzeug starr befestigt, also nicht kardanisch aufgehängt. Ein (nicht gezeigtes) Servosystem bekannter Art ist mit dem Folgerahmen gekuppelt und verdreht diesen Rahmen und somit die Lager 14 derart, daß der vertikale Ring 13 in einer zu der Umlaufachse des Kreisels senkrechten Ebene gehalten wird.The follower frame 15 is rotatably mounted in the support frame 17, and when the intended use of the Gyrocompass, the frame 17 is rigidly attached to a ship or other vehicle, that is to say not gimbaled. A known type of servo system (not shown) is coupled to the slave frame and rotates this frame and thus the bearings 14 so that the vertical ring 13 in one to the Orbital axis of the gyro vertical plane is kept.

Eine Kompaßrose 16 dreht sich mit dem Folgerahmen oberhalb des Rahmens 17.A compass rose 16 rotates with the follower frame above the frame 17.

An dem Rotorgehäuse 11 ist eine Flüssigkeitsballistik angebracht, die aus zwei Zylindern 18 besteht, welche in einem Abstand in der Nord-Süd-Richtung (d.h. längs der Umlaufachse des Rotors) an je einer Seite desOn the rotor housing 11 is a liquid ballistics which consists of two cylinders 18 spaced apart in the north-south direction (i.e. longitudinally the axis of rotation of the rotor) on each side of the

Gehäuses 11 angebracht und durch ein Rohr 19 verbunden und teilweise mit Quecksilber oder einer anderen Flüssigkeit gefüllt sind. Die ballistische Vorrichtung hat die bekannte Aufgabe, eine Schwingung der Umlaufachse des Kreiselkompasses um die Nordrichtung hervorzurufen.Housing 11 attached and connected by a tube 19 and partially with mercury or a other liquid are filled. The ballistic device has the known task of vibration the orbital axis of the gyro compass to cause the north direction.

Zur Dämpfung der Schwingungen ist an der Westseite des Rotorgehäuses in ebenfalls bekannter Weise ein Unwuchtgewicht 21 angebracht. Wenn das Rotorgehäuse ausschlägt, hat das durch das Gewicht 21 ausgeübte Drehmoment eine unausgeglichene Komponente um die innere Kardanachse, welche eine Präzession im Sinne einer Verminderung des Ausschlags hervorruft.To dampen the vibrations is also known on the west side of the rotor housing Way an imbalance weight 21 is attached. If the rotor housing deflects, it has 21 due to the weight exerted torque is an unbalanced component around the inner gimbal axis, which is a Causes precession in the sense of a reduction in the deflection.

Der Rahmen 17 bildet die Oberseite eines ganz mit Öl gefüllten (nicht gezeigten) Gehäuses, welches das Kreiselelement und den Folgerahmen des Kreiselkompasses umgibt. Das Gewicht des Kreiselelements und des Folgerahmens wird teilweise durch die Auftriebskraft des Öls ausgeglichen. Das Gehäuse kann innere Wände oder Sperren aufweisen, um die durch die Kornpaßbewegungen hervorgerufene Wirbelströmung des Öls zu beherrschen.The frame 17 forms the top of a completely filled with oil (not shown) housing, which the Surrounding gyro element and the follower frame of the gyrocompass. The weight of the top element and of the following frame is partially offset by the buoyancy of the oil. The housing can be internal Have walls or barriers to the vortex flow caused by the grain pass movements to master the oil.

Da der Rahmen 17 nicht kardanisch gelagert ist, erfährt der Kreiselkompaß in einem sich bewegenden Fahrzeug Rollbewegungen und gleichzeitig die normalen Schwingungen der Umlaufachse bei Änderungen des Fahrzeugkurses oder seiner Geschwindigkeit.Since the frame 17 is not gimbaled, the gyrocompass experiences a moving Vehicle rolling movements and at the same time the normal oscillations of the axis of rotation with changes in the Vehicle course or its speed.

Wenn die Umlaufachse einen Nord-Süd-Ausschlag ausführt, strömt eine kleine Menge der ballistischen Flüssigkeit von einem Zylinder 18 in den anderen; infolgedessen ergibt sich ein Ungleichgewicht, das in der wahren Vertikalen wirkt, jedoch gegen die innere Kardanachse versetzt ist, z. B. eine Kraft m in F i g. 2 und 3. Die Kraft wird direkt auf das Rotorgehäuse ausgeübt und erzeugt ein Drehmoment um die wahre horizontale Ost-West-Achse, so daß sich eine Präzession des Rotors in Azimutrichtung ergibt.When the axis of revolution turns north-south, a small amount of the ballistic fluid flows from one cylinder 18 into the other; as a result, there is an imbalance that acts in the true vertical but is offset from the inner gimbal axis, e.g. B. a force m in F i g. 2 and 3. The force is exerted directly on the rotor housing and generates a torque about the true horizontal east-west axis, so that the rotor precession in the azimuth direction.

Wenn das Fahrzeug eine Rollbewegung in Ost-West-Richtung, wie in F i g. 3 veranschaulicht, erfährt, bleibt die Kraft m in der wahren Vertikalen. Da die ballistische Einrichtung an dem Rotorgehäuse angebracht ist, wird die Kraft m unmittelbar an diesem ausgeübt, so daß ein Drehmoment erzeugt wird, welches unabhängig von der Lage des Fahrzeugs um eine horizontale Achse aufrechterhalten bleibt und deshalb nur eine Präzession in Azimutrichtung hervorbringt. Wenn während derWhen the vehicle rolls in an east-west direction, as shown in FIG. 3 illustrates, learns that the force m remains in the true vertical. Since the ballistic device is attached to the rotor housing, the force m is exerted directly on this, so that a torque is generated which is maintained regardless of the position of the vehicle about a horizontal axis and therefore only produces a precession in the azimuth direction. If during the

ί Rollbewegung die Lager 12 sich aus der vertikalen Lage entfernen, wie in F i g. 3 dargestellt, treten zwei Reaktionskräfte R auf, die jedoch nicht mit der Kraft m auf einer Geraden liegen und daher Drehmomente um die Umlaufachse erzeugen. Diese Drehmomente habenί Rolling motion, the bearings 12 move away from the vertical position, as shown in FIG. 3, two reaction forces R occur, but they are not in a straight line with the force m and therefore generate torques about the axis of rotation. Have these torques

ic keine Wirkung auf die Präzession und sind im übrigen gegensinnig, so daß sie sich aufheben.ic have no effect on precession and are otherwise in opposite directions, so that they cancel each other out.

Wie der Vollständigkeit halber erwähnt sei, ist es bei einem Kreiselkompaß, dessen Kreiselelement in der beschriebenen Weise gelagert ist, auch bekannt, dieAs mentioned for the sake of completeness, it is at a gyro compass, the gyro element is mounted in the manner described, also known, the

i< ballistische Einrichtung an dem Vertikalring 13 anzubringen. Wenn dies der Fall wäre, so daß m anfangs auf den Vertikalring einwirkt, könnte die Wirkung der Kraft m auf das Rotorgehäuse nur durch die Lager 12 als ein um die äußere Kardanachse wirkendes Drehmomenti <ballistic device to be attached to the vertical ring 13. If this were the case, so that m initially acted on the vertical ring, the effect of the force m on the rotor housing could only be through the bearings 12 as a torque acting about the outer cardan axis

'(.. übertragen werden. Bei Verzicht auf eine Kardanlagerung für den Träger des Folgerahmens würde die Kraft m dann im Falle einer Rollbewegung zwei Komponenten m 1 und m 2 haben, die parallel zu der inneren Kardanachse bzw. zu der äußeren Kardanachse'(.. are transferred. If a cardan bearing for the carrier of the following frame is dispensed with, the force m would then have two components m 1 and m 2 in the case of a rolling movement, which are parallel to the inner cardan axis and to the outer cardan axis, respectively

2;-. gerichtet sind. Die Komponente m2 würde ein Drehmoment um die innere Kardanachse erzeugen, welches nicht auf das Rotorgehäuse übertragen würde; die Komponente m 1 würde das Drehmoment um die äußere Kardanachse erzeugen, welches durch die Lager2; -. are directed. The component m2 would generate a torque around the inner cardan axis which would not be transmitted to the rotor housing; the component m 1 would generate the torque around the outer cardan axis, which is generated by the bearings

yj 12 auf das Rotorgehäuse übertragen wird. Das auf den Rotor ausgeübte Drehmoment würde daher nicht genau um die wahre horizontale Ost-West-Achse einwirken, sondern eine größere Komponente um diese Achse aufweisen, die die erforderliche Präzession in Azimut-yj 12 is transferred to the rotor housing. That on the The torque exerted by the rotor would therefore not act exactly around the true horizontal east-west axis, but have a larger component around this axis, which has the required precession in azimuth

3< richtung hervorruft, und eine kleinere Komponente um die vertikale Achse, welche einen unerwünschten Ausschlag der Umlaufachse des Rotors erzeugt.3 <direction, and a smaller component around the vertical axis, which creates an undesirable deflection of the rotation axis of the rotor.

Das Vorhandensein dieser kleineren Komponente würde zu übermäßigen Schwingungen des Kompasses während einer Rollbewegung des Fahrzeugs oder zu langfristigen Fehlern führen, wenn das Fahrzeug eine langdauernde Schlagseite hat, da der Folgerahmen in dem Fahrzeug nicht kardanisch gelagert ist.The presence of this smaller component would cause the compass to vibrate excessively during a roll movement of the vehicle or lead to long-term errors if the vehicle has a has a long list, since the subsequent frame is not gimbaled in the vehicle.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Claim:

Gyro compass for vehicles whose gyro element is so gimbaled in a subsequent frame is mounted that the gyro element carrying the inner gimbal axis normally in the direction of Axis of rotation of the following frame and the outer cardan axis normally perpendicular to the twist axis of the gyro element runs, the soldering of the gyro element by an on Liquid ballistics attached to the gyro element, characterized in that the Carrier (17) of the following frame (15) is attached directly to the vehicle.