DE348586C

DE348586C - Wing strain meter for aircraft

Info

Publication number: DE348586C
Application number: DE1919348586D
Authority: DE
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 1918-06-03
Filing date: 1919-08-15
Publication date: 1922-02-11
Also published as: FR533423A; GB156808A

Description

DEUTSCHES REICHGERMAN EMPIRE

AUSGEGEBEN AM 11. FEBRUAR 1S22ISSUED FEBRUARY 11, 1S22

REICHSPATENTAMTREICH PATENT OFFICE

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

- JVl 348586 -KLASSE Wk, GRUPPE^ - JVl 348586 - CLASS Wk, GROUP ^

Firma Carl Zeiss in Jena.Carl Zeiss company in Jena.

Flügelbeanspruchungsmesser für Flugzeuge.Wing strain gauges for aircraft.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 15. August 1919 ab.Patented in the German Empire on August 15, 1919.

Für diese Anmeldung ist gemäß dem Unionsvertrage vom 2. Juni 1911 die Priorität auf Grund der Anmeldung in Österreich Vom 3. Juni 1918 beansprucht.According to the Union Treaty of June 2, 1911, priority is due to this application of registration in Austria of June 3, 1918 claimed.

Die tragenden Organe von Flugzeugen erhalten im allgemeinen solche Abmessungen, daß sie unter Zugrundelegung beschleunigungsfreien Fluges bei der für ihre Beanspruchung ungünstigsten Trimmlage (Längsneigung) eine gewisse, meist fünffache Bruchsicherheit aufweisen. Über etwa in der Ausübung des Fluges eintretende Beschleunigungszustände und Massenkräfte werden meist keine näheren Angaben zugrunde ge-The structural organs of aircraft are generally given such dimensions, that they are based on acceleration-free flight for their demands in the most unfavorable trim position (longitudinal inclination) have a certain, usually fivefold, break resistance. About about in the Acceleration states and inertia forces occurring during the course of the flight are usually not based on any further details.

legt, vielmehr werden sie lediglich durch Vorschreibung der genannten Bruchsicherheit bei beschleunigungsfreiem Fluge berücksichtigt. Nun treten aber oft Zustände ein, wo die durch Trägheitskräfte bei Beschleunigungszuständen hervorgerufenen zusätzlichen Beanspruchungen sehr hohe werden. Ja, in zahlreichen Fällen ist Flügelbruch in der Luft eingetreten, weil infolge zu plötzlichen to Steuermanövers bei hoher Fluggeschwindigkeit die Sicherheitsgrenze offenbar überschritten wurde.rather, they are only included by prescribing the aforementioned resistance to breakage Acceleration-free flights are taken into account. But now conditions often arise where the Additional stresses caused by inertial forces in acceleration states become very high. Yes, in numerous cases the wing ruptured in the air because it was too sudden as a result to control maneuvers at high airspeed, the safety limit apparently exceeded became.

Den Gegenstand der Erfindung bildet ein Flügelbeanspruchungsmesser, welcher den Piloten jederzeit während des Fluges erkennen läßt, welcher Beanspruchung die tragenden Organe seines Flugzeuges mit Rücksich auf den Beschleunigungszustand ausgesetzt sind bzw. welcher Spielraum ihnen noch bis zur äußersten Beanspruchung zur Verfügung steht oder mit welcher Bruchsicherheit er jederzeit noch rechnen kann.The subject of the invention forms a wing strain meter, which the Lets pilots see at any time during the flight what stress the load-bearing is exposed to Organs of his plane exposed to the state of acceleration are or what leeway is still available to them up to the extreme stress or with what degree of resistance to breakage he can still count at any time.

Erreicht könnte dies durch den Einbau von Dynamometern in alle gefährdeten Teile werden. Dies ist naturgemäß praktisch nicht ausführbar.This could be achieved by installing dynamometers in all at risk Parts will be. Naturally, this cannot be carried out in practice.

Erfindungsgemäß wird die Flügelbeanspruchung nicht an der im Tragsystem auftretenden Spannung gemessen, sondern an der dieser Spannung das Gleichgewicht haltenden »Gesamtmassenkraft«, wobei unter »Gesamtmassenkraft« die Resultierende aus den beiden an den Massenteilen angreifenden Kräften, nämlich dem Gewicht und der dem Bewegungszustand entsprechenden Trägheitskraft verstanden wird.According to the invention, the wing stress is not applied to that occurring in the support system Tension measured, but rather on the "total mass force" that maintains the equilibrium of this tension, whereby under "total mass force" the resultant of the two forces acting on the parts of the mass, namely the weight and the state of motion corresponding inertial force is understood.

Und zwar werden von diesen Kräften nur die zur Tragflächenebene senkrechten Komponenten zur Messung herangezogen, weil nur ihre Summe die gefährliche (flächensenkrechte') Luftreaktionskomponente kompensiert. In fact, only the components perpendicular to the plane of the wing become of these forces used for measurement because only their sum represents the dangerous (surface perpendicular ') Air reaction component compensated.

A⁷On den Kräften, welche seitens der vorbeiströmenden Luft auf die Tragfläche einwirken, werden nur die auf der Tragflächenebene senkrecht stehenden Komponenten in den angedeuteten Fällen eine beträchtliche Vergrößerung erleiden, welche zum Bruch von Flugzeugteilen führen können, denn zur Tragflächenebene parallele Komponenten können nur in Form von Luftreibung auf die Tragfläche angreifen und daher kaum jemals gefährlich werden.A ⁷ On the forces that act on the wing from the air flowing past, only the components that are perpendicular to the wing plane will suffer a considerable increase in the indicated cases, which can lead to the breakage of aircraft parts, because components parallel to the wing plane can only be in Attack in the form of air friction on the wing and therefore hardly ever become dangerous.

Der Flügelbeanspruchungsmesser gemäß der Erfindung besteht nun wie die bekannten Beschleunigungsmesser im wesentlichen in einem federnd aufgehängten Massensystem, dessen Schwerpunkt in der Richtung einer geraden Linie eine Bewegungsfreiheit hat.The wing strain meter according to the invention now exists like the known ones Accelerometer essentially in a spring suspended mass system, whose center of gravity has freedom of movement in the direction of a straight line.

Diese »Meßrichtung« wird bei dem Einbau des Instrumentes senkrecht oder nahezu senkrecht zur Tragflächenebene eingestellt. Damit das Massensystem des Instrumentes denselben Beschleunigungen unterliegt, die für die Tragflächenbeanspruchung des Flugzeuges ! durch Trägheitskräfte maßgebend sind, wird j der Flügelbeanspruchungsmesser in der Nähe des Flugzeugschwerpunktes untergebracht. Dann kann die in die Meßrichtung fallende Komponente von Gewicht und Trägheitskraft des im Instrument verwendeten Massensystems •durch die Spannung· einer Meßfeder kompensiert werden, und da andererseits zwischen der gekennzeichneten Komponente von Gewicht und Trägheitskraft des ganzen Flugzeuges mit der gefährlichen Komponente der Luftreaktionskraft Gleichgewicht besteht, so kann die letztere durch die Federspannung gemessen werden. An dem Massensystem des Meßinstrumentes wird dabei zweckmäßig eine Dämpfungseinrichtung vorgesehen.This "measuring direction" becomes vertical or almost vertical when the instrument is installed adjusted to the wing plane. So that the mass system of the instrument is the same Accelerations are subject to that for the wing loading of the aircraft ! by inertial forces, j becomes the wing strain gauge nearby of the aircraft's center of gravity. Then the falling in the measuring direction can Component of the weight and inertia of the mass system used in the instrument • be compensated by the tension · of a range spring, and on the other hand between the identified component of weight and inertia of the entire aircraft with the dangerous component of the air reaction force equilibrium exists so the latter can be measured by the spring tension. On the mass system of the measuring instrument, a damping device is expediently provided.

In diesem Sinne ist das Zeigerwerk und die Skala so eingerichtet, daß durch die Federdeformation der Grad der gefährlichen Beanspruchung, und zwar im Vielfachen der Normalbeanspruchung, welche im beschleunigungsfreien Fluge der Gewichtskomponente allein entspricht, oder in Teilen der verbleibenden Bruchsicherheit, angezeigt wird.In this sense, the pointer mechanism and the scale are set up so that the spring deformation the degree of dangerous stress, namely in multiples of the normal stress, which in the acceleration-free flight of the weight component alone corresponds, or in parts of the remaining fracture resistance, is displayed.

Durch Verstellung der Skala des Instrumentes oder durch Regelung der Spannung bzw. Verlegung des Angriffspunktes der Feder kann das Instrument den jeweiligen Belastungen des Flugzeuges, entsprechend den verschieden großen Nutzlasten, angepaßt werden. By adjusting the scale of the instrument or by regulating the voltage or relocation of the point of application of the spring, the instrument can handle the respective loads of the aircraft, according to the different large payloads.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Masse in zwei um eine gemeinsame Achse gegenläufig drehbare Systeme von gleichem Massenmoment aufgelöst sein, die gegebenenfalls von zwei exzentrisch belasteten, hintereinander gelagerten Scheiben gebildet sind, von welchen die äußere einen mit Zeigermarke versehenen Ausschnitt besitzt, hinter welchem die auf der zweiten Scheibe angeordnete Skala erscheint.In a further embodiment of the invention, the mass can be divided into two around one common Axis counter-rotating systems of the same moment of inertia be resolved, the possibly formed by two eccentrically loaded discs mounted one behind the other of which the outer one has a cutout provided with a pointer, behind which the scale on the second disk appears.

In den Zeichnungen ist der Erfindungsgegenstand in einigen Ausführungsformen beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigtIn the drawings, the subject matter of the invention is in some embodiments illustrated for example, namely shows

Abb. ι eine schematische Vorderansicht undFig. Ι a schematic front view and

Abb. 2 einen Vertikalschnitt der einen Ausführungsform,Fig. 2 is a vertical section of one embodiment,

Abb. 3 und 4 Bauarten einer anderen Ausführungsform. Fig. 3 and 4 types of another embodiment.

Bei dem in Abb. 1 und 2 gezeichneten Ausführungsbeispiel wird die Meßmasse von zwei um den Bolzen 3 drehbar gelagerten Scheiben r, 2 gebildet, von denen die eine — 1 — durch das Gewicht 4, die andere — 2 — durch das Gewicht 5 exzentrisch belastet ist. Die Scheiben 1, 2 sind durch ein Zahngetriebe 6, 7In the embodiment shown in Figs the measuring mass is formed by two disks r, 2 rotatably mounted around the bolt 3, one of which - 1 - by weight 4, the other - 2 - is eccentrically loaded by weight 5. the Discs 1, 2 are driven by a toothed gear 6, 7

miteinander zwangläufig verbunden, und zwar steht die Scheibe ι durch eine Innenverzahnung mit dem Zahnrad 6 und die Scheibe 2 mit dem Zahnrad 7 in Verbindung, deren Größen derart bemessen sind, daß sich beide Scheiben stets um den gleichen Winkel drehen, und zwar in entgegengesetzter Richtung. Durch eine schräg verlaufende Feder 8 ist im vorliegenden Falle die Scheibe 1 an dem Gehäuse 9 festgelegt, so daß die gegenseitige Verdrehung der Scheiben nur unter Überwindnug der Federkraft erfolgen kann.inevitably connected to one another, namely the disk is ι by an internal toothing with the gear 6 and the disc 2 with the gear 7 in connection, whose Sizes are dimensioned in such a way that both discs always rotate at the same angle, in the opposite direction. By an inclined spring 8 is in present case, the disc 1 fixed to the housing 9 so that the mutual Rotation of the discs can only take place by overcoming the spring force.

Durch ein an der Welle des Zahngetriebes 6, 7 aufgekeiltes Flügelrad 10 wird eine Dämpfung des Getriebes erzielt.By a keyed on the shaft of the gear 6, 7 impeller 10 is a Attenuation of the transmission achieved.

Die Scheibe 1 ist im vorliegenden Falle mit einem Ausschnitt versehen, der den Zeiger ι r trägt. Mit der Scheibe 2 ist ein Zifferblatt 12 verbunden, auf welchem eine entsprechende Skaleneinteilung vorgesehen ist,-von welcher, je nach der Stellung der Scheiben ι und 2 zueinander, der eine oder andere Teil durch die das Gehäuse vorne abschließende Glasplatte o. dgl. 13 sichtbar wird. , Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist | folgende: ^: In the present case, the disk 1 is provided with a cutout which carries the pointer ι r. A dial 12 is connected to the disk 2, on which a corresponding scale division is provided, of which, depending on the position of the disks 1 and 2 relative to one another, one or the other part through the glass plate or the like 13 that closes the housing at the front becomes visible. , The operation of the device is | the following ^::

Das Instrument ist in der Nähe des Flugzeugschwerpunktes so eingebaut, daß die Bewegungsrichtung des Schwerpunktes der ex- ; zentrisch belasteten Scheiben ungefähr senkrecht zur Tragflächenebene verläuft.The instrument is installed near the aircraft's center of gravity so that the direction of movement the focus of ex-; centrically loaded discs approximately vertically runs to the wing plane.

Bei normalem Geradeausflug werden die < Gewichte in einer der Gravitationskomponente charakteristischen Ruhelage durch die ■ Feder 8 gehalten. Bei einer Veränderung dieses Komponentialbetrages sowie beim j Hinzutritt der Komponente einer Trägheits- 1 kraft, sei es infolge einer Steig- oder Fall- ; beschleunigung, sei es infolge einer Flugrich- ; tungsänderung, stellen sich die Massen in j eine solche Lage ein, daß die Summe der auf- j tretenden Massenkraftkomponenten der sich ändernden Federspannung wiederum das Gleichgewicht hält. ■ ■ jIn normal straight flight the <weights in a gravity component characteristic resting position are held by the spring ■ 8th With a change in this component amount as well as with the addition of the component of an inertial force, be it as a result of a climbing or falling; acceleration, be it as a result of flight direction; change, the masses in j adjust themselves to such a position that the sum of the occurring mass force components of the changing spring tension again maintains the equilibrium. ■ ■ j

Hierbei erfolgt eine relative Verstellung | der beiden Scheiben 1 und 2 zueinander, und der Zeiger 11 zeigt den Belastungszustand auf der Skala 12 an.A relative adjustment | takes place here of the two disks 1 and 2 to each other, and the pointer 11 indicates the load condition on the scale 12.

Durch das die Bewegung dämpfende Windflügelrad 10 wird eine Dämpfung der Eigenschwingung des Instrumentes erreicht. Gleichzeitig und insbesondere dadurch, -daß ', das Windflügelrad ins Hohe übersetzt ist, ' wird die Eigenfrequenz des Instrumentes j derart herabgesetzt, daß keine Resonanz- j erscheinung mit den Frequenzen der periodi- j sehen Erschütterungen des Flugzeuges eintritt. ; In Abb. 3 ist eine andere, hydraulische, .' Ausführungsform dargestellt: Als Massensystem ist hier, wie dieses bei Beschleuni-' gungsmessern bekannt ist, die Masse einer Flüssigkeitssäule r verwendet." Ein Federmanometer 2 vereinigt in sich die Meßfeder mit dem Anzeigewerk. Die leicht nachgebende Membran, Kolben. o. dgl. 3 trennt die Meßflüssigkeit 1 (beispielsweise Quecksilber) von der spezifisch leichteren Sperrflüssigkeit (etwa Alkohol), welche das Manometer erfüllt. Die Membran 4 sperrt die Meßflüssigkeit gegen die äußere Atmosphäre ab. Die Membranen haben den Zweck, erstens eine bestimmte Begrenzung der Meßflüssigkeitssäule und damit den richtigen Einbau des Geräts im Flugzeug zu ermöglichen, zweitens das Quecksilber unten vom Manometer fernzuhalten und oben sein Herausfließen beim Rückenfluge zu verhindern. Die bei dieser Ausführungsform notwendige Kommunikation mit dem Außendruck zur Vermeidung einer Störung durch dessen Beeinflussung durch die Flughöhe kann übrigens auch vermieden und das Gefäß oben geschlossen werden, wenn, wie in Abb. 4 angedeutet, auch das ganze Manometer luftdicht vom Außendruck etwa durch ein Glasgehäuse 5 abgeschlossen wird.The impeller 10 damping the movement damps the natural oscillation of the instrument. At the same time, and in particular by "the fact that " the wind vane wheel is geared up, "the natural frequency of the instrument is reduced in such a way that there is no resonance phenomenon with the frequencies of the periodic vibrations of the aircraft. ; In Fig. 3 there is another, hydraulic,. ' Embodiment shown: As is known in accelerometers, the mass of a liquid column r is used as the mass system. "A spring manometer 2 combines the measuring spring with the indicator separates the measuring liquid 1 (for example mercury) from the specifically lighter barrier liquid (such as alcohol) which the manometer fills. The membrane 4 blocks the measuring liquid from the outside atmosphere To enable correct installation of the device in the aircraft, secondly, to keep the mercury away from the pressure gauge below and to prevent it from flowing out at the top during inverted flight Vessel closed at the top, w hen, as indicated in Fig. 4, the entire pressure gauge is also sealed off from the external pressure in an airtight manner, for example by a glass housing 5.

Der Flügelbeanspruchungsmesser kann, namentlich für die Zwecke experimenteller Untersuchungen, registrierend ausgebildet werden.The wing strain meter can, especially for the purposes of experimental Examinations, trained to be registered.

Die Einstellung der Meßrichtung senkrecht zur Flügelebene ist für die Verwendung des Flügelbeanspruchungsmessers als Kontrollinstrument für den Flugzeugführer während des Fluges vorteilhaft, ist' aber kein entscheidendes Merkmal der Erfindung. Vielmehr sind auch Verwendungszwecke etwa zu wissenschaftlichen Experimenten und Messungen denkbar, bei denen die Anordnung eines oder mehrerer derartiger Instrumente mit der Meßrichtung in anderer Lage vorzunehmen wäre, wobei dann die in eben jene Richtung entfallende Komponente der Flügelbeanspruchung zur Anzeige gelangen würde.The setting of the measuring direction perpendicular to the plane of the wing is necessary for the use of the Wing strain meter as a control instrument for the pilot during of flight is advantageous, but is not a critical feature of the invention. Much more are also used for scientific experiments and measurements conceivable in which the arrangement of one or more such instruments with the direction of measurement in another position would have to be carried out, in which case the one in just that Direction of the omitted component of the sash stress would come to the display.

Insbesondere ermöglicht die Anordnung eines Flügelbeanspruchungsmessers, mit der Meßrichtung senkrecht zur Flugbahn (relativen Stromrichtung), oder auch zur Propellerachse montiert, die Verwirklichung eines Verfahrens zur experimentellen Aufnahme der. ärodynamischen Charakteristik mittels eines Meßfluges mit einem beliebigen Flugzeug.In particular, the arrangement of a wing strain meter allows with the Measurement direction perpendicular to the flight path (relative current direction), or also to the propeller axis mounted, the realization of a method of experimental recording the. aerodynamic characteristics by means of a measurement flight with any Plane.

Da die vom Flügelbeanspruchungsmesser zum Ausdruck zu bringende Komponentialsumme von Schwerkraft und Trägheitskraft auch gleich ist dem Produkt aus Tragflächeninhalt, Staudruck und einer Funktion des Trimmwinkels bzw. Anstellwinkels, so läßt tau sich, sobald die ärodynamische Charakteristik eines Flugzeuges bekannt ist, aus dem Quo-Since the component sum to be expressed by the wing strain meter of gravity and inertia is also equal to the product of the wing area, Dynamic pressure and a function of the trim angle or angle of attack, so can be tau as soon as the aerodynamic characteristics of an aircraft is known from the quo-

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tienten der Anzeigen von FlügelHeanspruchungsmesser und Staudruckmesser der Trimmwinkel (Anstellwinkel) selbst ableiten. Da von diesem das Maß der Längsstabilität (Trimmstabilität) in entscheidender Weise abhängt, so kann die Kombination des Flügelbeanspruchungsmessers mit einem Staudruckmesser auch direkt zu einem Trimmstabilitätsmesser ausgebildet werden.tient of the displays of the wing strain gauges and dynamic pressure gauges Derive the trim angle (angle of attack) yourself. Because of this the measure of the longitudinal stability (Trim stability) depends in a decisive way, so can the combination of the wing strain meter can also be designed directly into a trim stability meter with a dynamic pressure meter.

ίο Der Flügelbeanspruchungsmesser ist, wie dargelegt, keineswegs ein reiner Beschleunigungsmesser. Denn die effektive Beschleunigung des Flugzeuges allein kann er nicht messen, nur deren Resultierende mit der nicht zur Wirksamkeit kommenden Schwerebeschleunigung. Er mißt damit die dieser Resultierenden proportionale »Gesamtmassen- · kraft« und damit die ihr das Gleichgewicht haltende »Luftkraft«.ίο The wing strain gauge is how stated, by no means a pure accelerometer. Because the effective acceleration of the airplane alone he cannot measure its resultant with that acceleration of gravity coming into effect. With this he measures the »total mass- · proportional to this resultant Kraft "and with it the" air force "that keeps it in balance.

Claims

Patent Claims:

ι, wing strain meter for aircraft, characterized by a mass system balanced by spring force o Gravity and the forces of inertia resulting from changes in speed or direction, which are omitted approximately perpendicular to the wing profile chord, measures.

2. wing stress meter according to claim i, characterized in that the proper movements of the mass system are dampened.

3. wing stress meter according to claim 1, characterized in that the scale of the instrument is adjustable, or several scales are provided, or the tension or direction of tension of the spring can be changed.

4. wing stress meter 'according to claim 1, characterized in that the mass serving as a measuring element of two counter-rotating about an axis at the same angle rotatable systems is formed by the same moment of inertia.

5. wing stress meter according to claim 4, characterized in that the masses consist of two eccentrically loaded disks (i, 2) mounted one behind the other, of which the outer has a cutout (11) provided with pointer marks, behind which the on the second counter-rotating disc (2) arranged scale (12) appears.

6. wing stress meter according to claim 2, characterized in that a column of liquid as a mass system and a spring pressure gauge as a spring with pointer mechanism is used, the damping being brought about by the fluid friction.

7. wing stress meter according to claim 6, characterized in that the measuring liquid from a barrier liquid that meets the pressure gauge through a easily movable intermediate member (3) is separated.

8. wing stress meter according to claim 6, characterized in that also the upper end of the measuring liquid column by an easily movable member (4) is closed.

9. wing stress meter according to claim 6, characterized in that the spring body of the manometer by a housing completely airtight from the external pressure and the measuring liquid The receiving vessel is closed at the top via a small air chamber.

10. wing stress meter according to claim 1, characterized in that it is executed in a registering manner.

11. Combination of one or more wing strain meters according to claim i, possibly deviating from the wing chord normal Orientation of the measuring direction, approximately perpendicular to the propeller axis or to the flight path tangent (relative flow direction) with a dynamic pressure gauge and a method for determining the angle of attack ο. Like. For the purpose of experimental investigation of the wing properties (especially the aerodynamic characteristics) in flight.

12. Combination of the wing strain meter according to claim 1, with a Dynamic pressure instrument ο. Like. To display the trim angle (angle of attack) or a criterion of the trim stability of an aircraft.

1 sheet of drawings.