DE398387C - Selbsttaetige Hoehensteuerung fuer Luftfahrzeuge - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine selbsttätige Steuerung für Luftfahrzeuge, durch die jede Höhenänderung selbsttätig korrigiert wird, so daß nach einmaliger Einstellung der Vorrichtung das Fahrzeug innerhalb geringer Fehlergrenzen eine konstante Höhenlage beibehält.

Gemäß der Erfindung werden die Kopfbzw. Schwanzruder oder Balanceflächen des Fahrzeugs durch einen Motor betätigt, dessen Bewegung elektrisch durch ein Statoskop beeinflußt wird. Dieses besteht aus einer geschlossenen, mit Luft gefüllten Kammer, die dem atmosphärischen Luftdruck durch Vermittlung einer beweglichen Scheidewand, /.. B. einer Quecksilberkugel, ausgesetzt ist. Durch die Bewegungen der Scheidewand (der Ouecksilberkugel) wird ein elektrischer Steuerstromkreis geöffnet oder geschlossen.

ao Da die Quecksilberkugel die öffnung der Luftkammer nach der Atmosphäre hin abschließt, wird sie durch jede Luftdruckänderung in bekannter Weise nach der einen oder anderen Seite verschoben; dies wird zur selbsttätigen Stabilisierung benutzt, so daß, wenn das Luftfahrzeug steigt oder fällt, die selbsttätige Steuerung in Wirkung tritt und die nach oben oder unten gerichtete Abweichung von der gewünschten Höhenlage selbsttätig korrigiert.

Das Statoskop arbeitet zweckmäßig mit einem Uhrwerk zusammen, von dem es intermittierend beeinflußt wird, indem das Uhrwerk in regelmäßigen Zeitabständen den Stromkreis des Statoskops schließt, wodurch die Steuerungseinrichtung in korrigierendem Sinne betätigt wird, falls eine erhebliche Veränderung in der Höhenlage des Luftfahrzeugs eingetreten ist. Der Kontaktschluß kann durch eine Barometerdose und einen Kontaktarm hergestellt werden, der elektrisch mit dem Mittelkontakt des Statoskops und einer einstellbaren Kontaktschraube verbunden ist, die mit einem auf der Barometerdose sitzenden Kontaktstift zusammenwirken kann. Auf der anderen Seite der Dose ist eine unter Federdruck stehende Bürste für die Uhrwerkskontakte befestigt, auch ist an der Dose eine kleine Sperrnase angebracht, die den Kontaktarm in der Schlußlage hält. Die Nase gibt den Kontakt frei, wenn der Stromkreis unterbrochen und die selbsttätige Steuerungseinrichtung abgeschaltet wird. Durch Einstellung der Kontaktschraube kann die Statoskopsteuerung bei Erreichung einer beliebigen Höhe eingeschaltet werden, wobei der Stromkreis bei der Barometerdose erst geschlossen wird, wenn der Außendruck unter einen bestimmten sinkt.

Das Statoskop und die Uhr können mit durch den Luftdruck betätigten Einrichtungen zusammenwirken, bei denen von der oberen und der unteren Fläche eines Tragflügels einer Flugmaschine ausgehende Rohre Über- und Unterdrücke hervorrufen, die sich mit dem Einfallwinkel ändern. Der Statoskopstromkreis verstellt die Kopf- und Schwanzsteuer mittels einer einstellbaren Kontaktvorrichtung, die in der erwähnten Druckdift'erenzeinrichtung liegt. Diese Kontaktvorrichtung ist an einer steilgängigen Schraube angebracht, die je nach dem vom Statoskop geschlossenen Kontakt in der einen oder anderen Richtung gedreht wird, wodurch die Steuerkontakte bei jeder Betätigung durch das Statoskop so verschoben werden, wie es die Höhenkorrektur erfordert.

Zum Bewegen der Steuer kann ein Wechselgetriebe, z. B. nach Williams-Janney, dienen, in dem Pumpen und Motoren auf-

einander arbeiten " und die Pumpenleistung veränderlich ist.

Der Erfindungsgegenstand ist in beispielsweiser Ausführung in der Zeichnung veranschaulicht.

Abb. ι ist eine teilweise im Schnitt gezeichnete schematische Darstellung der Gesamteinrichtung.
Abb. 2 stellt gleichfalls schematisch die Verbindungen mit den Steuerflächen dar.

A ist eine Flugzeugtragfläche, von der Luftrohre B, B¹ abwärtsgehen; Rohr B geht an der oberen Fläche von A in erheblicher Entfrnung hinter der Vorderkante aus, B¹ an der unteren Fläche von A unmittelbar an der ' Vorderkante und ist gegen diese umgebogen, so daß in dem Rohr B¹ beim Fliegen Druck, in dem Rohr B Saugwirkung auftritt, deren Stärke je nach den Flugverhältnissen wechselt.

Die Rohre B, B¹ sind je an eine Seite einer Barometerdose C bzw. C¹ angeschlossen. Die freien Seiten der Dosen C, C¹ sind durch ein Rohre verbunden, das eine einstellbare Stromschlußvorrichtung D trägt, die in dem dargestellten Beispiel vier Kontakte besitzt. Die Barometerdosen werden von Ständern E getragen, die auf der Grundplatte e befestigt sind.

F ist die Statoskopliuftkammer, die nach unten in einem U-Rohr f ausläuft, dessen Ende/¹ der Außenluft Zutritt gewährt. Im untersten Teil des U-Rohres / liegt eine Ouecksilberkugel f². Das Rohr ist hier etwas verengt und erweitert sich von dieser Stelle aus nach rechts und links. In die Quecksilberkugel f" reicht ein Kontakt f^s, zu beiden Seiten ragen Kontakte /* in das U-Rohr hinein, so daß bei einer geringen Bewegung der Ouecksilberkugel Stromschluß an dem einen oder anderen Kontakt/⁴ entsteht. Der mittlere Kontakt /³ ist mit einem federnden Kontaktarm G verbunden, der an seinem freien Ende eine einstellbare Kontaktschraube g trägt. Die seitlichen Kontakte f* sind mit zwei auf der Grundplatte e befestigten Elektromagneten H verbunden.

Neben der Statoskopluftkammer F ist eine Barometerdose / mit einem Mittelkontakt j angeordnet, der der Kontaktschraube §· gegenüberliegt; auf der anderen Seite liegt der Dose / eine Feder an, deren äußeres Ende auf eine Bürste/¹ wirkt. Diese ragt in den Weg von Kontaktstreifen k, die in gewissen Abständen um das Zifferblatt K einer Uhr verteilt sind. Die Zeigerspindel der Uhr ist mit einem Pol einer Batterie L verbunden, an deren anderen Pol die Elektromagnete H, H angeschlossen sind. ■ .

Über diesen Magneten liegt eine steilgängige Schraube M mit einer Kontaktvorrichtung N. Diese trägt zwei Paare seitlicher Kontakten, von denen das eine oder das andere Paar mit dem einen oder anderen der einstellbaren Kontakte d, d einer Kontaktvorrichtung D in Berührung kommen kann.

Damit die elektrische Statoskopsteuerung in Wirksamkeit tritt, wenn eine bestimmte Höhe erreicht ist, ist die Dose/ so gewählt, daß der Kontakt/ gegen den Kontaktg des Armes G gedrückt wird, wenn der äußere Druck unter einen vorbestimmten Wert sinkt, wonach dann die leitende Verbindung zwischen / und g mittels⁰ der Sperrnase/² aufrechterhalten wird. Um der Sperrnase dies zu ermöglichen, wird der Arm G mittels der Stellschraube G¹ entsprechend eingestellt. Das Uhrwerk läuft ununterbrochen mit bestimmter Geschwindigkeit, und die Kontaktstreifen gehen in regelmäßiger Folge an der Bürste Z¹ vorbei, so daß die Statoskopsteuerung ihrerseits in regelmäßigen Intervallen von der Uhr aus eingeschaltet wird. Wenn das Flugzeug in gleichmäßiger Höhe fliegt, ist der Druck innerhalb des Statoskops dem äußeren Druck gleich, und die Ouecksilberkugel f² verbleibt daher in ihrer mittleren Lage, also außer Berührung mit dem einen oder anderen der Seitenkontakte f, so daß der Magnetstromkreis nicht geschlossen wird. Wenn das Luftfahrzeug aber in eine andere Höhe gelangt, wird die Luft in der Statoskopkammer sich entweder ausdehnen oder mehr oder minder komprimiert werden, je nach dem Maß des Steigens oder Sinkens, und die Ouecksilberkugel wird daher nach der einen oder anderen Seite bewegt, so daß sie den betreffenden Kontakt und damit den Magnetstromkreis über die Batterie schließt.

Die Magnetanker h sind je mit einer Klinke versehen, die auf ein Sperrad wirkt, das auf der steilgängigen Spindel M befestigt ist, diese also drehen kann. Der eingeschaltete Magnet bewirkt daher eine gewisse Teildrehung der Spindel M, und die auf dieser befindliche Kontaktmutter N wird somit in entsprechender Richtung verschoben.

Eine solche Verschiebung tritt jedesmal ein, wenn das Statoskop in der vorstehend geschilderten Weise arbeitet, aber jede ist nur gering, und Kontakt zwischen N und D findet nur dann statt, wenn auch die Kontaktvorrichtung D mittels der Barometerdosen C, C¹ hinreichend verschoben worden ist. Wenn beim nächstfolgenden Uhrkontakt das Flugzeug noch immer steigt oder fällt, so wird stets derselbe Kontakt f⁴ vom Statoskop aus geschlossen, und jedesmal wird die Spindel M weitergedreht und die Mutter N etwas mehr in der betreffenden Richtung verschoben, weil die Spindel M von ein und demselben Magnet aus immer in ein und derselben Richtung gedreht wird. Wenn also nicht von außen

in die Steuerung eingegriffen wird, folgen weitere Teilverschiebungen, bis die Kopf- und Schwanzsteuer so weit angestellt sind, um das Fahrzeug wieder in die gewünschte Höhenlage zu bringen. Eine Verschiebung des Quecksilljers in entgegengesetzter Richtung ergibt auch die Umkehrung der Bewegung des Kontaktes N. Die Stromkreise zu der einen oder anderen Steuerung werden zwischen den Kon- »o takten η und d der einen oder anderen Seite geschlossen.

Die an sich bekannte Steuereinrichtung ist in Abb. 2 veranschaulicht. Zum Betätigen dieser Einrichtung kann ein hydraulisches Wechselgetriebe nach Williams-Janney benutzt werden, dessen kontinuierlich laufende Pumpe mit veränderlicher Förderleistung bei O (Abb. 1) dargestellt ist. Diese Pumpe ist mit einem geeigneten Motor, z. B. einem doppeltao wirkenden Tauchkolben, gekuppelt. Die Förderleistung der Pumpe O kann in üblicher Weise zwischen Null und einem Höchstwert mittels der steilgängigen Spindel 0 (Abb. 2) geändert werden. Mit der Antriebseinrichtung kann eine der bekannten Vorrichtungen verbunden sein, die das sogenannte Tanzen des Reglers verhütet.

In der schematischen Darstellung der Abb. 2 ist O die schon erwähnte Pumpe, die hier von einer Luftschraube O¹ angetrieben wird. Die Pumpe O ist mit beiden Enden eines Zylinders U verbunden, in dem ein KoI- \ ben u so eingeführt ist, daß ein gewisser j Flüssigkeitsübergang von der einen Kolben- | seite zur anderen möglich ist. Gegen die bei- ! den Kolbenseiten wirken Schraubenfedern u¹, zwischen denen der Kolben u je nach der Umdrehungsgeschwindigkeit der Pumpe O in der einen oder anderen Richtung verschoben wird, j Die Kolbenstangew² ist mittels eines über Führungsrollen w¹ geführten Drahtseils ν ο. dgl. .mit einem Steuer V verbunden, das je j nach der Pumpeneinstellung verstellt wird.

Zur Veränderung der Förderrichtung der Pumpe O ist ein kleiner umsteuerbarer Elektromotor P (Abb. 1) vorgesehen, der in dem vom Statoskop und der Differentialluftdruckleitung gesteuertem Stromkreis liegt und von dem ein lose auf einer Welle q sitzendes Schneckenrad p angetrieben wird. Mit der Spindel q ist eine Scheibe Q verbunden, auf deren Umfläche Metallstreifen befestigt sind. Diese stehen mit der Kontaktmutter N in leitender Verbindung. Das untere Ende der Spindel q geht in eine Hülse q¹ über, deren unterer Teil mit Steilgewinde versehen ist, das auf die Gewindespindel 0 arbeitet. Zum selbsttätigen Kuppeln der Spindel q mit der Schnecke p dient eine magnetische Kupplung R.

An die Klemmen p¹ des umkehrbaren Motors P sind zwei Batterien S angeschlossen, die als die beiden Seiten einer geteilten Batterie betrachtet werden können. Je nach der Schaltung läuft der Motor in der einen oder anderen Richtung um. Von den Batterien und den Klemmen p^% gehen Leitungen zu Bürsten s, die auf den Metallstreifen der Kontaktscheibe Q schleifen. Die vorhandenen vier Metallstreifen sind paarweise gemäß Abb. 1 mit den vier Kontakten η der Kontakteinrichtung N verbunden.

Die Klemmen p² des Motors P sind mit den Kontakten d, d der Kontaktvorrichtung D verbunden, die, wie schon beschrieben, von den Barometerdosen C, C¹ aus betätigt wird. In die Leitungen zwischen die Klemmen ρ² und die Kontakte d, d ist ein Kupplungsrelais R¹ ©ingeschaltet, das zu der magnetischen Kupplung R gehört. In dem Stromkreis zwischen den Relais R¹ und der Spuler ! der Magnetkupplung R liegt eine Batterie r¹, ! deren Strom den Magneten r der Kupplung ! erregt, wenn das Relais betätigt wird.

Wenn das Statoskop nach der einen oder anderen Richtung hin arbeitet, sobald einer der Kontakte k der Uhr K der Bürste j¹ anliegt, wird der jeweils in Betracht kommende Elektromagnet H angezogen und die steilgängige Schraube M durch Vermittlung der durch den betreffenden Anker betätigten Klinke und des dazugehörigen Sperrades in entsprechender Richtung gedreht. Sofern die Mutter N sich in ihrer Mittellage befindet und aus dieser heraitsbewegt wird, werden die Kontakte η und d auf der einen oder anderen Seite einander genähert. Wird die Kontaktvorrichtung D durch die Barometerdosen C, C¹ hinreichend verschoben, so wird damit der Stromkreis zwischen den Kontakten d und « geschlossen; das Relais R¹ erregt den Magneten r von der Batterie r¹ aus, wodurch die Schnecke ρ und die Spindel q des Schneckenrades miteinander gekuppelt werden. Im Motorstromkreis liegt eine Batterie S, eine Bürste s und die Kontaktscheibe Q, und der Motor läuft in derjenigen Richtung um, die zur Regelung der Fördermenge benötigt wird. Die Spindel 0 wirkt bei Williams-Janney-Pumpen auf die Taumelplatte, wodurch die Fördermenge geregelt und die Pumpe veranlaßt wird, die Steuer mehr oder minder anzustellen. Die Richtung, in der die Pumpe arbeitet und damit auch diejenige des Motors, hängt von der Umdrehungsrichtung der Spindel 0 ab, also davon, ob diese sich auf oder nieder schraubt, und das Fahrzeug wird zum Steigen oder Sinken gebracht, je nachdem, auf welcher Seite die Kontakte bei D und N geschlossen worden sind.

Die Geschwindigkeitsminderung vom Motor P nach der Welle 0 ist erheblich, weil sie

sowohl mittels des Schneckengetriebes p als auch mittels der Gewindespindel ο erfolgt. Der Motor arbeitet so lange, bis die Metallstreifen der Scheibe Q, die mit den Kontakten η verbunden sind, die Bürsten j verlassen, wonach der Motor zum Stillstand kommt und die Magnetkupplung ausgeschaltet wird.

Die Scheibe Q ist mit zwei Paaren von Metallstreifen versehen, entsprechend den ίο zwei Paaren der Kontakte n. Diese werden nacheinander geschlossen, wenn der Druckunterschied zwischen den Dosen C und C¹ zunimmt, so daß bei bedeutenden Änderungen in der Höhenlage der Motor/) länger läuft, ehe der normale Zustand wieder hergestellt ist. Die Kontaktscheibe Q wird mittels der Pumpe 0 in ihre normale Stellung zurückgedreht, denn auf die Taumelplatte der Pumpe o. 'dgl. wird stets eine Rückwirkung ausgeübt, unter der die Teile in ihre frühere Stellung zurückzukehren bestrebt sind. Sobald daher die Magnetkupplung geöffnet und die Kontaktscheibe damit von der Einwirkung des Schneckengetriebes befreit ist, bewegt der Rückdruck innerhalb der Pumpe O die Spindel 0, die nun ihrerseits mittels des Steilgewindes die Gewindehülse q¹, die Spindel q und die Kontaktscheibe Q dreht, bis die neutrale Stellung wieder erreicht ist. Um die richtige Mitteneinstellung zu sichern, kann die Hülse q^% einen Ring q² tragen, der in einer zweckentsprechend gelegenen Aussparung eine Kugel i eines unter Federdruck stehenden Kolbens T aufnimmt. Diese Einrichtung befindet sich in einem Gehäuse t¹, das oben und unten mit Spurlagern i² für den Ring q² versehen ist.

Zum Auf- oder Absteigen des Fahrzeuges wird das Statoskop F durch Unterbrechung des Stromkreises g,j ausgeschaltet, wonach der Druckunterschied zwischen der Atmosphäre und dem Innern des Statoskops das Quecksilber in einen der erweiterten Teile des U-Rohres f treibt, wodurch eine Verbindung zwischen dem Statoskop und der Atmosphäre hergestellt wird, so daß Druckgleichheit besteht, wenn die Steuerung wieder eingeschaltet wird. Falls die Höhenlage des Fahrzeuges sich erheblich ändert, führt (das Statoskop diese Druckgleichheit von selbst herbei, indem der dann eintretende Unterschied zwischen dem äußeren und dem inneren Druck hinreicht, das Quecksilber in eine der Erweiterungen der U-Rohrschenkel zu treiben, wobei das Statoskop dann mehr hemmend auf die Auf- oder Niederbewegung wirkt, anstatt das Flugzeug in einer bestimmten Höhe zu erhalten.

Claims (7)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Selbsttätige Höhensteuerung für Luftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hilfsmotor elektrisch von einem Statoskop gesteuert wird, dessen geschlossene Luftkammer dem äußeren Luftdruck durch Vermittlung einer beweglichen Scheidewand, z. B. einer Quecksilberkugel, ausgesetzt ist, deren Bewegung den Steuerungsstromkreis schließt oder öffnet.
2. 2. Selbsttätige Höhensteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Statoskop ausgehende Steuerung nur in vorbestimmter Zeitfolge mittels eines Uhrwerkes o. dgl. in Wirksamkeit gesetzt wird, dessen Kontakte den Steuerungsstromkreis schließen.
3. 3. Selbsttätige Höhensteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine vom Statoskop gesteuerte Stromschlußvorrichtung den Stromkreis eines steuerbaren Elektromotors (P) schließt und öffnet, von dem aus der die Steuerruder bedienende Hilfsmotor nach beiden Richtungen betätigt wird.
4. 4. Selbsttätige Höhensteuerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Kontaktsegmente (Q) bei Vollendung einer bestimmten Bewegung den Elektromotor ausschalten, wonach sie sebsttätig in ihre frühere ,Stellung zurückkehren.
5. 5. Selbsttätige Höhensteuerung nach Anspruch^ dadurch gekennzeichnet, daß ■die Kontaktsegmente von einer steilgängigen Schraubenmutter (q¹) zurückgedreht werden, die in beiden Richtungen nach Kupplung mittels eines in den Statoskop-Stromkreis eingeschalteten Elektromagneten (B) von dem Elektromotor (P) gedreht werden kann.
6. 6. Selbsttätige Höhensteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der vom Statoskop ausgehenden Steuerung eine Stromschließeinrichtung zusammenwirkt, die vom Neigungswinkel des Flugzeuges dadurch abhängig ist, daß durch den in Rohren, die zur oberen und unteren Seite der Tragfläche geführt sind, entstehenden Druckunterschied elektrische Kontakte geöffnet oder geschlossen werden.
7. 7. Selbsttätige Höhensteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Statoskopstromkreis, der, sobald der Außendruck unter eine bestimmte Grenze sinkt, geschlossen wird, mittels einer Sperrnase o.dgl. geschlossen gehalten wird.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.