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Flugübungsgerät mit einer Anzahl aufeinander einwirkender Flugreehensysteme
Die Erfindung betrifft am Boden befindliche Flugübungsgeräte zur Darstellung und
Anzeige verschiedener Flugbedingungen und bezieht sich insbesondere auf ein elektronisches
Rechengerät, das aufeinander einwirkende Servomotoren enthält, die auf die Bedienung
von nachgebildeten Flugsteuergeräten ansprechen.
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Am Boden befindliche Flugübungsgeräte der erwähnten elektronischen
Bauart sind entwickelt worden, um die Verstellbewegung von nachgebildeten Flugzeugsteuerungen,
die ein Flugschüler ausführt, in Anzeigen von Flug- und Navigationsinstrumenten
umzuwandeln. Die Anzeigen oder Ablesungen der Instrumente eines solchen Gerätes
sollten, besonders wenn sie zum Üben von Flugzeugpersonal benutzt werden, die Flugeigenschaften
des besonderen nachgebildeten Flugzeuges wiedergeben, und zwar insbesondere mit
Bezug auf das vertikale oder Höhensteuersystem, welches das Steigen und Fallen des
Flugzeuges verursacht. So kann z. B. beim wirklichen Flug der Steuerknüppel zufällig
so bewegt werden, daB das Höhensteuer momentan auf Steigen oder Fallen eingestellt
wird. Angenommen, das Flugzeug befand sich vorher in einem ebenen Flug und die Trimmung
ist richtig eingestellt, dann sollte das Flugzeug von selbst sich rasch wieder fangen
und seinen ursprüngliehen
Kurs wieder einnehmen. Eine solche natürliche
Stabilität sollte auch in einem der Wirklichkeit entsprechenden Ausmaß in dem Flugübungs-
oder Nachbildungsgerät vorhanden sein.
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Ein Hauptgegenstand der Erfindung ist.es daher, einverbessertes Flugübungsgerät
zu schaffen, das bei seiner Funktion Flugzeugeigenschaften dieser Art, und zwar
besonders stabilisierende Eigenschaften des vertikalen Steuersystems, berücksichtigt.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung besteht darin, eine verbesserte
Vorrichtung zu schaffen, die den Betrieb der Servosysteme für die Längsneigung und
die Steiggeschwindigkeit des Flugrechengerätes zur Darstellung von Längsneigung
und Höhe stabilisiert.
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Gemäß der Erfindung ist das Flugrechengerät, das aufeinander einwirkende
Servornotoren aufweist, mit einer Einrichtung zur Ableitung einer Steuergröße, z.
B. einer Steuerspannung, versehen, die einer Funktion der Steiggeschwindigkeit oder
der vertikalen Komponente der Luftgeschwindigkeit entspricht, und diese Größe wird
als Eingangssteuergröße für eine Einrichtung benutzt, welche die Längsneigungsänderung
darstellt, wodurch das gesamte vertikale System, welches Faktoren, wie z. B. Eigengeschwindigkeit,
Längsneigungsänderung, Anstellwinkel, Neigungslage usw., darstellt, stabilisiert
ist, so daß es auf alle nachgebildeten Zustände des Steigens und Fallens .wirklichkeitsgetreu
anspricht.
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Eine der Hauptschwächen beim Betrieb eines am Boden befindlichen Flugübungsgerätes
ist der Mangel an Wirklichkeitstreue beim Ansprechen der nachgebildeten Flugzeuginstrumente
auf die Bedienung der Steuerungen. Bei dem Längssystem z. B., das. sich auf die
Längs- oder X-Achse des Flugzeuges bezieht, werden die Schwingungen kurzer Dauer
und solche langer Dauer nicht wirklichkeitsgetreu wiedergegeben, und zwar sowohl
bei Steuerarten mit fesfem als auch mit freiem Knüppel; das Ansprechen des Übungsgerätes
auf Steuerbetätigungen gibt daher das Ansprechen des speziellen dargestellten Flugzeuges
nicht genau wieder. Ähnliche Unregelmäßigkeiten beim Ansprechen der Steuerung treten
auch in dem Quer-. system, d. h. bei einer Betätigung des Giersystems, auf. Da einer
der Hauptzwecke des am Boden befind liehen Übungsgerätes darin besteht, den Flugschüler
in der richtigen Wertung von Steuervorgängen oder Veränderungen zu unterrichten
und auch erfahrene Piloten »wieder äufzufrischencc, ist es wesentlich, daß die Flugstabilität
des Übungsgerätes sowohl in statischer als auch dynamischer Hinsicht derjenigen
des wirklichen Flugzeuges entspricht; d. h., das Gerät muß dieselbe Steuerbarkeit
wie das tatsächliche Flugzeug selbst haben.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist daher die Schaffung eines
am Boden befindlichen Flugübungs-und Rechengerätes, das in der Lage ist, das Ansprechen
des Flugzeuges auf verschiedene Arten der Steuerbewegungen genauer darzustellen.
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Gemäß der weiteren Erfindung ist eine Einrichtung vorgesehen, in der
eine Steuergröße abgeleitet wird, die einer Funktion der Winkeländerung des Flugzeuges
um eine seiner Achsen, z. B. -die Längsneigungsachse, entspricht, und diese Größe
wird ihrerseits dazu benutzt, als Steuergröße für eine Einrichtung zu dienen, die
eine - Funktion der Bewegung der Achse im Raum, z. B. der Steiggeschwindigkeit,
oder einer Höheneinrichtung ist, wodurch das Ansprechen auf einen schnell vorübergehenden
Vorgang genau nachgeahmt wird und die Instrumente des Flugübungsgerätes auf alle
nachgeahmten schnell vorübergehenden Zustände, z. B. beim Steigen und Fallen, in
realistischer Weise ansprechen.
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In den Zeichnungen ist Fig. i eine schematische Darstellung eines
nachgebildeten Flugrechen- und -anzeigenden Servosystems für die Vertikallage eines
Flugzeuges gemäß der Erfindung und -Fig. z eine ähnliche Darstellung einer abgeänderten
Ausführungsform gemäß der Erfindung, bei der auch Faktoren der seitlichen Lage des
Flugzeuges berücksichtigt werden. -Das dargestellte Ausführungsbeispiel des Erfiztdungsgegenstandes
bezieht sich hauptsächlich auf die vertikale Eigenge-cchwindigkeit und das. Ansprechen
auf die Höhenlage, es ist jedoch ersichtlich, daß die Erfindung auch auf das Quer-
oder Seitensteuersystem anwendbar ist.
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Zunächst wird in Verbindung mit Fig. i ein sogenanntes »vertikales
System« beschrieben, das aus Gründender Vereinfachung nur ein Höhensteuer und eine
Drosselsteuerung aufweist und dazu benutzt wird, die Eigengeschwindigkeit zu ermitteln.
Nach bekannten Grundlagen der Aerodynamik ist die Eigengeschwindigkeit v eine Funktion
des Schubes T des Antriebs,- der stets positiv ist (außer dem Propellerwiderstand
beim Leerlauf im Flug unter etwa izoo Umdrehungen pro Minute), und der Schwerkraft
G, die entweder positiv oder negativ sein kann, je nachdem, ob das Flugzeug steigt
oder fällt, und des Luftwiderstandes, der natürlich negativ ist. Der Luftwiderstand
kann in zwei Komponenten zerlegt werden, nämlich i. einen Luftwiderstand mit konstantem
Koeffizienten, der sich mit dem Quadrat der Eigengeschwindigkeit v2 ändert, und
z. einen Luftwiderstand mit einem veränderlichen Koeffizienten CD (a), der
sich mit dem Anstellwinkel a, d. h. dem Winkel zwischen der Sehne des Flügels und
dem Luftstrom, ändert.
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Mit Bezug auf Fig. i sei angenommen, daß eine Anzahl Wechselspannungen,
die verschiedene Werte des Schubes, der Schwerkraft und des Luftwiderstandes darstellen,
entsprechend dem Augenblickswert der Polarität und Größe der betreffenden Spannung
getrennt einem Summierungsverstärker . zugeführt werden, der schematisch bei ioo
dargestellt ist und einen Teil eines Servosystems mit der Bezeichnung »Eigengeschwindigkeit«
bildet. Solche Verstärker sind an sich bekannt, um eine Anzahl von getrennten Wechselspannungen
verschiedener Größe und Polar!-tät algebraisch zu addieren. Der Ausgang des Verstärkers
ioo wird benutzt; um ein selbsttätig abgleichendes Servogerät mit einem Zweiphasenmotor
ioi zu steuern, dessen Steuerphase von der Ausgangsspannung des Verstärkers gespeist
wird, während' der anderen Phase eine konstante Bezugswechselspannung er zugeführt
wird. Die Betriebsweise eines solchen Motors ist an sich bekannt; die.Drehung erfolgt
in der
einen Richtung, wenn die Steuer- und Bezugsspannungen in
den betreffenden Phasen den gleichen Augenblickswert der Polarität aufweisen, und
der. Motor läuft in der entgegengesetzten Richtung, wenn der Augenblickswert der
Polarität der Steuerspannung umgekehrt wie derjenige der Bezugsspannung ist, wobei
die Drehzahl in beiden Fällen von der Größe der Steuerspannung abhängt. Der Motor
betreibt einen zweiphasigen rückgekoppelten Generator. _loia, dessen eine Phasenwicklung
ebenfalls von einer Bezugswechselspannung + e2 gespeist wird, während die andere
Phasenwicklung eine von der Motorgeschwindigkeit abhängige Rückkopplungsspannung
Efb erzeugt, die für eine weiter unten beschriebene Steuerung benutzt wird. Der
Motor dient auch dazu, über ein Untersetzungsgetriebe ioib die Kontakte eines Potentiometersystems
io2 zu verstellen. Auch der Zeiger eines nachgebildeten Fahr- oder Eigengeschwindigkeitsmessers
24 wird direkt durch den Motorantrieb über geeignete mechanische Verbindungen ioie
zwischen dem Motor und den angetriebenen Elementen verstellt, wie dies durch gestrichelte
Linien angedeutet ist.
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Die einzelnen Widerstandselemente der Potentiometer können in an sich
bekannter Weise auf Formen gewickelt sein uiid eine ringförmige oder bandförmige
Gestalt haben; sie sind zur Vereinfachung in einer Ebene abgewickelt dargestellt.
Jedes Potentiometer ist so geformt oder hat einen solchen Umriß, daß der Wert der
abgegriffenen Spannung an dem Potentiometerkontakt eine bestimmte Beziehung zu der
lineare-Bewegung des Schleifkontaktes hat, die von der betreffenden Funktion des
Potentiometers abhängt; jedem Potentiometer wird eine Spannung an den Klemmen aufgedrückt,
die nach dem Augenblickswert ihrer Polarität und Größe ebenfalls von der Funktion
des Potentiometers abhängt. Gemäß der Erfindung stellt der Umriß aller Funktionspotentiometer
die Ableitung der dargestellten Funktion dar. Zum Beispiel sind die Potentiometer
103 und 105 linear ausgebildet, während das Potentiometer 104 einen solchen Umriß
hat, daß es die Beziehung x = y2 darstellt, wobei x die lineare Bewegung des Kontaktes
und y die abgeleitete Potentiometerspannung, im vorliegenden Fall das Quadrat der
Eigengeschwindigkeit, ist.
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Genauer ausgedrückt ist der Umriß oder die Breitenänderung der verschiedenen
Potentiometer, die- zur Ableitung von Spannungen zur Nachbildung von Flugzeugeigenschaften.
benutzt werden, proportional der Ableitung- der Funktion der betreffenden Charakteristik
mit Bezug auf die. Variable, die -durch die Einstellung des Potentiometers dargestellt
wird. Es sei z. B. angenommen, daß die Funktion linear ist, wenn die abgeleitete
Spannung direkl proportional dem Abstand ist, den der vom Servomotor betätigte Potentiometerkontakt
von der Nullstellung hat. Die Neigung der Funktionskurve ist dann das konstante
Verhältnis der abgeleiteten Spannung zur Zunahme der unabhängigen Veränderlichen,
die durch den Kontaktweg, von der Nullstellung ausgehend, dargestellt wird. Die
Ableitung dieser Beziehung ist die gleiche für alle Kontakteinstellungen, so daß
die Breite des Widerstandes gleichmäßig ist und dieser einen rechteckigen Umriß
hat. Wenn nun die Funktion sich nach einem- quadratischen Gesetz, z. B. x = y2,
ändert, bestimmt die Ableitung dieser Gleichung f(-) = 2 y
die Breite des
Potentiometers. Das Potentiometer hat daher einen geradlinig abfallenden Rand, so
daß es Keilform aufweist.
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Wenn in einem anderen Fall eine cos-Funktion beteiligt ist, kann die
Ableitung oder die Neigung der cos-Kurve ausgedrückt werden als
wobei O der in Radian gemessene Winkel ist. Der Umriß des Potentiometerkörpers ist
daher für die entsprechenden Werte von O sinusförmig gestaltet, wobei die negativen
Werte durch entsprechende Wahl der dem Potentiometer erteilten Polarität berücksichtigt
werden. Wenn umgekehrt eine sin-Funktion beteiligt ist, hat der Potentiometerkörper
für entsprechende Werte von O einen cos-Umriß.
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In Fig. i wird das Potentiometer 104 an seinem oberen Endpunkt, der
die maximale Eigengeschwindigkeit darstellt, durch eine negative Spannung -E gespeist
und ist an seinem unteren Ende geerdet, so daß die abgeleitete Spannung am Schleifkontakt
ro7 den Wert -v2 darstellt und daher den obenerwähnten Luftwiderstand mit konstantem
Koeffizienten wiedergibt. Diese Spannung kann daher als eine Eingangsspannung des
Summierungsverstärkers ioo für die Eigengeschwindigkeit benutzt werden, die die
Neigung hat, sich der positiven Schubeingangsspannung T entgegenzustellen, wobei
die Anordnung so getroffen ist, daß, wenn die Wirkungen aller Eingangsspannungen
an dem Verstärker sich ausgleichen, d. h. während einer Zeit, in der keine Änderung
der Eigengeschwindigkeit erfolgt, die Ausgangsspannung des Verstärkers gleich Pfzzlt
ist und der. Motor ioi enderregt wird. Eine Änderung der Eingangsspannungen, welche
das System, sei es in positiver oder negativer Richtung, außer Gleichgewicht bringt,
z. B. eine Änderung in der Drosseleinstellung bei ebenem Flug, bei der die Schub-
und Luftwiderstandsspannungen ungleich sind, veiursacht eine Betätigung des Motors
ioi in einer solchen Richtung, daß die Potentiometerkontakte in eine neue Gleichgewichtslage
gebracht werden, in der neue abgeleitete Spannungen das. Gleichgewicht auf der Eingangsseite
des Motors wieerherstellen.
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Um eine Spannung abzuleiten, die proportional der Eigengeschwindigkeit
v ist, wird das lineare Potentiometer io3 durch eine Spannung--E gespeist, und der
Schleifkontakt io6 wird gemäß der Größe der Eigengeschwindigkeiteingestellt. DieseabgeleiteteSpannung
wird in einem anderen Teil des Systems, der weiter unten beschrieben wird, benutzt.
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Die Schubspannung wird von der Einstellung des Potentiometers iög
für die Motordrossel abgeleitet, dessen Kontakt tio von dem Flugschüler direkt verstellt
wird, um die -Drosselsteuerung nachzuahmen. Dieses Potentiometer wird mit einer
Spannung gespeist, die am Kontakt io8 des Potentiometers 105 abgegriffen wird; diesem
Potentiometer wird an seiner unteren Klemme eine Spannung +E zugeführt, während
die obere Klemme über einen Widerstand R geerdet und auch direkt mit dem Kontakt
io8 ver-
Bunden ist, um eine Spannurig abzuleiten, die proportional
dem Reziprokwert der Eigengeschwindigkeit.
ist,- so daß sie der Beziehung
entspricht, die die Grundgleichung
bildet. Es ist daher ersichtlich, daß die Schubeingangsspannung im allgemeinen der
abgegebenen. Motorleistung entspricht, die durch-Drosseleinstenung und Eigengeschwindigkeit
bestimmt ist.
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Um, eine Spannung abzuleiten, welche eine kombinierte Funktion der
Eigengeschwindigkeit und einer anderen Flugvariablen zur Verwendung in der Rechenanlage
ist, wird ein weiteres Potentiometer 16o von dem Eigengeschwindigkeitsservomotor
so gesteuert, daß die abgeleitete Spannung am Schleifkontakt 161 das Produkt der
Eigengeschwindigkeit und der andern Variablen (Längsneigungsänderung) darstellt,
die der Spannung entspricht, welche das Potentiometer speist.
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Die Eingangsspannung CD des. Luftwiderstandskoeffizienten für das
Eigengeschwindigkeitssystem ändert sich, wie oben erwähnt, mit dem Anstellwinkela.
Es ist daher ein weiteres Servosystem mit der Bezeichnung »Anstellwinkela vorgesehen,
um eine Gruppe von Spannungen abzuleiten, die verschiedenen Faktoren entsprechen,
welche mit dem Anstellwinkel veränderlich sind. Ein Zweiphasenmotor.111 (ähnlich
dem Motor 1o1) des Anstellwinkelsystems Wird- von der Ausgangsspannung eines Summierungsverstärkers
I12 in der oben beschriebenen Weise gespeist, um einen Rückkopplungsgenerator 111d
zu steuern und die Kontakte 113, 114 und 115 der Potentiometer 116, 117 und 118
zu betätigen. Diese Potentiometer sind vorgesehen; um den Luftwiderstandskoeffizienten
CD,
den. Auftriebskoeffizienten Cl, bzw., den Momentenkoeffizienten Cm zu
berechnen.
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Außer -den erwähnten Potentiometern ist in dem Anstellwinkelservosystem
noch ein Potentiometer 140 vorgesehen,- um eine Komponente der vertikalen Eigengeschwindigkeit
für einen weiter unten erwähnten Zweck zu berechnen. Der Schleifkontakt 141 dieses
Potentiometers wird, wie angedeutet, mit den anderen Kontakten 113 usw. gleichlaufend
betätigt. Das Potentiometer 14o hat eine geerdete Mittelanzapfung und wird an seinen
gegenüberliegenden Enden von Spannungen gespeist, die eine kombinierte Funktion
der Eigengeschwindigkeit und der Längsneigungslage darstellen, die von dem weiter
unten beschriebenen Längsneigungsservosystem abgeleitet werden.
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Zu den Eingangsspannungen -des a: Verstärkers 112 gehören .Spannungen,
die die- Schwerkraft, die Auftriebskraft CL und die Zentrifugalkraft F" infolge
der Längsneigung darstellen. Diese Eingangsspannungen werden kurz erläutert.
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Der Luftwiderstand in Abhängigkeit vom Anstellwinkel' kann ausgedrückt
-werden durch
wobei D der Luftwiderstand in kg, Q die Dichte der Luft, CD (a) der Luftwiderstandskoeffizient
und S die projizierte Flügelfläche ist.
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Der Luftwiderstand kann daher als eine Funktion von v2, d. h. dem
Quadrat der Eigengeschwindigkeit, betrachtet werden. Um diese Beziehung darzustellen,
hat das Potentiometer 116 einen entsprechenden Umriß und wird an seinen gegenüberliegenden
Enden mit einer Spannung -v2 gespeist, die von dem Potentiometer 104 des Eigengeschwindigkeitssystems
abgeleitet ist. Der mittlere Teil des Potentiometers 116 ist bei dem Anstellwinkel
geerdet, bei dem der Luftwiderstandskoeffizient CD (a) gleich Null ist, und
der Kontakt 113 ist durch eine Leitung 113d mit dem EigengeschwindigkeitsverstärkerZoo
verbunden. Die am Kontakt 113 abgeleitete Spannung kann daher, da sie sich mit dem
Anstellwinkel entsprechend der obigen Beziehung ändert, als Eingangsspannung CD
des Eigengeschwindigkeitsverstärkers benutzt werden. Die Schwerkraftsspannung G,
die 'von der Längsneigungslage des Flugzeuges abhängt, benötigt zusätzliche Servosysteme,
die weiter unten beschrieben werden.
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Die Eingangsspannungen des Anstellwinkels-a-Verstärkers 112 werden
nunmehr beschrieben. Der Schwerkraftsfaktor, der wie oben erwähnt, vom Steigen und
Fallen beeinflußt wird, kann in zwei Komponenten geteilt werden, die- dem Anstellwinkel-
und Eigengeschwindigkeitsverstärker 112 bzw. Zoo zugeführt werden. Inder Praxis
sind diese Schwerkraftseingangsspannungen go°-Komponenten, d. h. die Eigengeschwindigkeitskomponente
wirkt entlang der Flugbahn, und die Anstellwinkelkomponente steht senkrecht dazu.
Im vorliegenden Fall werden die v- und a-Schwerkraftskomponenten von zwei Kontakten
122 und 123 am Potentiometer 11g des Längsneigungsp-Servosystems abgeleitet, wobei
der Längsneigungsverstärker 12o dazu dient, den Motor 121 usw. .eines »Längsneigungsänderungscc-Systems
anzutreiben. Das Längsneigungspotentiometer 11g hat einen solchen Umriß (im vorliegenden
cosinusförmig) und ist an um 18o° auseinanderliegenden Klemmen geerdet, so daß es
sowohl normale als auch Rückenflugslagen darstellt; das Potentiometer wird an zwischen
den geerdeten Punkten liegenden Stellen durch Spannungen -E und -f-E gespeist, welche
die Schwerkraftswerte des Steigens .(negativ) und .des Fallens (positiv) darstellen.
Die am Kontakt 122 abgeleitete Spannung stellt- die Schwerkraftskomponente -W sin
O dar, die (bei kleinen Anstellwinkeln) die Wirkung des Flugzeuggewichtes bei Zunahme
oder Abnahme des Schubes und infolgedessen der Eigengeschwindigkeit darstellt, und
wird durch eine Leitung 122a dem Verstärker Zoo zugeführt. Die abgeleitete Spannung
am Kontakt 123, der um go° gegen den Kontakt 122 versetzt ist, stellt die Schwerkraftskomponente
Wcos0 dar, die vom Auftrieb in Abhängigkeit vom Anstellwinkel aufgehoben und durch
eine Leitung 123a dem a-Verstärker 112 zugeführt wird.
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Das Längsneigungsservosystem enthält auch ein cos-Potentiometer 142,
das, wie angedeutet, von der Eigengeschwindigkeit gespeist wird, um an den um 18o°
versetzten Schleifkontakten 142' und 144 gegenphasige
Komponentenspannungen
-E-v cos O und -v cos 0 abzugreifen. Diese Spannungen werden benutzt, um das Anstellwinkelpotentiometer
140, wie oben erwähnt, zu speisen, so daß die resultierende abgeleitete Spannung
am Kontakt 141 eine Komponente der vertikalen Eigengeschwindigkeit, nämlich
v cos 0 sin a darstellt. Diese Spannung und die Spannung v sin 0,
die an dem Kontakt 143 des Längsneigungspotentiometers Z42 abgeleitet wird, werden
durch Leitungen 141' und 143' einem weiter unten beschriebenen »Steigungsgeschwindigkeitscczwei
Spannungen, nämlich v sin 0 -v cos 0 sin a
-System zugeführt. Die Resultierende dieser stellt den vertikalen Eigengeschwindigkeitsvektor
v sin (0 - a) dar, wie sich nachweisen läßt, wenn a
klein ist.
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In dem Anstellwinkelsystem kann der Auftrieb L in kg durch die Formel
ausgedrückt werden, wobei CL (a) der Auftriebskoeffizient ist. Der Auftrieb
ist daher eine Funktion des Quadrats der Eigengeschwindigkeit und hängt von dem
nachgebildeten Flugzeug ab. Das Potentiometer 117 des a-Systems zur Bestimmung des
Auftriebskoeffizienten hat daher einen geeigneten Umriß, um den Koeffizienten
CL (a) des betreffenden Flugzeuges nachzuahmen, und ist in seinem mittleren
Abstand bei dem Wert des Anstellwinkels geerdet, bei dem der Auftriebskoeffizient
gleich Null ist. Es wird an der oberen und unteren Klemme durch Spannungen -v2 und
+v1 gespeist, die von dem Eigengeschwindigkeitspotentiometer Zoo abgeleitet werden.
Die positiven Augenblickswerte von v2 können in geeigneter Weise mittels eines 18o°-Phasenschiebers,
ui-- dargestellt, erhalten werden. Der Kontakt 114 des Potentiometers 117 leitet
daher eine Auftriebskraftspannung ab, die dem Eingang des a-Verstärkers 112 zugeführt
wird. Dem Ansteilwinkelsystem wird auch noch eine Spannung zugeführt, welche die
Zentrifugalkraft F, darstellt, und diese wird von dem Potentiometer 16o des Eigengeschwindigkeitsservosystems
abgeleitet, wobei die Zentrifugalkraft dem Produkt aus o3, und v entspricht.
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Die Eingangsspannungen des »Längsneigungsänderungscc-Systems enthalten
eine sogenannte Längsneigungsmomentenspannung Cm, die von dem Potentiometer 118
des Anstellwinkelsystems abgeleitet wird. Das Längsneigungsmoment
ist auch eine Funktion des Quadrates der Eigengeschwindigkeit. Das Potentiometer
118 ist in seinem mittleren Abschnitt bei dem Anstellwinkel geerdet, bei dem das
Längsneigungsmoment Null ist, und wird von Spannungen -v2 und +v2 wie das Potentiometer
117 gespeist; es hat einen solchen Umriß, daß die Längsneigungsmomentenspannung
am Schleifkontakt 115 sich entsprechend der gewünschten Charakteristik des betreffenden
Flugzeuges ändert. Die Spannung wird durch eine Leitung 1,5a dem Summierungsverstärker
r25 zugeführt. Die andere Eingangsspannung MP des Verstärkers z25 stellt das Längsneigungsmoment
in mkg dar, welches von dem von dem Piloten bedienten Höhensteuer erzeugt wird,
das eine Längsneigungsänderung hervorruft, und wird von dem Höhensteuerpotentiometer
Z24 abgegriffen, das seinerseits durch Spannungen + v und -v entsprechend einer
Funktion der Eigengeschwindigkeit gespeist wird. Der mittlere Abschnitt des Potentiometers
ist geerdet, um die annähernd ebene Fluglage oder die Längsneigung Null anzudeuten.
Der Schleifkontakt 224a des Höhenpotentiometers greift daher eine Spannung ab, die
als Längsneigungsmoment MP in mkg dargestellt werden kann und die dem Längsneigungsänderungsverstärker
125 zugeführt wird. Es sei darauf hingewiesen, daß bei der erwähnten Schaltung ein
positives, mit -E- bezeichnetes Signal die Eigengeschwindigkeit erhöht und den Anstellwinkel,
die Längsneigungsänderung und die Längsneigung in der üblichen positiven Richtung
ändert. Außer den erwähnten Eingangsspannungen für das Längsneigungsänderungssystem
wird noch eine von dem Steiggeschwindigkeits- -System abgeleitete Spannung, die
einen Stabilisierungsfaktdr
darstellt, dem Verstärker Z25 zugeführt. Dieser Faktor wird weiter unten ausführlicher
in Verbindung mit dem Steigungsgeschwindigkeitssystem beschrieben.
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Am Ausgang des Längsneigungsänderungs-Summierungsverstärkers 125 entsteht
eine Spannung, die dem errechneten Wert der Längsneigungsänderung entspricht. Um
diese Spannung in dem Rechensystem richtig zu verwenden, speist der Verstärkerausgang
die Primärwicklung 127 eines Transformators 130, dessen Sekundärwicklung an den
Klemmen 128und129 zwei gegenphasige Spannungen erzeugt, die + co, und -0.), darstellen.
Die Spannung «), wird über eine Leitung Z281 dem Eigengeschwindigkeitspotentiometer
16o zugeführt, um die Zentrifugalkraftspannung F" wie oben erwähnt, abzuleiten.
Diese Spannung wird auch als Eingangsspannung (Leitung 12811) für das obenerwähnte
Längsneigungsintegriersystem benutzt. Die Spannungar, dient als Rückkopplungsspannung
für den Verstärker i25.
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Das zeitliche Integral von w, stellt die Längsneigungslage oder den
Winkel 0 des Flugzeuges dar. Dieser Integriervorgang wird in Abhängigkeit von der
Ausgangsspannung des Längsneigungsverstärkers Z2o mit Hilfe des Längsneigungsservomotors
im und des Rückkopplungsgenerators 12111 ausgeführt. Das Längsneigungsservosystem
erzeugt die beiden obenerwähnten Schwerkraftskomponenten (Potentiometer Z19) und
auch durch die Einstellung der Servowelle den augenblicklichen Längsneigungswinkel.
Das Längsneigungselement eines Lagekreisels 185 kann daher von dem Längsneigungsmotor
121, wie in Fig. 2 angedeutet, nach Wunsch betätigt werden.
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Es sei auch darauf hingewiesen, daß die Änderi < ng der verschiedenen
Kräfte und Momente, z. B. der
Schwerkraft, des Auftriebs, der Zentrifugalkraft,
des Schubes, des Luftwiderstandes, des Längsneigungsmomentes u. dgl., durch eine
Verstellung. der Kontaktbürsten der betreffenden Potentiometer zusammen mit Änderungen
der Speisespannungen der Potentiometer erzielt werden, während die relative Größe
jeder der obenerwähnten Kräfte und . Momente durch den Wert .des Eingangswiderstandes
des betreffenden Verstärkers bestimmt wird. Als praktisches Beispiel wird die relative
Größe des Auftriebes durch die Werte der Luftdichte O und den konstanten Faktor
beeinflußt. Im vorliegenden Fall ist o als konstanter Wert angenommen, und
dieseAusdrücke bestimmen daher den Widerstandswert des Eingangswiderstandes
CL
am Verstärker 112. Eine Erniedrigung des Wertes des Widerstandes vergrößert
die relative Größe der obigen Konstante.
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In dem Steiggeschwindigkeits-
-System ist der Servoverstärker 145 mit dem Servomotor 146 verbunden, um den Rückkopplungsgenerator
T466 und die Schleifkontakte 147 und 148 der Potentiometer 149 bzw. 150 über
einen Getriebekasten 1465 anzutreiben. Ein Anzeigeinstrument 151, welches die Steigerungsgeschwindigkeit
(vertikale Eigengeschwindigkeit) anzeigt, ist mechanisch durch eine Verbindung 146e
mit der Verstellvorrichtung für die Kontakte verbunden.
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Die Eingangsspannungen des Steiggeschwindigkeitsverstärkers 145. enthalten,
wie oben erwähnt, eine Komponentenspannung v sin O und v cos O sin a der vertikalen
Eigengeschwindigkeit, deren Summe den Vektor der vertikalen Eigengeschwindigkeit
darstellt, eine Stabilisierungsspannung des Rückkopplungskreises des Längsneig"ngsservosystems
und eine Ansprechspannung
von dem Potentiometer 15o. Dieses Potentiometer hat eine geerdete Mittelanzapfung,
die den ebenen Flug darstellt, und wird von gegenphasigen Spannungen in der dargestellten
Weise gespeist, so daß die abgeleitete Spannung am Kontakt 148 die Steig- oder Fallgeschwindigkeit
darstellt.
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Da sich bei einer Integrierung der Steiggeschwindigkeit die Höhe ergibt,
kann die Spannung
am Potentiometer 150 auch benutzt werden, um einen integrierenden Servomotor
152 zu betätigen, der über ein geeignetes. Untersetzungsgetriebe an ein Anzeigeinstrument
153 zur Anzeige der Höhe.angeschlossen ist. Der Motor 152 ist ein reversibler Zweiphasen
motor, wie er oben zur Betätigung der Vorrichtungen für die Darstellung des Steigens
oder Fallens beschrieben ist.
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Das Potentiometer 149 für den Stabilisierungsfaktor ist so ausgebildet,
daß eine Spannung, die die erste Ableitung der Steiggeschwindigkeit, d. h. die zweite
Ableitung der. Höhe
darstellt, als Eingangsspannung für den Längsneigungsänderungsservomotor benutzt
wird. Der Stabilisierungsfaktor
gewöhnlich als h bezeichnet, stellt daher die Beschleunigung dar und ist nur bei
einem stabilen Zustand gleich Null. Der Zweck dieser Rückkopplung ist die Verbesserung
der Stabilität des vertikalen Systems und die Vermeidung von Pendelungen gegenüber
dem beabsichtigten Flugweg. Das Potentiometer 149 ist an seinen beiden Enden geerdet
und wird an seiner mittleren Klemme mit einer Geschwindigkeitsspannung des. Rückkopplungsgenerators
z466 gespeist, wobei der Speisekreis mit der Generatorwicklung über eine Leitung
154 und einen Anpassungswiderstand 155 verbunden ist. Die abgeleitete Spannung
am Kontakt 147, die durch eine . Leitung 147' dem Längsneigungsänderungsverstärker
125 zugeführt wird, hat entgegengesetzte Polarität, wie die vom Höhensteuer abgeleitete
Spannung MP, und hat das Bestreben, den Längsneigungsservomotor in die Ausgangsstellung
zubringen.
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Der vAnsprechkreisu ist in der Lage, den Steiggeschwindigkeitskreis
entsprechend der Änderung der Längsneigungslage zu beeinflussen, so daB bei kurzzeitigen
Schwankungen und Fugoiden des vertikalen Systems größere Wirklichkeitstreue erzielt
wird. Zu diesem Zweck wird die Rückkopplungsspannung
von dem Längsneigungsservogenerator 1216 über eine Leitung 155 dem Eingang des
-Verstärkers 145 zugeführt.
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Die Verwendung des Rückkopplungsgenerators für die Änderungssteuerung
ist besonders wichtig, wobei das Längsneigungsservointegriersystem als wichtiges
Beispiel dient. Wenn der Motor 121 allein benutzt würde, um die Integrierung der
Längsneigung durchzuführen, würde die Eigenträgheit des Antriebsmechanismus einen
so großen Fehler einführen, daß das System vom praktischen Standpunkt aus nicht
brauchbar wäre. Wenn jedoch der Rückkopplungsgenerator in dem System wie dargestellt
geschaltet ist, bildet die erzeugte Rückkopplungsspannung E f, eine Eingangsspannung
für den Längsneigungsverstärker und hat eine solche Phasenbeziehlang zu dem summierten
oder resultierenden Eingangssignal, daß es diesem entgegenwirkt, d. h. daß es als
negative Rückkopplung oder Gegenkopplung wirkt. Bei einem großen Verstärkungsgrad,
des Steuerverstärkers hat daher die Geschwindigkeit des Motors nach an sich bekannten
Grundsätzen eine lineare Beziehung zu der Größe des Eingangssignals, d. h. zur Längsneigungsänderungsspannung,
ohne Verzögerung oder Überregelung, so daß sowohl größe als auch kleine Längsneigungsänderungen
mit gleicher Genauigkeit integriert werden. Wenn das Haupteingangssignal umgekehrt
wird, um den Motor und den Generator in der entgegengesetzten Richtung zu betätigen,
dann wird die Phase der erzeugten Rückkopplungsspannung ebenfalls umgekehrt, nm
dem Eingangssignal wie vorher entgegenzuwirken.
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Es wird nun die Arbeitsweise der Schaltung in bezug auf die Anzeige
des Eigengeschwindigkeitsmessers beschrieben. Wenn z. B. beim tatsächlichen ebenen
Flug die Drossel weiter geöffnet wird, nimmt die Eigengeschwindigkeit zu,
und die Spitze des Flugzeuges hebt sich, während beim Schließen der Drossel
der
umgekehrte Vorgang eintritt. Wenn in der Zeichnung der Kontakt iio des Drosselpotentiometers
z. B. nach unten in Richtung einer Öffnung der Drossel bewegt wird, nimmt die abgeleitete
Eingangsschubspannung T für den Verstärker ioo zu, so daß das Eigengeschwindigkeitsservosystem
außer Gleichgewicht kommt und der Servomotor ioi in einer solchen Richtung läuft,
daß die Potentiometerkontakte io6, io7 usw: nach oben im Sinne einer Zunahme der
Eigengeschwindigkeit bewegt werden, so daß die folgenden Vorgänge in dem Eigengeschwindigkeitspotentioinetersystem
io2 ausgelöst werden: i. die abgeleitete Eigengeschwindigkeitsspannung v nimmt zu;
2. die abgeleitete v2-Spannung nimmt mit dem Quadrat der Eigengeschwindigkeit zu;
3. die abgeleitete Spannung, die dem Reziprokwert der Eigengeschwindigkeit
entspricht, nimmt ab; q.. die abgeleitete Spannung, welche die Zentrifugalkraft
F, darstellt, nimmt zu, und 5. der Eigengeschwindigkeitsmesser 24 zeigt eine höhere
Eigengeschwindigkeit an.
-
Die Eigengeschwindigkeit kann jedoch nicht unbegrenzt wachsen, weil
der Luftwiderstand mit konstantem Koeffizienten mit v2 zunimmt, ebenso wie der Luftwiderstand
CD (a). Gleichzeitig nimmt der Schub, der sich reziprok zur Luftgeschwindigkeit
ändert, ab, -bis das neue Gleichgewicht erreicht ist.
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Da sowohl die Werte von v als auch v2 zunehmen, kommt das Anstellwinkelsystem
außer Gleichgewicht, da die Zentrifugalkraft= und Auftriebskoeffizientenspannungen
am Potentiometer 16o des Eigengeschwindigkeitssystems und am Potentiometer 117 des
Anstellwinkelsystems, die beide von v und v2 abhängen, zunehmen. Auch die Schwerkraftseingangsspannung
des Längsneigungssystems wird in der folgenden Weise geändert: Der Servomotor iii
läuft in einer Richtung an und sucht eine neue Gleichgewichtslage, wobei er die
Potentiometerkontakte 113, 114 und 115 nach unten im Sinne einer Abnahme der Anzeige
des Anstellwinkels bewegt. Während dieser Vorgang abläuft, werden die abgeleiteten
Spannungen der drei a-Potentiometer 116, 117 und 118 wie folgt benutzt: i. Die abgeleitete
Luftwiderstandsspannung (negativ) amPotentiometerii6wirdalsEingangsspannungCD für
den Eigengeschwindigkeitsverstärker benutzt und wächst, so daß sie der zunehmenden
Schubspannung (positiv), die von der vergrößerten Drosseleinstellung herrührt, entgegenwirkt.
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2. Da der Auftrieb eines Flugzeuges die Zentrifugal= kraft- und Gewichtskomponente
ausgleichen muß, die senkrecht auf den Flügel wirkt, muß die abgeleitete Auftriebsspannung
Cz vom Potentiometer 117 sowohl den Schwerkraftsfaktor Ga und die Zentrifugalkraft
F,
ausgleichen. Angenommen, das Flugzeug befand sich anfänglich in ebenem
Flug, dann ist die. Zentrifugalkraft gleich Null, und die zunehmende Eigengeschwindigkeit
hat das Bestreben, den Anstellwinkel zu verringern, der daher negativer zu werden
versucht. Diesem Bestreben wird durch eine Änderung des Längsneigungsmomentes entgegengearbeitet.
3. Die abgeleitete Momentenspannung vom Potentiometer 118, die eine Eingangsspannung
Cm für den Längsneigungsänderungsverstärker 125 ist, wird mit abnehmendem Anstellwinkel
positiver und erzeugt daher eine Störung des Gleichgewichts der Eingangsspannungen
der Längsneigungsänderung, so daß ein neuer Wert der Neigungsänderung erzeugt wird
und durch das Eigengeschwindigkeitspotentiometer 16o eine neue Zentrifugalkraftspannung
F, für den Verstärker ii2, der daher das Gleichgewicht an dem a-Servomotor wiederherzustellen
versucht. Die Zunahme der Spannung co, ergibt gleichzeitig eine erhöhte Eingangsspannung
an dem integrierenden Servosystem O für die Längsneigung. Alle vier Systeme arbeiten
nun in einem kombinierten Rechen- und Integriervorgang zusammen, der notwendig ist,
um die neue Anzeige der Eigengeschwindigkeit und der Längsneigungslage zu bestimmen.
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Wenn das Längsneigungssystem außer Gleichgewicht im Sinne einer Einstellung
einer positiveren Neijungslage kommt, d. h. für den Anstieg, dann stellen die abgeleiteten
Spannungen an den Potentiometerkontakten 122 und 123 die Schwerkrafts-(Gewichts-)
Eingangskomponente-für die v- und a-Verstärker dar, die in ihrer Größe schwanken,
wobei die v-Komponente im vorliegenden Fall zunimmt und die a-Komponente abnimmt;
es ist nämlich ersichtlich, daß, wenn die Spitze des Flugzeuges gegen den Zenit
gerichtet würde, die Gewichtskomponente in der Richtung der Flugzeugbewegung dann
gleich -Wund die Gewichtskomponente senkrecht zu den Flügeln, d. h. die a-Servokomponente,
gleich Null wäre. Bei dazwischenliegenden Flugzeugstellungen werden die Komponenten
vektoriell zerlegt.
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Die negative Gewichtskomponente (-W sin O) des Eigengeschwindigkeitsservomotors
hat das Bestreben, die Maximalgeschwindigkeit des Flugzeuges zu vermindern, die
es beim Öffnen der Drossel erreicht. Gleichzeitig wird der erforderliche Auftrieb
infolge Abnahme des Wertes Wcos O (Ga) am a-Verstärker 112 verringert. Dies gestattet
eine weitere Abnahme des Anstellwinkels und eine zusätzliche Verringerung der negativen
. Längsneigungsmomentenspannung Cm an dem Längsneigungsänderungsverstärker i25,
der seinerseits einen positiveren Wert von co, erzeugt, so daß die Wirkung auf die
Längsneigungs- und Anstellwinkelservosysteme zunimmt, bis schließlich diese Servomotoren
übersteuern und eine zu große Änderung der Gewichtskomponente für den Gleichgewichtszustand
erzeugt haben. Die Eigengeschwindigkeit nimmt daher ab. Dies wiederum ergibt eine
Abnahme der Auftriebsspannung Cz an dem a-Verstärker 112, so daß der Anstellwinkel
vergrößert wird und eine größere negative Längsneigungsmomentenspannung am Potentiometer
118 für den (o1.-Verstärker 125 erzielt wird. Der Wert von «o" verringert sich und
steuert den Längsneigungsintegrierservomotor so, daß die Längsneigungslage verringert
wird, bis sie schließlich negativ wird. Die W-sin-O-Komponente (G,) des Eigengeschwindigkeitsservosystems
ist nun positiv geworden, so daß der Schub wächst und die Eigengeschwindigkeit erneut
zunimmt, worauf der Kreislauf sich umkehrt und schließlich auf eine endgültige
Gleichgewichtslage,
die der neuen Drosseleinstellung entspricht, gedämpft hinläuft.
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Auf diese Weise wird die gedämpfte Wellenbahn der vertikalen Schwingungen
eines Flugzeuges wiedergegeben, so daß die Nachbildung wirklichkeitsgetreu ist.
Der Grad der Dämpfung der Wellenbahn hängt von der Wahl der konstanten Größen der
Schaltung ab, einschließlich des' Prozentsatzes der Geschwindigkeitsrückkopplung,
des Übersetzungsverhältnisses, der relativen Eingangsgrößen und der Einstellung
der Mittelanzapfungen der Potentiometer.
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Wegen dieser Vertikalschwingungen,- die durch, das Anheben der Flugzeugspitze
beim Öffnen der Drossel verursacht werden, ergeben sich natürlich Anzeigen der vertikalen
Eigengeschwindigkeit., die in erster Linie von der Eigengeschwindigkeit und der
Längsneigungslage abhängen, die von dem Potentiometer 142 des Längsneigungssystems
dargestellt werden. Die abgeleitete Spannung v sin O, die einen vertikalen Vektor
darstellt, wird durch den Anstellwinkel am Potentiometer 140 verändert, so daß die
abgeleitete Spannung den Wert v cos 0 sin a darstellt, und diese Spannung
wird ihrerseits von der abgeleiteten Längsneigungsspannung am Verstärker 145 abgezogen,
um die wirkliche vertikale Komponente anzugeben. Der Steiggeschwindigkeitsmotor
146 wird gemäß dieser resultierenden Spannung, betrieben, die durch die Längsneigungsänderungsspannung
für die auch die Schreibweise Ö verwendet werden kann, beeinflußt ist, die ihrerseits
eine Betätigung der Potentiometer 149 und 15o und eine Einstellung der Anzeigegeräte
151 und 153 für die Steigungsgeschwindigkeit und die Höhe, wie oben beschrieben,
hervorruft. Die Spannung
, für die auch die Schreibweise p verwendet werden kann, ist so polarisiert, daß
sie der obenerwähnten resultierenden Spannung am Eingang des Steiggeschwindigkeitsverstärkers
145. entgegenwirkt und daher das Steiggeschwindigkeitssystem beeinflußt, das seinerseits
in wirklichkeitsgetreuer Weise die Längsneigungs- und Höhensysteme verstellt. Die
Erfindung ist besonders dann anwendbar, wenn bei der Nachbildung einer Landung die
Eigengeschwindigkeit klein ist und der Knüppel plötzlich zurückgezogen wird, um
die Spitze des Flugzeuges nach oben zu bringen. Das Ansprechen erfolgt unmittelbar
und exakt wiebeim tatsächlichen Flug. Die Stabilisierungsspanneng des Steiggeschwindigkeitspotentiometers
149 hat das Bestreben, die obenerwähnte vertikale Schwingung zu dämpfen, da sie
so polarisiert ist, daß sie dem Höhensteuermoment entgegenwirkt und daher die Längsneigung
dämpft.
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Bei der obigen Erläuterung ist angenommen worden, daß nur die Drosseleinstellung
geändert worden ist und daß die Höhensteuerung in der normalen ebenen Fluglage oder
in der neutralen Stellung verblieb. Wenn das Höhensteuer eingestellt wird, wird
eine abgeleitete Spannung, die dem Wendemoment entspricht, zu Steuerung eines Systems,
d. h. des Längsneigungsänderungssystems, benutzt, von .dem- eine Spannung abgeleitet
wird, die in Verbindung mit dem Eigengeschwindigkeitsservosystem dazu verwendet
wird, eine Spannung zu erzeugen, die die Zentrifugalkraft darstelle. Diese Zentrifugalkraftsspannung
dient als Eingangsspannung zur Steuerung des Anstellwinkelservosystems, um eine
Eingangsspannung abzuleiten, die entgegengesetzte Richtung, aber gleiche Größe wie
die erste Momentenspannung hat. . Diese gleiche Zentrifugalkraftsspannung steuert
auch die Ableitung einer anderen Eingangskraftspannung, die den Auftrieb darstellt;
diese hat eine Polarität entgegengesetzter Richtung und soll der Wirkung der ursprünglichen
Kraftspannung entgegenarbeiten. Dies zeigt in großen Zügen, wie ein Gleichgewicht
zwischen der Längsneigungsänderung und dem Anstellwinkel herbeigeführt wird.
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Der Vorgang bei der Höhensteuerung wird nun im einzelnen beschrieben.
Wenn das Höhensteuer z. B. auf Sinken eingestellt wird, dann wird der Kontakt 124a
nach unten verschoben, und die abgeleitete Höhensteuerpotentiometerspannung, welche
das Längsneigungsmoment darstellt - angenommen, daß der Kontakt 124a ursprünglich
auf Steigen eingestellt war -, nimmt in seiner Größe auf die ebene Fluganzeige ab,
kehrt dann seine.Polarität um und nimmt in entgegengesetzter Richtung zu, so daß
dabei die Eingangsspannungen des Längsneigungsänderungssystems außer Gleichgewicht
geraten und ein neuer Wert von col, entgegengesetzter Polarität entsteht. Der Servomotor
121 des Längsneigungssystems, der von der ary Spannung gespeist wird, dreht sich
nun in Richtung negativer Längsneigung (Sinken) und vergrößert dadurch die abgeleitete
Spannung am Kontakt 122, d. h. die Gewichtskomponente (-W sin0) am v-System wird
größer und erhöht die Eigengeschwindigkeit. Der Motor 111 des a-Systems, der ein
Steuersignal F, aufnimmt, das v und cay darstellt, dreht sich nun auch in der umgekehrten
Richtung im Sinne eines negativen Wertes von a. Dieser letztere Vorgang bewirkt,
daß die Cm-Spannung, die dem Längsneigungsänderungssystem zugeführt wird, positiver
wird; so daß dieses System stabilisiert wird. Gleichzeitig hat die Bewegung des
a-Servomotors die am CD-Potentiometer abgegriffene Spannung am Kontakt 113 verändert,
so daß hierdurch die Eingangsspannung des Luftwiderstandes am v-Systemverändert
wird und die Ablesung der Eigengeschwindigkeit iVerstellt wird.
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Da die' Senklage einer negativen Längsneigung entspricht, sind die
Kontakte 1¢3 und 144 des Längsneigungspotentiometers 142" unterhalb der Erdanzapfungen
eingestellt, so daß negative bzw. positive Spannungen abgegriffen werden. Die Polarität
an den Klemmen des Anstellwinkelpotentiometers 140 ist umgekehrt, so daß die Polarität
der abgeleiteten Spannung ebenfalls umgekehrt ist, die den Längsneigungsänderungsservomotor
in der negativen oder Senkrichtung speist. Die resultierende abgeänderte Eigengeschwindigkeitsspannung
verursacht ihrerseits eine Veränderung der von dem Längsneigungspotentiometer 142
abgegriffenen Spannungen und der am Anstellwinkelpotentiometer 14o abgegriffenen
Spannung; die die vertikale Komponente der Eigengeschwindigkeit zur Speisung des
Steiggeschwindigkeitsservosystems darstellt. Auf diese Weise wirken sich
die
Änderungen des Anstellwinkels, der Längsneigungslage und der Eigengeschwindigkeit
alle auf die Ablesung der Steiggeschwindigkeit am Instrument 151 aus. Wenn das Höhensteuer
zurückbewegt wird, um die Sinkbewegung abzufangen, kommt das Längsneigungsänderungssystem
durch die Abnahme der Eingangsspannung MP außer Gleichgewicht, so daß sowohl eine
Zunahme derZentrifugalkraftsspannungF, als auch der Längsneigungsänderungsspannung
stattfindet. Da diese Spannungen sowohl den Servomotor des Anstellwinkelsystems
als auch den der Längsneigung nach positiven Werten verschieben, wird nicht nur
die eigene Geschwindigkeit, wie oben erwähnt, erniedrigt, sondern auch die vertikale
Komponente der Eigengeschwindigkeit reduziert, und zwar infolge der Betätigung des
Längsneigungsänderungsservomotors in die neutrale Stellung, wenn die Eingangsspannungen
abnehmen. .
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Es findet daher eine Wiederholung der oben beschriebenen Zusammenwirkung
der vier Systeme statt,, bis die Eigengeschwindigkeit, der Anstellwinkel und die
Sinklage der Antriebsleistung des Flugzeuges und der Einstellung des Höhensteuers
entsprechen.
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Während des oben beschriebenen Sinksteuervorganges sucht das a-System
eine Gleichgewichtslage auf, die von den Eingangsspannungen abhängt, welche dieZentrifugalkraft
von dem Längsneigungsänderungs-und dem Eigengeschwindigkeitssystem sowie die Schwerkraftskomponente
des Längsneigungssystems einerseits und den Auftriebskoeffizienten von dem geänderten
Anstellwinkel andererseits darstellen. Die Resultierende dieser Eingangsspannungen
verstellt den Motor iii in der positiven oder negativen Richtung und kommt ins Gleichgewicht,
wenn das Längsneigungsänderungssystem und das Längsneigungssystem stabilisiert sind.
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Die obige Beschreibung des Betriebes des Eigengeschwindigkeitsservosystems
einschließlich der Betätigung des Eigengeschwindigkeitsmessers ist absichtlich vereinfacht,
um das Zusammenwirken der Servosysteme anschaulich zu machen, von denen jedes einen
bestimmten Flugzustand oder ein um eine bestimmte Achse des Flugzeuges drehbares
System, z. B. die Längsneigungsachse, darstellt.
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Die Anzeige des Eigengeschwindigkeitsmessers und daher die vertikale
Eigengeschwindigkeit und die Höhenanzeige hängen in dem oben beschriebenen System
nicht nur von der Schubkomponente des Motors ab, sondern auch von verzögernden oder
anderen Komponenten, die ihrerseits von dem Anstellwinkel, der Neigungsänderung
und dem Neigungswinkel einschließlich der Höhensteuerung abhängen. Eine Änderung
irgendeines der erwähnten Faktoren oder Komponenten beeinflußt notwendigerweise
die damit in Beziehung stehenden Systeme, so daß diese außer Gleichgewicht geraten
und in der Praxis die ganze Anlage ständig eine neue Gleichgewichtslage sucht, so
daß hierdurch das natürliche aerodynamische Gleichgewicht des Flugzeuges nachgeahmt
wird.
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Während all dieser Einwirkungen der Servosysteme aufeinander spricht
der Steiggeschwindigkeitsservomotor an, der von der obenerwähnten Längsneigungsänderungsspannung
ƒ beeinflußt wird, und erzeugt dabei eine Stabilisierungsspannung, welche
die zweite Ableitung der Höhe in einer solchen' Richtung oder Polarität darstellt,
daß sie einer weiteren Änderung der Flugbahnneigung entgegenwirkt und das »Flugzeug«
mit Bezug auf die sogenannte Y-Achse stabilisiert, d. h. die Achse, die durch den
Schwerpunkt in Richtung der Flügel verläuft. Diese Spannung hat das Bestreben, einen.
Gleichgewichtszustand der Flugbahn insbesondere durch Herbeiführung einer konstanten
Steiggeschwindigkeit wiederherzustellen, indem sie jeder Änderung der Steiggeschwindigkeit
entgegenwirkt.
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Es sei darauf hingewiesen, daß der Stromkreis zwischen dem Längsneigungs-
und dem Steiggeschwindigkeitssystem, der den Betrieb des Steiggeschwindigkeitsservomotors
durch eine Längsneigungsänderungsspannung Ö beeinflußt, nach Wunsch in einem vertikalen
System unabhängig von der stabilisierenden Spannung li für das Längsneigungsänderungssystem
benutzt werden kann; er kann auch wie dargestellt verwendet werden, so daß er durch
den stabilisierenden Kreis ergänzt wird.
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Wie sich leicht zeigen läßt, ist die Längsneigungsänderung auch die
Resultierende von oi" cos (P-a)z sin 0,
wobei 0 der Rollwinkel, o),, die Änderungsge-chwindigkeit um die y-Achse des Flugzeugs
und cuz die Drehgeschwindigkeit .um die x-Achse ist. Die Spannungen a>y cos 0 und
coz sin 0 können, wie in Fig. 2 dargestellt, benutzt werden, wobei Komponenten des
Querruder- oder Giersystems ebenso wie die des Längs- oder Vertikalsystems verwendet
werden. In Fig. 2 ist dargestellt, daß das Gieränderungssystem coz in erster Linie
durch ein Potentiometer i7o beeinflußt wird, dessen Schleifkontakt 171 in Abhängigkeit
von dem Seitenruder eingestellt wird: Das Potentiometer ist ähnlich wie das Höhensteuerpotentiometer
der Fig. i in der Mitte geerdet und wird an den einander gegenüberliegenden Klemmen
von Eigengeschwindigkeitsspannungen +v und -v gespeist, um abgeleitete Spannungen
zu erzeugen, die rechte und linke Wendemomente darstellen. Diese Momentenspannung
bildet die Eingangsspannung für den Gierungs-Änderungs-Summierungs-Verstärker 172,
dessen Ausgang mit einem Transformator 173 verbunden ist, an dessen sekundären Klemmen
174 und 175 Spannungen von einander entgegengesetztem Augenblickswert der Polarität
erzeugt werden, die die Änderung der Gierung darstellen.
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Das Rollsystem 0 wird in ähnlicher Weise durch eine am Potentiometer
176 abgegriffene Spannung gespeist, dessen Schleifkontakt 177 in Abhängigkeit von
der Querrudereinstellung verstellt wird. Das Querruderpotentiometer 176 wird ähnlich
wie das Seitenruder- und Höhensteuerpotentiometer durch entgegengesetzte polarisierte
Spannungen gespeist, welche die Eigengeschwindigkeit darstellen, so daß sich eine
Spannung ergibt, die dem Rollmoment entspricht. Der Rollservoverstärker 178 wird
hauptsächlich von dieser Momentenspannung und auch von Spannungen gespeist, die
von anderen Kreisen herrühren, wie dies im einzelnen in dem obengenannten italienischen
Patent offenbart ist.
Das Rollservosystem ähnelt dem Servosystem-
der Fig. x und enthält einen Servomotor 179, der vom Ausgang des Verstärkers 178
gespeist wird, sowie einen Rückkopplungsgenerator 1799, der eine Rückkopplungsspannung
für den Rollverstärker liefert. Der Motor-Generator ist über. einen Getriebekasten
179b und eine mechanische Verbindung 17g mit zwei cos-Potentiometern 18o und 182
verbunden, die gegeneinander um go° versetzt sind und an deren Schleifkontakten
181 und 183 Spannungen abgenommen werden können, die Funktionen des Rollens, der
Längsneigungsänderung und der Gieränderung sind. Das Potentiometer 18o wird mit
entgegengesetzt gerichteten Spannungen gespeist, die die Längsneigungsänderung darstellen
und an den Klemmen 128 und 129 des Längsneigungsänderungstransformators der Fig.
z abgenommen werden; das Potentiometer 182 wird mit entgegengesetzt gerichteten
Spannungen gespeist, welche der Gieränderung entsprechen und an den Klemmen 174
und 175 des Gieränderungstransformators 173 abgegriffen werden. An dem Schleifkontakt
181 entsteht daher eine Spannung, die arg, cos rund an dem Schleifkontakt 183 eine
Spannung, die u)" sin 0 darstellt. Die Resultierende dieser' beiden Spannungen ist
entsprechend dem obigen Ausdruck gleich oder O.
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Das
Längsneigungsservosystem O kann daher mit diesen Spannungskomponenten gespeist werden,
so daß die Lage -des-integrierenden Längsneigungsservomotors sich entsprechend der
Längsneigung einstellt. Zu diesem Zweck ist der Schleifkontakt 181 1 über eine Leitung
181' mit dem Eingang des Längsneigungsverstärkers 12o ebenso wie der Schleifkontakt
183 durch eine Leitung 183' verbunden. Die Elemente des Längsneigungsservosystems
entsprechen denen der Fig.i. Die mechanische Verbindung 12i° auf der Ausgangsseite
kann mit dem Längsneigungselement eines nachgebildeten Lagekreisels 185 verblinden
sein, und die Rollservoverbindung 17g. kann mit dem Rollelement des Kreisels in
Verbindung' stehen.
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Das die Höhe integrierende Servosystem h erhält seine Eingangsspannungen
von Stromkreisen, die in_ Fig. i dargestellt sind. Der Verstärker 165 wird außer
mit einer Rückkopplungsspannung von dem Servomotor 166a noch von Spannungen gespeist,
die an den Potentiometern 142 und i4o der Fig. i abgenommen werden und -v sin O
sowie v cos O sin a darstellen. Der Höhenservomotor entspricht im
übrigen denjenigen der Fig. i. Die Höhenrückkopplungsspannung
wird im vorliegenden Fall benutzt, um den Steig-: geschwindigkeitsservomotor
zusammenmitanderen weiter unten erwähnten Spannungen zu speisen: Zu den Eingangsspannungen
des Steiggeschwindigkeitsverstärkers 145 gehören: i. eine Rückkopplungsspannung
von dem. Servogenerator .14611, entsprechend
2. eine Hauptspeisespannung
der Leitung 186 des Höhenservorückkopplungskreises, 3. eine Spannung an der Leitung
z83', welche cox sin 0 des 0-Potentiometers .r82 darstellt, 4. eine Spannung an
der Leitung i81', die co, cos 0 vom 0-Potentiometer 18o darstellt, und 5.. eine
Ansprechspannung
an der Leitung 148' des Ansprechpotentiometers 150.
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Die Höhenservorückkopplungsspannung
wird dazu benutzt, den Steiggeschwindigkeitsservomotor
zu steuern. Da bei einer positiven Steiggeschwindigkeit' die Eingangssteuerspannung
negativ angesetzt wird , haben alle dämpfenden Spannungen dieses
Servosystems 'entgegengesetzte Polarität. Zu diesen Spannungen gehört die gegenwirkende
Rückkopplungsspannung + , die dämpfende Servospannung des Steiggeschwindigkeitsrückkopplungs-
generators -E-
und die neuenAbänderungsspannungen, nämlich + oav cos 0 und - to, sin 0.
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Ob die beeinflussenden Spannungen als eine gemeinsame Spannung -Ö
oder als Komponenten co, cos 0 -a), sin 0 benutzt werden, hängt in erster Linie
davon ab, ob eine positive oder negative Signalspannung für den Eingang des zu beeinflussenden
Systems erforderlich ist. Irgendeine andere Spannung oder eine Kombination von Spannungen,
die ary oder
darstellen, können verwendet werden, um ein verbessertes Ansprechen in dem obenerwähnten
Sinne zu erreichen.
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Die in Fig. i und 2 dargestellten Anlagen, in denen ein Winkeländerungsfaktor
benutzt wird, um ein System zu beeinflussen, welches' eine Funktion der axialen
Bewegung darstellt, können daher dazu dienen, auf eine besonders wirklichkeitsgetreue
Weise Steuerbewegungen nachzuahmen, und zwar einschließlich von kurzen periodischen
Schwingungen des Flugzeuges, so daß sich eine wesentlich verbesserte Wirkungsweise
des gesamten Flugübungsgerätes ergibt.
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Die Erfindung ist besonders anwendbar bei dem vertikalen System. einer
Gleitstrahlanzeige (ILS-System), wobei die Höhensteuerung benutzt wird, - ein Kreuzzeigerinstrument
zu steuern. In diesem Fall ist die Ö=Spannung direkt an das Höhensystem gelegt und
nicht an das Steiggeschwindigkeitssystem, da es für die Übung beim Landungsanflug
wichtig ist, daß die Kreuzzeigernadel des Gleitstrahlanzeigers sofort und wirklichkeitsgetreu
auf plötzliche Ablenkungen des Höhensteuers, wie beim wirklichen Flug anspricht.
Die wesentliche Änderung des Stromkreises besteht darin, daß einfach die Steuerspannung
Ö von dem Steggeschwindigkeitssystem' an das Höhensystem gelegt wird, so- daß ein
kleines Signal der Längsneigungsänderung eine merkbare Reaktion an dem Höhensystem
hervorruft, das seinerseits den Zeiger des Kreuzzeigerinstrumentes für den Gleitstrahl
betätigt. .
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Die Erfindung ist nicht auf Geräte mit Servomotoren 1 und Generatoren
der beschriebenen Art beschränkt,
sondern es können auch gleichwertige
elektronische oder mechanische Servoschaltungen benutzt werden.