DE841100C - Steuervorrichtung fuer Fahrzeuge im Raum - Google Patents

Description

Die Erfindung 1>ezieht sich allgemein auf Vorrichtungen zum Steuern von Fahrzeugen im Raum und besonders auf Vorrichtungen zum Steuern der Steuerschrauben von Hubschraubern.

In einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung auf die Steuerung der Anstellung der Steuerschraube eines Hubschraul>ers angewendet. Die Erfindung kann auch 'l>ei anderen Flugzeugtypen, bei denen andere Mittel als Luftschrauben zur Steuerung Verwendung finden, Anwendung finden.

Der liubschrautxer erhält den Hub zum Halten der Höhe und den Schub zur Vorwärtsbewegung durch eine angetriel>ene Luftschraul>e, die aus mehreren sich radial von einer Mittelna'be aus erstreckenden Blättern l>esteht. Diese Hubschraube rotiert um eine senkrechte Antriebswelle, wobei eine Bewegung in irgendeiner Richtung durch ein Neigen der Rotationsöbene dieser Luftschraube hervorgerufen wird. Im Beispiel wird diese Neigung der Rotationsebene durch eine cyclische Änderung des Schraubeniblattanstellwinkels während jeder Umdrehung der Luftschraube hervorgerufen. Der Blattanstellwinkel ist dabei an irgendeinem Punkt ein Maximum und an einem um i8o° versetzten ein Minimum. Diese cyclische Änderung des Blattanstellwinkels führt zu einer Änderung des Hubes bezüglich der Rotationsebene und läßt die Schraubenblattanordniung sich um eine Achse neigen, die gegen die von der Maximum- und Minimumblattstellung definierte Achse versetzt ist.

Dadurch ergibt sich eine Horizontalkomponente des Schubes in Richtung der Neigung der Luftsch raul>enebene.

Die Drehmomentreaktion der Hubschraube wird , auf den Rumpf des Hubßchraubers übertragen, wobei sie den Rumpf um die vertikale Luftschraul>en'welle entgegengesetzt zur Drehrichtung der Hubschraube zu drehen versucht. Da diesem Gegendrehmoment über den gesamten Bereich der Horizontalgeschwindigkeiten, einschließlich Stillstand, des Hubschraubers entgegengewirkt werden muß, sind die gewöhnlichen Seitenruder, die bei Flugzeugen mit festen Tragflächen Verwendung finden, hier nicht geeignet, und es finden Mittel wie Gegendrehmomente oder Steuerschrauben, Strahldüsen usw. zum Aufrechterhalten der Orientierung des Hubschraubers im Azimut Verwendung.

Die Steuerschraube soll eine lxaiderseitig verstellbare Luftschraube sein, d.h. ihr Blattanstellwinkel kann von einem Maximum in der einen Richtung zu einem Maximum in der anderen Richtung verstellt werden. Der Flugzeugführer regelt eine Verstellvorrichtung, wodurch diese Blattverstellung und das gewünschte Momenten-Gleichgewicht bezüglich der senkrechten Antriebswelle hervorgerufen werden.

Bei der unmittelbar von Hand ,vor sich gehenden Regelung der Anzeige und der Korrektur von Winkelabweichungen um die Vertikalachse treten einige Schwierigkeiten auf. Dies gilt l>escnders für Starf und Landung des Hubschraubers. Die verschiedenen Abweichungen, die auftreten können, werden später ausführlich beschriel>en. Die Erfindung richtet sich deshalb auch auf die automatische Korrektur solcher Winkelabweichungen. Gegenstand der Erfindung ist eine Steuerung für ein Fahrzeug im Raum, die einfach in 'ihren Grundlagen und wirkungsvoll in ihrem Betrieb ist sowie eine geringstmögliche Anzahl von Teilen aufweist.

Weiter soll nach der Erfindung eine Steuerung für ein Fahrzeug mit drei Bewegungsrichtungen im Raum vorgesehen werden, die in ihrer Konstruktion einfach und im Gewicht leicht ist.

Zusätzlich ist die Erfindung auf eine Steuervorrichtung mit den f>e.schriebenen Eigenschaften gerichtet, die einen Kreisel zur Anzeige von Win'kell >ewegungen des Fahrzeuges um eine gege1>ene Achse enthält, wobei der Kreisel gefesselt ist und nicht umschlagen kann.

Die Erfindung sieht ebenfalls eine Vorrichtung zum Stabilisieren eines Fahrzeuges um eine gegebene Achse vor, in der ein Wendezeigerkreisel Verwendung findet, der eine Winkelgeschwindigkeit um eine gegebene Achse anzeigt, wobei der Kreisel an einer merklichen Präzessionsbewegung gehindert wird.

Besonders richtet sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zum Steuern der Steuerschraube eines Hubschraubers, l>ei der ein Wendezeigerkreisel Verwendung findet, um Winkelgeschwindigkeiten um die Lotacbse des Flugzeuges anzuzeigen.

Weiter soll nach der Erfindung besonders eine Vorrichtung zum Steuern der Steuerschraube eines Hubschraubers vorgesehen werden, bei der 'ein Wendezeigerkreisel Verwendung findet, um Winkelgeschwindiigkeiten um die Lot ach se des Flugzeuges anzuzeigen, und bei der für den Wendezeigerkreisel eine Beschleunigungssteuerung vorhanden ist.

Nach der Erfindung ist somit eine Vorrichtung zum Steuern eines Fahrzeuges im Raum, das Steuermittel.zum Hervorrufen einer Bewegung um eine freie Achse des Fahrzeuges aufweist, vorgesehen, bei der geschwindigkeitsempfindliche Mittel, die auf die Geschwindigkeit der Bewegung des Fahrzeuges um diese freie Achse ansprechen, Mittel, die durch diese geschwindigkeiitsempfindlichen Mittel betätigt werden, elektromagnetische Mittel, die den geschwindigkeitsempfindlichen Mitteln zugeordnet sind und Teile eines normalerweise abgeglichenen Brückenkreises bilden, Mittel; die den Brückenkreis unabgeglichen machen, und Mittel, die durch die geschwindigkeitsempfindlichen Mittel und die Steuermittel zur Inbetriebnahme der Steuermittel betätigt werden, Verwendung finden.

In der Zeichnung sind Ausführunigsbeispiele nach der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt

Fig. ι eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht eines Kreisels nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1, wo1>ei der Motor zur Vereinfachung weggelassen ist,

Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie III-III der Fig. 1,

Fig. 4 ein schematisches Schaltbild einer Steuervorrichtung nach der Erfindung, das die Anwendung auf eine Hubschraubersteuerung zeigt, und

Fig. 5 eine Abänderung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 4.

Der Kreisel ist in Fig. 1 bis 3 dargestellt und weist im allgemeinen einen auf der Welle (nicht gezeichnet) eines Gleichstrommotors 2 sitzenden Rotor ι auf, wobei nur das Gehäuse des Gleichstrommotors in den Figuren zu seihen ist. Das Motorgehäuse ist in einem Ring 3 angebracht, der um die auf gegenüberliegenden Seiten liegenden Wellenstumpfe 4 drehbar befestigt ist, die eine Horizontalachse festlegen, um die die gesamte Rotoranordnung des Kreisels drehbar ist. Die Wellenstümpfe 4 sind in einem Tragbügelring 5 gelagert, der um ein Paar Wellenstümpfe 6 drehbar angeordnet ist, die eine vertikale Drehachse für die gesamte Rotoranordnung des Kreisels festlegen. Die Wellenstümpfe 6 sind in den Enden eines Trägerpaares 7 gelagert, deren andere Enden an einer Grundplatte 8, die die gesamte Anordnimg trägt, befestigt sind. Für die Beschreibung soll die durch die Welleiistümpfe 4 festgelegte Achse als die Präzessionsachse des Kreisels Ix-zeichnet werden.

Obwohl der Kreisel unter einem beliebigen Winkel zur Vertikalachse angeordnet sein kann und auf die Winkelgeschwindigkeit einer Drehung des Flugzeuges reagiert, ist eine besonders vorgezogene Orientierung des Kreisels im Hubschrauber durch die Pfeile in Fig. 1 angedeutet. Der horizontale Pfeil liegt praktisch parallel zur Längsachse des Flugzeuges und ist mit Flugrichtung bezeichnet.

Der Rotor des Kreisels zeigt also in Flugrichtung. Der vertikale Pfeil stellt die vertikale oder Lotachse des Flugzeuges dar und ist mit Vertikalachse bezeichnet. Die durch die Wellenstümpfe 6 festgelegte Achse der Kreiselanordnung liegt also parallel zur Hochachse des Flugzeuges. Die Präzessionsachse des Kreisels, die durch die Wellenstümpfe 4 festgelegt ist, steht sowohl zur Vertikalachse als auch zur Drehachse des Kreisels senkrecht und liegt desto halb in einer praktisch horizontalen Ebene. Diese Achse kann in jedem Winkel in der Horizontalelxine angeordnet werden.

Bei der gezeichneten und beschriebenen Anordnung des Kreisels im Flugzeug findet er zur Anzeige von Winkelgeschwindigkeiten um die Hochachse des Flugzeuges Verwendung. Eine Winkelgeschwindigkeit um die Hochachse führt zu einem Drehmoment des Kreisels um seine Präzessionsachse 4-4, das proportional zur Größe und Richtung dieser Winkelgeschwindigkeit ist. Diese Kreiselreaktion kann zur Betätigung von Vorrichtungen zum Steuern der Eingangsgeschwindigkeit dienen.

Die Kupplung zwischen dem Kreisel und dem Flugzeug wird in Form eines Reibungsdämpfers 9 hervorgerufen, der die Präzessionsbewegung des Kreisels um die Achse der Wellenstümpfe 4 dämpft und dafür sorgt, daß der Kreisel die Geschwindigkeit um die Hochachse des Flugzeuges anzeigt. Der Dämpfer weist ein Paar Reibungsschuhe 10 auf, die auf entgegengesetzten Seiten einer Platte 11 angeordnet sind, die unter rechtem Winkel die Fortsetzung einer am Ring 3 befestigten Aufnahmeplatte 12 ist. Die E1>ene der Aufnabmeplatte 12 liegt parallel zur horizontalen Präzessionsachse des Kreisels, und die El>ene der Platte 11 l>e.stimmt die Ebene der Rotation um diese Horizontalaohse, die sich zwischen den beiden Reibungsschühen erstreckt. Die Reibungsschuhe werden von einem Paar an der Grundplatte 8 befestigten Ansätzen aufgenommen, in die die Schraul>en 14 eingeschraubt sind. Diese Schrauben halten je einen Reibungsschuh und sind so angeordnet, daß zwischen ihnen und der Platte 11 ein kleiner Zwischenraum für eine begrenzte Bewegung des Kreisels um die Vertikalachse zwischen den Schuhen vorhanden ist. Es kann. al>er auch der Tragbügel 5 fest mit dem Flugzeug verbunden sein, und die Präzessionsl>ewegung des Kreisels um die Achse 4-4 kann durch einen Luftbremszylinder cxler einen Bremszylinder mit einem anderen Fluidum gedämpft werden.

13ei einer Bewegung des Hubschraubers um die Hochachse wird die Grundplatte 8 mitgenommen, wodurch ein Reibungsschuh die benachbarte Ol)erfläche der Platte 11 berührt. Die dadurch ül>ertragene Kraft wird auf den Ring 3 und dann über die Welleiistümpfe 4 auf den Tragbügel 5 ül>ertragen und dreht dalxH die Anordnung um die vertikale Achse der Wellenstümpfe 6, wodurch die Achse des Rotors verstellt wird. Die Präzessionsreaktion des Kreisels erzeugt eine Win'kelbewegung um die horizontale Achse der Wellen 4, was zu einem Reaktionsdrehmoment um die Vertikalachse entgegengesetzt zum aufgebrachten Drehmoment und proportional zu diesem führt. Somit ändert sich die Kraft, die die Reibungsschuhe mit der Platte 11 in Berührung bringt, mit der Winkelgeschwindigkeit der Präzession, und die Proportionalität der Reibungsdämpfung derPräzessionsibewegung ergibt sich aus der normalen Schubkraft mal dem Reibungskoeffizienten zwischen Platte und Schuh.

Die Präzessionsbewegung des Kreisels dient zum Betätigen von Kontakten C¹, C² und C³, die, wie später noch beschrieben wird, eine Rudermaschine steuern, die die Steuerschraube des Hubschraubers bedient. Ein Paar an den Platten 12 befestigter Arme 15, die an den gegenüberliegenden Seiten des Ringes 3 angebracht sind, tragen die einander gegenüberliegenden Kontakte C¹ und C². Somit werden die Kontakte C¹ und C² durch die Prä-Zessionsbewegung des Kreisels auf einen Bogen um die Achse der Wellenstümpfe 4 geführt. Ein am Tragbügel 5 angebrachter Arm 16 trägt den Kontakt C³ zwischen den Kontakten C¹ und C², die damit wahlweise den Kontakt C³ in Abhängigkeit von der Richtung der Präzessionisbewegung des Kreisels schließen. Die Kontaktanordnung ist durch ein Paar Zentrierfedern 17, die an entgegengesetzten Seiten des Armes 16 zwischen diesem Arm 16 und den Platten 12 angebracht sind, in ihrer Mittetstellung gehalten. Wie bei den Reibungsschuhen sind auch die Kontakte C¹ und C² dicht beim Kontakt C³ angeordnet, so daß für einen Kontaktschluß keine starke Präzessionisbewegung vorhanden zu sein braucht. Somit ist der Kreisel um seine horizontale und vertikale Achse festgelegt, d. h. praktisch am Flugzeug festgemacht, wodurch ein von der Fluglage unabhängiges Umschlagen des Kreisels nicht auftreten kann.

Die Kreiselanordnung liefert somit einen pendelnden Betrieb der Kontakte, so daß ein durch die Kontakte fließender Strom in Abhängigkeit von der Eingangsgeschwindigkeit gesteuert wird, um eine Proportionalität der berichtigenden Kräfte auf die Steuerschraube zu erhalten. Es gibt verschiedene Wege, dieses Ziel zu erreichen. In der vorliegenden Bauart ist das rotierende System des Kreisels nicht vollständig dynamisch ausgeglichen, so daß Drehmomente bestimmter Größe um die Horizontaloder Präzessionsachse entsprechend der Umlauffrequenz des rotierenden Systems auftreten. Die auf die Kontakte übertragenen Kräfte brauchen nicht so groß zu sein, daß sie eine vollständige Kontakttrennung erzeugen, sondern sie brauchen nur so groß zu sein, um eine Kontaktbeweg'ung in der Größenordnung von z.B. Vwooomm hervorzurufen und damit einen pendelnden Zustand zu schaffen. Somit wird das Präzessionsdrehmoment, das die die Kontakte in einer Richtung schließende Kraft erzeugt, vom wechselnden Drehmoment des rotieren- iao den Systems überlagert und ein pendelnder Kontaktzustand erreicht, wodurch ein Durchschnittskontaktwiderstand und ein Durchschnittsstrom durch die Kontakte erzeugt wird, der die Drehgeschwindigkeit um die Hochachse des Hub- 12$ schraubers anzeigt.

Damit das Flugzeug in eine Kurve geflogen werden kann, muß eine Steuerung des Kreisels vorhanden sein. Die gezeichnete Steuerung weist eine elektromagnetisclhe Richtanordnung zur Erzeugung von Drehmomenten um die Präzessionsachse des Kreisels auf. Daher sind zwei Elektromagnete vorgesehen, wovon der eine eine in einer Aussparung in dem einen Träger 7 angebrachte Ringspule P¹ und der andere eine in einer Aussparung im anderen Träger 7 angebrachte Ringspule P ² aufweist. Die Träger 7 bestehen deshalb vorzugsweise aus magnetisierbarem Material und bilden die Kerne dieser Elektromagneten. Die Anker der Elektromagneten werden durch die ebenfalls aus magnetisierbarem Material bestehenden Platten 12 gebildet. Die äußere Oberfläche dieser Platten ist etwas vom dazugehörigen Kern entfernt und läßt somit einen Luftspalt frei. Ein Stromfluß in irgendeiner Spule neigt entsprechend den Kreisel um seine Präzessionsachse und schließt ein Paar der Kontakte, wobei die Kontaktkraft vom aufgebrachten Drehmoment abhängig ist.

Ein anderes Merkmal der Kreiselanordnung ist die Masse 18, die in Lagern 19 auf einer senkrechten, an einer Verlängerung 8^e der Grundplatte 8 befestigten Welle 20 sitzt. Ein Punkt am Umfang der Masse 18 ist durch ein Kurbelstück 21 drehbar an der Grundplatte 8 befestigt, während eine Stange 22 zu einer der Platten 12 führt. Somit betätigt eine entsprechende Winkelbewegung des Hubschraubers und der Kreiselanordnung bezüglich der Maisee 18 das Kurbeilstück und die Stange, die die Masse und den Kreisel verbinden, und erzeugt eine Kippbewegung um die Präzessionsachse des Kreisels, was zu Kontaktkräften führt, die die Kreiselkräfte infolge der Geschwindigkeitsreaktion vergrößern. Die beschriebene Anordnung führt somit eine Beschleunigungsreaktion in das System ein, die ebenfalls eine Winkelgeschwindigkeit um die Hochachse des Hubschraubers vorwegzunehmen sucht.

Wie bereits angeführt, ist die besondere Ausführungsform eines Hubschraubers (Fig. 4), auf die die Erfindung Anwendung findet, mit einer Hub-

♦5 schraube LR und einer Steuerschraube SP versehen. Im allgemeinen gehen die Blätter der Hubschraube von einer Mittelnaibe aus, die die gebräuchliche Verstellvorrichtung enthält und auf dem oberen Ende einer über den Rumpf des Flugzeuges (nicht gezeichnet) hinausragenden Welle 23 sitzt. Diese Welle wird von einem Motor E im Rumpf über ein Getriebe angetrieben. Dieses Getriebe ist von herkömmlicher Bauart und nicht weiter l)eschrieben, da das auf die Erfindung nicht gerichtet ist. Im Hubschraubenantrieb befindet sich ein Freilauf 24⁰, durch den die Motorgeschwindigkeit unter die der Hubschraube 'Sinken oder sogar aufhören kann, ohne die Hubschraübendrehung, mit Ausnahme durch die innere Reibung im Freilauf und an anderen Befestigungspunkten der Schraubenwelle, zu behindern. Die Frei laufverbindung zwischen Welle und Motor wird zum Steuern des Flugzeuges während des Herabgehens auf geringere Höhen oder beim Landen gebraucht, wie später noch beschrieben werden soll.

Die Blätter der Hubschraube sind an einer Nabe befestigt, so daß sie sich frei um eine horizontale Achse senkrecht zur Schraubenwelle 23 in Abhängigkeit von den aerodynamischen und zentrifugalen Kräften, die auf sie wirken, bewegen können. Jedes Blatt kann um seine Längsachse zur Änderung seines Anstellwinkels gedreht werden. Ein Teil der Hubschraubenverstellungsisteuerung ist mit der Motordrosselklappe koordiniert und dient zur automatischen Steigerung der Motordrosselung, wenn der Blattanstellwinkel zunimmt. In der Zeichnung ist dies durch einen Arm 25 zwischen der Übertragung 24 und der Drosselklappe 26 angedeutet. Der Arm 25 wird durch einen Handgriff 27 vom Flugzeugführer betätigt, wodurch gleichzeitig der Blattanstellwinkel oder die Steigungsstellung der Hubschraube und die Drosselklappe geregelt werden. Ein anderer Teil der Hubsohrauibenverstellungssteuerung wird durch den Steuerknüppel 28 durch den Flugzeugführer betätigt, wodurch eine cyclische Änderung der Rotorsteigerung hervorgerufen wird, so daß der Anstellwinkel eines Blattes von einem Maximum an einem Punkt seiner Drehungsel>ene auf ein dazu um i8o° verschobenes Minimum verstellt werden kann. Diese cyclische Verstellung dient dazu, das Flugzeug dadurch zu steuern, daß man die resultierende Kraft der Hubseih raube auf die Rotorachse oder -welle 24 verschiedene Winkel bezüglich ■dieser Achse annehmen läßt. Für eine vori oben geseihen im Uhrzeigersinn erfolgende Drehung <ier Hubschraube werden, wenn der Steuerknüppel nach vorn bewegt wird, die Blattanstellwinkel rechts vom Piloten zu einem Maximum und die links von ihm zu einem Minimum. Weil die Bewegung der Blätter um ihre horizontalen Drehachsen an der Schraubennabe der Blattwinkelstellung um 90⁰ nacheilt, verursacht das entsprechende Zu- und Abnehmen des Blatthubes ein Vorwärtsneigen der Ebene der Hubschraube, wodurch eine Vorwärtskomponente der Schraubenkraft für einen Antrieb des Flugzeuges in Vorwärtsrichtung entsteht. Ähnlich verschiebt eine Bewegung des cyclischen Steigungssteuerknüppels nach rechts oder links die Richtung der Horizontalkomponente der Schraubenkraft nach rechts bzw. links.

Wenn der Motor die Hubschraube antreibt, wirkt dem Motordrehmoment auf den Rumpf des Hubschraubers ein gleich großes und entgegengesetztes Drehmoment auf den Rumpf durdh eine kleine mit hoher Umdrehungszahl umlaufende Luftschraube SP entgegen, die am hinteren Ende des Rumpfes angebracht ist und sich um eine horizontale, zur Längsachse des Hubschraubers senkrecht stehende Achse dreht. Diese Steuerschraube ist verstellbar. Die Regelung ihres Gegendrehmomentes erfolgt durch eine Einstellung des Blattanstellwinkels, um den gewünschten Gleichgewichtsanstellwert durch eine Bewegung der Pedale 29 zu erzeugen, die in dem beschriebenen Flugzeugtyp gewöhnlich

unmittelbar zum Regeln der Schraubenverstellung der Steuerschraube verbunden sind. Die Steuerschraube SP wird vom Hauptmotor E über ein Getriebe angetrieben. Daher muß die Gegendrehmoment- oder Steuerschraube jedesmal verstellt werden, wenn eine Änderung der Motordrehzahl oder des Motordrehmomentes auftritt, um das Momentengleichgewicht aufrechtzuerhalten.

Wenn die Aufrechterhaltung einer gegebenen ίο Rumpflage im Azimut nur vom genauen Abgleichen des Hübsch raubendrehmomentes und der Steuerschraubendrehmomentreaktion auf den Rumpf abhängt, können vorübergehende Abweichungen des Rumpfes l>ei sich ändernden Winkelgeschwindigkeiten z. B. nur durch Windböen gegen die Hubschraube oder die Steuerschraube und als Ergebnis vorübergehender Beschleunigungsdrehmomente auf die Hubschraube hervorgerufen werden. Solche kurzzeitigen Drehmomentunabgeglichenheiten treten besonders während der Start- und Landemanöver auf, wo sie den Flugzeugführer stark verwirren und ein ständiges Bedienen der Pedale zum Abgleich der Drehmomente der beiden Luftschrauben erfordern. Wenn z. B. beim Heruntergehen auf eine geringere Höhe das Handrad 27 ibetätigt wird, um den Motor stärker zu drosseln, und damit die Motordrehzahl abfällt, fährt die Hubschraube fort, sich für einige Zeit mit einer Drehzahl, die über der entsprechenden Motordrehzahl liegt, zu drehen, wobei diese Drohung durch aerodynamische Kräfte auf die Hubschraubenblätter infolge des Sinkens oder des Vorwärtsgleitens des Flugzeuges hervorgerufen wird. Der Freilauf 24⁰ im Übertragungsantrieb zwischen Motor und Hubschraube gestattet eine Motordrehzahl unterhalb der entsprechenden Hubschraubendrehzahl ohne merkliche Beeinträchtigung der Hubschraube. Wenn somit die Hubschraube durch Kräfte in Drehung versetzt wird, die außerhalb des Rumpfes wirken, suchen die Reibungskräfte das Flugzeug in eine Drehung mit der Hubschraube zu ziehen. Somit ist beim Fallen die Richtung des Reäktionsdrehmomentes auf den Rumpf umgekehrt, und die Steuerschraubenanstellung muß etwas umgesteuert werden, um das Momentengleichgewicht des Flugzeuges aufrechtzuerhalten. Solchen kurzzeitigen Verschiedenheiten zwischen Hubschraubendrehmoment und Steuerschraubendrehmoment muß durch den Flugzeugführer unmittelbar durch eine Pedalverstellung der Steuerschraubenanstellung begegnet werden.

Ein Mittel zum automatischen Einhalten des Rumpfmomentenabgleiehes, dass auch zum Steuern durch den Flugzeugführer zur Änderung der Orientierung des Rumpfes im Azimut und der Fortbewegungsrichtung des Hubschraubers dient, ist in Fig. 4 dargestellt. Das Hauptstück dieser Anordnung ist die geschwindigkeitsempfindliche Kreiselanordnung G, die bereits beschrieben wurde. Sie ist der Einfachheit halber in dieser Figur nur schematisch angedeutet. Bei diesem Ausführungsbeispiel nach der Erfindung ist eine elektrische Rudermaschine mit den Kreiselkontakten C¹, C² und C³ verbunden, um die Schraubenverstellung 30 der Steuerschraube zu steuern. Ein Gleichstrommotor M ist mechanisch mit der Schraubenverstellung 30 durch eine Welle 30⁰ verbunden, wobei die Motorfeldwicklung MF von einer Gleichstromquelle erregt wird. Sie ist hier der Einfachheit halber mit dem positiven und dem negativen Zeichen angedeutet. Der Motor wird durch einen Generator GEN gesteuert, dessen Ankerwicklung mit der Ankerwicklung des Motors verbunden ist. Obwohl in der Zeichnung ein Nebenschlußmotor dargestellt ist, kann jede andere Motorart Verwendung finden. Der Generatorausgang wird durch ein Paar differentiell angeordneter Feldwicklungen DF¹ und DF², die jeweils in Reihe mit einem der Kontakte C¹ bzw. C² und der Gleichstromquelle liegen, gesteuert. Ein Schluß der Kontakte C¹ und C³ führt zu einem Stromfluß in der Feldwicklung DF¹ in der einen Richtung, während der Schluß der Kontakte C² und C³ zu einem Stromfluß in der Feldwicklung DF² im entgegengesetzten Sinn führt. In jedem Fall hängt der Grad der Erregung von dem Strom ab, der durch die vom Kreisel betätigten Kontakte fließt. Die Motorspannung, und, als Folge davon, die Drehzahl hängen daher von der Wirkung des Kreisels ab, der selbst wieder von der Geschwindigkeit und gegebenenfalls auch von der Beschleunigung der Abweichung oder Drehung um >die Lotachse des Hubschraubers abhängte

Die Spulen P¹ und P² der Elektromagneten sind in Reihe mit Abzweigungen eines Potentiometers P gelegt, dessen Schieber durch die Pedale 29 betätigt wird. Dieser Kreis wird dadurch mit Strom versorgt, daß der Potentiometerschieber an der einen Klemme und ein Punkt zwischen den Spulen an der anderen Klemme einer Stromquelle liegen. Durch diese Anordnung sind die beiden Spulen ständig mit Strom versorgt, und der Kreisel befindet sich ¹⁰<> in seiner Neutralstellung, wobei angenommen ist, daß die Spulen bei Mittelstellung des Potentiometerschiebers die gleichen elektromagnetischen Eigenschaften haben.

Während des Geradeausfluges des Flugzeuges befindet sich die Pedale in Mittelstellung, und der Kreisel wirkt als Stabilisator für die Azimutlage des Rumpfes. Versucht das Flugzeug irgendwie abzuweichen, so wird das durch die Beschleunigung und Geschwindigkeit, wie eben beschrieben, verhindert, bevor noch eine wirkliche Abweichung auftritt. Der Kreisel zeigt somit diese Größen an und steuert den Generator, den Motor und die Schraubenverstellung, um die unerwünschten Größen zu hemmen und die bevorstehende Winkelbewegung zu verhindern.

Wenn die Flugzeugrichtung geändert werden soll, werden die Pedale betätigt. Dadurch wird der Kreisel elektromagnetisch nach einer Richtung geneigt, um die gewünschte Änderung der Steuersc'hraubenverstellung hervorzurufen. Wenn sich der neue Kurs eingestellt hat, werden die Pedale in ihre Mittellage zurückgenommen, und der Kreisel kehrt zu seiner Aufgabe als Azimutstabilisator zurück. Bei einer gegebenen Stellung der Steuersäule 28 für die cyclische Schraubenverstellung ändert sich die

Flugrichtung gleichzeitig mit einer Azimutänderung des Rumpfes, weil durch die Steuersäule 28 der Rumpf mitbewegt wird, um die vorhandene Beziehung der Horizontalkomponente des Schubes der Hubschraube gegenüber dem Rumpf aufrechtzuerhalten.

Die Spulen P¹ und P² bilden Teile eines normalerweise abgeglichenen Brückenkreises, der infolge 'der Betätigung der Pedale 29 unabgeglichen wird. Eine Unaibgeglichenheit des Brückenkreises tritt elxmfalls als Folge der Präzessionsbewegung des Kreisels auf, weil die Platten 12, die einen Teil der elektromagnetischen Richtanordnung bilden, ebenfalls am Kreisel angeordnet sind. Eine Prä-Zessionsbewegung des Kreisels äußert sich z. B. darin, daß eine der Platten 12 dichter an den Kern des Elektromagneten herangebracht wird, wodurch eine Änderung der beiden Luftspalte, wie vorher !«schrieben, auftritt.

Bei einer abgeänderten Ausführungsform nach der Erfindung, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist, tritt an die Stelle der elektrischen Anordnung nach Fig. 4 eine hydraulische Rudermaschine. In dieser Ausführungsform wird die Sc'hraubenverstellung 3°* hydraulisch betätigt. Um den notwendigen Flüssigkeitsdruck hervorzurufen, ist eine einfache Zahnradpumpe 32, die in einer ölwanne 33 betriel>en wird, vorgesehen. Die Pumpe wird vorzugsweise mit konstanter Umdrehungszahl Ix?- trielx-n, um konstantes Ausgangsvolumen zu erhalten.

Der Flüssigkeitsdruck zur Schraubenverstellung wird durch ein elektromagnetisch betätigtes Ventil S gesteuert, das ein Paar Spulen S¹ und JT² und einen Tauchkern S³ aufweist. Der Tauchkern des Ventils ist mit einem Nadelventil 34 verbunden, das in die Flüssigkeitsleitung zwischen Pumpe 32 und Schraubenverstellung 30^ eingeschaltet ist. Änderungen in der Ventilstellung, die zu Änderungen der Anzapfung der Leitung führen, steuern entsprechend den auf die Schraubenverstellung übertragenen Druck. Das Ventil wird in seiner offenen Stellung durch die Feder 35 gehalten. Die Spulen erzeugen einen magnetischen Zug auf den Tauchkern, wodurch sich das Ventil schließt.

Die Spule Ji"¹ liegt in Reihe mit den Kontakten C¹ und C³ des Kreisels; dieser Kreis wird durch eine Gleichstromquelle, die durch das positive und negative Zeichen angedeutet ist, mit Strom versorgt. Bei einer Abweichrichtung des Flugzeuges werden die Kreiselkontakte geschlossen, wodurch das Magnetventil und damit die Sc'hraubenverstellung gesteuert werden, weil das Ventil geschlossen wird und der Flüssigkeitsdruck auf die Schraubenverstellung anwächst. Bei der entgegengesetzten Abweichrichtung öffnet die Feder 35 das Ventil, und damit wird der Druck auf die Schraubenverstellung 30⁶ herabgesetzt. Auf diese Weise werden Abweichungen nach beiden Richtungen korrigiert.

Ferner findet in der Anordnung nach Fig. 5 eine zusätzliche Spule S² des Magnetventils S Verwendung, die eine bestimmte Anstellung der Steuerschraube in Abhängigkeit von der Stellung des Steuerhandgriffes 27 hervorruft. Die Spule S² liegt in Reihe mit einem Widerstand R an einer Gleichstromquelle. Die Größe des Widerstandes R ändert sich in Abhängigkeit von der Bewegung des Handgriffes 27. Die Verbindung zwischen Handgriff 27 und Widerstand .R ist mit gestrichelten Linien angedeutet. Wenn die Blattanstellung der Hubschraube und die Motordrosselung steigen, wodurch ein höheres Reaktionsdrehmoment auf den Rumpf übertragen wird, ist ein größerer Teil des Widerstandes R überbrückt, wodurch der Stromfluß durch die Spule S² anwächst und der Druck auf die Schraubenverstellung 30* zunimmt. Dadurch wird die Steuerschraubenverstellung gesteigert, und das Gegendrehmoment wächst an. Durch diese Anordnung wird der Kreiselstabilisator stark entlastet, da er nur noch zu einem feinen Nachtrimmen der Schraubenverstellung dient, wenn die der Motordrosselung proportionale Hubschraubenverstellung kein vollständiges Momentengleichgewicht am Rumpf erzeugt.

Claims (12)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   I.Steuervorrichtung für Fahrzeuge im Raum, die Steuermittel zum Hervorrufen einer Bewegung um eine freie Achse derselben aufweisen, gekennzeichnet durch ein geschwindigkeitsempfindliches Mittel (G), das auf die Geschwindigkeit der Bewegung des Fahrzeuges um die freie Achse anspricht, durch Mittel (C¹, C², C³), die direkt oder abhängig von dem ge-' schwindigkeitsempnndlichen Mittel (G) betätigt werden, durch elektromagnetische Mittel (7, 12, P^x, P²), die dem geschwindigkeitsempfindlichen Mittel (fr) zugeordnet sind und Teile eines normalerweise abgeglichenen Brückenkreises bilden, durch Mittel (F oder 12), um den Brückenkreis unabgeglichen zu machen, und durch Mittel (GEN, M, DF¹, DF², MF, Fig. 4, oder S³, 34, 32, Fig. 5), die direkt oder abhängig von dem geschwindigkeitsempfindlichen Mittel und den Steueirmitteln (SP) zur Inbetriebnahme der Steuermittel betätigt werden.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (P), die zum Ausdemgleichgewichtbringen des Brückenkreises dienen, von Hand (29) zu betätigen sind.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die direkt oder abhängig vom geschwindigkeitsempfindlichen Mittel (G) !betätigten Mittel Kontakte (C¹, C², C³) aufweisen.
4. 4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das geschwindigkeitsempfindliche Mittel (C-) einen Kreisel aufweist.
5. 5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das rotierende System des Kreisels dynamisch unabgeglichen ist, um die Kontakte (C¹, C², C³) in Schwin- / gungen zu versetzen.
6. 6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 4, 1*5 dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (12), die

   dazu dienen, den Brückenkreis unabgegliehen zu machen, abhängig vom Ausgangsdrehmoment oder der Präzession des Kreisels betätigt werden.
7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dereti Steuermittel eine Bewegung des Fahrzeuges um seine senkrechte Achse bewirken, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreisel am Fahrzeug derart (7, 8, 9, 10, 11, 12, 3, 13, 8, 14) liefestigt ist, daß die Drehachse und die Präzessionsachse praktisch senkrecht zur senkrechten Achse des Fahrzeuges stehen.
8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetischen Mittel einen Elektromagneten aufweisen, dessen Anker (12) aus magnetischem Material besteht und mit dem Kreisel verbunden ist und ihn um seine Präzessionsachse neigt.
9. 9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Betätigung der Steuermittel (SP) einen Elektromotor (M), der mit den Steuermitteln (SP) verbunden ist, einen Generator (GEN) zur Stromversorgung des Motors (M) und Feldwicklungen (DF¹, DF*) für den Generator (GEN) aufweisen, wobei die· Feldwicklungen mit den Mitteln (C¹, C², C³) verbunden sind, die direkt oder abhängig von dem geschwindigkeitsempfindlichen Mittel (G) oder den Kontakten betätigt werden.
10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Betätigung der Steuermittel (SP) hydraulische Mittel (32) dienen, wobei die direkt oder abhängig von dem geschwindigkeitsempfindlichen Mittel (G) oder den Kontakten betätigten Mittel (C¹, C², C³) mit einem elektromagnetisch betätigten Ventil (34) verbunden sind, das die hydraulischen Mittel steuert.
11. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Masse (18) am Fahrzeug drehbar gelagert ist und daß Mittel (21, 22) vorgesehen sind, die auf eine Bewegung des Fahrzeuges und der Masse ansprechen und dabei den Kreisel um seine Präzessionsachse neigen.
12. 12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug ein Hubschrauber ist und daß die Steuermittel (SP) aus einer Steuerschraube für den Hubschrauber und aus einer Luftschraubenverstellvorrichtung für die Steuerschraube bestehen.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

    I 5044 6.52