DE1498032B2

DE1498032B2 - Vorrichtung zur Messung einer Winkelgeschwindigkeit

Info

Publication number: DE1498032B2
Application number: DE19651498032
Authority: DE
Inventors: Don Pierre Louis Jean Versailles Seine-et-Oise; Ernst Adolphe Otton Gontier Bois-le-Roi Seine-et-Marne; Rona Janos Bordeaux Gironde; Colombani (Frankreich)
Original assignee: Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1964-12-04
Filing date: 1965-12-03
Publication date: 1970-04-02
Also published as: US3371540A; NL6515776A; DE1498032A1; GB1121117A; NL150576B; FR1428523A

Description

1 2

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung Bezug auf je einen Radius jR₃ und R₁ der Strömung einer Winkelgeschwindigkeit, mit einem um seine verschoben sind, an der Peripherie der Strömung aufAchse drehbaren Strömungsgehäuse, das einen kreis- genommenen Strömungsmittelmengen erfaßt. Die scheibenförmigen Strömungsraum umfaßt, in dem Meßvorrichtung ist fest mit dem Fahrzeug verbunden, ein Strömungsmittel in bezug auf das Strömungs- 5 Folglich werden die Düsen 3 und 4 um die Meßgehäuse in radialer Richtung strömt, wenn dieses sich achse X-X mit der zu messenden Winkelgeschwindignicht dreht, und in dem das Strömungsmittel in bezug keit in Umdrehung versetzt.

auf das Strömungsgehäuse längs gekrümmter Bahnen In F i g. 2 ist ein bekannter aerodynamischer oder

strömt, falls dieses sich dreht. hydrodynamischer Verstärker 5 dargestellt, dessen

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art erfolgt io Eingangsarme 6 und 7 jeweils die von den Düsen 3 die Messung der Winkelgeschwindigkeit des Strö- und 4 ausgehenden Strömungsmittelmengen aufmungsgehäuses durch Messung der Drehbewegung nehmen und in einer Umlenkkammer 8 Strahlen 6 a eines im Zentrum des Strömungsgehäuses relativ zu und la erzeugen, die mehr oder weniger einen Funkdiesem drehbar angeordneten Flügelrads, welches tionsstrahl9 derart ablenken, daß die Mengen auf gegen eine Federkraft durch die von außen nach 15 die Düsen 10 und 11 in demselben Verhältnis aufinnen verlaufende Strömung nach Maßgabe der geteilt werden, wie die von den Düsen 3 und 4 auf-Strömungsneigung relativ zu der Achse des Strö- genommenen Mengen, wodurch die gemessenen mungsgehäuses mitgenommen wird und seinen Dreh- Strömungsmittelmengen in einem konstanten Verwinkel auf einen Zeiger überträgt. Die Messung und hältnis verstärkt sind. Dieser Verstärker 5 gestattet Anzeige erfolgt also rein mechanisch. . 20 es, in den Düsen 10 und 11 ein verstärktes Signal zu

Im Hinblick darauf, daß die Servosteuerungen, die gewinnen, welches der festgestellten Winkelgeschwinvon Winkelgeschwindigkeitsmessern betätigt werden, digkeit entspricht und welches geeignet ist, in einer heute oft hydraulisch oder pneumatisch arbeiten, ist pneumatischen oder hydraulischen Stabilisierungses von Interesse, den Winkelgeschwindigkeitsmesser einrichtung des Fahrzeugs verwendet zu werden,
so auszubilden, daß er ein hydraulisches oder pneu- 25 Die Meßvorrichtung 1 enthält eine Eingangsleitung matisches Meßsignal abgibt, welches gegebenenfalls 12 in der Meßachse X-X, die in der Mitte eines unmittelbar zur Betätigung einer hydraulischen oder Zwischenraumes 13 mündet, welcher zwischen zwei pneumatischen Servosteuerung herangezogen werden kreisförmigen, senkrecht zu der Meßachse X-X stehenkann, den Platten 14 gebildet ist. Dieser Zwischenraum 13 , Zur Lösung dieser Aufgabe wird die eingangs 30 mündet an seiner Peripherie in einen ringförmigen genannte bekannte Vorrichtung erfindungsgemäß so Sammelraum 15, der mit einer Ausgangsleitung 16 ausgebildet, daß die radiale Strömung im kreis- versehen ist. Ein flüssiges oder gasförmiges Ströscheibenförmigen Strömungsgehäuse von innen nach mungsmittel wird in die Leitung 12 geschickt. Die so außen verläuft, und daß als Meßorgan zwei am Um- entstehende Strömung unterliegt auf der Höhe der fang des Strömungsgehäuses angeordnete, in ent- 35 Verbindung dieser Leitung mit dem scheibenförmigen gegengesetztem Sinn gegenüber zwei verschiedenen Zwischenraum 13 einer Ablenkung, welche diese Radien geneigte Meßdüsen vorgesehen sind, die eine Strömung in eine Radialströmung umwandelt. Es Winkelgeschwindigkeitsmessung in Form einer Strö- entsteht dadurch eine Strömungsmittelquelle mit mungsmengendifferenzmessung ermöglichen. einem Strömungsverlauf wie bei einer Radialturbine.

An eine solche Vorrichtung kann z. B. ein bekannter 40 Die Radialströmung wird an der Peripherie des

Strahlverstärker angeschlossen werden, der eine der scheibenförmigen Zwischenraumes 13 von dem ring-

Winkelgeschwindigkeit proportionale verstärkte Steuer- förmigen Sammelraum 15 aufgefangen und durch

Strömung an eine hydraulische oder pneumatische eine Leitung 16 in einen Behälter geschickt,- wo es

Servosteuerung liefert. durch eine nicht dargestellte Einrichtung, über die

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der 45 die Eingangsleitung 12 gespeist wird, wiedergewonnen

Zeichnung dargestellt und werden im folgenden wird. Der ringförmige Sammelraum 15 muß einen

näher beschrieben. Es zeigt genügend großen Querschnitt haben, damit der

F i g. 1 die schematische Darstellung eines ent- Strömungsmittelumlauf in diesem Sammelraum zu

lang der Schnittlinie I-I der F i g. 2 geführten Schnitts der Ausgangsleitung 16 nicht den radialen Strömungs-

durch eine erfindungsgemäße Meßvorrichtung, 50 austritt aus der Strömungsmittelquelle stört. ■■'"■·

F i g. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II der Da die in die Eingangsleitung 12 eintretende Menge

F i g. 1, aus der weiterhin schematisch die Verbin- konstant ist, nimmt die Geschwindigkeit des Strö-

dung der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung mit mungsmittels, ausgehend von der Meßachse X-X,

einem Verstärker hervorgeht, nach einem hyperbolischen Gesetz ab. Die Größe

F i g. 3 eine Teilansicht der F i g. 2, in die ein 55 dieser Geschwindigkeit an der Peripherie der Strö-

Geschwindigkeitsdiagramm eingezeichnet ist, mungsmittelquelle, d. h. auf einem Kreis 17 mit dem

F i g. 4 und 5 den F i g. 1 und 2 entsprechende Radius r, sei mit u bezeichnet. Die Düsen 3 und 4

Ansichten, in denen ein anderes Ausführungsbeispiel sind in dem ringförmigen Sammelraum 15 so be-

der Erfindung dargestellt ist. festigt, daß ihre Eingänge auf dem Kreis 17 liegen

Die in den F i g. 1 und 2 dargestellte Meßvorrich- 60 und die senkrecht zu den Eingängen verlaufenden

tung 1 ermöglicht es, z. B. die Winkelgeschwindigkeit Achsen 3a und Aa in zueinander entgegengesetztem

eines Fahrzeugs, wie eines Luft-, Raum- oder Wasser- Sinn um einen Winkel α gegenüber den Radien R₃

fahrzeuge, um eine Meßachse X-X zu erfassen. Zu und i?₄ dieses Kreises geneigt sind, wie es weiter

diesem Zweck wird eine Strömung erzeugt, die von oben beschrieben wurde. Die Meßvorrichtung 1 und

der Meßachse X-X ausgeht und dann radial verläuft, 65 der Verstärker 5 sind auf dem Fahrzeug derart be-

wie es schematisch durch Pfeile 2 dargestellt ist, und festigt, daß die Meßachse X-X der Meßvorrichtung

die Differenz der von zwei Düsen 3, 4, deren Achsen in Richtung der Meßachse X-X des Fahrzeugs ver-

Za, Aa um entgegengesetzt gleiche Winkel a mit läuft.

Im Ruhezustand, d. h., wenn die Winkelgeschwindigkeit des Systems um die Meßachse X-X gleich Null ist, sind die beiden Düsen 3 und 4 in gleicher Weise beaufschlagt; die Strömung trifft auf die Düsen unter entgegengesetzt gleichen Winkeln auf. Die Düsen 3 und 4 nehmen beide von dieser Strömung eine gleiche Strömungsmittelmenge auf. Die nicht von den Düsen 3 und 4 aufgenommene Strömungsmittelmenge strömt in den Sammelraum 15, von wo die Leitung 16 diese Strömungsmittelmenge dem Vorratsbehälter zuführt.

Wenn das Fahrzeug sich mit einer Winkelgeschwindigkeit Ω um seine Meßachse X-X dreht, wird das im Innern des Zwischenraums 13 zirkulierende Strömungsmittel nur von der viskosen Reibung an den kreisförmigen Platten 14 mitgenommen, um der Drehbewegung zu folgen. In diesen ersten Augenblicken der Bewegung kann somit davon ausgegangen werden, daß die Strömungsmittelmasse von der Rotation nicht berührt wird und daß die Strömungsmittelquelle in dem Zwischenraum stationär bleibt. Andererseits werden die Düsen 3 und 4 von dem ringförmigen Sammelraum 15 mit der Geschwindigkeit Ω im Vergleich zu dem radial in dem Zwischenraum 13 umlaufenden Strömungsmittel in der durch den Pfeil 18 angezeigten Richtung mitgenommen. Als Folge dieser Relativbewegung werden die Eingänge der Düsen 3 und 4 von dieser Strömung unter unterschiedlichen Eintrittswinkeln beaufschlagt, wie aus F i g. 3 hervorgeht.

Die Relativgeschwindigkeit u_r des Strömungsmittels in den Punkten 3b und Ab mit Bezug auf die sich drehende Meßvorrichtung ist gleich der geometrischen Differenz der radialen Strömungsmittelgeschwindigkeit H mit Bezug auf eine sich nicht drehende Meßvorrichtung und der tangentialen Mitnahmegeschwindigkeit IZ der Rotationsbewegung. Aus F i g. 3 ist ersichtlich, daß diese Geschwindigkeit ur, die durch die geometrische Summe der Geschwindigkeiten u und — TZ definiert ist, nach hinten um einen Winkel i gegenüber den Radien jR₃ und R₁ geneigt ist.

Die Anordnung wird so getroffen, wie weiter unten noch ausgeführt wird, daß der Winkel i immer kleiner bleibt als <x, so daß die Strömung einen Winkel (α + 0 mit der Achse 3 a der Düse 3 und einen Winkel (oc + i) mit der Achse Aa der Düse 4 bildet. Die Düse 3 erhält weniger Strömungsmittelmenge pro Sekunde als die Düse 4, und die Differenz der Strömungsmittelmengen q_z und a₄, die jeweils von diesen Düsen aufgenommen werden, ist proportional dem Winkel 1:

Düsen 3 und 4 gebildet ist, direkt proportional der Winkelgeschwindigkeit um die Achse X-X:

Q₄- Q₃ = CQ.

Ö4 - Os = k i

(1)

wobei k eine Konstante ist. Andererseits ist der F i g. 3 zu entnehmen, daß der Winkel i durch die Beziehung

(2)

6o

bestimmt ist.

Man kann die Einrichtung so dimensionieren, daß das Verhältnis r/u klein bleibt, so daß der Winkel i im wesentlichen proportional der Winkelgeschwindigkeit Ω ist. Somit ist das Ausgangssignal, welches von der Differenz der Strömungsmittelmengen in den wobei C eine Konstante ist. Das ist das Signal, welches in dem Verstärker 5 verstärkt wird und welches für die Stabilisierung des Fahrzeugs verwendet wird.

Oben wurde ausgeführt, daß die Winkel i immer kleiner sein müssen als α und daß das Verhältnis r/u klein bleiben muß. Aus der Gleichung (2) ist zu ersehen, daß, wenn die zweite Bedingung erfüllt ist, unter Berücksichtigung des maximal möglichen Wertes für die Winkelgeschwindigkeit Ω die erste Bedingung ebenfalls erfüllt ist. Es ist leicht, bei einer gegebenen Meßvorrichtung diese beiden Bedingungen zu erfüllen, indem man in die Eingangsleitung 12 eine Strömungsmittelmenge gibt, die. genügt, um die Geschwindigkeit u an der Peripherie der Strömungsmittelquelle genügend groß zu machen.

Die F i g. 4 und 5 zeigen eine Verbesserung der Einrichtung, bei der, um die von der Viskosität über die Platten des Zwischenraums ausgeübte Drehkraft auf das Strömungsmittel zu verzögern, in der Einrichtung, welche die axiale Strömung in der Leitung 12 in eine radiale Strömung in dem Raum 13 überführt, ein bewegliches Bad 19 mit Radialschaufeln angeordnet ist, welches mit einem Schwungrad 20 verbunden ist. Das Rad 19 besitzt eine Mehrzahl von ebenen Schaufeln 19 a, die radial gerichtet auf einer Welle 21 befestigt sind, welche frei in Lagern 22 und 23 der Meß vorrichtung rotiert und an welcher das Schwungrad 20 außerhalb der Vorrichtung befestigt ist. .

Wenn die Meßvorrichtung 1 um die Meßachse X-X in Umdrehung versetzt ist, bleibt die von dem Rad 19, der Welle 21 und dem Schwungrad 20 gebildete Einrichtung innerhalb des Zwischenraumes dank der Trägheit des Schwungrades in Ruhe, so daß die in dem Raum 13 erzeugte Strömung ebenfalls unverändert bleibt.

Wenn man in der Meßvorrichtung 1 eine Flüssigkeit verwendet, deren Viskosität relativ groß ist,' kann man ein Rad 19 vorsehen, dessen Schaufeln 19 a nicht eben, sondern ähnlich den Schaufeln eines Turbinenrades gekrümmt sind. Das in diese Vorrichtung über die Leitung 12 eintretende Strömungsmittel bringt das Rad 19 und das Schwungrad 20 in eine freie Rotation mit einer konstanten Geschwindigkeit, so daß das Strömungsmittel in den ringförmigen Sammelraum 15 auf der Höhe des Kreises 17 radial eindringt, wobei die Drehung der Scheiben 14 und des Raumes 13 um die Meßachse X-X praktisch ohne Einfluß auf diese radiale Strömung sind.

In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird eine Winkelgeschwindigkeit um eine Meßachse X-X dadurch gemessen, daß eine Radialströmung, ausgehend von der Meßachse X-X, erzeugt wird und daß an der Peripherie dieser Strömung ein Teil des Strömungsmittels in zwei Düsen aufgefangen wird, die in einander entgegengesetzten Richtungen mit Bezug auf zwei Radien der Strömung geneigt sind und mit der zu messenden Geschwindigkeit um die Meßachse X-X gedreht werden. Die Differenz der in diesen beiden Düsen aufgenommenen Strömungsmittelmengen wird als Ausgangssignal verwendet, welches mit rein hydraulischen oder pneumatischen Mitteln verstärkt werden kann.

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Messung einer Winkelgeschwindigkeit, mit einem um seine Achse drehbaren Strömungsgehäuse, das einen kreisscheibenförmigen Strömungsraum umfaßt, in dem ein Strömungsmittel in bezug auf das Strömungsgehäuse in radialer Richtung strömt, wenn dieses sich nicht dreht, und in dem das Strömungsmittel in bezug auf das Strömungsgehäuse längs gekrümmter Bahnen strömt, falls dieses sich dreht, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Strömung im kreisscheibenförmigen Strömungsgehäuse von innen nach außen verläuft, und daß als Meßorgan zwei am Umfang des Strömungsgehäuses angeordnete, im entgegengesetzten Sinn gegenüber zwei verschiedenen Radien geneigte Meßdüsen (3, 4) vorgesehen sind, die eine Winkelgeschwindigkeitsmessung in Form einer Strömungsmengendifferenzmessung ermöglichen. ·

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Meßdüsen (3, 4) ein Strahlverstärker (5) angeschlossen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsgehäuse durch zwei kreisförmige Platten (14) gebildet wird, deren eine eine axiale Eingangsleitung (12) für das Strömungsmittel aufweist und die peripher von einem ringförmigen, auch die Meßdüsen (3, 4) aufnehmenden Sammelraum (15) umgeben sind, an den eine Ausgangsleitung (16) für das Strömungsmittel angeschlossen ist.

-4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Strömungsgehäuse ein frei um die Gehäuseachse drehbares Schaufelrad (19) angeordnet und auf der Schaufelradachse (21) eine Schwungscheibe (20) befestigt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (19 a) radial verlaufen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (19 a) nach Art von Turbinenschaufeln gekrümmt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen