DE1498059A1 - Gyroscope for control purposes - Google Patents

Description

Kreisel für Steuerungszwecke. Gyroscopic for control purposes.

Die Erfindung betrifft einen Kreisel fiir Steuerungszwecke.The invention relates to a gyro for control purposes.

Kreiselgeräteliefern vornehmlich eine Bezugsgrö#e für die Orientierung eines Flugkörpers im Raum. in freier Kreisel, d. h. ein Kreisel welcher allseitig verdrehbar gelagert ist, sucht Beine Lage im Raum beizubehalten, auch ttenn sich der Flugkörper darum herumdreht. Man kann an ihm also Informationen über die Orientierung des Plugkörpers im Raum abgreifen und damit einen Plugregler beaufschlagen.Gyroscopic devices primarily provide a reference value for orientation of a missile in space. in free top, d. H. a gyro which is on all sides is rotatably mounted, tries to maintain the position of the legs in space, even killing themselves the missile turns around it. So you can get information about the orientation on it of the plug body in the room and thus act on a plug regulator.

Eine solche allseitig freie Verdrehbarkeit wird üblicherwe@@ durch eine kardanische Aufhängung des Kreisels erreicht. Eine solche kardanische Aufhängung des Kreisels oleht überlicherweise zwei Kardanrahmen vor: In dem innersten Kardanrahmen ist der Kreisel um seine Drallachse drehbar gelagert, In einem zweiten, äußeren Kardanrahmen ist der innere Kardanrahmen senkrecht zu der irallachse drehbar gelagert. Senkrecht zu dieser letzteren Lagerung ist wieder der äu#rer Kardanrahmen an flugkörperfesten Teilen drehbar gelagert. Durch die Verdrehbarkeit der Kardanrahmen gegeneinander und gegenüber den flugkörperfesten Teilen kann der Kreisel ede beliebige Winkellage gegenüber dem flugkörper einnehmen. Auf den Drehachsen sitzen Abgriffe, welche die relativen Drehwinkel abgreifen und in entsprechende elektrische Signale umsetzen.Auf diesenDrehachsen 3itZ5=i auch Stützmotore, durch welche Momente auf den Kreis ei eingeleitet werden könne.Such rotatability on all sides is usually made possible by achieved a cardanic suspension of the top. Such a gimbal The gyro usually has two cardan frames in front of it: In the innermost gimbal frame the top is rotatably mounted about its spin axis, in a second, outer one Gimbal frame, the inner gimbal frame is rotatably mounted perpendicular to the irall axis. The outer gimbal frame on the missile mounts is again perpendicular to this latter mounting Parts rotatably mounted. Due to the fact that the cardan frames can be rotated against each other and with respect to the missile-fixed parts, the gyro can have any angular position take opposite the missile. There are taps on the axes of rotation, which the Pick up the relative angle of rotation and convert it into corresponding electrical signals These axes of rotation 3itZ5 = i also support motors, through which moments on the circle ei can be initiated.

Die Lagerung in Kardanrahmen weist verschiedene Nachteile auf. Die Winkel zwischen den Kardanrahmen hängen nicht nur von der Lage zwischen Kreisel und Flugkörper in der einen Ebene ab,. sondern auch noch von der Lage zwischen Flugkörper und äußerem Kardanrahmen; also auch~von dem Winkel zwischen Kreisel und Flugkörper bezogen auf eine andere Ebene. Eine bestimmte Kursänderung des Flugkörpers wird also beispielsweise unterschiedliche Signale an dem entsprechenden Abgriff hervorrufen, je nachdem wie die Lage des Flugkörpers um die Nickachse ist. Man bezeichnet diese Erscheinung als KardanfehlerO Es können außerdem Zustände auftreten, wo z. Bo beide Kardanrahmen in einer Ebene liegen. In einem solchen Zustand geht ein Freiheitsgrad verlorene Es ist bei 1)reikreiselplattformen bekannt zur Vermeidung einer solcheu Rahmensperre einen weiteren Kardanrahmen vorzusehen. Der dadurch gewonnene zusätzliche Freiheitsgrad kann ausgenutzt werden, um durch Stützmotoren die anderen beiden Kardanrahmen stets senkrecht zueinander zu halten, Eine solche Anordnung ist aber aufwendig und kompliziert0 Ein weiterer Nachteil bekannter @reiselanordnungen liegt darin, dass der Kardanrahmen die Anordnung sperrig macht.Storage in cardan frames has various disadvantages. the The angles between the gimbals do not only depend on the position between gyroscopes and missiles in one plane. but also from the position between the missile and outer gimbal frame; thus also ~ of the angle between the top and the missile related to another level. A certain change in course of the missile will thus, for example, cause different signals at the corresponding tap, depending on the position of the missile around the pitch axis. One calls this Appearance as a cardan failure O Conditions can also occur where e.g. Bo both of them Cardan frames lie in one plane. In such a state there is one degree of freedom lost It is known in 1) gyro platforms to avoid such u Frame lock to provide a further cardan frame. The additional Degree of freedom can be exploited to support the other two gimbals always to keep perpendicular to each other, but such an arrangement is complex and complicated0 Another disadvantage of known @spinning arrangements is that the gimbal makes the arrangement bulky.

Es müssen Lager vorgesehen werden, welche hohen Belastungen gewachsen sind. Es ist zu beachten, dass insbesondere bei Raumfahrtanwendung und bei Geschossen extrem hohe Beschleunigungen auftreten können. Auch bilden der K@eisel und die - bis zu einem gewissen Grade federnden - Kardanrahmen ein schwirgungsfähiges mechaflisches System. Durch Triebwerkschwingungen könne dabei Resonanzen angeregt werden, die zu Störsignalen und - durch einen "Gleichrichtereffekt" - zu einer Drift des Kreiselsführen können0 Es ist bekannt, den Kreisel in einer Flüssigkeit gleichem spezifischen Gewiohts schwimmend anzuordnen, um Kreisel und Kardanrahmen von den Beschleunigungskräften zu entlasten. Das erfordert einen erhöhten Aufwand und erhöht ferner die Masse des-gesamten Kreiselgerätes beträchtlich.Bearings must be provided which can withstand high loads are. It should be noted that especially in space applications and with storeys extremely high accelerations can occur. The K @ eisel and the - Up to a certain degree resilient - the gimbal frame is a vibrancy mechaflic System. Engine vibrations can stimulate resonances that lead to interference signals and - due to a "rectifier effect" - to a drift of the gyro can0 It is known to equate the gyroscope in a liquid specific Gewiohts floating to arrange gyroscopes and gimbals from the To relieve acceleration forces. This requires an increased effort and increases furthermore, the mass of the entire gyroscope is considerable.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kreisel für Steuerungezwecke ohne Verwendung von Kardanrahmen allseitig verdrehbar zu lagern.The invention is therefore based on the object of a gyro for To store control purposes without the use of a cardan frame so that it can be rotated in all directions.

Erfindungsgemä# wird das dadurch erreicht, dass der Kreisel eine ohne mechanische Lagerung durch zentrierende Kräfte frei schwebend gehaltene rotierende Kugel und Mittel zum Abgreifen der Lage des Drallvektors der Kugel enthält.According to the invention, this is achieved in that the gyro has a without mechanical bearing rotating freely suspended by centering forces Contains ball and means for tapping the position of the twist vector of the ball.

Es ist also keine kardanische Lagerung für den Kreiselrotor mehr erforderlich. Vielmehr ist der Kreiselrotor eine frei schwebend gehaltene Kugel und es kann natürlich diese Kugel jede beliebige Lage relativ zu dem Flugkörper einnehmen. Der Abgriff erfolgt nicht an irgendwelchen rahmengliedern, sondern es werden unmittelbar Komponenten des Drallvektors in einem flugkörperfesten System abgegriffen.There is therefore no longer any need for a cardan bearing for the gyro rotor. Rather, the gyro rotor is a freely floating ball and it can of course this ball occupy any position relative to the missile. The tap does not take place on any frame members, but become components directly of the twist vector tapped in a missile-fixed system.

Die Zentrierung könnte durch geeignet geregelte, räumlich regelmäßig angreifende magnetische Kräfte erfolgen, die auf ine ferromagnetis"he Kreiselkugel wirken. Eine besonders einfache und vorteilhafte Lösung ergibt sich Jedoch, wenn der Kreisel mit Abstand zwischen hohikugligen Lagerschalen gehalten wird, in welche Druckgas eingeblnsen wird, so dass der Kreisel auf einem Druckgaspolster schwebt. Hierbei erfolgt automatisch eine Zentrierung: Wenn sich die Kreiselkugel einer der hohlku1igen Lagerschalen nähert und von der gegenUberliegenden entfernt, dann verengt sich der Spalt auf der ersteren Seite und erweitert er sich auf der anderen. Dementsprechend steigt der Druck auf der ersteren Seite, weil das ausströmende Druckgas hierdurch gedrosselt wird. Auf der entgegengesetzten Seite sinkt er. Es tritt also eine resultierende-*zentrierende Kraft auf, welche die Kreiselkugel in der Mitte schwebend hält.The centering could be done with a suitably regulated, spatially regular Attacking magnetic forces take place, which act on a ferromagnetic gyro sphere works. However, a particularly simple and advantageous solution is obtained if the top with a distance between the spherical spheres Bearing shells held which pressurized gas is injected into, so that the top is on a pressurized gas cushion floats. Centering takes place automatically: When the top ball is approaches one of the spherical bearing shells and removes it from the opposite one, then the gap narrows on the former side and widens on the others. Accordingly, the pressure increases on the former side because the outflow Pressurized gas is throttled as a result. On the opposite side it sinks. It a resulting- * centering force occurs, which the gyro sphere in the middle keeps floating.

Es ist zu beachten, dass die erforderlichen Zentrierkräfte u. U. recht gering sind, wenn sich beispielsweise beim Raumflug ein Raumfahrzeug achwerelo oder mit geringem Schub (Ionentriebwerk) bewegt. Es bietet aber auch keine Schwierigkeit, hohe Beschleunigungen aufzunehmen, da daß Druckgas auf eine relativ große Fläche- im wesentlichen den Querschnitt der Kreiselkugel - wirkt.It should be noted that the required centering forces may be right are low if, for example, a spacecraft achwerelo or moved with low thrust (ion thruster). But it also offers no difficulty absorb high accelerations, since the compressed gas on a relatively large area- essentially the cross section of the gyro sphere - acts.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn um die Kugel drei Paare von gegenüberliegenden Lagerschalen rechtwinklig zueinander angeordnet sind, und die Druck gaszufuhr zu jedem der Lagerschalenpaare in Abhängigkeit von der wirksamen Beschleunigung drosselbar ist. Es kann dann bei hohen Beschleunigungen, etwa beim Start einer Rakete das Druckgas ungedrosselt auf die Lagerschalen gegeben werden, so dass relativ große Drücke in den Luftpolstern auftreten und entsprechend große Zentrierkräfte wirksam werden und dem Andruck durch die Beschl@unigung entgegenwirken. Wenn aber der Flugkörper oder das Geschoss sick im ballistischen Flug bewegt, dann sind höchstens nech ge@inge Korrekturen erforderlich, um die"schwerelose"Kreiselkugel zentriert zu halten. Mankann dann die Druckgaszuf@hr drosseln, wodurch nicht nur der Verbrauch an Druckmi t;tl vermindert wird sondern auch der eventuelle einfluß der Zentrierkräfte auf das Verhalten des Kreisels verringert wird.It is particularly advantageous if there are three pairs of opposite sides around the ball Bearing shells are arranged at right angles to each other, and the pressure gas supply too each of the bearing shell pairs can be throttled depending on the effective acceleration is. It can then use the compressed gas at high accelerations, for example when launching a rocket be given unthrottled on the bearing shells, so that relatively high pressures in occur in the air cushions and correspondingly large centering forces are effective and the pressure through the Counteract acceleration. If but the missile or projectile is moving in ballistic flight, then at most New corrections required to keep the "weightless" top centered to keep. You can then throttle the compressed gas supply, which not only reduces consumption at Druckmi t; tl is reduced but also the possible influence of the centering forces on the behavior of the gyro is reduced.

Die Abiastung der rotierenden Kreiselkugel kann in der Weise erfolgen, da# zur Bestimmung der Lage des Drallvektors Mittel zur Bestimmu der Oberflächengeschwindigkeiten der rotierenden Kugel an vorgege@enen Stellen vorgesehen sind. Dabei kann der Betrag der Oberflächengeschwindigkeit gemessen werden. Dieser trag wächst bekanntlich Fit atem Abstand von der Drallachse und ist am "Äquato@" am grö#ten. Es können aber auch Mittel vorgesehen sein, um Komponenten der Oberflächengeschwindigkeit zu messen.The rotating gyroscope ball can be scanned in such a way that da # for determining the position of the twist vector means for determining the surface velocities of the rotating ball are provided at predetermined locations. The amount can be the surface speed can be measured. As is well known, this amount grows fit breathing distance from the twist axis and is greatest at the "Equato @". But it can means may also be provided to measure components of the surface velocity.

Der Antrieb kann elektrisch, z.B. nach dem Prinzip des Ferraris-Motors erfolgen. D??r Antrieb kann aber auch in der Weise erfolgen, daß die Kreiselkugel durch Rücksto# mittels längs ihres "Äquators" angeordneter Düsen angetrieben wird, aus welchen ein in der Kugel gespeichertes Druckgas ausströmt.The drive can be electric, e.g. according to the principle of the Ferraris motor take place. The drive can, however, also take place in such a way that the gyroscope ball is driven by recoil by means of nozzles arranged along its "equator", from which a compressed gas stored in the ball flows out.

Statt mit einer in hohlkugligen Lagerschalen auf Druckgaspolstern gehalteren iotisrenden Kugel kann der Kreisel auch so aufgebaut werden da# die Kugel als Hohlkugel mit fluchtendei Druchbrüchen ausgeführt und einem in@verhalb derselben durch die Durch brüche hindurch e, ehaltenen kugligen Lagerkörper mit Abstand umgibt, und daß aus e!n Lagerkörper Druckgas ausströmt, so daß der Kre@sel auf einem Druckpolster schwebt: Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung Sind in den Abbildungen schenatisch dargestellt und imfolgenden beschrieben: ftg. 1 zeigt schematisch eine erfindungsgenä#e Freiselanordnung itt beschleunigungsabhängiger pneumatischerKrei sellagerung.Instead of one in hollow spherical bearing shells on pressurized gas cushions If the ball is held, the top can also be built up so that the ball is designed as a hollow sphere with aligned breakthroughs and one in @ outside the same The spherical bearing body that is retained through the openings surrounds it at a distance, and that compressed gas flows out of a bearing body, so that the cup rests on a pressure pad floats: Some embodiments of the invention are shown in the figures schematically represented and described below: ftg. 1 shows schematically a Free-floating arrangement similar to the invention with acceleration-dependent pneumatic circuit storage.

Fig. 2 seigt einen Kreiselrotor mit Rücksto#-düsen als Antrieb und einem nach Art eines Ferraris-Tachonetergenerators arbeitenden Abgriff. Fig. 2 shows a centrifugal rotor with recoil nozzles as a drive and a tap operating in the manner of a Ferraris tachometer generator.

Fig. 3 @eigt eine Anordnung itt einem nach Art eine Perraris-Motors arbeitenden Antrieb mit flugkörperfesten Wicklungen. Fig. 3 shows an arrangement in the manner of a Perraris motor working drive with missile-fixed windings.

Fig. 4 seigt eine Anordnung mit einem nach Art eines Ferraris-Motors arbeitenden Antrieb mit Wicklungen il Kreiselrotor. Fig. 4 shows an arrangement with a type of a Ferraris engine working drive with windings il gyro rotor.

Fig. 5 zeigt eine Anordnung mit photoelektrischer Abtastung. Fig. 5 shows a photoelectric scanning arrangement.

Die pneumatische Lagerung.The pneumatic storage.

Fig. 1 zeigt schematisch eine pneumatische Legerung einer rotierenden Kreiselkugel tO, welche von schs hohlkugligen Lagerschalen mit geringem Abstand usgeben ist. In Fig. 1 sind davon vier Xagerschalen 12, 14, 16 und 18 zu sehen. Diese Lagerschalen liegen einander paarweise gegenüber und die Achsen der Paare 12, 14 bzw. 16, 18 stehen senkrecht zueinander0 Damit erfolgt eine Abstützung der Kreiselkugel 10 nach allen drei Koordinaten, wie noch beschrieben werden wird.Fig. 1 shows schematically a pneumatic assembly of a rotating Spinning ball tO, which is made up of hollow spherical bearing shells with a small distance is spent. In Fig. 1 there are four Xagerschalen 12, 14, 16 and 18 to see. These bearing shells are opposite each other in pairs and the axles of the pairs 12, 14 and 16, 18 are perpendicular to each other. This provides support the gyro ball 10 according to all three coordinates, as will be described later.

Auf dem Grund der hohlkugligen Lagerschalen münden Druckgaskanäle 20. Es wird ddrt Druckgas zugeftihrt, das, wie durch die Pfeile angedeutet ist, durch den Spalt zwischen Kreiselkugel 10 und Lagerschalen und zwischen den Lagerschalennach außen abströmt. Dadurch bilden sioh Luftpolster, welche auf die Kugel 10S wie oben schon beschrieben wurde, eine zentrierende Kraft ausüben. Die Druokgaszufuhr erfolgt über Drosselventile, die hier als Schieberventile 20 und 22 dargestelltsind. Diese Schieberventile enthalten durch Fede@n 24, 26 gefesselte Schieber 28, 30, deren Achsen parallel zu den Achsen der Lagerschalenpaare 12, 14 Uzw. 16, 18 liegen. Im Ruhezustand ist die Druckgas zufuhr uurch die in ihrer Mittellage befindlichen Schieber 28, 30 abgesperrt oder auf einen Minimalwert gedroceelt. Wenn auf die Kreiselanordnung eine Beschleunigung wirkt, wozu natürlich auch die Erdbeschleunigung zählt, dann wird der Schieber unter dem Einfluß der Beschleunigungskräfte gegen die Wirkung der Federn 24, 26 aus seiner Ruhelage herausbewegt und gi@t die Druckgaszufuhr umso weiter frei, Je stärker die wirkware Beschleunigung ist. Infolgedessen wird mit höherer Beschleunigung auch die Zentrierkraft gr@#er, so dass die Kugel bei allen Bescheunigungsverhältnissen sicher sentriert wird. Ander@erseits wird die Druckgaszufuhr durch die Schieber 28, 30 gedrosselt, wenn geringe oder keine Beschleunigungen. wirken und daher nur geringe Zentrierkräfte erforderlich sind. Im allgemeinen wird man vorsehen, dass die Schieber auch in ihrer Mittelstellung noch eine gewisse Druckgasmenge durchlassen, so daas stets wenigstens eine minimale Zentrierkraft erhalten bleibt.Pressurized gas channels open out at the bottom of the hollow spherical bearing shells 20. Compressed gas is supplied to the ddrt which, as indicated by the arrows, through the gap between the gyro ball 10 and the bearing shells and between the bearing shells flows away from the outside. This creates air cushions, which act on the ball 10S as above has already been described to exert a centering force. The pressurized gas is supplied via throttle valves, which are shown here as slide valves 20 and 22. These Slide valves contain slides 28, 30 tied by springs 24, 26, their Axes parallel to the axes of the bearing shell pairs 12, 14 Uzw. 16, 18 lie. in the The idle state is the supply of pressurized gas through the slides in their central position 28, 30 locked or throttled to a minimum value. When on the gyro assembly an acceleration acts, which of course also includes the acceleration due to gravity, then the slide is under the influence of the acceleration forces against the effect the springs 24, 26 moved out of its rest position and the pressurized gas supply applies all the more more freely, the stronger the knitted fabric acceleration is. As a result, with higher acceleration also the centering force greater, so that the ball at all Acceleration ratios is safely centered. On the other hand the compressed gas supply through the slide 28, 30 is throttled when low or no accelerations. act and therefore only low centering forces are required are. In general, it will be provided that the slide is also in its central position still let through a certain amount of compressed gas, so there is always at least a minimal one Centering force is retained.

Statt der dargestellten einfachen Schieberanordnung können natürlich auch andere Anordnungen zur Drosselung der Druckgaszufuhr in Abhängigkeit von der wirksamen Beschleunigung vorgesehen werden. Das Prinzip, die Zentrierkräfte an die wirksamen Beschleunigungen ansupasen, lässt sich natürlich nicht nur auf pneumatische Zentrierung anwenden, sondern @. B. auch auf den.Pall, dasn aie Kreiselkugel durch regelbare magnetische Felder sentral schwebend gehalten wird.Instead of the simple slide arrangement shown, you can of course also other arrangements for throttling the supply of pressurized gas depending on the effective acceleration can be provided. The principle, the centering forces to the effective accelerations can, of course, not only be applied to pneumatic Use centering, but @. B. also on den.Pall, which aie gyro ball through adjustable magnetic fields are kept floating centrally.

Der Antrieb.The drive.

Der zu wählende Antrieb für die rotierende Kreiselkugel hängt sehr stark von den zu enden Steuerungsproblem ab. In vielen Fällen, bei denen eine Steuerung nur während einer begrenzten Zeit erforderlich ist, in@besonders bei Geschossen, kann es ausreichen. wenn die Kreiselkugel einmal auf ihre Drehzahl gebracht wird und dann - ohne weiten Antrieb - frei ausläuft.The drive to be selected for the rotating gyro ball depends a lot strongly depends on the control problem to be ended. In many cases where a controller is only required for a limited time, in @ especially on floors, it may be enough. once the gyro ball is brought up to its speed and then - without a wide drive - runs out freely.

Für Steuerungen tiber längere Zeiträume hinweg, mu@@ man einen ständigen Antrieb vorsehen. gibt weiterhin zwei Möglichkeiten: Die Kreiselkugel kann um eine gans bestimmte kugelfeste Achse angetrieben werden. Es ist derKreiselkugel also ein. bestimmte drallachse eingeprägt. Eine andere Möglichkeit ist die, daß die Kugel - die ja keine geometrisch Vorzugsrichtung hat- um irgendeine beliebige der Kugel nicht ton vornherein eingeprägte Achse in Drehung versetst wird und dann die Abweichung von diesem Zustand im flugkörperfestem System abgegriffen werden.For controls over longer periods of time, you have to have a constant one Provide drive. there are still two options: The spinning ball can be driven around a fixed ball axis. It's the gyro sphere So a. certain twist axis imprinted. Another possibility is that the sphere - which has no geometrically preferred direction - around any arbitrary the ball is not set in rotation with the axis impressed beforehand and then the deviation from this state can be tapped in the missile-proof system.

Hierbei ist folgendes zu beachten: Ein freier Kreisel sucht um seine Achse grö#ten Trägheitsmoments zu rotieren. Diese Rotation ist stabil. Wenn der Kreisel eine allseitig symetrische Kugel ist, dann ist das Trägheitsmoment um alle Achsen gleich. Die Rotation um eine bestimmte Achse der Kugel ist indifferent. Wenn auch der Drallvektor raumfest bleibt, so kann sich d@ch die Kugel selbstohne wesentliche Stützmomente gegen diesen Drallvektor verdrehen. Man muß, also entweder unmittelbar Komponenten des Drallvektors messen,ohne Bzugnahme auf bestimmte Punkte derKugeloberfläche, oder aber amn muß eine solche Massenverteilung in der Kugel vorsehen, d,h, den "Äquator" schwerer machen, da# die Kugel eine definierte Achse grö#ten Trägheitsmomentes besitzt. Please note the following: A free top searches around its Axis of greatest moment of inertia to rotate. This rotation is stable. If the Gyro is a sphere symmetrical on all sides, then the moment of inertia is around all of them Axes the same. The rotation around a certain axis of the sphere is indifferent. if the swirl vector also remains fixed in space, so the ball can move itself without essential Twist the supporting torques against this twist vector. You have to, either immediately Measure components of the twist vector without referring to specific points on the spherical surface, or amn must provide such a mass distribution in the sphere, i.e. the "equator" Make it heavier because the ball has a defined axis of the greatest moment of inertia.

In Fig. 2 ist eine Ausbildung der Kreiselkugel gezeigt, bei welcher die Kugel einen Hohlraum 32 aufweist. In diesem Hohlraum 32 ist Druckas gespeichert, das durch tangentiale in einer Ebene liegende Düsen 34 ausströmt und die Kugel 10 durch Rücksto# um eine zu dieser Ebene senkrechte Achse in Rotation versetzt. Die Achse, um die der Krelselrotor lo angetrieben wird, ist dabei unabhängig von der relativen Lage von Kreisel und Flugkörper. In Fig. 2 an embodiment of the gyroscope ball is shown in which the ball has a cavity 32. Pressure gas is stored in this cavity 32, which flows out through tangential nozzles 34 lying in one plane and the ball 10 set in rotation by recoil about an axis perpendicular to this plane. the The axis around which the Krelsel rotor is driven is independent of the relative position of gyro and missile.

Eine andere Art des Antrieb zeigt Pig. 3 , Hier weist die Kreisel kugel einen ferromagnetischen Kern 36 und einen elektrisch gut leitenden Mantel 38 auf. Pig shows another type of drive. 3, Here points the gyro sphere has a ferromagnetic core 36 and an electrically conductive jacket 38 on.

Zum, Äntri@b dient ein nach Art eines Ferrarismotors aufgebauter flugkörperfester Stator 40 , wobei die eine Wicklung in dem mantel 38 Wirbelströme induziert, auf welche dann die andere Wicklung wirkt. Bei dieser Anordnung erfolgt der Antrieb der Kreiselkugel um eine flugkdrperfeste Achse. Wenn der Flugkörper sich dann gegen den........ rotierenden Kreisel verdreht, würde der Antrieb Präzessionsmomente auf die Kreiselkugel ausüben. Man kann also nach diesem Prinzip den Kreieel nur "anwerfen". Während der eigentlichen Messung muss der Kreisel frei auslaufen. Häufig wird durch die vom Kreisel abgenommenen Signale die Fluglage so korrigiert, dass der Flugkörper wieder nach der Drallachse des Kreisels ausgerichtet ist. Die - flugkörperfeste -Achse, umwelche der Antrieb erfolgt, wandert also nach einer Störung automatisch wieder in die - raumfeste-Drallachse der Kreiselkugel hinein. In diesem Falle kann man die Anordnung so treffen, dass der Antrieb mittels eines von einem Lageabgriff 42 gesteuerten Schalters 44 automatisch abschaltbar ist, sobald der Flugkörper aus seiner Anfangslage, in welcher der Kreisel angelaufen isti ausgelenkt wird, sobald sich also die relative Lage von Flugkurper und Kreiseldrallachse ändert. For, Äntri @ b a built up like a Ferrari engine is used Missile-fixed stator 40, with one winding in the jacket 38 eddy currents induced, on which the other winding then acts. With this arrangement takes place the drive of the gyroscope ball around an axis that is resistant to the airborne body. When the missile then against the ........ rotating top twisted, would the drive exerts precession moments on the gyro ball. So you can go to just "throw" the Kreieel on to this principle. During the actual measurement must the spinning top coast down freely. The signals picked up by the gyro are often used corrected the attitude so that the missile again follows the spin axis of the gyro is aligned. The missile-fixed axis around which the propulsion takes place moves so after a disturbance automatically back into the - fixed-space-swirl axis of the gyro sphere into it. In this case you can make the arrangement so that the drive means a switch 44 controlled by a position tap 42 can be switched off automatically is as soon as the missile has started from its starting position in which the gyro has started isti is deflected as soon as the relative position of the trajectory and the gyroscopic spin axis changes.

Bei der letzteren bt des Antriebe ist normalerweise der Kreiselkugel keine besondere Drallachse angoprägt.The latter bt of the drives is usually the gyro ball no special twist axis.

Statt eina "Ferraris"-Antriebs könnte man beispielsweise auch einen Antrieb vorsehen, bei welchem die Kugel 10 durch Druckgasdüsen in den Lagerschalen 12 - 18 tangential angeblasen wird. Aueh hier müsste das Antwiebsdruckgas bei Auslenkung des Kreisels (oder ichtiger des Flugkörpers) abgesperrt werden.Instead of a "Ferraris" drive, one could, for example, also use one Provide drive, in which the ball 10 through compressed gas nozzles in the bearing shells 12 - 18 is blown tangentially. Also here the propulsion pressure gas would have to be with deflection of the gyro (or more importantly of the missile).

Fig. ¢ zengt eine Anordnung, bei welcher - ähnlich wie in Fig. 2 - der Antrieb stets, unabhängig von der relativen Lage v#n Kreiseldrallachse und Flugkörp@r, txc zinke dar Kreiselkugel eingeprägte Achse erfolgt. In der Kreiselkugel 10 sind zwei zueinandergekreuzte und nach Art eines Ferrarismotors arbsitende Wicklung 46, 48 vorgesehen. Die K@@@@@lkugel 10 ist von siner flugkörperfesten Hohlkugel 50 aus elektrdsch gut leitendem Material umgeben.Fig. ¢ shows an arrangement in which - similar to FIG. 2 - the drive always, regardless of the relative position of the gyro axis and missile @ r, txc zinke the centrifugal ball imprinted axis takes place. In the top ball 10 are two crossed windings that work like a Ferrari motor 46, 48 are provided. The K @@@@@ lkugel 10 is made of a missile-proof hollow sphere 50 surrounded by electrically conductive material.

Die Abiastung @ Au@astung lrann ebenfalls nach @em Ferraris- Prinsip, @@kal@ mit einem nach Art einen Tachometergenerators arbeitenden Aug. @ff erfol@@@. Zu diesem Zweck wird, wie in Fig. 2 dargestellt @@@ die Kreis@lkugel mit einem ferromagnetischenKern 36 und eino@-ele@tri@ch gut leitenden Mantel 38 versehen und es ist ein @@@@ dem @@@@@@p eines Ferraris-Tachometergenerators aufgebaut@@ @@ griff mit Wicklungen vorgesehen. Die eine Wicklung wird ow@@@ und induziert geschwindigkeitspropottionale Wirbelströme, in dem Mentel 38, welche ihrerseits eine entsprechende Spannung @@ der g@eiten Wicklung erzeugen. Eine weitere Möglichkeit, den Drall@ektor zu bestimme ist ebenfalls in Fig. 2 angedentst@@ Hebeneinander münden zwei Düsen 52,54 dicht vor der Oberfläche ,.i't-#,ieIige1 i;« sd. »Usen werden von dem .gl,e'i.'1en IA1t druch über Drosselstellen gespeist.Hinter den Drosselstellen eine Vorrichtung 56 zur Bildung der Differens der Ausgangsdrücke der beiden Düsen 52 und 54 angeschlossen. Die Ausgangsdrü@le sind durch eine t Injektorwirkung um so geringer, je klei@er die Lineargeschwindigkeit der Kugeloberfläche vor der Mündung der betreflenden Düse 52 bzw. 54 ist. Wenn der "Äquator" symmetrisch zu den beiden Düsen 52,54 li@gt, dann sind die die Gesphwindigkeiten vor den Düsen und damit die Ausgangsdrücke Infolgedessen tritt keine Druckdifferenz il der Vorrichtung 56 auf. Wenn jedoch die Drallachse aus diser Lage relativ zu den Düsen 52 und 54 ausgelenkt wird, dann ist die Lineargeschwindigkeit der Kugeloberfläche vor derjenigen Düse die der Drallachse näher ist, kleiner als die vor der anderen Düse, die näher am "Äquator" liegt. Es tritt dadurch in den Düsen eine Druckdifferenz auf, die zu Steuerungszwecken susgenutzt werden kann. schaltung 56 zugeführt. Wenn der "Äquator" der Rotation der Kreiselkugel 10 in der Symmetrierebene zwischen den Abgriffen 52, 54 liegt, dann ist die Oberflächengeschwin-, digkeit an beiden Abgriffen gleich. Der Ausgang der, Differenzschaltung 56 ist also null. Bei einer Verlagerung des Drallvektors nach der einen oder anderen Seite, wird die Oberflächengeschwindigkeit im Bereich des Abgriffs 52 größer und im Bereich des Abgriffes 54 kleiner oder umgekehrt. Damentsprechend entsteht am Ausgang der Differenzschaltung ein Signal mit positiver oder negativer Polarität. The abiastung @ Au @ astung ran also according to @em Ferraris principle, @@ kal @ with an Aug. @ff success @@@ working like a tachometer generator. For this purpose, as shown in Fig. 2, the circular oil sphere with a ferromagnetic core is used 36 and eino @ -ele @ tri @ ch well-conductive coat 38 and it is a @@@@ dem @@@@@@ p built on a Ferraris speedometer generator @@ @@ handle with windings intended. One winding is ow @@@ and induces speed propotional Eddy currents, in the mentel 38, which in turn generate a corresponding voltage @@ the smooth winding. Another possibility to determine the twist @ ector is also indicated in Fig. 2, two nozzles 52,54 open tightly in front of the surface, .i't - #, ieIige1 i; «sd.» Uses are derived from the .gl, e'i.'1en IA1t fed through throttle points. Behind the throttle points a device 56 connected to form the difference between the outlet pressures of the two nozzles 52 and 54. The smaller the output thrust, the smaller the t injector effect the linear velocity of the spherical surface in front of the mouth of the nozzle in question 52 and 54 respectively. If the "equator" is symmetrical to the two nozzles 52,54, then these are the speeds in front of the nozzles and thus the output pressures Consequently no pressure difference il of the device 56 occurs. If, however, the twist axis is deflected from this position relative to the nozzles 52 and 54, then the linear velocity is the spherical surface in front of the nozzle that is closer to the swirl axis is smaller than the one in front of the other nozzle, which is closer to the "equator". It thereby enters the Nozzles a pressure difference that can be used for control purposes. circuit 56 supplied. When the "equator" of the rotation of the gyroscope ball 10 in the plane of symmetry lies between the taps 52, 54, then the surface speed is the same at both taps. The output of the differential circuit 56 is therefore zero. If the twist vector is shifted to one side or the other, the Surface speed in the area of the tap 52 is greater and in the area of the Tap 54 smaller or vice versa. Accordingly, the differential circuit arises at the output a signal with positive or negative polarity.

Das Prinzip, die Differenz zweier Obsrflächengeschwindigkeiten abzugreifen,lässt sich auch bei anderen Abgriffen anwenden. Man konnte beispielsweise zwei Abgriffdüsen, in denen die von der rotierenden Kreiselkugel mit gerissene Luft einen von der Luftgeschwindigkeit abhängigen Sog erzeugt.The principle of measuring the difference between two surface speeds leaves also apply to other taps. For example, you could have two pick-off nozzles, in which the air torn by the rotating gyroscope with one of the air speed dependent suction generated.

Eine photoelektrische Abtastung zeigt Fig. 5i Dort ist die Kreiselkugel 10 mit einem Muster 58 von "Breitenkreisen" um eine Achse 60 verschen, die unter 450 zu der Drallachse 62 geneigt ist. Die Kugel 10 wird durch eine flugkörperfeste Lampe 64 punktförmig beleuchtet und mittels einer Photozelle 66 abgetastet. Die Anzahl der bei jeder Umdrehung erfassten "Breitenkr@ise" und dlii it der bei jeder Umdrehung erhaltenen photoelektrischen Impulse hängt ab von der Lageder Drallachse 62 zu der Photozelle 66. Geht die Drallachse 62 durch den photoelektrisch abgetasteten Punkt 68, so ist dis Anzahl der Impulse pro Umdrehung null. Jeweiter die @rallachse on diesem Punkt 68 entfernt ist, desto grö#@n @st die Anza@l der Impulse pro Umdrehung. Die Impulszahl pro Umdrehung erhält man,wenn der "Äqu@tor" durch den Punkt 68 geht. Die Impulse können eine@ digitalem Lageabgriff 70 mit einem Zählwerk sugefük@@ werden. Lurch eine "Meridi@n" Marke 72 kann bei 4 der Umdrehung einmal das Zählwerk zurückgestellt und d@ Zählerinhalt in einen Speicher übertragen werden.A photoelectric scan is shown in Fig. 5i. There is the gyro sphere 10 give away with a pattern 58 of "circles of latitude" about an axis 60, which below 450 is inclined to the twist axis 62. The ball 10 is fixed by a missile Lamp 64 illuminated at points and scanned by means of a photocell 66. the Number of "latitudes" recorded with each revolution and the number of those with each The photoelectric pulses obtained for one revolution depends on the position of the spin axis 62 to the photocell 66. If the twist axis 62 goes through the photoelectrically scanned Point 68, the number of pulses per revolution is zero. The farther the @rallachse is removed from this point 68, the greater the number of pulses per rotation. The number of pulses per revolution is obtained when the "Equ @ tor" goes through the point 68 goes. The pulses can be a @ digital position tap 70 with a counter sugefük @@ become. Lurch a "Meridi @ n" mark 72 can turn once at 4 times the counter is reset and the counter content is transferred to a memory.

Der @0 erhaltene digitalwert kann einem geeigneten digital arbeitenden Steuerungssystem zuge@ihrt werden. Die letst@re Art von Abtastung setzt einen Antrieb um eine der Kreiselkugel eingeprägte Drallachae voraus, wie er z. B.durch einen Antrieb nach Fig. 2 oder Fig. 4 erhalten wird, Stützung und Fesselung.The digital value obtained @ 0 can be used by a suitable digital operator Control system. The last type of scanning sets a drive preceded by one of the spinning ball embossed Drallachae, as z. B. by a Drive according to Fig. 2 or Fig. 4 is obtained, support and restraint.

Durch nach M't eines Ferrarismotors oder Ferrarisgenerators aufgebaute Drehmomentgeber und Abgriffe kann man auch bei dem erfindungsgemä#en Kreisel eine elektrische Fessel@ng erzielen. Man kann die von einem Lagegeber abgenommenen Lagesignale über einen verstärker einem Drehmo@entgeber zuführen, welcher ein der Lageabweichung proporichales Rückstellmoment erzeugt. Man kann sich dabei aller hierbei bekannten Techniken bedienen, um @@@ -@ünschtes Verhalten des Kreisels zu erreichen.By built according to the M't of a Ferrari engine or generator Torque transmitters and taps can also be used in the gyro according to the invention achieve electrical bondage. The position signals picked up by a position sensor can be used feed it to a torque encoder via an amplifier, which is one of the positional deviation proportional restoring torque generated. You can get to know everyone here Use techniques to achieve undesirable behavior of the gyro.

In älmi@cher Weise kaun man mit einem Ferrarismotor-Stator SSützmomente auf den Kreisel aufbringen, um ihnin eine gewünschte Richtung präzedierenzu lassen.In an älmi @ cher way, you can use a Ferrari motor stator to acquire supporting moments onto the top to precess in a desired direction.

Die @@@lsel nach der vorliegenden Erfindung bieten also alle @@@@@dungsmöglichkeiten, die konventionell gelag@@@@ @eisel auch @ieten.The @@@ island according to the present invention thus offer all @@@@@ application possibilities, The conventional gelag @@@@ @eisel also @ieten.

Die verschiedenen, im vorstehenden als Beispiele be-, schriebenen Möglichkeiten der Lagerung, des Antriebs und des Abgriffes können natürlich in verschiedenster' Weise sinnvoll miteinander kombiniert werden0The various ones described above as examples Options for storage, drive and tapping can, of course, be in a wide variety of ' Can be combined in a meaningful way0

Claims (17)

Patentansprüche.Claims. 1. Kreisel für Steuerungszwecke, dadurch gekennzeichnet, dass er eine ohne mechanische Lagerung durch zentrierende Kräfte frei schwebend gehaltene rotierende Kugel und Mittel zum Abgreifen der Lage des Drallvektors der Kugel enthält.1. Gyro for control purposes, characterized in that it has a Rotating ones held freely floating without mechanical support by centering forces Contains ball and means for tapping the position of the twist vector of the ball. 20 Kreisel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kreis ei mit Abstand zwischen hohlkugligen Lagerschalen gehalten wird, in welche Druckgas eingeblasen wird, so dass der Kreisel auf einem Druckgasp@lster schwebt.20 gyroscope according to claim 1, characterized in that the circle egg is held at a distance between hollow spherical bearing shells, in which compressed gas is blown in so that the gyro floats on a pressurized gas cushion. So Kreisel nach Anspruch 29 dadurch gekennzeichnet, dass um die Kugel drei Paare von gegenüberliegenden Lagerschalen rechtwinklig zueinander angeordnet sind.So gyro according to claim 29, characterized in that around the ball three pairs of opposite bearing shells arranged at right angles to each other are. 4e Kreisel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckgaszufuhr zu Jedem der tagerschalenpaare in Abhängigkeit von der wirksamen Beschleunigung drosselbar ist.4e gyro according to claim 3, characterized in that the pressurized gas supply to each of the day shell pairs depending on the effective acceleration can be throttled. 5. Kreisel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckgaszufuhr von einem federgefesselten Ventilkörper beherrscht wird, welcher unter dem influss von Beschleunigungskräften im Sinne einer Freigabe der Druckgaszufuhr auslenkbar ist0 5. Gyro according to claim 4, characterized in that the compressed gas supply is dominated by a spring-loaded valve body, which under the influence deflectable by acceleration forces in the sense of a release of the compressed gas supply is0 6. Kreisel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Lage des Drallvektors Mittel zur Bestimmung-der Oberflächengeschwindigkeiten der rotierenden Kugel an vorgegebenen Stellen vorgesehen sind 6. Gyro according to one of claims 1 to 5, characterized in that that for determining the position of the twist vector means for determining the surface velocities the rotating ball are provided at predetermined locations 7. Kreisel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dan. s zur Bestimmung der Oberflächangeschwindigkeiten die Kreiselkugel mit einer elektrisch gut leitenden Oberflache versehen ist und als Abgriffe nach dem Prinzip des Ferraris-Tachometergenerators aufgebaute Spulenanordnungen von zueinander ge-@kreuzten Spulen vorgesehen sind, 7. Gyro according to claim 6, characterized in dan. s to determine the surface velocities the gyro sphere is provided with a surface that conducts electricity well and Coil arrangements constructed as taps according to the principle of the Ferraris tachometer generator are provided by crossed coils, 8. Kreisel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der oberflächengesdhwindigkeiten die Kreiseloberfläche mit einem Muster versehen ist, das photoelektrisch abgetastet wird.8. Gyro according to claim 6, characterized in that to determine the surface speeds Gyro surface is provided with a pattern that is photoelectrically scanned will. 9. Kreisel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Muster von einem System von "Breitenkreisen" um eine zur Drallachse9 vorzugsweise um 450, geneigte Achse gebildet wird0 9. Gyro according to claim 6, characterized in that the pattern from a system of "circles of latitude" around one to the twist axis9 preferably around 450, inclined axis is formed 0 10. Kreisel nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die bei der photoelektrischen Abtastung erhaltenen Impulse einem digitalen Kreisellagegeber zugeführt werden0 10. Gyro according to claim 8 or 9, characterized in that that the pulses obtained in the photoelectric scan are digital Gyro position encoder are fed 0 11. Kreisel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Muster einen durch die Drallachse gehenden Großkreis enthält, welcher bei jeder Kreiselumdrehung einen Rückstellimpuls für den digitalen Kreisellagegeber liefert.11. Gyro according to claim 10, characterized in that that the pattern goes through the twist axis contains walking great circle, which a reset pulse for the digital rotary encoder with every rotation of the gyro supplies. 12. Kreisel nach einem der Ansprüche 6 bis 1-1, dadurch gekennzeichnet,dass zwei Geber zur Bestimmung der Oberflächengeschwindigkeiten im Abstand vo@einander angeordnet und Mittel zur Billung eines der Differens der gemessenen Geschwindigkeiten CL tsprechenden Ausgangsmesswertes als Maß für die DRallvektorkomponente vorgesehen sind, 12. Gyro according to one of claims 6 to 1-1, characterized in that two encoders for determining the surface velocities at a distance from each other and means for calculating one of the differences in the measured speeds CL corresponding output measured value is provided as a measure for the DRall vector component are, 13. Kreisel nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreiselkugel durch Rückstoß mittels längs ihres "Äquators" angeordneter Düsen angetrieben wird, aus welchen ein in der Kugel gespeichertes Druckgas ausströmt.13. Gyroscope according to one of claims 1 to 12, characterized in that the top ball by recoil by means of nozzles arranged along its "equator" is driven, from which a compressed gas stored in the ball flows out. 14. Kreisel nach einem der Ansprüche 1 bis 12,, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreiselkugel zum Antrieb derselben von einer Hohlkugel aus elektrisch gut leitendem Material konzentrisch umgeben ist und ein Paar zueinander gekreuzter, nach Art eines Ferrarismotors arbeitender Wicklungen enthält.14. Gyroscope according to one of claims 1 to 12, characterized in that that the gyro ball for driving the same from a hollow ball is electrically good conductive material is concentrically surrounded and a pair of crossed, contains windings operating in the manner of a Ferrari motor. 15. Kreisel nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Kreisel kugel aus elektrisch gut leitendem Material beat@ht und. um Antrieb von einem stator mit nach Art eines Ferrarismotors aufgebauten gekreuzten Wick-@ungen umgeben ist, und dass von den Abgriffmitteln der Antrieb automatisch abschaltbar ist, sobald die durch die Wicklungen gegebene Antriebsachse und die Drallachse voneinander abweichen.15. Gyro according to one of claims 1 to 12, characterized in that that the surface of the top ball is made of electrically good conductive material beat @ ht and. to drive a stator with according to Art of a Ferrari engine built-up crossed windings is surrounded, and that of the tapping means the drive can be switched off automatically as soon as the given by the windings The drive axis and the twist axis differ from one another. 16. Kreisel nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennseichnet, dass die Oberfläche der ICreiselkugel aus elektrisch gut leitendem Material be steht und nach dem Ferraris-Prinzip arbeitende Drehmomentgeber und Stützmotore vorgesehen sind.16. Gyro according to one of claims 1 to 15, characterized in that that the surface of the IC gyro sphere is made of electrically good conductive material and according to the Ferraris principle working torque transducers and support motors are provided are. 17. Kreisel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel als Hohlkugel mit fluchtenden Durch brücken ausgeführt und einen innerhalb derselben durch die Durchbrücke hindurch gehaltenen kugligen Lagerkörper mit Abstand umgibt, und dass aus dem Lagerkörper Druckgas ausstromt, so dass der Kreisei auf einem Druckgaspolster schwebt. 17. Gyro according to claim 1, characterized in that the ball designed as a hollow sphere with aligned bridges and one within the same surrounds the spherical bearing body held by the through bridge at a distance, and that pressurized gas flows out of the bearing body, so that the rotary egg is on a pressurized gas cushion floats. LeerseiteBlank page