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Kreiselgerät mit kardanisch gelagertem Rotor.
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Die Erfindung betrifft ein Kreiselgerät mit kardanisch gelagertem
Rotor und mit Einrichtungen zur*Messung von Auslenkungen der beiden Kardanrahmen
um ihre Achsen.
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Bei den Kreiselgeräten der genannten Art, die z.B. aus der DAS 1 160
199 bekannt geworden sind, sind nur an den beiden Kardanrahmen Vorrichtungen zur
Meßwertbildung angebracht.
Mit einem solchen Kreiselgerät können
nur Bewegungen oder Auslenkungen um zwei Aehsen gemessen werden.
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Zur Messung von Drehbewegungen um eine'dritte Achse war es bisher
notwendig, einen zweiten Kreisel zu verwenden.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung,
ein Kreiselgerät mit einem kardanisch gelagerten Rotor zu schaffen, das es gestattet,
Bewegungen um eine weitere Achse zu messen.
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Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung gelöst durch eine Einrichtung
zum Abtasten der Rotordrehzahl in bezug auf den inneren Kardanrahmen und eine Einrichtung
zur Ermittlung der der scheinbaren Drehzahländerung des Rotors infolge sich in oder
entgegen der Drehrichtung des Rotors bewegenden inneren Kardanrahmen proportionalen
Pulsfrequenz, die ein Maß für die Drehgeschwindigkeit einen das Kreiselgerät tragenden
Körper um die Rotorachse darstellt.
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Zwar ist aus der DAS 1 146 291 eine Vorrichtung mit einem Fühler zur
Drehzahlmessung bekannt geworden, bei der von einer drehenden Welle über ein drehbares
Glied und eine feste Spule induktive Spannungen abgenommen und in Spannungsimpulse
umgesetzt werden. Diese Vorrichtung dient jedoch nur zur Messung der Drehzahl einer
Welle in bezug auf einen festen Raumpunkt.
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Bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung hingegen mißt der Fühler die
Drehzahl Rotor relativ zum inneren Kardanrahmen.
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So lange dieser innere Kardanrahmen seine Raumorientierung beibehält,wird
im Fühler eine Folge von Impulsen erzeugt, deren Frequenz der Rotordrehzahl proportional
ist. Bewegt sich aber der innere Kardanrahmen um die Rotorachse entgegen
der
Drehrichtung des Rotors, so erhöht sich die Frequenz der Impulsfolge im Fühler.
Diese Frequenzerhöhung ist der Drehgeschwindigkeit des inneren Kardanrahmens proportional.
Bei Drehbewegungen des inneren Kardanrahmens um die Rotorachse im Umlaufsinn des
Rotors erniedrigt sich die Frequenz der Impulsfolge unter die Rotorfreuenz.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist am Rotor ein Permanentmagnet
angebracht. Der Fühler besteht bei dieser Ausgestaltung aus einer' Spule mit einem
Eisenkern.
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Zur Übertragung der frequenzmodulierten Impuls folge vom inneren Kardanrahmen
über den äußeren Kardanrahmen auf das Kreiselgehäuse sind gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung Übertrager mit Schalenkernen vorgesehen. Diese Übertrager haben den
Vorzug, daß sie die Signale unabhängig von der Winkelstellung der Schalenkernälften
relativ zueinander übertragen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß
den Schalenkernübertragern ein monostabiler Multivibrator nachgeschaltet ist, dessen
Impulsdauer der halben Umlaufzeit des Rotors entspricht, und daß dem Multivibrator
ein, ein d-reieckförmiges Signal mit einem dem Tastverhältnis der Eingangsspannung
proportionalen Gleichspannungsanteil liefernder Verstärker und diesem eine glättende
Filterstufe nachgeschaltet ist. Am Ausgang der Filterstufen erhält man einen geglätteten
Gleichspannungswert, der der Drehgeschwindigkeit des inneren Kardanrahmens und damit
des das Kreiselgerät tragenden Körpers, um die Rotorachs proportional ist.
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Die Erfindung erlaubt es, einen Flugkörper, der nur ein
einziges
Kreiselgerät gemäß der Erfindung enthält, mit einem Rollregelkreis, einem Nickregelkreis
und einem Gierregelkreis auszustatten.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben.
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Im einzelnen zeigen: Figur 1 ein Kreiselgerät gemäß der Erfjndun',
und Figur 2 eine Schaltungsanordnung. zur Auswertung des Meßsignals.
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In Figur 1 ist ein Kreiselgerät gemäß der Erfindung dargestellt. Ein
Kreiselrotor 1 ist in einem inneren Kardanrahmen 2, und dieser in einem äußeren
Kardanrahmen 3 auf gehängt. Die Achse des äußeren Kardanrahmens 3 ist drehbar im
Gehäuse 4 des Kreiselgerätes gelagert. Dieses Kreiselgerät ist so in einem Flugkörper
eingebaut, daß die Drehachse des äußeren Kardanrahnlens 3 in der Rollachse des Flugkörpers
liegt. Die Achse dcs inneren Kardanrahmens 2 ist senkrecht zur Achse des äußeren
Kardanrahmens 3 und fällt mit der Nickachse des Flugkörpers zusammen und die Rotorachse
ist senkrecht zu den Achsen der beiden Kardanrahmen 2 und 3 und liegt in der Gierachse
des Flugkörpers.
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Die Vorrichtungen zur Meßwertbildung an den beiden Kardanrahmen 2
und 3, wie sie z.B. aus der DAS 1 160 199 bekannt geworden sind, sind der besseren
Übersicht wegen, in der Figur 1 nicht dargestellt.
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Im Gegensatz zu den bekannten Kreiselgeräten enthält das
Kreiselgerät
gemäß der Erfindung zusätzlich auch ein Vorrichtung zur Meßwertbildung am Kreiselrotor
1.
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Der Kreiselrotor 1 enthält an seiner Oberfläche einen Permanentmagneten
5. In der Höhe des Permanentmagneten 5 ist am inneren Kardanrahmen 2 eine Spule
6 mit einem Weicheisenkern angebracht. Von der Spule 6 führen Drähte 7,8 zu einer
Schalenkernhälfte 9 eines Übertragers, die mit der Achse des inneren Kardanrahmens
2 fest verbunden ist. Eine andere Schalenkernhälfte 10 des Übertragers ist mit dem
äußeren Kardanrahmen 3 fest verbunden. Von der Schalenkernhälfte .10 führen elektrische
Zuleitungen 11, 12 zu einer Schalenkeriüiälfte 13 eines anderen Übertragers, die
mit der Achse des äußeren Kardanrahmens 3 fest verbunden ist. Eine Schalenkernhälfte
14 dieses zweiten Übertragers ist mit dem Kreiselgehäuse 4 fest verbunden.
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Der Permanentmagnet 5 in der Oberfläche des Kreiselrotors 1 induziert
bei jeder Umdrehung einen Impuls in der Spule 6. Solange der Flugkörper keine Gierbewegungen
vollführt, wird in der Spule 6 eine Impulsfolge induziert, deren Frequenz gleich
der Rotationsfrequenz des Kreiselrotors ist. Führt dagegen der Flugkörper eine Bewegung
um seine Gierachse, und damit um die Rotorachse, engen die Rotationsrichtung des
Rotors 1 aus, so erhöht sich die Frequenz der Impulsfolge. Die Erhöhung dieser Impulsfrequenz
ist proportional der Drehgeschwindigkeit des Flugkörpers um seine Gierachse. Führt
der Flugkörper dagegen eine Drehbewegung um seine Gierachse im Umlaufsinn des Kreiselrotors
1 aus, so wird die Frequenz der induzierten Impulsfolge in der Spule 6 erniedrigt.
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In der Figur 2 ist eine Schaltungsanordnung zur Auswertung
der
frequenzmodulierten Impuls folge schematisch dargestellt, wobei gleiche Gegenstände
mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind wie in Figur 1.
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Der Magnet 5 induziert bei seinen Umläufen Impulse in der Spule 6.
Von der Spule 6 werden die Impulse über Leitungen 7 und 8 zu der Schalenkernhålfte
9 weitegeleitet. Von der Schalenkernhälfte 9 werden sie in die Schalenkernhälfte
10 überragen, über die Leitungen 11 und 12 weitergeleitet zur Schalenkernhälfte
13 auf dem äußeren Kardanrahmen 3-, und von dort auf die Schalenkernhälfte 14 übertragen,
die fest mit dem Gehäuse 4 des Kreiselrotors verbunden ist. Die Impulse werden über
die Leitungen 15 und 16 einem monostabilen Multivibrator 17 zugeführt. Die Impulsdauer
des Multivibrators 17 entspricht der halben Umlaufzeit des Rotors 1.
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Die frequenzmodulierte Impulsfolge im Eingang des Multivibrators 17
wird in eine Folge von Rechteckimpulsen mit variablem Tsstverhältnis und variabler
Periodendauer umgewandelt. Die Rechteckimpulse werden in einen Verstärker 18 eingespeist,
der sie in dreieckförmige Signale mit einem Gleichspannungsanteil umwandelt. Der
Gleichspannungsanteil ist dabei dem Tastverhältnis derEingangsspannung proportional.
Dem Verstärker 18 ist eine-Filterstufe 19 nacheschaltet, die die dreieckförmigen
Signale glättet und -eine Spannung liefert, die der Gierwinkelgeschwindigkeit des
Flugkörpers proportional ist.
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Diese Spannung kann beispielsweise dem hier nicht dargestellten Gierregelkreis
des Plugkörpers zugeführt werden.
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Bei einer Rotordrehzahl von etwa 6000 U/min. und einer Drehgeschwindigkeit
des inneren Kardanrahmens von 360/sek beträgt die scheinbare Drehzahländerung des
Rotors oo.
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Patentansprüche: