DE2147593A1 - Detektor für die Feststellung der Bewegungsrichtung eines Strömungsmittels - Google Patents

Description

Unser Zeichen: T 1084

THOMSON-CSP

101, Bd.Murat

Paris 16eme, Frankreich

Detektor für die Feststellung der Bewegungsrichtung eines Ströraungsmittels

Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen, welche die Feststellung der Bewegungsrichtung eines Strömungsmittels ermöglichen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere für die Feststellung des Anstellwinkels eines Luftfahrzeugs entworfen worden, und sie soll zur Vereinfachung deshalb nachstehend "Anstellwinkeldetektor" genannt werden; es ist aber hervorzuheben, daß diese Vorrichtung ebensogut auch für die Feststellung des Abtriftwinkels verwendet werden kann, vorausgesetzt, daß sie in entsprechender Weise an dem Flugkörper befestigt ist, oder ganz allgemein für die Bestimmung der Richtung einer relativen Bewegung irgendeines beliebigen Strömungsmittels.

Der erfindungsgemäße Anstellwinkeldetektor arbeitet nach einem bekannten Prinzip: Eine um ihre Achse bewegliche Umdrehungssonde wird in der Strömung angeordnet; sie weist zwei Druckabgriffe oder zwei Reihen von Druckabgriffen auf; diese Druckabgriffe stehen über innere

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Kanäle mit den Kammern eines im Gehäuse des Geräts angebrachten pneumatischen Motors in Verbindung, dessen beweglicher Teil fest mit der Sonde verbunden ist, was zur Folge hat, daß die Sonde in die Richtung eingestellt wird, in der die Drücke an denAbgriffen gleich aind.

Detektoren, die nach diesem Prinzip arbeiten, sind seit langem bekannt; sie sind jedoch nicht ohne weiteres für moderne Flugzeuge geeignet, und zwar einerseits wegen der aerodynamischen Eigenschaften solcher Flugzeuge und andrerseits wegen der sich daraus ergebenden Anforderungen an die Führung der Flugzeuge.

Das Z^eI der Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Sonde, die sicherer arbeitet, besser gedämpft ist, eine größere Genauigkeit ergibt und einen größeren Meßbereich aufweist, und die ferner die direkte Übertragung der Anstellwinkelinformation zu den zahlreichen Verwertungsanordnungen ermöglicht, die gegenwärtig an Bord gefordert werden.

Nach der Erfindung ist ein Detektor für die Feststellung der Bewegungsrichtung eines Strömungsmittels mit einer um ihre Achse beweglichen Sonde, die durch ein zylindrisches Rohr gebildet ist, das mit zwei Reihen von η gleichen Druckabgriffen versehen ist (n = ganze Zahl), einem pneumatischen Motor, mit einem fest mit der Sonde verbundenen beweglichen Teil und einem feststehenden Gehäuse, in welchem sich ein fest mit dem beweglichen Teil verbundener Flügel derart bewegt, daß er zwei Kammern mit veränderlichem Volumen begrenzt, die jeweils in Verbindung mit einer der beiden Reihen von Druckabgriffen stehen, und mit Einrichtungen, die wenigstens eine sich auf die Winkelstellung der Sonde um ihre Achse beziehende elektrische Information liefern, gekennzeichnet durch einen Prüfmotor, der die Kontrolle des

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Funktionierten äeö Detektors beim Fehlen eines sich bewegenden StfdSttngsmittels ermöglicht und folgende Teile t

- einen Rotor , der mit der Sonde

ist und ρ Magnetpole enthält (p = ganze Zahl);

- einen Stator, der konzentrisch zum Rotor fest mit dem Gehäuse verbunden ist und kp Spulen enthält ( k = ganze Zsü.^ 2),äö zu Gruppen von ρ zusammengefaßt sind, und bei Speisung die gleiche Anzahl von elektromagnetischen Polen erzeugen,und

- Einrichtungen zur wahlweisen Speisung von r der ρ Spulengruppen, wobei r eine ganze Zahl ist, die jeden Wert von 1 bis k annehmen kann.

Die,Erfindung wird nachstehend an Hand derZeichnung beispielshalber beschrieben. Darin zeigen:

Fig.1 eine Gesamtansicht eines Anstellwinkeldetektors nach der Erfindung,

Fig.2 einen Schnitt durch den pneumatischen Motor des Detektors von Fig.1,

Fig.3b"is 7 " Schnittansichten der eigentlichen Sonde,

Fig.8 und 9 den in dem erfindungsgemäßen Detektor enthaltenen Prüfmotor und

Fig. 10 ein Ausfühiungsbeispiel des bei dem erfind ungsgemässen Detektor verwendeten Kollektors für elektrische Signale.

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Der in seiner Gesamtheit in Fig.1 dargestellte Anstellwinkeldetektor enthält im wesentlichen eine bewegliche Sonde 1 in Form eines zylindrischen Rohres, das vorώ verschlossen ist und mit zwei Reihen von Druclcabgriffen und 82 versehen ist«

Das Rohr kann sich um seine Achse im Innern des feststehenden Gehäuses 3 drehen; zu dieses) Zwee's sind Kugellager 2 vorgesehen. Das Rohr ist fest alt desa .Rotor 5 eines pneumatischen Motors verbunden, dessen feststehender Teil durch das Gehäuse 3 selbst gebildet ist. Fig.2 zeigt einen schematischen Schnitt durch den pneumatischen Motor in einer senkrecht zur Achse stehenden Ebene. Drei gehäusefeste Teile 31, 32, 33 unterteilen das Innere des Gehäuses in drei gleiche Abteilungen 41, 42, 43. An dem Rotor sind drei Flügel 51, 52, 53 befestigt, die sich in diesen Abteilungen bewegen können, Die beiden Jeweils durch einen Flügel getrennten Teile a-j, a₂i b^, b₂,° Cj, C₂ jeder Abteilung stehen jeweils mit den Druckabgriffen bzw. den Druckabgriffen 82 in Verbindung«= Die Sonde stellt sich autoHiatiech so ein, da£ die in den Unterabteilungen a-j, b^, C₁ einerseits und in den Unterabteilungen a,,, b₉, O₉ andrerseits herrschenden Drücke gleich sind«

Zwischen den Flügeln und dem Gehäuse 3 ist ei ο geringes Spiel vorgesehen, darait die Sickerverluste swisohen Sen beiden Teilen jeder Abteilung verringert werden, jedoch Reibungen vermieden werden, die für die Empfindlichkeit des Detektors schädlich wären. Das Rohr 1 ist im Innern des Rotors mit einer "Verlängerung 1a für den Antrieb von Stellungsdetektoren ^Drehmeldern, Resolvern, Potentiometern, Schleifkontakten od.dgl.) versehen, die scherasbisch bei 10 angedeutet sind. Die verwendeten Stellungsdetektoren sind vorzugsweise von flacher Bauart und direkt auf der

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Verlängerung 1a montiert, damit jede Antriebsmechanik: vermieden wird.

Vor dem pneumatischen Motor ist mit dem Rohr 1 ein Prüfmotor verbunden,der einen Rotor 11 und einen Stator 26 aufweist. Die verschiedenen elektrischen Informationen werden zwischen den beweglichen Teilen und dem feststehenden Gehäuse mit Hilfe eines Kollektors übertragen, der schematisch bei 12 dargestellt ist. Bei 15 ist eine Absetzkammer für die Luftfeuchtigkeit der von den Druckabgriffen aufgefangenen luft dargestellt. Im Innern des Rohres 1 ist ein Ent froster wider stand angebracht, der mit einem Thermostat versehen ist. Diese Teile sind in Fig.1, wo das Rohr 1 nicht geschnitten ist, nicht sichtbar. Ein Gewindestopfen 20 ermöglicht den leichten Ersatz dieser Teile.

Die Einzelheiten des Rohres 1, des Entfrosterwiderstands und der Absetzkammer sind in Fig.3, 4-, 5, 6, 7 zu erkennen, welche die verschiedenen Teile in größerem Maßstab in Schnittansichten zeigen, und zwar im Längsschnitt in zwei durch die Achse gehenden, zueinander senkrechten Symmetrieebenen (Fig.3 und 4) bzw. in den Querschnittsebenen A-A¹ (Fig.5), B-B' (Fig.6) und C-C (Fig.7).

Der Entfrosterwiderstand ist durch einen flachen Leiterdraht 13a , beispielsweise aus einer Eisen-Hlcket-Legierung gebildet, der schraubenförmig auf den Grund eines Gewindes aifgewickelt ist, das auf einem Isolierträger 13b angebracht ist. Der Draht ist an seinen Enden jeweils an einem Ansatz 13c bzw. 13d angelötet, an dem Steckverbindungsteile 13e bzw. 13f befestigt sind. Dieser Widerstand ist mit einer Gleichstrom- oder Wechselstromquelle S^ über den schematisch bei 14 dargestellten Thermostat verbunden. Bei f_1$ fp» f-x sind die Anschlüsse für die Verbindung mit der Stromquelle S dargestellt, wobei der Draht f, zum Prüfen des Widerstands

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dient. Die Widerstands-Thermostat-Einheit kann durch Entfernen des Stopfens 20 ausgebaut werden. Eine Vorrichtung G ermöglicht da3 Prüfen des einwandfreien Arbeit e.ns des Wider stands sowohl bei offenem als auch bei geschlossenem Thermo stat .Das Rohr 1 enthält eine Hülse 17, ic der ein Dorn angeordnet ist, in dem die in ΐ ig. 5, 6 und 7 dargestellten Kanäle 19a und 19b angebracht sind, über welche die Druckabgriffe mit den Abteilungen des pneumatischen Motors in Verbindung stehen.

Die am Rohr angebrachten Druckabgriffe sind schmal, damit die Oberflächenspannung dem Eindringen von Wasser in die Kanäle entgegenwirkt. Jedoch kann Wasser infolge von Kondensation im Stillstand auftreten, wenn das Entfrostungssystem nicht arbeitet. Zur Beseitigung dieses Wassers enthält das Rohr auf der Höhe des Prüfmotors eine Erweiterung. In dieser Erweiterung sind zwei voneinander unabhängige Hohlräume 15a und 15b angebracht (und zwar jeweils ein Hohlraum im Weg jedee Kanals). In der Mitte jedes Hohlraums ist eine Prallscheibe 15c bzw. 15d angebracht, und verschiedene Löcher ermöglichen die Abführung des Wassers nach außen.

Filter 16 herkömmlicher Art sind vor den Abteilungen des pneumatischen Motors angebracht.

Der Prüf motor ist in Fig. 8 und 9 schema tisch im Schnitt in einer senkrecht zur Achse der Sonde stehenden Ebene bzw. in einer diese Achse enthaltenden Ebene dargestellt, Er enthält im wesentlichen einen Rotor 11, der mit drei Magnetpolen 243, 24b, 24c versehen ist, und einen Stator mit sechs Polschuhen 22a, 22b, 22c und 22d, 22e, 22f, die einander paarweise zugeordnet sind, und sechs diesen Magnetpolen zugeordnete Spulen 23a bis 23f. Je nachdem, ob nur die drei Spulen 23a, 23b, 23c oder die drei anderen Spulen oäer^auch alle sechs Spulen gespeist werden, stellt

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sich der Rotor so ein, daß seine Pole den drei ersten Polschuhen oder den drei anderen Polschuhen gegenüberstehen, oder zwischen den Paaren von Palschuhen 22a-22d; 2 2b-22e; 22c-22f stehen. Dies ermöglicht also die Überprüfung des einwandfreien mechanischen Funktionierens des Detektors und der Genauigkeit der elektrischen Informationen, die er bei drei verschiedenen Stellungen der S_onde liefert. Bei S₂ ist schematisch eine Gleichstromquelle dargestellt, und bei Cp ein Umschalter mit drei Stellungen bekannter Art, der die verschiedenen Anschlüsse der Spulen ermöglicht , deren gemeinsamer Speiseanschluß in Fig. 1 bei f15 eiergestellt ist, während die Anschlüsse der beiden Gruppen bei f16 und f17 gezeigt sind. Der Umschalter Cp ermöglicht die Verbindung der Quelle S« entweder mit dem Anschluß f16 oder mit dem Anschluß f17 oder mit den beider. Anschlüssen parallel.

Die verschiedenen an den beweglichen Teilen des Detektors erhaltenen elektrischen Informationen werden vorzugsweise ohne Einführung eines störenden Moments durch eine Vorrichtung abgenommen, die eine dauernde elektrische Verbindung ohne Gleitkontakt zwischen den relativ zueinander beweglichen Teilen ermöglicht. In gleicher Weise sind die Stromversorgungen der Rotoren der Drehmelder und der Potentiometerabgriffe ausgeführt. Es handelt sich insbesondere um folgende Verbindungen:

- drei Drähte f ₁, f₂, f* für die Widerstands-Thermostat-Einheit;

- vier Drähte f^_f f₅, f_gf f_?, aie bei F₄ für die Speisung der Rotoren der beiden Drehmelder 6 und 7 zusammengefaßt sind; fliese Drehmelder sind beispielsweise mit einem Anstellwinkel-Anzeigegerät I und mit einem Rechner I_

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für den kritischen Anstellwinkel verbunden;

-zwei Drähte fg, fg für die Speisung von s^ei Potentiometern 8 und 9j deren bewegliche Abgriffe mit der Achse der Sonde verbunden sind.

Bei S, und S. -sind symbolisch die Stromversorgiujgsquellen für die Drehmelder bzw* die Potentiometer so^!/jie die gegebenenfalls eingebauten Umschalter dargestellt! diese Stromquellen können natürlich zusammengefaßt sein-. ■

Ferner ist ein Kollektor mit zwölf Aneehlüssen vorgesehen, von denen es beispielsweise drei Anschlüsse f-jn» f-j-jf f^2 ermöglichen, falls erforderlich, die zu bestimmten Teilen, beispielsweise zu dem Heizwiüerstand gelieferten Ströme durch Parallelschaltung mit den Leitern f.j«, fg zu vergrößern. Sie können auch zum Anschluß von zusätslichen Überwachungsanzeigegeräten dienen«,

Fig. 10 zeigt eine schematische Vorderansicht des Kollektors,, Die elektrischen !erbindungen sind durch Federn R^ bis R^₂ gebildet, die , ohne zu gleiten, in Nuten abrollen, die einerseits in dem fest mit der Sonde verbundenen Rotor und andrerseits in dem fest mit dem Gehäuse verbundenen Stator 62 angebracht sind. Diese Federn sind auf zwei axial versetzte Stufen aufgeteilt. Ihre Yerankerungspunkte am Stator sind mit einem An3chlußteil 63 verbunden, das auch die Klemmen der Ausgangs drähte f^ und f-j. der Drehmelder sowie der Stromveraorgungsleiter f^c bis ΐ^η des Prüfmotors enthält,

Um die Zeichnungen nicht zu überladen, sind die Verbindungsgruppen, die im Inneren der Sonde nebeneinanderliegens, jeweils nur durch einen einzigen Strich dargestellt, nämlich

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durch F₁ für f ₁, f₂, f^; F₂ für f^ bis f_g; und durch F₅ für f^c bis f₁₇« Die Bezugszeichen F- und F^ stehen jeweils für die Anschlußleiter f. bis f~ zwischen der Stromquelle S^ und dem Verbindungsteil 63, bzw. für die Verbindungen fg und fg zwischen der Stromquelle S. und dem Verbindungsteil 63.

Ferner sind zur Vereinfachung die gleichen Bezugszeichen für die Verbindungen außerhalb und innerhalb des Anstellwinkeldetektors verwendet, selbst wenn diese Verbindungen nicht zusammenhängen, weil sie beispielsweise die Blattfedern R^ (i = 1 bis 12) des Kollektors 12 enthalten.

Die Erfindung ist natürlich nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere können die Polzahl des Stators des Prüfmotors und die Anzahl der dem gleichen Statorpol zugeordneten Pole seines Rotors anders sein, wobei es nur wesentlich ist, daß wenigstens zwei Statorpole für jeden Rotorpol vorhanden sind. Die Anzahl der Flügel des pneumatischen Motors kann kleiner oder größer sein, je nachdem, ob der Winke1meßbereich des Detektors vergrößert oder verkleinert werden soll, wobei es natürlich erwünscht ist, die größte Zahl der Flügel zu verwenden, die mit dem beabsichtigten Verwendungszweck vereinbar ist.

Schließlich kann die Anzahl der Elemente für die Wiedergabe der Y'inkel stellung der Sonde (Potentiometer, Drehmelder usw.), sowie deren Art, sehr verschieden sein, insbesoondere in Abhängigkeit von dem beabsichtigten Varwendungszweck. Die Festellung der Stellung der Sonde kann auch auf irgendeine andere Weise erfolgen, die hier nicht beschrieben ist, beispieIsweise opto-elektronisch.

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Schließlich hängen die Abmessungen der Teile für die Sonde selbst im wesentlichen von der Geschwindigkeit des Strömungs aiittels ab, in dem sie .angebracht wird, und den zu messenden Anstellwinkeln, und für die Gesamtheit der Anordnung von dem verfügbaren Platz.

Patenta nsprüche

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Claims (6)

1. Pate ntansprüche

   Detektor für die Feststellung der Bewegungsrichtung eines St^ömungsmittela mit einer um ihre Achse beweglichen Sonde, die durch ein zylindrisches Rohr gebildet ist-, das mit zwei Reihen von η gleichen Druckabgriffen versehen ist (n = ganze Zahl), einem pneumatischen Motor mit einem fest toit der Sonde verbundenen beweglichen Teil und einem feststehenden Gehäuse, in welchem sich ein fest mit dem beweglichen Teil verbundener Flügel derart bewegt, daß er zwei Kammern mit veränderlichem Volumen begrenzt, die jeaeils in Verbindung mit einer der beiden Reihen von Druckabgriffen stehen, und mit Einrichtungen, die wenigstens eine sich auf die Winkelstellung der Sonde um ihre Achse beziehende elektrische Information liefern, gekennzeichnet durch einen Prüfmotor, der die Kontrolle des Funktioniere ns des Detektors beim Fehlen eines sich bewegenden Strömungsmittels ermöglicht und folgende Teile enthält:

   - einen Rotor (11 ; Fig. 1 und 9), der mit der Sonde verbunden ist und ρ Magnetpole (24a, 24b, 24c; Fig.9) enthält ( ρ = ganze Zahl);

   - einen Stator (26), der konzentrisch zum Rotor fest mit dem Gehäuse verbunden ist und kp Spulen (23a) enthält (k = ganze Zah.1^2), die zu Gruppen von ρ zusammengefaßt sind, und bei Speisung die gleiche Anzahl von elektromagnetischen Polen erzeugen, und

   - Einrichtungen (S₂, C₂) zur wahlweisen Speisung von r der ρ Spulengruppen, wobei r eine ganze Zahl ist, die jeden Wert von 1 bis k annehmen kann.

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2. 2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor und die Sonde konzentrisch sind, und daß gilt ρ = 3 und k = 2.
3. 3. Detektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein E_ntfrcsterwiderstand und ein Thermostat eine einsteckbare Einheit bilden, daß der Ent frosterwiderstand durch einen Γ lach leiter (13a) gebildet ist, der auf den Grund eines auf einen Isolierträger angebrachten Gewindes (13b; Pig.3) aufgewickelt ist, und daß das vordere Ende der Sonde einen abnehmbaren Stopfen (20) für das Einführen bzw. Entnehmen der Einheit aufweist.
4. 4. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Übertragung der elektrischen Informationen über die Stellung der Sonde und für die Stromversorgung des Entfrosterwiderstands Blattfedern (R1 bis R12; Pig.10) vorgesehen sind, die an ihren Enden einerseits an dem Gehäuse des Geräts und andrerseits an seinem beweglichen Teil befestigt und so angeordnet sind, daß sie auf den feststehenden und beweglichen Teilen rollen, ohne zu gleiten, wobei sie diesseits der Elastizitätsgrenze bleiben.
5. 5. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde eine Verlängerung (1a) aufweist, die mit den Rotoren von Drehmeldern für die Übertragung der Stellung der Sonde und mit den Abgriffen von Potentiometern verbunden ist.
6. 6. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Messung von Anstellwinkeln, die kleiner al3 120° sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor des pneumatischen Motors drei Flügel (51, 52, 53; Pig.2) enthält, daß das Gehäuse

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   drei Abteilungen (41, 42, 43; Pig.1) aufweist, die jeweils einander drei Flügel zugeordnet sind, und daß jeder Flügel in der zugeordneten Abteilung zwei Kammern mit veränderlichem Volumen begrenzt, die jeweils mit einer der beiden Reihen von Druckabgriffen in Verbindung stehen.

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