Kompass. Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kompass, der sieh unter anderem insbeson dere für Luftfahrzeuge eignet.
Für die Zwecke der Luftfahrt haben die bisher verwendeten Magnetkompasse meh rere Nachteile. Der zur Aufhängung der Nadel dienende Stein wird bei den hohen Beschleunigungsidrucken in unangenehmer Weise beansprucht, die zur Dämpfung ver- %vendete Flüssigkeit bringt die Gefahr des Einfrierens mit sich; die wie bei allen me chanischen Messinstrumenten relativ grosse Trägheit lässt die kurzzeitigen Abweichungen von der Kursrichtung, etwa infolge von Böen, nicht erkennen.
Demgegenüber wird entsprechend der vorliegenden, Erfindung von der magne tischen Ablenkbarkeit von Kathodenstrahlen zur Kursrichtungsanzeige Gebrauch gemacht. Ein Kathodenstrahlkompass vermeidet alle obengenannten Nachteile, er besitzt natur gemäss keine Reibung, keine Dämpfungs- flüssigkeit und keinerlei Trägheit.
Ausser- dem kann er in bequemer Weise als Fern- kompass gebaut werden, so dass er vom Füh rersitz entfernt an einem Punkte des Flug zeuges aufgestellt werden kann, an dem die vom Motor herrührenden magnetischen Stö rungen verschwindend klein sind.
Die im folgenden beschriebene, beispiels weise Ausführungsform, bei welcher der Ka- tUodenstrahl in der Richtung der Lotrechten liegt, ist besonders vorteilhaft, da die Kurs anzeige dann auf einer normalen Windrose erfolgen kann. Sie ist jedoch keineswegs un umgänglich notwendig, da die oben ausein andergesetzten Vorteile des Strahlenkom passes offenbar von der Orientierung des Strahls zum Erdfeld unabhängig sind.
Für die Ablenkung a eines Kathoden strahls in einem homogenen magnetischen Feld gilt die genäherte Beziehung
EMI0001.0022
wo<B>A</B> die Länge des Elektronenstrahls in cm, H die magnetische Feldstärke in Gauss und V die die Elektronen beschleunigende Spannung in Volt bedeutet.
Aus dieser Beziehung ergibt sich, dass das magnetische Erdfeld, dessen horizontale Komponente-etwa <B>0,187</B> Gauss beträgt, einen Kathodenstrahl bei einer entsprechend ge ringen Voltgeschwindigkeit von beispiels weise<B>150</B> Volt und einer noch praktisch in Frage kommenden Strahllänge von beispiels weise<B>30</B> cm um etwa 2 cm ablenkt. Abb. <B>1</B> diene zur Erläuterung der Wir kungsweise des Kathodenstra111-Kompasses. <B>W</B> und<B>Ö</B> sind die Nord- und Ostriehtung, auf der Erdoberfläche gemessen.
H ist die Richtung des magnetischen Erdieldes, seine Vertikal- und Horizontalkomponente ist I-1, und Hh. Die Röhre, die in Abb. 2 nochmals besonders herausgezeichnet ist<B>-</B> sie ist jedoch ebenso ohne aufgebaut Ablenkplatten wie eine Braun'sche <B>-</B> wird mit Röhre' ihrer Achse
B-B in die Richtung der Vertikalen eingestellt. Um die Ablenkungsrielitung zu ermitteln, hat man bekanntlich durch die Strahlrichtung und die dazu senkrechte Komponente des Erdfeldes eine Ebene<B>zu</B> legen; diese ist in der Abb. <B>- 1</B> schraffiert. Die Ablenkung erfolgt dann senkrecht zu dieser Ebene, also in der mit<B>_A</B> bezeichneten Richtung.
Denkt man sich die Flugzeug- rumpfachse in der Richtung der Horizontal komponente Hh liegend, fliegt das Flugzeug also nach Norden, so zeigt der Kathoden strahl auf den mit<B>N</B> bezeichneten Punkt des Fluoreszensschirmes. Entsprechend würde bei Abweichung nach rechts vom reinen Nordkurs eine Wanderung des Fluoreszens- fleckes in der mit r bezeichneten Richtung erfolgen, bei reinem Ostkurs gelangt der Fleck auf den Punkt<B>0.</B> In Abb. <B>3</B> ist eine Kardanaufhängung gezeichnet, die dazu dient,
die Röhre auch bei schrägen Lagen des Flugzeuges in der Richtung der Lotrechten zu halten. F ist die Rumpflängsachse des Flugzeuges. Die Gelenke<B>G,</B> erlauben die Verdrehung um diese Längsachse, die Gelenke<B>G,</B> um eine dazu senkrechte Achse. Das Gewicht P sorgt in Verbindung mit diesen Gelenken dafür, dass die Röhrenachse stets in die Lage der Lotrechten eingestellt wird. Es wird also beispielsweise bei einem unbesehleunigten Gleitflug der sogenannte Inklinationsfehler vermieden. Der Leuchtschirm L der Röhre trägt wieder die Windrose.
Der Strahlenkompass erlaubt in einfacher Weise die Anbringung einer Fernanzeige- vorrielltung. Im Innern der Röhre kann ein Kontaktkranz angebracht werden, dessen einzelne, voneinander isolierte Kontakt stücke zu getrennten Stromkreisen gehören, in denen jeweils ein Relais liegt, das eine kleine Signallampe betätigt. Je nach der Lage des Fluoreszensfleckes wird ein an deres Kontaktstück getroffen und dement sprechend ein anderes Relais erregt. Die Signallampen können wiederum auf einem Kreis angeordnet werden, so dass die Wind rose nachgebildet erscheint.
Der Elektronenstrahlkompass kann auch so ausgebildet werden, dass er als Richtungs anzeiger Verwendung finden kann. Dabei soll unter Eichtungsanzeiger ein Instrument verstanden werden, das die Angabe ermög licht, welche Lage ein irgendwie orientierter Körper gegenüber der Erde einnimmt. Für Luftfahrzeuge bedeutet das: Angabe der Kursrielltung, Angabe der Längsneigung und Angabe der Querneigung. Ein solches Instrument gibt es bisher nicht, vielmehr ist es üblich, die drei Angaben über Kursrich tung, Längs- und Querneigung des Flug zeuges an drei verschiedenen Instrumenten abzulesen, die zum Teil unter Benutzung verschiedener Prinzipien arbeiten.
Die or ganische Vereinigung dieser drei Instru mente, also des Kompasses, des Längsnei- gunolsmessers und des Querneigungsmessers ist naturgemäss sehr erwünscht. Sie gibt dem Flieger die Möglichkeit, seine räum liche Lage bezw. die Änderung dieser Lage mit einem Blick zu überschauen.
Im besonderen erlaubt die getroffene Ein richtung, wie im einzelnen noch gezeigt wer- den wird, den Kurs als die wichtigste An gabe mit erhöhter Genauigkeit abzulesen. Die Möglichkeit, gegenüber dem vorher be schriebenen, [nur aus einer einzigen Elek tronenstrahlröhre bestehenden Elektronen- strahlkompass mehr Aussagen machen zu können, ist in der kombinierten Verwendung von zwei Elektronenstrahlröhren zu sehen, von denen jede zwei Anzeigen liefert, wobei der Kurs doppelt angezeigt und daher be sonders genau angegeben wird.
Im folgenden sei zunächst auf die Über legungen eingegangen, die die als Richtungs anzeiger bezeichnete Anordnung zur Voraus setzung hat. Dabei sollen jedoch von vorn herein die Betrachtungen auf den Spezialfall eines vertikal gerichteten Elektronenstrahls beschränkt werden, wie er auch der vorher beschriebenen Ausführungsform des Elek- tronenstrahlkompasses zugrunde gelegt wurde. Es ist dies der für die Überlegung und praktische Verwendung einfachste F-all.
Würde auf einen vertikal aus einer ent sprechenden Erzeugungseinrichtung heraus tretenden Elektronenstrahl kein Magnetfeld wirken, so würde der Strahl genau in der Vertikalen bleiben und sein Auftreffpunkt sich auf einem senkrecht gestellten Leucht schirm (Abb. 4) bei A markieren. Wirkt das Erdfeld, so wird der Strahl abgelenkt.
Sein Auftreffpunkt liegt jetzt ausserhalb der Achse, zum Beispiel in<B>B.</B> Dreht man die Elektronenstrahlröhre um ihre vertikale Achse, so bleibt der Strahl zum Erdfeld in gleicher Lage, das heisst der Auftreffpunkt beschreibt auf dem Leuchtschirm einen Kreis um den Punkt A mit dem Radius _AB. Fliegt das Flugzeug einen horizontalen Kreis, so ist also jeder Richtung des Flugzeuges ein Punkt auf dem Leuchtschirmkreis eindeutig zugeordnet.
Wir haben den bekannten Elek- tronenstrahlkompass mit der in Fig. <B>5</B> inner halb des Kreises dargestellten Rose, vor uns, wenn die ausserhalb des Kreises angeschrie benen Buchstaben die Flugrichtungen, be deuten. Begnügt man sich damit, den Elek tronenstrahl zur Kursanzeige zu benutzen, so hätte man störende, beim wirklichen Flug auftretende Schiefstellungen durch ent sprechende Einrichtungen auszugleichen, das heisst dafür zu sorgen, dass die Röhre ver tikal bleibt. Eine solche Einrichtung ist zum Beispiel ein Kardangelenk, das mit einem Gewicht beschwert ist.
Während beim Elektronenstrahlkompass allein die Bewegung um die vertikale Achse interessiert, die eventuellen Bewegungen des Flugzeuges um die beiden übrigen Achsen unschädlich gemacht werden müssen, gilt für den Längsneigungsmesser entsprechendes für die in der Flugrichtung liegende Horizontal achse. Hier müssten die Bewegungen um die vertikale und Rumpflängsachse ausgeschal tet werden. Der Auftreffpunkt des Strahls wird in diesem Falle eine andere Kurve auf dem Leuchtschirm beschrieben, und zwar eine so gelegene Gerade, wie es Abb. <B>6b</B> an gibt.
Entsprechend erhält man bei der Be nutzung des Strahls als Querneigungsmesser eine zur oben genannten Geraden senkrecht gelegene Gerade, wie es in Abb. 6e darge stellt ist. Abb. 6a zeigt zur Hervorhebung der prinzipiellen Unterschiede noch einmal den Fall der Abb. <B>5.</B>
Indem wir die physikalischen und geo metrischen Verhältnisse betrachtet haben, die bei der Ablenkung eines in der Vertikal achse verlaufenden Elektronenstrahls durch das magnetische Erdfeld bedingt sind, haben wir gefunden, wie der Elektronenstrahl zu Richtungs-, Längs- und Querneigungsanzei- gen zu benutzen ist. Es bleibt noch zu über legen, in welcher Weise man die drei An zeigen von einem kombinierten Instrument am zweckmässigsten vornehmen lassen kann. Dazu wollen wir nicht wie bisher die Be wegung um zwei Achsen ausgleichen und so die Bewegung um eine Achse zur Anzeigp bringen, sondern die Bewegung um nur eine Achse ausgleichen.
In dieser Weise wird die Flugzeugbewegung um die zwei übrigen Achsen zur Anzeige gebracht. Wir erhalten, wie es Abb. <B>7</B> zeigt, die aus den Diagrain- men der Abb. <B>6</B> abgeleiteten Diagramme, bei denen die zwei Koordinaten<B>je</B> zwei ver- schiedene Angaben machen, nämlich a Kurs richtung und Querneigung bei einem Flug ohne Längsneigung, <B>b</B> Kursrichtung und Längsneigung bei einem Flug ohne Quer neigung, c Iä-ngssneigung und QueTnei- gung bei einem Flug ohne Kursänderung.
Jedes Instrument macht jetzt eindeutig zwei Angaben. Der Versuch, von einem Instru ment durch Festhaltung aller drei Achsen' das heisst starre Verbindung mit dem Flug zeug, die gewünschten drei Angaben zu er halten, muss fehlschlagen, denn es liegt in der Natur der Sache, dass sich die drei La- genangaben über das Flugzeug nicht eindeu tig den Punkten einer nur zweifach ausge dehnten Fläche zuordnen lassen. Man muss vielmehr bei den Strahlen auf zwei Frei heitsgraden stehen bleiben. Die Lösung der Aufgabe ist in der kombinierten Benutzung der Diagramme nach Abb. 7a und <B>b</B> zu sehen.
Betrachten wir nun eine zweckmässige Ausführungsforni des nach obigen Über legungen ausgeführten Apparates.
In einem Kasten, der gegebenenfalls mit Dämpfungsflüssigkeit gefüllt ist, sind zwei Elektronenstrahlrohre so gelagert, wie es Abb. <B>8</B> zeigt. Der Kasten ist derart fest in das Flugzeug eingebaut, dass die Fluores- zensschirmebene in der Horizontalebene liegt.
Durch eine optische Vorrichtung werden die auf den Fluoreszensschirmen befestigten Eichdiagramme (entsprechend Abb. 7a und <B>b)</B> auf den Schirm<B>8</B> in verschiedener Grösse projeziert, so dass sich das Diagramm (Abb. <B>9)</B> ergibt.
Die Benutzung dieses Dia- grammes hat folgendermassen zu erfolgen: <I>a)</I> Kursrichtungsanzeige. Projektion der beiden Leuelitpunkte entsprechend den füh renden Geraden auf den Kurskreis, der nun die Fahrtrichtung an seiner Teilung ablesen lässt. Da beide Röhren die gleichen Auzei- gen machen, wird die -wichtige Kursangabe besonders genau und sicher. Bei subjektiver Ablesung könnte ein beweglicher'Einstel- lungsstrich die gegenseitige Kontrolle beider Röhren erleichtern.
<B><I>b)</I></B> Leingsiieigungsanzeige. Sie ergibt sich aus der Abweichung des im äussern Gesichts feld gelegenen Leuchtpunktes vom Kurs kreis zunächst der Richtung nach (Steigen oder Fallen), als auch quantitativ in Bogen grad.
<B><I>c)</I></B> Querneigungsanzeige. Sie ergibt sich aus der Abweichung des im innern Gesichts feld gelegenen Leuchtpunktes vom Kurskreis zunächst der Richtung nach (Neigung nach rechts oder links), als auch quantitativ in Bogengrad.