КАТОДНЫЙ КОМПАС Советский патент 1934 года по МПК G01C17/32 

Предметом предлагаемого изобретения является катодный компас, в особенности пригодный для воздухоплавания. Известные до сих пор магнитные компасы обнаруживают в воздушной навигации много недостатков. Служащий для подвешивания иглы камень подвергается, вследствие ускорения, ненужным воздействиям, а применяемая для торможения жидкость влечет за собой опасность замерзания; присущая всем механическим измерителям относительно большая инертность не позволяет заметить кратковременных отклонений от курса, вследствие "ям". Для устранения этих недостатков предлагаемое изобретение использует для указания курса отклонение катодных лучей. Предлагаемый компас удобно выпонять в виде прибора, управляемого на расстоянии, так что его можно удалить от места пилота и поместить в такой части летательной машины, где возникающие магнитные нарушения сведены к минимуму.

Форма выполнения изобретения, в которой катодный луч имеет вертикальное направление, является особенно выгодной, так как при этом указание курса может происходить на нормальной розе ветров. Однако она не является абсолютно необходимой, так как указанные выше преимущества лучевого компаса очевидно но зависят от ориентировки луча по отношению к земному полю.

На чертеже фиг. 1 служит для пояснения действия компаса; фиг. 2 изображает катодную трубку компаса; фиг. 3 - карданный подвес; фиг. 4 и 5 служат для пояснения работы лучевого компаса при вертикальном электронном луче; фиг. 6 а, b и с поясняют работу компаса в случае наклона вокруг трех осей; фиг. 7 а, b, с изображают номограммы для практического пользования компасом при полете самолета; фиг. 8 - схему конструктивного устройства прибора; фиг. 9 - диаграмму.

Фиг. 1 служит для пояснения действия компаса согласно изобретению. N и О - направление севера и востока, считая е земли; H - направление магнитного земного поля; H_υ и Н_h - его вертикальная и горизонтальная составляющие. Трубка (фиг. 2), выполнена так же, как Брауновская трубка, но без отклоняющих пластинок и установлена своей осью R-R по вертикали. Для определения направления отклонения, как известно, надо проложить плоскость через направление луча и перпендикулярную составляющую поля; эта плоскость заштрихована на фиг. 1. Тогда отклонение происходит в перпендикулярном направлении, т.е. в направлении А. Если вообразить тело аэроплана лежащим в направлении горизонтальной составной Н_h, т.е. вообразить аэроплан летящим на север, то катодный луч указывает на точку N флуоресцирующего циферблата. Соответственно, в случае отклонения от северного курса направо, флуоресцирующее пятно переместилось бы в направлении стрелки r, при точном восточном курсе пятно перешло бы в тоску О.

Для удержания трубки в вертикальном положении, даже при крене аэроплана, служит карданный подвес (фиг. 3). Шарнирные сочленения G₁ допускают вращение вокруг продольной оси F, F корпуса аэроплана, а шарнирные сочленения G₂ допускают вращение вокруг перпендикулярной оси. Груз Р, в соединении в этими сочленениями, постоянно поддерживает оси трубок в вертикальном положении. Таким путем устраняется, например, так называемая погрешность наклонения при неускоренном равномерном полете. Экран L трубки, как и обычно, несет розу ветров.

Лучевой компас позволяет легко устроить получение показаний издали. Внутри трубки может быть помещен контактный венчик, отдельные изолированные между собой контактные части которого принадлежат отдельным электрическим цепям, в которые может быть включено реле, приводящее в действие маленькую сигнальную лампочку. В зависимости от местонахождения флуоресцирующего пятна, включается та или другая контактная часть, и возбуждается соответствующее реле.

Можно расположить сигнальные лампочки по кругу, так что получится как бы воспроизведение розы ветров. Лучевой электронный компас может быть выполнен таким образом, чтобы он мог действовать в качестве указателя направления. Под указателем направления понимается инструмент, позволяющий определить, какое положение относительно земли принимает известным образом ориентированное тело. Для аэропланов это означает указание направления курса, продольного наклона и поперечного наклона. До сих пор обычно указания о курсе и наклонах получают по трем разным инструментам. Органическое соединение таких трех инструментов, т.е. компаса, измерителя продольного наклона и измерителя поперечного наклона, в один инструмент, разумеется, очень желательно. Он дал бы летчику возможность одним взглядом ориентироваться в пространственном положении и в изменениях этого положения. В особенности пригодно предлагаемое устройство для более точного указания курса без ошибок, свойственных обычным магнитным компасам.

Предлагаемый компас может быть выполнен различным образом. Здесь описывается форма выполнения, в основе которой лежит принцип действия магнитного земного поля, как и во всех магнитных инструментах. Однако, этот магнитный инструмент использует не направляющее действие на магнитную иглу, а известное само по себе отклоняющее действие на катодный луч. Само собой очевидно, что этот инструмент, так же как и лучевой электронный компас, обладает по сравнению с прежними отдельными инструментами следующими главными преимуществами: малым весом, большой конструктивной простотой, свободой от подвижных механических частей, свободой от инерции. Кроме того, инструмент может быть выполнен для дачи показаний на расстоянии, т.е. он может быть расположен на таком участке аэроплана, который не подвергается действию магнитных полей двигателя. Это может быть произведено, например, таким образом, что электронный луч вызывает замыкание цепи тока через систему контактов. Возможность более точных указаний заключается в комбинированном применении двух электронных лучей, из которых каждый дает два показания (курс указывается дважды, а потому показание его особенно точно). Автор ограничивается специальным с мучаем вертикально направленного электронного луча, как он уже применяется для указания курса. Для теории и для практического применения это есть простейший случай.

Если бы на выходящий из источника в вертикальном направлении электронный луч не действовало никакое магнитное поле, то луч сохранял бы точно вертикальное направление, и его точка выхода отметилась бы на экране (фиг. 4) в точке А. Под действием земного поля луч отклонится. Точка его выхода лежит теперь вне оси, например, в точке R. Если повернуть трубку вокруг ее вертикальной оси, то луч не меняет своего положения относительно земли, т.е. точка выхода луча описывает на экране круг вокруг точки А радиусом AR. При полете аэроплана по горизонтальному кругу, каждой точке и каждому направлению аэроплана соответствует точка на световом экране. Мы имеем перед собой известный электронный лучевой компас с представленной внутри круга розой (фиг. 2), если проставленные снаружи круга буквы обозначают направление полета. Если бы удовлетвориться применением электронного луча для указания курса, то потребовалось бы принят., меры к устранению мешающих, в действительном полете возникающих, наклонов, т.е. озаботиться о том, чтобы трубка сохраняла свое вертикальное положение. Таким устройством может быть карданный шарнир, снабженный грузом.

В то время, как в случае электронного лучевого компаса интерес представляет лишь движение вокруг вертикальной оси, причем возможные движения аэроплана вокруг обеих остальных осей надо сделать безвредными; по отношению к измерителю продольного наклона, сказанное имеет значение для горизонтальной оси, лежащей в направлении полета. Здесь надо исключить движения вокруг вертикальной оси и продольной оси корпуса аэроплана, в этом случае выступающая точка луча опишет на экране другую кривую, а именно линию по фиг. 6 b. соответственно, при использовании луча в качестве измерителя поперечного наклона получают прямую, перпендикулярную к упомянутым линиям, как показано на (фиг. 6с. Фиг. 6а представляет случай по фиг. 5.

Электронный луч может быть использован и для определения направления, продольного наклона и поперечного наклона. Теперь остается выяснить, как целесообразнее снимать три показания с одного комбинированного инструмента. Автор не хотел идти известным путем компенсирования движений вокруг двух осей для того, чтобы определить движение вокруг одной оси, но решил компенсировать движение только вокруг одной оси. Таким образом определятся движения аэроплана вокруг двух остальных осей и получатся диаграммы по фиг. 7, выведенные из схемы по фиг. 6, по этим диаграммам две координаты показывают по две различных величины, а именно: а) направление курса и поперечный наклон при полете без продольного наклона, б) направление курса и продольный наклон при полете без поперечного наклона, в) продольный наклон и поперечный наклон при полете без изменения курса. Каждый инструмент дает теперь одновременно два определения. Попытку получить от одного инструмента три определения путем фиксирования всех трех осей, т.е. путем жесткого соединения с аэропланом, следует призвать неосуществимой, так как нельзя получить одновременно трех определений положения аэроплана. Приходится, при лучах, сохранять две степени свободы, разрешения же задачи искать в комбинированном применении устройств по фиг. 7а и 7b.

Теперь перейдем к целесообразной форме выполнения аппарата по вышеизложенным принципам, легшим в основу изобретения, причем обращается внимание на то, что этой примерной формой изобретения сущность последнего не исчерпывается.

В ящике, который в некоторых случаях может быть также наполнен тормозящей жидкостью, расположены две трубки (фиг. 8). Ящик монтирован на аэроплане так, чтобы флуоресцирующий экран сохранял горизонтальное положение. При помощи оптического прибора диаграммы (фиг. 7а и 7b), помещенные на флуоресцирующем экране, отбрасываются на экран S в желаемом масштабе так, что получается, например, диаграмма по фиг. 9. Эта диаграмма используется следующим образом:

а) для определения направления (курса) проекция обеих светящихся точек должна соответствовать ведущим прямым на курсовом круге, позволяющем читать направление полета по своим делениям. Так как обе трубки дают одинаковые определения, то важные определения получаются особенно точными и надежными. При субъективном чтении можно применять подвижную стрелку для взаимного контроля обеих трубок;

б) определение продольного наклона получается из отклонения светящейся точки, расположенной в наружном поле зрения, от курсового круга сперва в смысле направления (подъема или снижения), а затем и количественно - по шкале;

в) определение поперечного наклона получается из отклонения светящейся точки, расположенной во внутреннем поле, от курсового круга сперва в смысле направления (наклона вправо или влево), а затем количественно - по шкале.

1. Катодный компас, в особенности для авиации, отличающийся тем, что для определения направления полета относительно магнитного меридиана использовано отклонение катодного пучка, вызываемое непосредственно магнитным полем земли.

2. При компасе по п. 1 применение для обнаружения катодного пучка флуоресцирующего экрана.

3. Форма выполнения компаса, состоящая в применении ряда контактов, попадая на которые катодные пучки замыкают разные электрические цепи, с той целью, чтобы включенные в эти цепи реле приводили в действие оптические сигнализирующие приборы.

4. Форма выполнения компаса по п. 4 с применением для автоматического удержания оси катодного пучка, в вертикальном положении несущего разрядную трубку карданного шарнира, снабженного грузом.

5. Применение нескольких компасов по п. 1 для определения не только курса, но и продольною, а также и поперечного креня.