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Verfahren und Vorrichtung zur Messung des vertikalen Abstandes von im Luftraum befindlichen
Gegenständen, wie Luftfahrzeugen u. dgl., vom Erdboden.
Der Zweck der Erfindung ist, den vertikalen Abstand eines im Luftraume befindlichen
Punktes von der Bodenfläche (relative Höhe) zu messen und diesen Abstand an einer Höhen- skala sofort abzulesen.
Höhenmessungen solcher Art werden bis nun mit Hilfe des Barometers vorgenommen.
Diese Art der Höhenmessung ist jedoch von der Temperatur, dem Luftdrucke und andern
Einflüssen abhängig, sie erfordert langwierige Berechnungen, und ist man mit ihr nur in der
Lage, die absolute Höhenlage des Punktes (Höhe über dem Meeresspiegel) zu bestimmen. Die
Messung der Höhe über dem unterhalb befindlichen Erdboden, der relativen Höhe, ist jedoch ausgeschlossen. Dies ist insbesondere für die Luftschiffahrt von grösstem Nachteile, da es speziell für den Flugzeugführer, insbesondere bei starkem Nebel oder sonst unsichtigem Wetter, sehr unangenehm ist, nicht zu wissen, in welcher Höhe er sich über dem Boden befindet.
Zum besseren Verständnis der einleitend angeführten Erfindung wird noch folgendes vor- ausgeschickt : Bekanntlich hat der Physiker Jolly die Bestimmung der Erdmasse durchgeführt, und er ging dabei in der Weise vor, dass er an das gewöhnliche Schalenpaar einer höchst empfind- lichen Waage mittels zweier zirka 21 m langer Drähte ein zweites Schalenpaar anhängte. Zu- nächst wurde auf die eine obere Waagschale ein Körper a (eine 5 leg schwere, in eine hohle
Glaskugel eingeschlossene Quecksilbermenge) aufgelegt und durch Auflegen von Gewichten auf die zweite obere Waagschale der Gleichgewichtszustand hergestellt. Wurde nun der Körper a von der oberen in die darunter befindliche Waagschale gelegt, so nahm sein Gewicht (infolge der Annäherung an den Erdmittelpunkt) um 31-686 mg zu.
Wurde nun unter den Körper a eine Bleikugel A von zirka 1 m Durchmesser in einem Schwerpunktabstand von 0'569 m angeordnet, so erschien der Körper a um weitere 0'589 mg schwerer. Diese letzte Grösse ist die Gravitationskraft zwischen den Massen A und a in einer Schwerpunktentfernung von 0'569 m.
Durch diesen Versuch ist bewiesen, dass Körper (Massen) bei Entfernung von der Erdoberfläche, wie bekannt, an Gewicht abnehmen. Diese Gewichtsabnahme ist praktisch messbar, um so mehr als bei Zunahme der Entfernung von der Erde die Gewichtabnahme steigt. Bei einer Höhe von beispielsweise 4200 m würde die Gewichtsabnahme der Jollyschen Quecksilberkugel schon mehrere Gramm betragen. Wäre es praktisch durchführbar, eine Waage von derartigen Dimen- sionen herzustellen, so würde bei derselben nicht nur das Gleichgewicht gestört, sondern es würde die Waage vollkommen aus dem Gleichgewicht gebracht werden.
Wenn nun die Mög- lichkeit vorhanden wäre, die obere Waagschale oberhalb eines Berges zu bringen, so würde derselbe genau denselben Einfluss ausüben, wie die Bleikugel von Jolly, d. h. er würde als
Masse auf das Gewicht der über ihm befindlichen Waagschale anziehend wirken. Unter der
Annahme, dass die Spitze des Berges bis knapp unter die obere Waagschale reichen würde, würde das Gewicht in der oberen Waagschale gleich werden dem Gewichte in der unteren.
4200 m tiefer liegenden, und es würde wieder Gleichgewicht eintreten. Wäre die Bergspitze aber 21 m unterhalb der oberen Waagschale, so ergibt sich wieder eine Gewichtsdifferenz von
31-686 mg, die Waage ist neuerlich aus dem Gleichgewichtszustande gebracht. Diese Gleich- gewichtsstörung kann nun auf einen Zeiger übertragen werden, an dem ihre Grösse abgelesen wird. Da die Gewichtsabnahme bei einer Quecksilbermasse, wie sie von Jolly verwendet wurde, in 21m Höhe 31-686 mg beträgt, entspricht umgekehrt einer Gleichgewichtsstörung von 31'686mg eine Erdentfernung (relative Höhe) von 21 m.
Es ist daher nur nötig, die Skalenstriche mit der der Gewichtsabnahme entsprechenden Höhenzahl zu versehen, und kann man durch ein- faches Ablesen der Zeigerstellung an der Skala sogleich die relative Höhe erhalten.
Die vorliegende Erfindung besteht nun darin, das Gleichgewichtsspiel in unmittelbarer
Nähe der Erdoberfläche herzustellen, u. zw. nicht, wie früher beschrieben, mittels zweier Ge- wichte, sondern zwischen einem der Erdanziehungskraft unterworfenen Gewicht (Masse) und einer von der Erdanziehungskraft unbeeinflussten, nahezu konstanten Kraft (beispielsweise Feder- kraft, elektrische Kraft usw. ).
Durch diese Anordnung wird man vom Prinzip der Waage unabhängig nnd ist nicht mehr gezwungen, mit einem Gewicht in unmittelbarer Nähe der Erdoberfläche zu bleiben, da die als Gegengewicht verwendete Kraft konstant ist und der Wirkung der Erdanziehungs- kraft nicht unterliegt. Die Einrichtung kann beispielsweise auch in einem Luftfahrzeuge unter- gebracht werden. Wird vor dem Aufsteigen desselben der Gleichgewichtszustand im Höhenmess- apparat zwischen Masse und Kraft hergestellt, so steht der Zeiger im Höhenmessapparat auf
Null. Während des Aufstieges wird infolge der Entfernung von der Erdoberfläche die Masse
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infolge der verminderten Erdanziehungskraft geringer im Gewicht und, da die als Gegengewicht verwendete Kraft konstant bleibt, tritt eine Gleichgewichtsstörung auf, die durch den Zeiger an der Höhenskala angezeigt wird.
Auf diese Weise werden auch Bodenerhöhungen mittels des Zeigers registriert. Der Apparat kann auf diese Weise in kleinster Form und transportabel hergestellt werden. Er ist unabhängig von allen atmosphärischen Einflüssen, die Höhenablesung ist bei jeder Temperatur und bei jedem Luftdruck, bei dichtestem Nebel usw. eine vollkommen verlässlich. Und was die Hauptsache ist, der Apparat ermöglicht die Messung der relativen Höhen, also die Höhenlage des Apparates im Luftraume über dem darunter befindlichen Erdboden.
Als Vorrichtung zur Messung der relativen Höhe nach den in der vorangehenden Be- schreibung entwickelten Grundsätzen kann beispielsweise ein Drehpendel verwendet werden, das durch einen mit ihm direkt gekuppelten Synchronmotor angetrieben wird. Die Störungen, die das Drehpendel in seinem Schwebezustand infolge der wechselnden Entfernungen von der Erdoberfläche gegenüber einer konstanten Federkraft erfährt, werden durch ein entsprechend übersetztes Zählwerk mit geeigneter Skala registriert. Die Einrichtung wird vorteilhaft in einem luftdicht abgeschlossenen Behälter untergebracht, wodurch Einflüsse von Änderungen in Luftdruck, Feuchtigkeit und Temperatur nahezu ausgeschaltet werden.
Der Behälter wird in auf einer gemeinsamen Konsole sitzenden Schulter-oder Schräglagern eingebaut, so dass der Apparat in jeder Lage verwendungsfähig ist.
Mit dem im vorangehenden beschriebenen Apparat wurden Versuche im Flugzeuge vorgenommen und gleichzeitig auf Grund seiner Ausmasse und Verhältnisse die Versuchsergebnisse nachgerechnet.
Beim Versuchsapparat betrug die konstante Drehzahl des Antriebsmotors n = 1200, das Gesamtgewicht der rotierenden Masse des Drehpendels Q = 0'5 kg, die Gesamtübersetzung im Zählwerk bis zum Zeiger 1 : 200, die Übersetzung am Zeiger 1 : 10, der Pendelausschlag bei 1200 Touren r = 200 mm.
Nach Jolly nimmt ein Gewicht von 5 kg bei Entfernung von der Erdoberfläche um 21 mm um 31-686 mg ab. Bei einer Entfernung von 2100 in, in welcher relativen Höhe die Messung vorgenommen wurde, und beim Pendelgewichte von 0'5 kg beträgt demnach die Gewichtsabnahme 317 mg.
Da sowohl an der Erdoberfläche als auch in der Höhe von 2100 m über derselben eine konstante Kraft (Federkraft) den Gleichgewichtszustand herstellt, muss die Fliehkraft an beiden Orten gleich gross sein, es wird demnach beim verminderten Pendelgewicht in 2100 m Höhe der Pendelausschlag ein grösserer sein.
EMI2.1
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Ausschlag von 250 1n1n ergibt.
Bei den ausgeführten Versuchen im Flugzeuge ergab sich ein weit grösserer Ausschlag am Zeiger, so dass anscheinend bisher der Erkenntnis verschlossene Umstände bei Messungen dieser Art in grossen Höhen mitwirken.