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Echolotanlage für Luftfahrzeuge.
Es ist bekannt, zur Bestimmung der Höhe eines Luftfahrzeuges von diesem selbst aus eine Echoloteinrichtung zu benutzen, die in der Weise arbeitet, dass ein kurzer Tonimpuls abgegeben wird und die Zeit zwischen Aussendung des Impulses und Eintreffen seines Echos gemessen und zur Höhenbestimmung benutzt wird. Auch ist bereits vorgeschlagen worden, durch das einlaufende Echo einen neuen Impuls auslösen zu lassen und diesen Vorgang periodisch fortzusetzen, wobei die Frequenz der Impulse als Mass für die Höhe dient. Dieses Verfahren kann so ausgestaltet werden, dass es vollautomatisch arbeitet und die Höhe jederzeit unmittelbar an einem Instrument abgelesen werden kann.
Es soll im folgenden als "Rückkopplungsverfahren" bezeichnet werden.
Der bei den Echoloteinriehtungen benutzte Schallsender muss kurze Tonimpulse grosser Energie abzustrahlen gestatten. Da die Eigengeräusche des Flugzeugs im Empfänger ausgesiebt werden müssen, muss die Trägerfrequenz der Impulse weit genüg über der Eigenfrequenz der Flugzeuggeräusche liegen.
Wie schon früher vorgeschlagen wurde, ist zweckmässig, dabei die Trägerfrequenz grösser als 2000 Hertz zu wählen. Beim Rückkopplungsverfahren kommt hinzu, dass der Schallsender exakt steuerbar sein muss, besonders wenn noch kleine Höhen (bis herunter zu 3 m) gemessen werden sollen. Wegen ihrer leichten Steuerbarkeit sind daher zumeist elektroakustische Schallquellen verwendet worden. Bei diesen musste die Trägerfrequenz der Impulse zumeist elektrisch erzeugt werden, da eine Selbstunterbrechung, wie sie bei Hupen angewendet wird, wegen der hohen Frequenz nicht mehr anwendbar ist.
Da die Impulse mit erheblicher Energie abgegeben werden müssen, damit auch bei grösseren Höhen, starkem Wind und schlecht reflektierendem Boden ein einwandfreies Arbeiten gewährleistet ist, benötigt man eine verhältnismässig grosse elektrische Energie zum Betrieb des Schallsenders. Auch erfordert die Erzeugung der Trägerfrequenz und die Steuerung der Impulse einen erheblichen Aufwand an Schaltmitteln.
Für die Echoloteinrichtungen, bei denen die Höhe unmittelbar aus der Laufzeit des Schalls vom Fahrzeug zur Erde und zurück bestimmt wird, hat man als Schallsender bereits Pfeifen benutzt, die mit Pressluft betrieben wurden. Mit der Pfeife lassen sich gerade in dem verlangten Frequenzgebiet sehr grosse Schallintensitäten erreichen. Trotzdem haben sich diese Einrichtungen nicht durchsetzen können, einmal wegen der Mängel der Messmethode an sich, vor allem aber weil erhebliche Pressluftmengen zum Betrieb der Pfeife notwendig sind, die besonders in kleineren Luftfahrzeugen nicht zur Verfügung stehen. Beim Rückkopplungsverfahren können pressluftbetriebene Pfeifen überhaupt nicht verwendet werden, weil die Steuerung der Pressluft nicht so exakt möglich ist, wie es für dieses Verfahren notwendig ist.
Bei der vorliegenden Erfindung werden die Vorzüge der Pfeife als Schallsender ausgenutzt, indem zum Betrieb der Pfeife die Verbrennungsgase von willkürlich ausgelösten Explosionen eines explosiblen Gemisches benutzt werden. Solche Explosionen lassen sich durch elektrische Zündung sehr exakt auslösen. Nach der Explosion ergibt sieh in der Explosionskammer ein starker Druckanstieg, der beim Öffnen der Kammer zu einer starken Gasströmung führt, die zum Betrieb der Pfeife benutzt wird.
Explosionen als Knallgeber für Echolotungen zu verwenden, ist bereits bekannt. Es ist weiterhin auch schon bekannt, diese Explosionen elektrisch auszulösen.
Gegenüber dem Bekannten besteht die Erfindung in einer Eeholotanlage, insbesondere für Luftfahrzeuge, die mit einer Explosionspfeife mit elektrisch steuerbarem Zündeinsatz betrieben wird, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass ein vorzugsweise gittergesteuertes Gas-oder Dampfentladungs-
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gefäss die Entladung eines Kondensators steuert, mit dessen Entladung in einer angeschalteten Zünd- spule eine so hohe Spannung induziert wird, dass an der Zündkerze der Explosionspfeife ein Funke erzeugt wird, der das Gasgemisch zur Entzündung bringt.
Die Erfindung soll an Hand der schematischen Zeichnung eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden : In der Fig. 1 bedeutet 1 eine Pfeife, die z. B. einen Ton von 2000 Hertz abgibt.
2 ist die Vorrichtung zur Erzeugung der hochgespannten Gase zum Betrieb der Pfeife 1. Die Arbeits- weise dieser Vorrichtung ist folgende : Die Kammer 3 sei zunächst mit einem explosiblen Gemisch, z. B. einer Benzindampf-Luftmischung, gefüllt. Durch einen an der Zündkerze 4 überspringenden Funken wird dieses Gemisch zur Explosion gebracht, wodurch der Kolben 5 gegen die Kraft der Feder 8 nach unten gedrückt wird, bis er die Auslassöffnung M freigibt. Die Verbrennungsgase strömen nun mit grosser Geschwindigkeit aus und betätigen die Pfeife 1, die einen kurzen kräftigen Tonimpuls abgibt.
Gleichzeitig mit dem Kolben 5 wird auch der Kolben 7 nach unten gedrückt, wobei er das in dem
Raum 6 befindliche explosible Gemisch durch das Ventil 12 in die Kammer 11 drückt.
Nach genügender
Entspannung der Verbrennungsgase in 3 werden die Kolben 5 und 7 durch die Feder 8 wieder nach oben gedrückt, gehen aber infolge ihrer Trägheit über ihre Ruhelage hinaus, wobei die Feder 9 gespannt wird. Dabei wird die Kammer J durch die Bohrung der Kolben 5 und die Verbindungsleitung 15 kurz- zeitig mit der Kammer 11 verbunden, so dass das in 11 komprimierte explosible Gemisch nach 3 strömen kann. Gleichzeitig gibt der Kolben 7 die Einlassöffnung 14 frei, so dass in die Kammer 6 frisches Gemisch, beispielsweise von einem Vergaser her, einströmen kann. Die Feder 9 zieht die Kolben sodann in die
Ruhelage zurück, worauf das Spiel von neuem beginnen kann. Die Vorrichtung 2 arbeitet also nach Art eines Zweitaktexplosionsmotors, besitzt jedoch keine sich drehenden Teile.
Die Eigenschwingung des Kolbensystems wird mittels der Federn 8 und 9 so eingestellt, dass ihre Frequenz über der höchsten
Impulsfrequenz liegt. Die Dämpfung des Systems soll so gross sein, dass es nach einer vollen Schwingung möglichst schnell zur Ruhe kommt. Sie lässt sich bei der schematisch dargestellten Anordnung leicht dadurch vergrössern, dass die Räume zwischen den Kolben mit Öl gefüllt werden und die Scheibe 10 mit passenden Bohrungen versehen wird.
Wie sich gezeigt hat, macht es gewisse Schwierigkeiten, die Verbrennungsgase in genügendem Masse durch die Pfeife abzuführen, wie es für das einwandfreie Arbeiten der Vorrichtung notwendig ist. Diese Schwierigkeiten werden nach einem weiteren Erfindungsmerkmal dadurch beseitigt, dass die Kammer. 3 zwei übereinander angeordnete Auslassöffnungen erhält, von denen die eine, die der Kolben zuerst freigibt, mit der Pfeife verbunden ist, während die andere-gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Schalldämpfers-unmittelbar mit der Aussenluft in Verbindung steht. Die Pfeife erhält dann nur so lange Druck, wie die zugehörige Auslassöffnung frei und die andere noch verschlossen ist. Auf diese Weise erhält man sehr kurze Sehallimpulse, die für die Echolotung nach dem Rückkopplungsverfahren besonders geeignet sind.
Ausserdem können die Verbrennungsgase durch die zweite Auslassöffnung in genügendem Masse entweichen. Die gleiche Wirkung lässt sich erzielen, wenn man der Pfeife ein Ventil verschaltet, das erst bei einem bestimmten Druck den Durchtritt der Verbrennungs- gase gestattet, wobei das Zuleitungsrohr zur Pfeife so angeordnet wird, dass es über dem Kolben 5 in die Kammer eintritt, also stets mit der Kammer 3 in Verbindung bleibt. Für den Austritt der Verbrennungsgase wird wieder eine Auslassöffnung vorgesehen, die beim Heruntergehen des Kolbens von diesem freigegeben wird.
Die Steuerung der Explosionen und damit der Tonimpulse erfolgt erfindungsgemäss durch die Steuerung der der Zündkerze aufgegebenen Spannungsimpulse. Eine hiezu geeignete Schaltung zeigt die Fig. 2. In dieser bedeutet 1 einen Transformator mit der Zündspule 2, die einerseits an Erde bzw. Gehäuse, anderseits an der Zündkerze liegt, und der Erregerspule 3 an einem Kondensator 4 und einer Gas-oder Dampfentladungsröhre 7, vorzugsweise mit Glühkathode und Steuergitter. Die Wirkungweise ist folgende : Der Kondensator 4 wird über den Widerstand 5 von der Gleiehstromquelle 6 aufgeladen. Die Entladungsröhre 7 ist normalerweise gesperrt, da ihr Gitter über den Widerstand 9 von der Stromquelle 8 ein gegen die Kathode negatives Potential erhält.
Erst wenn dem Gitter über den Transformator 9 ein positiver Spannungsimpuls zugeführt wird, zündet die Entladungsröhre und entlädt den Kondensator 4 über die Spule 3. Dabei wird in der Spule 2 eine so hohe Spannung induziert, dass an der Zündkerze ein Funkendurehschlag erfolgt, der zur Explosion des Brennstoffgemisches führt. Nach der Entladung des Kondensators 4 erlischt die Entladung in der Röhre 7, der Kondensator wird wieder aufgeladen, und das Spiel kann sich wiederholen.
Erfindungsgemäss wird die Gitterspannung der Röhre 7 an dem Aufladewiderstand 5 abgegriffen.
Dadurch wird erreicht, dass die Röhre 7 erst dann zünden kann, wenn der Kondensator 4 auf eine bestimmte Spannung aufgeladen ist. Diese Anordnung hat für die Echolotanlage verschiedene Vorzüge. Zunächst ist gewährleistet, dass der dem Zündtransformator 1 aufgegebene Impuls stets eine bestimmte Mindestgrösse hat, die zur einwandfreien Bildung eines Funkens an der Zündkerze ausreicht. Man kann ferner durch den Abgriff an 5 und durch passende Wahl der Grössen 4 und 5 die Zeit, während der die Röhre 7 nicht zünden kann, so einstellen, dass sie nur wenig kürzer ist als die Zeit, die zwischen den Impulsen bei der kleinsten noch zu messenden Höhe liegt.
In diesem Falle ist der vom Schallsender unmittelbar auf das Mikrophon fallende Schall unwirksam, da bei seinem Auftreffen die Röhre 7 noch
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nicht wieder zündbereit ist. Weiterhin kann der reflektierte, vom Mikrophon aufgenommene Impuls verhältnismässig lang sein, ohne dass eine Störung auftritt. Derartige lange Echoimpulse können auch bei sehr kurzen ausgesandten Impulsen auftreten, wenn das überflogene Gelände uneben ist.
Fig. 3 zeigt das Aufbauschema einer nach dem Rückkopplungsverfahren arbeitenden Echolot- einrichtung, bei der der beschriebene Schallsender verwendet wird. Ein von der Pfeife 5 abgegebener
Schallimpuls wird nach seiner Reflexion am Erdboden von dem Mikrophon 1 aufgenommen und im
Verstärker 2 soweit verstärkt, dass er die Zündimpulseinriehtung 3 zusteuern vermag. Diese Ein- richtung, von der ein Ausführungsbeispiel an Hand der Fig. 2 beschrieben wurde, gibt einen
Spannungsimpuls auf die Zündkerze 4 der Anordnung, die der Fig. 1 entspricht und die ihrerseits die Pfeife 5 betätigt.
Die Frequenz der Schallimpulse, die lediglich von der Laufzeit des Schalls auf dem Wege Sender-Erdboden-Mikrophon abhängt, wird mittels des Instrumentes 6 gemessen, das unmittelbar an einem passenden Höhenmassstab geeicht werden kann. Als eigentliche Messgrösse kann beispielsweise der Ladestrom eines Kondensators dienen, der im Takt der Impulsfrequenz auf-und entladen wird.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Eeholotanlage, insbesondere für Luftfahrzeuge, die mit einer Explosionspfeife mit elektrisch steuerbarem Zündeinsatz betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein vorzugsweise gittergesteuertes Gas-oder Dampfentladungsgefäss die Entladung eines Kondensators steuert, mit dessen Entladung in einer angeschalteten Zündspule eine so hohe Spannung induziert wird, dass an der Zündkerze der Explosionspfeife ein Funke erzeugt wird, der das Gasgemisch zur Entzündung bringt.