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Verfahren zur Messung der augenblicklichen Geschwindigkeit eines Luftfahrzeugs.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der augenblicklichen Geschwindigkeit bzw. des Geschwindigkeitszuwachses gegenüber der Anfangsgeschwindigkeit eines Fahrzeuges, insbesondere Luftfahrzeuges, derart, dass die Differentialgleichung für den Geschwindigkeitsverlauf eines mechanischen Schwingungssystems, welches unter dem Einfluss einer zusätzlichen Beschleunigung, insbesondere unter dem Einfluss der in die Flugrichtung fallenden zusätzlichen Beschleunigung steht, elektrisch nachgebildet wird, derart, dass dem mechanischen Schwingungssystem ein von ihm gesteuertes elektrisches Schwingungssystem zugeordnet wird, dessen Differentialgleichung analog aufgebaut ist der des mechanischen Sehwingungssystems, so dass sich die einzelnen Glieder dieser beiden Differentialgleichungen entsprechen.
Nach diesem Verfahren wird beispielsweise die Differentialgleichung für den Ausschlag eines Pendels, welches unter dem Einfluss der in die Flugrichtung fallenden zusätzlichen Beschleunigungen steht, mit der Differentialgleichung eines elektrischen Schwingungskreises derart verglichen, dass der Ausschlag eines an die Enden dieses elektrischen Sehwingungskreises, der aus Widerstand, Kapazität und Selbstinduktion besteht, angeschlossenen Voltmeters die Fluggeschwindigkeit bzw. den Fluggeschwindigkeitszuwachs gegenüber der Anfangsgeschwindigkeit angibt.
Da die Differentialgleichung eines elektrischen Schwingungskreises bekanntlich analog aufgebaut ist wie die Differentialgleichung für die Auslenkung des erwähnten Pendels aus der Ruhelage, so ist es möglich, bei Übereinstimmung der entsprechenden Glieder der beiden genannten Differentialgleichungen die Bewegungen eines ebenen Pendels, dessen Schwingungen auch durch geeigneten Einbau, beispielsweise von zwei gegenläufigen Kreiseln, verlängert werden kann, dessen Achse senkrecht zur Flugrichtung liegt und das unter dem Einfluss von in die Flugrichtung fallenden Beschleunigungen eine Auslenkung erfährt, durch einen elektrischen Schwingungskreis synchron nachzubilden.
Der besseren Anschaulichkeit und Übersicht halber seien die Differentialgleichungen für die Bewegungsvorgänge des genannten Pendels derjenigen für einen elektrischen Schwingungskreis gegen- übergestellt.
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Differentialgleichung für die Pendelauslenkung unter dem Einfluss einer Beschleunigung b (t) der Aufhängeachse.
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1) mechanisch.
(Gleichung für die Geschwindigkeit, durch Integration der vorstehenden Differentialgleichung erhalten.)
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2) elektrisch.
(Differentialgleichung für einen Schwingungskreis aus in Reihe geschalteter Selbstinduktion L, Kapazität 0 und Widerstand R.)
Hiebei ist Mo die Fluggeschwindigkeit zu Beginn der Messung, d. h. zur Zeit t-i"und u die Geschwindigkeit zur Zeit t. Die Erdbeschleunigung ist mit g, die Frequenz der ungedämpften Pendel-
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beim Durchfliessen eines Stromkreises entspricht, in dem eine Selbstinduktion L, ein Widerstand R und ein Kondensator 0 in Reihe geschaltet sind, d. h. aber, dass der Ausschlag eines an die Enden des genannten Schwingungskreises angeschlossenen Voltmeters proportional der rechten Seite von Gleichung'1) ist, also proportional dem gesuchten Geschwindigkeitszuwachs gegenüber der Anfangsgeschwindigkeit ist..
Das Voltmeter ist vorteilhaft in Geschwindigkeiten zu eichen.
Durch die vorliegende Erfindung ist es möglich, die Fluggeschwindigkeit unter Zuhilfenahme des Pendelverfahrens elektrisch zu messen. Nach diesem Verfahren lässt sich ohne weiteres mit ein-
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beispieles näher erläutert :
In der Zeichnung enthält das Pendel P eine mitschwingende, abgestuft lichtdurchlässige Skala (Grauskala) G, die beim Schwingen um die Achse ar--a einen Lichtstrahl L schneidet und dabei den auf eine lichtelektrische Zelle F fallenden Lichtstrahl in seiner Intensität steuert. Die Grauskala G ist kreisförmig ausgebildet und ist von der Nullage nach beiden Seiten hin gleichmässig abgestuft.
Ein verhältnismässig grosser Pendelausschlag ergibt damit bei P einen grossen Lichtstrom, beim Durchgang dureh die Nullage tritt völlige Abblendung des von L ausgehenden Lichtstrahles ein.
Mit dieser Einrichtung ist es möglich, die Pendelausschläge x in entsprechende Helligkeitswerte bei F und damit in entsprechende Stromwerte i umzuwandeln. Damit ist sogleich der Übergang von Gleichung 1) nach Gleichung 2) hinsichtlich x und seinen zeitlichen Änderungen und i mit seinen zeitlichen Änderungen technisch ausgeführt. Gibt man diese Stromwerte i auf einen Schwingung- kreis RCL (vgl. Abbildung) mit in Reihe geschalteter Selbstinduktion, Kapazität und Widerstand, so ergibt der Spannungsverlauf an den Endklemmen von RCL ein Mass für die Fluggeschwindigkeit u. Zur gleichzeitigen Ermittlung der zurückgelegten Flugstrecke dient ein Zählwerk z oder irgendein bekanntes Integrationsgerät.
Die Lagerung der Pendelachse a-a ist in Verbindung mit der Lichtquelle L und der Photozelle F in der Lotrechten mit bekannten Mitteln, beispielsweise mittels Kreiseln, stabilisiert. Die Mittel zur Stabilisierung sind in der Abbildung nicht besonders dargestellt.
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Mitteln erfolgen. So ist es beispielsweise möglich, dass statt der mitschwingenden Grauskala vom Pendel sinngemäss ein Kontaktwiderstand abgegriffen wird oder dass das Pendel auch einen Kondensator unmittelbar dadurch steuert, dass dessen eine Belegung vom Pendel schwingend mitgenommen wird, während die andere Belegung vertikal stabilisiert ist.
Ebenso wie ein Kondensator, so lässt sich auch leicht eine Induktivität unmittelbar dadurch steuern, dass durch das Pendel eine Spule gegen eine zweite feststehende Spule vorbeibewegt wird, oder dadurch, dass ein mitschwingender, vorteilhaft kreisförmig ausgebildeter Eisenkern in eine entsprechend ausgebildete Spule taucht. Wobei auch bei den zuletzt genannten Einrichtungen zur Durchführung des Messverfahrens beachtet werden muss, dass die in Frage kommenden Einzelteile der Messanordnung zweckmässig in geeigneter Form stabilisiert werden müssen, um Messfehler zu vermeiden.
Zur Berücksichtigung der Abtrift, bei der das Flugzeug ausser seiner Geschwindigkeit in Richtung seiner Längsachse auch eine-hiezu senkrechte Geschwindigkeitskomponente besitzt, ist es zweckmässig, die oben beschriebene Messeinrichtung mit zwei Pendelsystemen auszurüsten, u. zw. derart, dass das eine Pendelsystem in der Ebene der Längsachse und das andere in der Ebene der Flugzeugquerachse schwingt. Jedes Pendelsystem enthält eine der oben beschriebenen Umrechnungseinrichtungen zur elektrischen Messung der Momentangeschwindigkeit bzw. Geschwindigkeitsänderung und im Bedarfsfalle eine Einrichtung zur Zeitintegration der Geschwindigkeit. Die beiden Voltmeterausschläge messen dann die rechtwinkeligen Geschwindigkeitskomponenten in Richtung der Längs-und der Querachse des Flugzeugs.
Die tatsächliche Geschwindigkeit wird durch geometrische Addition der beiden Teil- komponenten nach Grosse und Richtung gewonnen. Der Quotient beider Komponentenausschläge ergibt den Tangens des Abtriftwinkels.
An Stelle des ebenen, um eine Achse quer zur Richtung der zu messenden Geschwindigkeit schwingenden Pendels kann. sinngemäss auch jedes andere mechanische Schwingungsgebilde mit einem Freiheitsgrad in Richtung der zu messenden Geschwindigkeit treten, beispielsweise eine durch eine
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Feder an eine Mittellage gefesselte Masse. Eine solche Einrichtung hat bei horizontaler Anordnung den Vorteil, von der Schwerkraft weitgehend unabhängig zu sein.
So treten bei der Geschwindigkeits-und Abtriftmessung mit zwei solchen Schwingungsgebilden, die in einem in bekannter Weise horizontal stabilisierten Rahmen untergebracht werden, keine Messfehler infolge von etwaigen Schwankungen der Vertikalbeschleunigung auf.
Werden anderseits für die eigentliche Geschwindigkeitsmessung Pendel verwendet, so kann man auch bei einer solchen Anordnung Messfehler, die durch Schwankungen der Vertilkalbeschleunigung bedingt sind, ausschalten. Es ist dazu nur erforderlich, eine in vertikaler Richtung elastisch verschiebbare Masse in bekannter Weise als Beschleunigungsmesser vorzusehen und die Kapazität des beispielsweise als Drehkondensator ausgebildeten Kondensators des elektrischen Mess-Schwingungskreises von den Ausschlagen dieses Instruments sinngemäss steuern zu lassen. So erreicht man, dass dieser Schwingungskreis auch bei variabler Vertikalbeschleunigung niemals eine Verstimmung gegenüber dem Pendelschwingungskreis erfährt.
Das oben beschriebene Verfahren mit seinen zusätzlichen Einrichtungen ist nicht nur beschränkt auf die Messung der Geschwindigkeit bzw. des Geschwindigkeitszuwachses von Luftfahrzeugen, sondern lässt sich für jedes Fahrzeug anwenden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Messung der augenblicklichen Geschwindigkeit bzw. des Geschwindigkeitszuwachses gegenüber der Anfangsgeschwindigkeit einesFahrzeuges, insbesondere Luftfahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, dass die Differentialgleichung für den Geschwindigkeitsverlauf eines mechanischen Schwingungssystem, welches unter dem Einfluss einer zusätzlichen Beschleunigung, insbesondere unter dem Einfluss der in die Flugrichtung fallenden zusätzlichen Beschleunigung, steht, elektrisch nachgebildet wird, derart, dass dem mechanischen Schwingungssystem ein von ihm gesteuertes elektrisches Schwingungssystem zugeordnet wird, dessen Differentialgleichung analog aufgebaut ist der des mechanischen Schwingungssystems, so dass sich die einzelnen Glieder dieser beiden Differentialgleichungen entsprechen.