DE102022110727A1 - Vorrichtung zum Erkennen von Turbulenzen - Google Patents

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Martin Hanel
Tobias RATH
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Abstract

Es ist eine Vorrichtung (100) zum Erkennen und Bewerten von Turbulenzen für ein Luftfahrzeug (10) angegeben. Die Vorrichtung enthält eine erste Messeinrichtung (110) zum Erfassen eines ersten Messwertes, der eine Bewegung des Luftfahrzeugs (10) gegenüber der Erde anzeigt und eine zweite Messeinrichtung (110) zum Erfassen eines zweiten Messwertes, der eine Bewegung des Luftfahrzeugs (10) gegenüber der Luft anzeigt. Die Vorrichtung enthält weiter eine Rechenanordnung (130), welche die beiden Messwerte erhält. Die Rechenanordnung (130) ermittelt eine Differenz zwischen dem ersten Messwert und dem zweiten Messwert, und basierend auf der Differenz eine Turbulenzstärke. Die Rechenanordnung (130) vergleicht den zweiten Messwert mit einem vorgegeben Wertebereich, und klassifiziert eine Turbulenz, wenn der zweite Messwert den vorgegebenen Wertebereich verlässt. Die Rechenanordnung ermittelt die Auftrittshäufigkeit dieser klassifizierten Turbulenzen. Die Rechenanordnung erkennt einen turbulenten Flugzustand basierend auf der ermittelten Turbulenzstärke und der Auftrittshäufigkeit der klassifizierten Turbulenzen.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Beschreibung betrifft eine Vorrichtung zum Erkennen und Bewerten von Turbulenzen und ein Luftfahrzeug, insbesondere ein unbemanntes Luftfahrzeug, mit einer solchen Vorrichtung.
  • Technischer Hintergrund
  • Luftfahrzeuge sind während einer Flugphase äußeren Einflüssen durch Wetter und Atmosphäre ausgesetzt. Solche Einflüsse sind beispielsweise Winde, die sich zeitlich ändern. Diese Änderungsvorgänge werden als Turbulenzen bezeichnet. Turbulenzen haben mitunter eine ungewünschte Wirkung auf die Struktur eines Luftfahrzeugs und es kann erforderlich sein, einen Flugpfad anzupassen, um Turbulenzen auszuweichen oder den Flugzustand anzupassen, um das Luftfahrzeug so auszurichten, insbesondere betreffend den Anstellwinkel des Luftfahrzeugs, dass eine Belastung der Struktur des Luftfahrzeugs innerhalb bestimmter Grenzwerte gehalten wird.
  • Bemannte Luftfahrzeuge werden in der Regel von einer Person gesteuert, die sich in dem Luftfahrzeug befindet. Somit kann diese Person mögliche Turbulenzen und deren aktuelle Wirkungen auf das Luftfahrzeug durch eigene Sinneseindrücke erfahren.
  • Für die Vorhersage von Turbulenzen werden Luftfahrzeuge mit entsprechenden technischen Vorrichtungen ausgestattet. Diese erlauben es, Schlechtwetterbereiche zu erfassen und anzuzeigen, so dass ein Flugpfad ggf. angepasst und der Schlechtwetterbereich gemieden werden kann. Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise in der US 2008/021601 A1 beschrieben, welche eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erkennen von Luftturbulenzen in der Umgebung eines Luftfahrzeugs beschreibt.
  • Darstellung der Erfindung
  • Es kann als Aufgabe betrachtet werden, den Betrieb eines unbemannten Luftfahrzeugs dahingehend zu verbessern, dass es einem Bediener vereinfacht wird, auf mögliche Turbulenzen angemessen zu reagieren.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs. Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der folgenden Beschreibung.
  • Es ist eine Vorrichtung zum Erkennen von Turbulenzen für ein Luftfahrzeug angegeben. Die Vorrichtung weist eine erste Messeinrichtung, eine zweite Messeinrichtung und eine Rechenanordnung auf. Die erste Messeinrichtung ist ausgestaltet zum Erfassen und Ausgeben eines ersten Messwertes, der indikativ ist für eine Bewegung des Luftfahrzeugs gegenüber der Erde. Die zweite Messeinrichtung ist ausgestaltet zum Erfassen und Ausgeben eines zweiten Messwertes, der indikativ ist für eine Bewegung des Luftfahrzeugs gegenüber der Luft. Die Rechenanordnung steht in Kommunikationsverbindung mit der ersten Messeinrichtung und der zweiten Messeinrichtung und ist ausgestaltet, den ersten Messwert und den zweiten Messwert zu erhalten. Die Rechenanordnung ist ausgestaltet, eine Differenz zwischen dem ersten Messwert und dem zweiten Messwert zu ermitteln, und basierend auf der Differenz eine Turbulenzstärke zu ermitteln. Die Rechenanordnung ist ausgestaltet, den zweiten Messwert mit einem vorgegeben Wertebereich für den zweiten Messwert zu vergleichen, und eine Turbulenz als klassifizierte Turbulenz einzuordnen, wenn der zweite Messwert außerhalb des vorgegebenen Wertebereichs liegt, wobei die Rechenanordnung ausgestaltet ist, die Auftrittshäufigkeit dieser klassifizierten Turbulenzen zu ermitteln. Die Rechenanordnung ist ausgestaltet, basierend auf der ermittelten Turbulenzstärke und der Auftrittshäufigkeit der klassifizierten Turbulenzen einen turbulenten Flugzustand zu erkennen und eine auf den turbulenten Flugzustand hinweisende Information an eine Bedieneinheit zu übermitteln.
  • Die erste Messeinrichtung und die zweite Messeinrichtung können jeweils als Sensor ausgestaltet sein oder sie können auch Informationen erhalten und basierend auf diesen Informationen eine Operation ausführen, um den Messwert zu ermitteln und bereitzustellen. Wenn die Messeinrichtungen als Sensoren ausgestaltet sind, dann erfassen sie in der Regel eine physikalische Messgröße und geben ein Signal aus, das mit der Messgröße zusammenhängt und indikativ für den gemessenen Parameter ist.
  • Jede Messeinrichtung kann drahtlos oder drahtgebunden mit der Rechenanordnung kommunikativ verbunden sein, um den eigenen Messwert an die Rechenanordnung zu übertragen. Hierbei können die Messeinrichtungen einen Messwert von sich aus in regelmäßigen oder unregelmäßigen zeitlichen Abständen an die Rechenanordnung übertragen, oder die Rechenanordnung fragt die jeweilige Messeinrichtung ab.
  • Die Windstärke wird aus der Differenz zwischen dem ersten und zweiten Messwert ermittelt, also aus der Differenz zwischen der Bewegung des Luftfahrzeugs gegenüber der Erde und der Bewegung des Luftfahrzeugs gegenüber der Luft. Die Turbulenzstärke wird ermittelt aus der zeitlichen Variation des Windes in Amplitude und Richtung.
  • Die Rechenanordnung vergleicht den zweiten Messwert mit einem vorgegebenen Wertebereich für den zweiten Messwert. Anstelle des zweiten Messwerts kann auch eine davon abgeleitete Größe verwendet werden. Wenn der zweite Messwert außerhalb des vorgegebenen Wertebereichs liegt, wird eine Turbulenz als klassifizierte Turbulenz eingeordnet. Die Rechenanordnung ermittelt weiterhin die Auftrittshäufigkeit dieser klassifizierten Turbulenzen.
  • In einem Beispiel werden in diesem Schritt der Anstellwinkel und der Schiebewinkel herangezogen. Der Anstellwinkel definiert einen Winkel zwischen der Richtung eines anströmenden Fluids und der Sehne eines Profils, beispielsweise der Tragfläche. Der Schiebewinkel definiert einen Driftwinkel zwischen der Längsachse eines Luftfahrzeugs und der Richtung der Anströmgeschwindigkeit. Der Anstellwinkel und/oder der Schiebewinkel können als die oben genannten abgeleiteten Größen verwendet und mit einem jeweils hierfür vorgegebenen Wertebereich verglichen werden. Der Anstellwinkel und/oder der Schiebewinkel können vor dem Vergleich mit dem vorgegebenen Wertebereich einer geeigneten Signalaufbereitung durch Filterung zugeführt werden. In anderen Worten wird eine Änderung der Anströmung an der Tragfläche bzw. am Flügel des Luftfahrzeugs als Indikator für eine klassifizierte Turbulenz herangezogen.
  • Die Auftrittshäufigkeit der klassifizierten Turbulenzen bezieht sich insbesondere auf die Anzahl der klassifizierten Turbulenzen pro Zeiteinheit. Die Rechenanordnung kann beispielsweise einen Zähler enthalten, der die Ereignisse zählt. Die Ereignisse können mit einem Zeitstempel versehen werden, um die Auftrittshäufigkeit pro Zeiteinheit zu ermitteln. Alternativ kann der Zähler einen Speicher für die Ereignisse, die als klassifizierte Turbulenzen eingeordnet sind, enthalten, wobei der Speicher die Einträge für die Ereignisse nur eine bestimmte Zeit lang vorhält und nach Ablauf dieser Zeit löscht, womit die Anzahl der im Speicher enthaltenen Einträge der Auftrittshäufigkeit bezogen auf die Zeit bis zum Löschen der Einträge aus dem Speicher entspricht.
  • Die erste Messeinrichtung kann die Bewegung des Luftfahrzeugs relativ zur Erde oder einem anderen Koordinatensystem bzw. Referenzrahmen ermitteln, beispielsweise mittels Bestimmung der Position des Luftfahrzeugs relativ zur Erde bzw. dem Koordinatensystem und einer Veränderung dieser Position über der Zeit. Hierfür können beispielsweise Trägheitsplattformen und satellitenbasierte Positionsbestimmungssysteme verwendet werden, wie z.B. Global Positioning System (GPS), Galileo oder andere solcher Systeme.
  • Die zweite Messeinrichtung erfasst beispielsweise den Staudruck und die Anströmwinkel der Luft und ermittelt auf diese Weise die Geschwindigkeit des Luftfahrzeugs zur Luft. Beispielsweise besteht die zweite Messeinrichtung aus einem Pitotrohr und Winkelsensoren für Anstell- und Schiebewinkel. Die zweite Messeinrichtung kann mehrere einzelne Sensoren enthalten, welche die Geschwindigkeit des Luftfahrzeugs relativ zur Luft entlang der drei Körperachsen (Längsachse, Querachse, Hochachse) messen, wodurch auch die Bewegungsrichtung der relativen Luftströmung ermittelt werden kann. Auf diese Weise kann ermittelt werden, wie Turbulenzen auf das Luftfahrzeug wirken. Diese Information kann ebenfalls berücksichtigt werden, um einen turbulenten Flugzustand zu erkennen und eine geeignete Reaktion festzulegen.
  • Die hier beschriebene Vorrichtung erfasst sowohl die Turbulenzstärke als auch die Auftrittshäufigkeit klassifizierter Turbulenzen und ermittelt basierend auf diesen beiden kennzeichnenden Werten einen turbulenten Flugzustand. Wenn ein solcher turbulenter Flugzustand erkannt wird, wird eine Information hierüber an eine externe Bedieneinheit übermittelt, damit ein Bediener über den turbulenten Flugzustand informiert ist und entsprechende Maßnahmen ergreifen kann. In dem sowohl die Turbulenzstärke als auch die Auftrittshäufigkeit klassifizierter Turbulenzen erfasst und berücksichtigt wird, kann ein turbulenter Flugzustand und damit eine übermäßige Belastung der Struktur des Luftfahrzeugs mit höherer Zuverlässigkeit erkannt werden und es können frühzeitig Gegenmaßnahmen von dem Bediener eingeleitet werden, wodurch die Dauer der Einwirkung der Turbulenzen auf das Luftfahrzeug reduziert wird. Dieser Ansatz ist insbesondere vorteilhaft für unbemannte Luftfahrzeuge, bei denen ein Bediener in einer Bedienstation lokalisiert ist und die Wirkungen der Turbulenzen auf die Struktur des Luftfahrzeugs nicht unmittelbar durch Sinneseindrücke wahrnehmbar sind.
  • Ob eine Turbulenz als klassifizierte Turbulenz eingeordnet wird, ergibt sich aus dem Vergleich mit dem vorgegebenen Wertebereich. Der vorgegebene Wertebereich kann beispielsweise einen Zustandsbereich des Luftfahrzeugs beschreiben und sich auf mehrere einzelne Parameter beziehen, wie beispielsweise die Geschwindigkeit relativ zu der Erde und/oder zu der Luft, den Anstellwinkel des Luftfahrzeugs, ein Maß für die Erschütterungen bzw. Beschleunigungen entlang der Flugzeugachsen, etc. Der vorgegebene Wertebereich kann diesen Zustandsbereich dahingehend beschreiben bzw. definieren, indem für jeden Parameter ein Wertebereich angegeben wird, innerhalb dessen der Zustandsbereich als unauffällig gilt. Wenn für mindestens einen Parameter der vorgegebene Wertebereich verlassen wird, wird eine Turbulenz entsprechend als klassifizierte Turbulenz eingeordnet. Für verschiedene Flugphasen können die Wertebereiche unterschiedlich sein. Beispielsweise kann für eine Startphase des Luftfahrzeugs ein anderer Wertebereich für den Anstellwinkel als unauffällig gelten, als während des Schnellflugs. Für das Festlegen des vorgegebenen Wertebereichs können auch Erfahrungswerte herangezogen werden, um festzulegen, ab welchen Werten eine Turbulenz als klassifizierte Turbulenz eingeordnet wird. Die entsprechenden Wertebereiche werden üblicherweise vor der Inbetriebnahme des Luftfahrzeugs festgelegt.
  • Unter dem Anstellwinkel soll im Kontext der vorliegenden Beschreibung der Winkel zwischen der Richtung der Luftanströmung und der Längsrichtung eines Luftfahrzeugs verstanden werden. Bei einer Turbulenz ändert sich die Anströmrichtung und die Strömung an der Tragfläche ist nicht mehr gleichmäßig, was zum Strömungsabriss führen kann und in einer hohen Propellerbelastung resultiert. Aus diesen Gründen wird der Anstellwinkel bevorzugt in einem vorgegebenen Bereich gehalten (es wird also überprüft, ob der Anstellwinkel außerhalb eines vorgegebenen Wertebereichs liegt, und wenn das zutrifft, wird eine entsprechende Turbulenz als klassifizierte Turbulenz eingeordnet). Eine Turbulenz oder eine Böe kann dazu führen, dass sich der Anstellwinkel außerhalb des vorgegebenen Bereiches bewegt. Dies kann beispielsweise dadurch korrigiert werden, dass die Geschwindigkeit des Luftfahrzeugs verändert wird.
  • Beispielsweise kann eine Turbulenz unter Berücksichtigung des Anströmwinkels und der Anströmgeschwindigkeit der Luft bezogen auf das Luftfahrzeug definiert werden, wobei die drei Richtungskomponenten vertikal, lateral, longitudinal berücksichtigt werden. Für die Frage der strukturellen Belastung eines Luftfahrzeugs können insbesondere die Turbulenzen in vertikaler Richtung von hoher Relevanz sein. Auf solche Turbulenzen in vertikaler Richtung gilt es, entsprechend zu reagieren.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Rechenanordnung ausgestaltet, einen Zeitverlauf der Differenz zwischen dem ersten Messwert und dem zweiten Messwert zu ermitteln, um basierend auf diesem Zeitverlauf die Turbulenzstärke zu ermitteln.
  • Der Zeitverlauf der Differenz zwischen dem ersten Messwert und dem zweiten Messwert kann darauf hindeuten, wie sich die Turbulenzsituation um das Luftfahrzeug entwickelt. Insbesondere ist der Zeitverlauf der Differenz zwischen dem ersten Messwert und dem zweiten Messwert ein Hinweis darauf, inwieweit die Geschwindigkeit des Luftfahrzeugs zur Erde sich relativ zu der Geschwindigkeit des Luftfahrzeugs zur Luft verändert. Dieser Zeitverlauf der Differenz ist ein Maß für die Turbulenzstärke.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Rechenanordnung ausgestaltet, die Auftrittshäufigkeit der klassifizierten Turbulenzen für verschiedene Zeiteinheiten zu ermitteln.
  • Beispielsweise kann die Auftrittshäufigkeit der klassifizierten Turbulenzen für einen kurzen Zeitraum (wie 3 Minuten) und einen längeren Zeitraum (wie 1 Stunde) ermittelt werden, um eine zuverlässigere Aussage über die Turbulenzsituation treffen zu können. Es ist auch denkbar, dass die Auftrittshäufigkeit für mehr als zwei Zeiträume ermittelt wird, wobei sich jeder Zeitraum hinsichtlich seiner Dauer von der Dauer aller anderen Zeiträume unterscheidet.
  • Indem die Auftrittshäufigkeit der klassifizierten Turbulenzen für verschieden lange Zeiträume ermittelt wird, kann das Erkennen eines turbulenten Flugzustands zuverlässiger erfolgen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Rechenanordnung ausgestaltet, das Erkennen eines turbulenten Flugzustands während einer gesamten Betriebszeit des Luftfahrzeugs durchzuführen.
  • Die Rechenanordnung führt die Schritte zum Erkennen eines turbulenten Flugzustands also nicht nur während bestimmter Flugphasen aus, sondern während der gesamten Betriebszeit, also während eines Flugs beginnend mit Start über die Flugphase bis hin zur Landung. Dies ist insbesondere für unbemannte Luftfahrzeuge vorteilhaft, weil hierdurch für die gesamte Flugphase eine Überwachung des Flugzustands stattfindet.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Rechenanordnung mehrere Recheneinheiten auf, wobei jede Recheneinheit ausgestaltet ist, eine oder mehrere Funktionen der Rechenanordnung auszuführen.
  • Die Funktionen der gesamten Recheneinheit können somit auf mehrere Recheneinheiten verteilt und von diesen ausgeführt werden. Somit können die Ergebnisse einzelner Verarbeitungsschritte, die auf getrennten Recheneinheiten ausgeführt werden, verwendet werden, um letztlich die Funktion der gesamten Rechenanordnung auszuführen.
  • Die Funktionen der Rechenanordnung können auf existierende Recheneinheiten verteilt werden. Bei einer Aufteilung der Funktionen auf mehrere Recheneinheiten können diese Funktionen mindestens teilweise gleichzeitig ausgeführt werden, um von den Vorteilen der parallelen Ausführung von Rechenoperationen zu profitieren.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind mindestens zwei der mehreren Recheneinheiten räumlich und strukturell voneinander getrennt.
  • Die Recheneinheiten können beispielsweise in unterschiedlichen Funktionsgruppen der Vorrichtung und/oder des Luftfahrzeugs angeordnet sein.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine erste Recheneinheit mit der ersten Messeinrichtung verbunden und ist ausgestaltet, die Turbulenzstärke zu ermitteln, wobei eine zweite Recheneinheit mit der zweiten Messeinrichtung verbunden ist und ausgestaltet ist, die Auftrittshäufigkeit der klassifizierten Turbulenzen zu ermitteln.
  • Weitere Recheneinheiten können vorgesehen sein, welche die verbleibenden Funktionen der Rechenanordnung ausführen, z.B. kann eine Recheneinheit vorgesehen sein, welche basierend auf den Ausgabewerten der ersten und zweiten Recheneinheit den turbulenten Flugzustand erkennt.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Luftfahrzeug angegeben, welches eine Vorrichtung wie hierin beschrieben enthält.
  • Die Vorrichtung ist in dem Luftfahrzeug eingebaut bzw. die Funktionen der Rechenanordnung sind auf bestehenden Recheneinheiten implementiert und werden davon ausgeführt, wobei die Recheneinheiten für das Ausführen der Funktionen auf Messwerte von in dem Luftfahrzeug angeordneten Messeinrichtungen zurückgreifen.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Vorrichtung mit einer Antriebseinheit des Luftfahrzeugs gekoppelt und die Rechenanordnung ist ausgestaltet, ein Steuerkommando für die Antriebseinheit zu erzeugen und auszugeben, wenn ein turbulenter Flugzustand erkannt wurde, und durch das Steuerkommando eine Geschwindigkeit des Luftfahrzeugs zu verändern.
  • Die Rechenanordnung kann ausgestaltet sein, die Geschwindigkeit des Luftfahrzeugs automatisch an die erkannten Turbulenzen anzupassen, damit die Belastung der Struktur des Luftfahrzeugs durch die Turbulenzen in einem zulässigen Wertebereich gehalten wird. Hierbei kann die Rechenanordnung Kommandos erzeugen, um die Geschwindigkeit des Luftfahrzeugs zu erhöhen oder abzusenken, wodurch sich auch beispielsweise der Anstellwinkel des Luftfahrzeugs anpasst. In dem die Geschwindigkeit des Luftfahrzeugs angepasst wird, kann insbesondere der Anstellwinkel unter den gegebenen Bedingungen, d.h. unter Berücksichtigung der Turbulenzstärke, der Auftrittshäufigkeit von klassifizierten Turbulenzen und dem Vorliegen eines turbulenten Flugzustands, angepasst werden, um die strukturelle Belastung des Luftfahrzeugs unter den gegebenen Bedingungen zu reduzieren.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Luftfahrzeug ein unbemanntes Luftfahrzeug, welches über einen drahtlosen Datenübertragungskanal mit einer Bedienstation verbindbar ist, um von einem Bediener ferngeführt zu werden.
  • Das Luftfahrzeug kann beispielsweise eine Drohne sein, welches von einem menschlichen Bediener gesteuert wird, der entfernt von der Drohne in der Bedienstation an einer Bedieneinheit Informationen über die Drohne erhält und Steuerkommandos eingeben kann. Die Drohne überträgt Informationen über den eigenen Flugzustand an die Bedienstation unter Verwendung eines Datenübertragungskanals und erhält die Steuerkommandos über denselben Datenübertragungskanal. Zu diesem Zweck weist die Drohne eine Antenne oder eine andere Luftschnittstelle auf, welche mit einer Gegenstelle an der Bedienstation den Datenübertragungskanal aufbaut und aufrechterhält.
  • Die hierin beschriebene Vorrichtung erlaubt es, in Verbindung mit einem unbemannten Luftfahrzeug die strukturelle Belastung zu reduzieren, weil die Erkennung von Turbulenzen und deren Wirkung auf das Luftfahrzeug durch den hierin beschriebenen Ansatz verbessert wird. Dadurch kann die Zeit, für die das unbemannte Luftfahrzeug einer Turbulenz ausgesetzt ist, reduziert werden.
  • Kurze Beschreibung der Figuren
  • Nachfolgend wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher auf Ausführungsbeispiele eingegangen. Die Darstellungen sind schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich auf gleiche oder ähnliche Elemente. Es zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Erkennen von Turbulenzen;
    • 2 eine schematische Darstellung eines Luftfahrzeugs mit einer Vorrichtung gemäß 1 in Verbindung mit einer vom Luftfahrzeug getrennten Bedienstation für die Fernführung.
  • Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
  • 1 zeigt eine Vorrichtung 100 zum Erkennen von Turbulenzen, gekennzeichnet durch den gestrichelten Kasten. Die Vorrichtung 100 weist eine Rechenanordnung 130 auf. Die Rechenanordnung 130 wiederum weist eine erste Recheneinheit 130A und eine zweite Recheneinheit 130B auf. Weiterhin weist die Vorrichtung 100 eine erste Messeinrichtung 110 und eine zweite Messeinrichtung 120 auf.
  • Die gezeigten Komponenten der Vorrichtung 100 sind bevorzugt in einem Luftfahrzeug 10 (siehe 2) angeordnet. Dabei können die Komponenten 110, 120, 130A und 130B räumlich und strukturell voneinander getrennt sein und mittels Datenübertragungsverbindungen so miteinander verbunden sein, dass Messwerte von den Messeinrichtungen 110, 120 an die einzelnen Recheneinheiten der Rechenanordnung 130 übertragen werden und/oder dass Ergebnisse von einzelnen Funktionen zwischen den Recheneinheiten kommuniziert werden können.
  • Die Rechenanordnung 130, welche in Kommunikationsverbindung mit der ersten Messeinrichtung 110 und der zweiten Messeinrichtung 120 steht, ist ausgestaltet, den ersten Messwert und den zweiten Messwert von den beiden Messeinrichtungen 110, 120 zu erhalten. Die Rechenanordnung 130 ermittelt eine Differenz zwischen dem ersten Messwert und dem zweiten Messwert, insbesondere einen Zeitverlauf dieser Differenz, um basierend auf der Differenz bzw. dem Zeitverlauf der Differenz eine Turbulenzstärke zu ermitteln. Die Rechenanordnung 130 vergleicht den zweiten Messwert mit einem vorgegeben Wertebereich für den zweiten Messwert und ordnet eine Turbulenz als klassifizierte Turbulenz ein, wenn der zweite Messwert außerhalb des vorgegebenen Wertebereichs liegt. Weiterhin ermittelt die Rechenanordnung 130 eine Auftrittshäufigkeit dieser klassifizierten Turbulenzen. Die Rechenanordnung 130 erkennt basierend auf der ermittelten Turbulenzstärke und der Auftrittshäufigkeit der klassifizierten Turbulenzen einen turbulenten Flugzustand und übermittelt eine auf den turbulenten Flugzustand hinweisende Information an eine Bedieneinheit 3 (siehe 2).
  • 2 zeigt ein Luftfahrzeug 10 in Verbindung mit einer Bedienstation 1. Das Luftfahrzeug 10 weist eine Vorrichtung 100 zum Erkennen von Turbulenzen wie in 1 beschrieben auf. Daneben weist das Luftfahrzeug 10 eine Antriebseinheit 13 und eine Kommunikationsschnittstelle 12 auf. Die Bedienstation 1 ist üblicherweise eine stationäre Einheit, die am Boden angeordnet ist und weist eine Kommunikationsschnittstelle 2 und eine Bedieneinheit 3 auf.
  • Zwischen der Kommunikationsschnittstelle 2 und der Kommunikationsschnittstelle 12 ist ein drahtloser Datenübertragungskanal 20 aufgebaut. Über den Kanal 20 überträgt das Luftfahrzeug 10 eine auf einen turbulenten Flugzustand hinweisende Information an die Bedieneinheit 3. Ein Bediener ist der Bedieneinheit 3 zugeordnet. Diesem Bediener wird die Information über den Flugzustand des Luftfahrzeugs 10 angezeigt, beispielsweise über ein Display. Die Bedieneinheit 3 weist daneben auch Eingabeelemente auf, über welche der Bediener Kommandos eingeben kann, die über den Kanal 20 an das Luftfahrzeug übertragen werden. So kann ein Bediener angemessen auf einen erkannten Flugzustand des Luftfahrzeugs 10 reagieren und die geeigneten Kommandos, beispielsweise Geschwindigkeit erhöhen oder reduzieren, Flugrichtung ändern, etc., eingeben und an das Luftfahrzeug 10 übermitteln. Gerade weil der Bediener räumlich getrennt von dem Luftfahrzeug 10 ist, ist es hilfreich und relevant, wenn der Bediener eine möglichst zuverlässige und genaue Information über einen turbulenten Flugzustand erhält, um angemessen darauf reagieren zu können, auch wenn der Bediener keine eigenen Sinneseindrücke über den Flugzustand erfährt.
  • Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend“ oder „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Bedienstation
    2
    Kommunikationsschnittstelle
    3
    Bedieneinheit
    10
    Luftfahrzeug
    12
    Kommunikationsschnittstelle
    13
    Antriebseinheit
    20
    drahtloser Datenübertragungskanal
    100
    Vorrichtung zum Erkennen von Turbulenzen
    110
    erste Messeinrichtung
    120
    zweite Messeinrichtung
    130
    Rechenanordnung
    130A, B
    Recheneinheit
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2008021601 A1 [0004]

Claims (10)

  1. Vorrichtung (100) zum Erkennen von Turbulenzen für ein Luftfahrzeug (10), die Vorrichtung (100) aufweisend: eine erste Messeinrichtung (110) zum Erfassen und Ausgeben eines ersten Messwertes, der indikativ ist für eine Bewegung des Luftfahrzeugs (10) gegenüber der Erde; eine zweite Messeinrichtung (110) zum Erfassen und Ausgeben eines zweiten Messwertes, der indikativ ist für eine Bewegung des Luftfahrzeugs (10) gegenüber der Luft; eine Rechenanordnung (130), welche in Kommunikationsverbindung mit der ersten Messeinrichtung (110) und der zweiten Messeinrichtung (120) steht und ausgestaltet ist, den ersten Messwert und den zweiten Messwert zu erhalten; wobei die Rechenanordnung (130) ausgestaltet ist, eine Differenz zwischen dem ersten Messwert und dem zweiten Messwert zu ermitteln, und basierend auf der Differenz eine Turbulenzstärke zu ermitteln; wobei die Rechenanordnung (130) ausgestaltet ist, den zweiten Messwert mit einem vorgegeben Wertebereich für den zweiten Messwert zu vergleichen, und eine Turbulenz als klassifizierte Turbulenz einzuordnen, wenn der zweite Messwert außerhalb des vorgegebenen Wertebereichs liegt, wobei die Rechenanordnung (130) ausgestaltet ist, eine Auftrittshäufigkeit dieser klassifizierten Turbulenzen zu ermitteln; wobei die Rechenanordnung (130) ausgestaltet ist, basierend auf der ermittelten Turbulenzstärke und der Auftrittshäufigkeit der klassifizierten Turbulenzen einen turbulenten Flugzustand zu erkennen und eine auf den turbulenten Flugzustand hinweisende Information an eine Bedieneinheit (3) zu übermitteln.
  2. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei die Rechenanordnung (130) ausgestaltet ist, einen Zeitverlauf der Differenz zwischen dem ersten Messwert und dem zweiten Messwert zu ermitteln, um basierend auf diesem Zeitverlauf die Turbulenzstärke zu ermitteln.
  3. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Rechenanordnung (130) ausgestaltet ist, die Auftrittshäufigkeit der klassifizierten Turbulenzen für verschiedene Zeiteinheiten zu ermitteln.
  4. Vorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Rechenanordnung (130) ausgestaltet ist, das Erkennen eines turbulenten Flugzustands während einer gesamten Betriebszeit des Luftfahrzeugs (10) durchzuführen.
  5. Vorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Rechenanordnung (130) mehrere Recheneinheiten (130A, 130B) aufweist; wobei jede Recheneinheit (130A, 130B) ausgestaltet ist, eine oder mehrere Funktionen der Rechenanordnung (130) auszuführen.
  6. Vorrichtung (100) nach Anspruch 5, wobei mindestens zwei der mehreren Recheneinheiten (130A, 130B) räumlich und strukturell voneinander getrennt sind.
  7. Vorrichtung (100) nach Anspruch 6, wobei eine erste Recheneinheit (130A) mit der ersten Messeinrichtung (110) verbunden ist und ausgestaltet ist, die Turbulenzstärke zu ermitteln; wobei eine zweite Recheneinheit (130B) mit der zweiten Messeinrichtung (120) verbunden ist und ausgestaltet ist, die Auftrittshäufigkeit der klassifizierten Turbulenzen zu ermitteln.
  8. Luftfahrzeug (10) mit einer Vorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche.
  9. Luftfahrzeug (10) nach Anspruch 8, wobei die Vorrichtung (100) mit einer Antriebseinheit (13) des Luftfahrzeugs gekoppelt ist; wobei die Rechenanordnung (130) ausgestaltet ist, ein Steuerkommando für die Antriebseinheit (13) zu erzeugen und auszugeben, wenn ein turbulenter Flugzustand erkannt wurde, und durch das Steuerkommando eine Geschwindigkeit des Luftfahrzeugs (10) zu verändern.
  10. Luftfahrzeug (10) nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Luftfahrzeug (10) ein unbemanntes Luftfahrzeug ist, welches über einen drahtlosen Datenübertragungskanal (20) mit einer Bedienstation (1) verbindbar ist, um von einem Bediener ferngeführt zu werden.
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