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Navigationsgerät für Flugzeuge zur mechanischen Lösung der Winddreiecksaufgabe
Die Erfindung betrifft ein Navigationsgerät für Flugzeuge zur mechanischen Lösung
der die Grundaufgabe der Luftnavigation darstellenden Winddreiecksaufgabe.
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Eine der maßgebenden Größen für die Darstellung des Winddreiecks
ist bekanntlich die relative Fahrgeschwindigkeit. Bei den bekannten Navigationsgeräten
zur mechanischen Lösung der Winddreiecksaufgabe weist daher die in die Fahrtrichtung
einstellbare Dreiecksseite stets eine Skala zum Einstellen der relativen Fahrgeschwindigkeit
auf.
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Die üblichen Fahrtmesser für Flugzeuge, die nach dem Staudruckprinzip
arbeiten, geben jedoch die relative Fahrgeschwindigkeit nicht unmittelbar an, sondern
es müssen an den Meßwerten noch je nach Flughöhe, Lufttemperatur und Luftdruck bestimmte
Korrekturen vorgenommen werden. Zu diesem Zwecke sind bei einem bekannten Staudruckfahrtmesser
beispielsweise Linienscharen und Stelleinrichtungen angeordnet, die eine entsprechende
Reduktion der Meßanzeige ermöglichen. Die Praxis zeigte jedoch, daß derartige Korrekturmittel
an den Meßgeräten erhebliche Unsicherheitsfaktoren darstellen, da bei der oftmals
gedämpften Beleuchtung der Flugzeugführerkabine eine Verwechslung von verschiedenen
Linien der Schar leicht möglich ist. Um solche Ablesefehler während des Fluges nach
Möglichkeit auszuschalten, legt man bei der Flugvorbereitung, bei der der Ablauf
des Fluges, einschließlich Flughöhe und Fluggeschwindigkeit, in allen Einzelheiten
vorgeplant wird, im allgemeinen bereits die Sollanzeige des Staudruckfahrtmessers
fest, so daß die Korrekturmittel an dem Staudruckfahrtmesser zumindest für Verkehrsflugzeuge
überflüssig sind und daher auch meistens darauf verzichtet wird.
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Allerdings müssen unter diesen Umständen die bei der Flugvorbereitung
aus dem Winddreieck ermittelten Werte für die relative Fahrgeschwindigkeit noch
durch Rechnung oder mit Hilfe von Tabellen od. dgl. entsprechend der festgelegten
Höhe und der voraussichtlichen Temperatur in die unkorrigierten Fahrtmesserangaben
umgewandelt werden. Abgesehen davon, daß derartige Umrechnungen zeitraubend sind,
schließen sie auch wiederum die Möglichkeit von Rechen- und Ablesefehlern ein.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Navigationsgerät
zur Lösung der Winddreiecksaufgabe zu schaffen, bei dem die erforderlichen Korrekturen
in dem Navigationsgerät selbst berücksichtigt werden und die Sollanzeige des Fahrtmessers
ohne jede Umrechnung unmittelbar ablesbar ist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Skala zum
Einstellen der relativen Fahrgeschwindigkeit auf ein für ähnliche Zwecke bereits
bekanntes,
elastisches Band aufgetragen ist, welches außerdem eine mit einer gerätefesten Höhenskala
zusammenarbeitende Temperaturskala trägt, die so bemessen ist, daß bei Gegenüberstellung
der jeweiligen Temperatur- und Höhenwerte durch entsprechendes Dehnen des Bandes
die Geschwindigkeitsskala um den Betrag der an die Ablesung des Fahrtmessers anzubringenden
Höhen und Temperaturkorrektion gedehnt wird.
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Wie bereits erwähnt, ist die Verwendung elastischer Skalenbänder
bei Navigationshilfsmitteln an sich nicht neu. Die bekannten Anwendungen beschränken
sich jedoch auf einstellbare Lineale zum Abgreifen von Entfernungen, Flugstrecken
oder Flugzeiten aus Karten unter Berücksichtigung veränderlicher Kartenmaß stäbe
oder Fluggeschwindigkeiten. Demgegenüber werden gemäß der Erfindung derartige elastische
Bänder erstmalig zur Höhen- und Temperaturkorrektion der Staudruckfahrtmesserangaben
an einem Navigationsgerät herangezogen, bei dem mehrere gegeneinander verschiebbare
Lineale unmittelbar das Winddreieck repräsentieren.
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Der durch die Erfindung erzielte technische Fortschritt liegt einerseits
darin, daß bereits bei der Flugvorbereitung mittels des angegebenen Gerätes ohne
Zuhilfenahme von Umrechnungstabellen od. dgl. eine sichere Berechnung der Sollanzeige
des Fahrtmessers ermöglicht wird und/oder daß dieser Wert den Berechnungen zugrunde
gelegt werden kann. Andererseits können bei Ablauf des Fluges je nach den Umständen
auf derselben Basis die Navigationskorrekturen durchgeführt
werden
oder die Navigation neu festgelegt werden. Von besonderem Nutzen ist die schnelle
und sichere Handhabung des Gerätes in Gefahrenmomenten, wenn beispielsweise bei
Sperrung eines Flugplatzes infolge Nebel od. dgl. eine Umstellung der Navigation
erforderlich wird und es infolge der beschränkten Treibstoffreserve auf jede Minute
ankommt. In einem solchen Fall müssen oftmals aus dem bisher gezogenen Kurs sofort
diè neuen Windverhältnisse errechnet und auf Grund dieser wiederum sofort der neue
Kurs und die neue Fahrtmesseranzeige festgelegt werden, wobei infolge der Flugsicherheitsmaßnahmen
häufig auch noch andere Flughöhen eingehalten und bei der Fahrtinesseranzeige entsprechend
berücksichtigt werden müssen. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß das Gerät gemäß
der Erfindung in seiner Gesamtheit eine sofortige Umrechnung und Berechnung dieser
Faktoren ermöglicht, wobei ein oftmals sehr entscheidender Zeitgewinn gegenüber
den bisherigen Verfahren erzielt wird.
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Das Gerät gemäß der Erfindung wird im nachfolgenden an Hand von Zeichnungen
beschrieben, die eine Ausführungsform zeigen, die aus einem durchsichtigen Material
hergestellt worden ist.
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Fig. 1 zeigt das Gerät in Ansicht von oben; Fig. 2 zeigt die Unterseite
des Gerätes mit den verschiedenen Vektoren in einer anderen Stellung Das Gerät besteht
aus einer kreisförmigen Scheibe 1, die an ihrem Umfang mit der üblichen Gradeinteilung
bis 360° und außerdem in der Nord-Süd-Richtung mit einer Reihe von Meridianlinien
versehen ist, die zur Orientierung der Scheibe gegen eine Karte dienen.
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Im Mittelpunkt der Scheibe 1 ist ein Windlineal 2 drehbar befestigt,
das sich vom Mittelpunkt aus nach beiden Seiten erstreckt und an einem Ende einen
Windrichtungspfeil 7 trägt, der auf die Gradteilmig der Scheibe weist. Der Mittelpunkt
der Scheibe 1 dient ferner als Drehpunkt für ein Bodenlineal 3, auf dem ein Bodenkurspfeil
9 angebracht ist, der die Winkelstellung des Bodenlineals zur Scheibe 1 abzulesen
gestattet. Durch diese Anordnung können die durch das Windlineal 2 und das Bodenlineal
3 verkörperten Vektoren in einem gewünschten Winkel zueinander eingestellt werden.
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Ein Luftlineal 4 ist an seinem einen Ende an einem Windgleiter 6
drehbar befestigt, der am Windlineal 2 in dessen Achsenrichtung gleitbar angeordnet
ist. In einem Schlitz 14 des Bodenlineals 3 gleitet ein Hauptgleiter 5. Dieser trägt
eine Schraubeinrichtung 15, die in einen Längsschlitz des Luftlineals 4 eingreift
und derart wirkt, daß beim Anziehen derselben die Längsverschiebbarkeit des Luftlineals
gegenüber dem Hauptgleiter 5 aufgehoben wird, die Drehmöglichkeit zwischen den beiden
Teilen aber erhalten bleibt. Zur Ablesung des Drehwinkels trägt der Hauptgleiter
5 eine Gradskala 22, die mit einer Seitenkante des Luftlineals 4 als Ableseindex
zusammenwirkt. Am Hauptgleiter 5 ist ferner ein Geschwindigkeitspfeil 8 angeordnet,
der von beiden Seiten des Instrumentes gesehen werden kann und zur Einstellung des
Gleiters 5 nach den Ges chwindigkeits skalen des Bodenlineals 3 dient, die später
beschrieben werden.
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Auf dem Windgleiter 6 ist ein Windstärkepfeil 10 angebracht, der
auf eine Windstärkeskala 16 auf dem Windlineal 2 weist.
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In das Bodenlineal 3 ist ein elastisches Band 17 eingelegt, welches
an einem Ende mit einem Ring 18 versehen ist, der dazu dient, das Band herauszuziehen,
um eine Zeitskala 19 auf der einen Seite des Bandes und zwei Skalen 20 und 21 auf
der anderen Seite des
Bandes zu verlängern. Auf der Skala 20 ist die von dem Fahrtmesser
angezeigte Geschwindigkeit und auf der Skala 21 die Temperatur aufgetragen. Die
Zeit skala 19 enthält einen Zeitpfeil 11 für die Einstellung der elastischen Skala
im Verhältnis zum Geschwindigkeitspfeil 8.
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Durch eine in den Zeichnungen nicht dargestellte Sperranordnung wird
das elastische Band in der richtigen ausgezogenen Stellung festgestellt.
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Das Bodenlineal 3 trägt ferner eine feste Skala 13 für die wahre
Geschwindigkeit und eine ebenfalls feste Höhenskala 12.
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Die oben beschriebenen Elemente sind die nötigen Hilfsmittel für
die verschiedenen Berechnungenn-bei der Flugzeugnavigation. Sie gestatten, die nötigen
Be rechnungen ohne Ablesungen, Gedächtuisarbeit und Einstellung von Hilfsgrößen
vorzunehmen.
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Beispiel Wir setzen voraus, daß man von einem Ort 24 nach einem Ort
B fliegen will, daß man als Hilfsmittel eine Karte, z. B. im Maßstab 1:1 000 000
hat und daß das benutzte Navigationsgerät eine Zeitskala trägt, die einer Karte
in diesem Maßstab angepaßt ist.
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Man stellt zuerst das Gerät derart ein, daß der Windstärkepfeil 10
auf 0 steht. Diese Stellung des Gerätes ist in Fig. 2 gezeigt.
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Von dem Thermometer und dem Höhenmesser des Flugzeuges erhält man
die Temperatur und Flughöhe.
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Wir nehmen an, daß die Temperatur - 100 C sei und daß wir in einer
Höhe von 10 000 Fuß fliegen.
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Durch Ziehen an dem Ring 18 wird das elastische Band 17 so weit ausgezogen,
daß - 100 C auf der Temperaturskala 21 mit der der Höhenangabe 10 000 Fuß entsprechenden
Zahl 10 auf der Höhenskala 12 zusammenfällt. In dieser Stellung wird die elastische
Skala festgestellt.
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Danach wird der Hauptgleiter 5 so verschoben, daß der Geschwindigkeitspfeil
8 auf den Zahlenwert der von dem Fahrtmesser angezeigten Geschwindigkeit des Flugzeugs
auf der Geschwindigkeitsskala 20 hinzeigt, z. B. auf 170 Knoten. In dieser Stellung
wird die Befestigungsschraube 15 festgezogen. Die so fest eingestellte Länge des
Luftlineals 4 stellt die wahre Geschwindigkeit des Flugzeugs durch die Luft dar.
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Das Bodenlineal 3 wird nun derart über die Karte gelegt, daß eine
von den Seitenkanten des Bodenlineals die Punkte A und B auf der Karte verbindet.
Die Scheibe 1 mit der Gradeinteilung wird so eingestellt, daß die Meridianlinien
auf der Scheibe parallel zu den Meridianen auf der Karte verlaufen.
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Von der meteorologischen Station hat der Flieger die Windstärke und
die Windrichtung erhalten. Beispielsweise sei die Windstärke 40 Knoten. Der Windgleiter
6 wird nun über das Windlineal 2 so lange verschoben, bis der Windstärkepfeil 10
auf den Teilstrich -40 auf der Windlstärkeskala 16 hinzeigt. Daraufhin wird das
Windlineal so weit gedreht, daß der Windrichtungspfeil 7 auf der Gradteilung der
Scheibe 1 auf die mitgeteilte Windrichtung zeigt, z. B. auf 240. Bei dieser Einstellung
des Windlineals 2 wird das auf dem Windgleiter 6 gelagerte Ende des Luftlineals
4 zur Seite hinausgeschwenkt. Gleichzeitig verschiebt sich der Hauptgleiter 5 in
Achsenrichtung des Bodenlineals 3.
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Man erhält jetzt das erste gesuchte Resultat, nämlich den unter den
gegebenen Verhältnissen einzuhaltenden Kompaßkurs, bei dem das Flugzeug über den
Boden in Richtung des Bodenlineals, d. h. in der Richtung von A nach B fliegt. Dieser
Kompaßkurs setzt sich
zusammen aus dem vom Bodenkurspfeil 9 auf
der Gradeinteilung der Scheibe 1 angezeigten Winkelwert und der Gradangabe auf der
Gradskala 22 an dem einen Ende des Hauptgleiters 5, die an der Stelle abzulesen
ist, an der die Seitenkante des Luftlineals 4 die Skala deckt. Die algebraische
Summe der beiden Angaben gibt den zu fliegenden Kompaßkurs an.
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Man ersieht aus dem Vorstehenden, daß man zur ersten Lösung der Aufgabe
gelangte, ohne daß mit Hilfsgrößen gearbeitet werden mußte. Das Resultat wurde durch
eine einfache mechanische Betätigung des Gerätes erhalten.
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Nachdem nunmehr der Koinpaßkurs gefunden ist, kann der elastische
Skalenträger in bekannter Weise auch noch dazu benutzt werden, die Flugzeit von
A nach B festzustellen und die Frage zu beantworten, wo sich das Flugzeug zu einem
bestimmten Zeitpunkt über dem Boden befindet. Zu diesem Zweck ist der elastischen
Zeitskala 19 für den Kartenmaßstab, für welchen das Gerät gebaut ist, ein Zeitpfeil
11 derart zugeordnet, daß die Zeiteinheiten auf der Zeitskala 19 Distanzeinheiten
auf der Karte darstellen, wenn der Zeitpfeil so eingestellt wird, daß er gerade
gegenüber dem Geschwindigkeitspfeil 8 auf dem Hauptgleiter 5 stehet. Man zieht also
an dem Ring 18 so lange, bis der Zeitpfeil 11 gerade gegenüber dem Geschwindigkeitspfeil
8 steht, und stellt das elastische Band 17 in dieser Stellung fest. Wenn man jetzt
die Zeitskala 19 derart an die Kartenpunkte A und B anlegt, daß ihr Nullpunkt mit
dem Ausgangspunkt 24 des Fluges zur Deckung kommt, so kann man sofort die Flugzeit
zwischen 24 und B ablesen und aus den Zahlenangaben auf der Zeitskala 19 genau die
Bodenpunkte erkennen, über denen sich das Flugzeug nach einer bestimmten Flugzeit
befinden wird, Hierdurch ist auch die zweite Frage ohne die Anwendung zusätzlicher
Hilfsmittel beantwortet.
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Aus praktischen Gründen kann der Hauptgleiter 5 so eingerichtet sein,
daß man durch Lösen der Schraube 15 das mit der Gradskala 22 versehene Ende anheben
und um 1800 drehen kann, so daß er eine Stellung ein-
nimmt, wie sie in der Fig.
2 dargestellt ist. Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß ein für einen bestimmten
Maßstab eingerichtetes Gerät innerhalb eines größeren Geschwindigkeitsbereiches,
also für Flugzeuge verschiedenster Typen verwendbar ist. Bei der in der Fig. 1 gezeigten
Stellung kann, falls das Luftlineal 4 durch die Schraube 15 sehr nahe an seinem
äußeren Ende befestigt wird, der Abtriftwinkel auf der Gradskala 22 nicht mehr abgelesen
werden, da die Kante des Luftlineals 4 die Gradskala 22 dann nicht mehr überdeckt.
Dreht man jedoch den Hauptgleiter 5 um 1800 in die in Fig. 2 gezeigte Lage, so kann
die Ablesung des Abtriftwinkels auch bei diesen Extremstellungen erfolgen.