DE1099361B - Device for deriving control commands to bring an aircraft to a beacon - Google Patents

Device for deriving control commands to bring an aircraft to a beacon

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DE1099361B
DE1099361B DEA27646A DEA0027646A DE1099361B DE 1099361 B DE1099361 B DE 1099361B DE A27646 A DEA27646 A DE A27646A DE A0027646 A DEA0027646 A DE A0027646A DE 1099361 B DE1099361 B DE 1099361B
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voltage
aircraft
proportional
deviation value
rotational speed
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DEA27646A
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German (de)
Inventor
Dipl-Ing Armand Protzen
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WIESING AB
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WIESING AB
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/0202—Control of position or course in two dimensions specially adapted to aircraft
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S1/00—Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith
    • G01S1/02—Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith using radio waves

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  • Navigation (AREA)

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Ableitung von Steuerkommandos, zum asymptotischen Herabführen eines Luftfahrzeuges an einen elektrisch gebildeten Leitstrahl, wobei sich die Steuerkommandos aus der Leitstrahläbweichung sowie ihres ersten und zweiten Differentialquotienten nach der Zeit zusammensetzen. Unter Steuerkommando sind alle Angaben über die Fortbewegungsrichtung des Fahrzeuges zu verstehen, und beziehen sich nicht nur auf Kursangaben in der horizontalen Ebene.The invention relates to a device for deriving control commands, for the asymptotic Guide an aircraft down to an electrically formed guide beam, with the control commands from the guide ray deviation as well as its first and second differential quotient according to the Putting time together. All information about the direction of movement of the Understand the vehicle and not only refer to course information in the horizontal plane.

Seit langem sind Flugnavigationseinrichtungen bekannt, die dem Flugzeugführer die Möglichkeit geben, die Abweichung seines Luftfahrzeuges von einer vorgeschriebenen Leitstrahlebene zu erkennen. Der Abweichungswert ist im allgemeinen nicht der in Metern gemessene Abstand des Flugzeuges von der elektrischen Ebene, sondern entspricht dem proportionalen Wert des Winkels, der durch die Verbindungslinie zwischen Flugzeugstandort und Sender und der elektrischen Leitstrahlebene gebildet wird.Air navigation systems have long been known which give the pilot the possibility of the deviation of his aircraft from a prescribed one To recognize guide beam level. The deviation value is generally not that in meters measured distance of the aircraft from the electrical plane, but corresponds to the proportional Value of the angle formed by the line connecting the aircraft location and the transmitter and the electrical Leitstrahebene is formed.

Es ist bekannt, aus dem Abweichungswert sowie seinem ersten und zweiten Differentialquotienten einen einfachen Kursbefehl zu ermitteln, durch den das Flugzeug auf den Leitstrahl geführt wird. Der Flugzeugführer hat zu diesem Zweck den jeweils angezeigten Kursfehler bzw. Längsneigungsfehler auf Null zu bringen, wobei ihm als Anzeigeinstrumente im allgemeinen empfindliche Drehspulinstrumente dienen, die als Nullzeiger ausgebildet sind.It is known from the deviation value and its first and second differential quotients to determine a simple course command that guides the aircraft onto the beacon. Of the For this purpose, the pilot has the indicated course error or pitch error To bring zero, with sensitive moving-coil instruments generally serving as display instruments, which are designed as zero pointers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese bekannten Einrichtungen zu verbessern, und kennzeichnet sich erfindungsgemäß dadurch, daß zur Ermittlung des zweiten Differentialquotienten ein an sich bekanntes Kreiselgerät (Wendezeiger) vorgesehen ist. Das Kreiselgerät spricht dabei auf die Drehgeschwindigkeit derjenigen Achse des Luftfahrzeuges an, die senkrecht zur Ansteuerungsebene des Luftfahrzeuges auf den Leitstrahl zu steht. Dabei werden die dem Abweichungswert und die seinem ersten Differentialquotienten nach der Zeit proportionalen elektrischen Spannungen mit einer vom Kreiselgerät ermittelten und der Drehgeschwindigkeit proportionalen Größe verglichen.The invention is based on the object of improving these known devices and identifying them according to the invention in that a to determine the second differential quotient known gyro device (turning pointer) is provided. The gyroscope speaks to the speed of rotation that axis of the aircraft that is perpendicular to the control plane of the aircraft stands towards the guide beam. This will be the deviation value and its first Differential quotients according to time proportional electrical voltages with one of the gyro determined and compared to the rotational speed proportional size.

Durch die Verwendung des Kreiselgerätes wird der unmittelbar gemessene zweite Differentialquotient in den Vergleich eingeführt und erleichtert dadurch die Steuerbarkeit des Piloten. Ferner gleichen sich dadurch auch die Unregelmäßigkeiten des Leitstrahles aus, so daß das Flugzeug nicht den einzelnen Locken folgt, sondern sich asymptotisch dem Leitstrahl nähert.By using the gyroscope, the immediately measured second differential quotient in introduced the comparison and thereby facilitates the pilot's controllability. Furthermore, they are similar also the irregularities of the guide beam so that the plane does not have the individual curls follows, but asymptotically approaches the guide beam.

In einer besonderen Ausführungsform findet der Vergleich zwischen dem Abweichungswert und die seinem ersten Differentialquotienten nach der ZeitIn a particular embodiment, the comparison takes place between the deviation value and the its first differential quotient after time

Vorrichtung für die AbleitungDevice for derivation

von Steuerkommandosof control commands

zum Heranführen eines Luftfahrzeugesfor approaching an aircraft

an einen Leitstrahlto a beacon

Anmelder:
A.B. Wiesing, StockholmApplicant:
AB Wiesing, Stockholm

Vertreter: Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt,
Hamburg 36, Neuer Wall 41Representative: Dr.-Ing. H. Negendank, patent attorney,
Hamburg 36, Neuer Wall 41

Dipl.-Ing. Armand Protzen, Kirchheirn (Teck),
ist als Erfinder genannt wordenDipl.-Ing. Armand Protzen, Kirchheirn (Teck),
has been named as the inventor

proportionalen elektrischen Spannungen und dem Präzessionsmoment des Kreiselgerätes in einem Momenterzeuger statt, beispielsweise in einer Magnetspule. proportional electrical voltages and the precession moment of the gyro in one Torque generator instead, for example in a solenoid.

In einer weiteren Ausführungsform kann zum Ansteuern einer senkrechten Leitstrahlebene durch den Einbau eines einstellbaren Wendezeigers außer der Drehgeschwindigkeitsmessung um die Hochachse auch "eine Drehgeschwindigkeitsmessung um die Längsachse des Fahrzeuges vorgenommen werden, deren Meßergebnis über eine Integrationseinrichtung dem Nullzeiger als Ouerlageimpuls zugeführt wird. Zwei Ausführungsibeispiele sind in der Zeichnung dargestellt, darin zeigtIn a further embodiment, to control a vertical guide beam plane through the Installation of an adjustable turning pointer in addition to the rotation speed measurement around the vertical axis also "a rotational speed measurement can be made around the longitudinal axis of the vehicle, the measurement result of which is fed to the zero pointer as an offset pulse via an integration device. Two exemplary embodiments are shown in the drawing, which shows

Fig. 1 ein Schaltschema der allgemeinen Ausführung, undFig. 1 is a circuit diagram of the general embodiment, and

Fig. 2 ein Schaltschema einer Vorrichtung, die den Integrationswert der Summe des Abweichungswertes und des zweiten Differentialquotienten bildet.Fig. 2 is a circuit diagram of a device that the integration value of the sum of the deviation value and forms the second differential quotient.

Das Anzeigeinstrument 2 (Fig. 1) gibt dem Flugzeugführer die vom Leitstrahlempfänger 1 ermittelten Abweichungsfehler an, wobei angenommen werden soll, daß es sich um eine senkrechte Leitebene handelt. Die Impulse des Empfängers werden außerdem einem Mischverstärker 3 zugeleitet. Der Verstärkerausgang treibt einen Elektromotor 5, der in einem Gerät 4 angeordnet ist. Die Drehzahl des Motors 5 ist proportional der Verstärkerausgangsspannung. Der Motor 5 treibt über ein Getriebe 6 einen Schleifer, der auf einem Potentiometer 7 eine stellungsproportionale Spannung abgreift, die einem zweitenThe display instrument 2 (FIG. 1) gives the pilot the information determined by the beacon receiver 1 Deviation error, assuming that it is a vertical control plane. The pulses from the receiver are also fed to a mixer amplifier 3. The amplifier output drives an electric motor 5, which is arranged in a device 4. The speed of the motor 5 is proportional to the amplifier output voltage. The motor 5 drives a grinder via a gearbox 6, which taps a position-proportional voltage on a potentiometer 7, which a second

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Eingang des Verstärkers 3 zugeführt wird. Durch diese Anordnung greift der Schleifer auf dem Potentiometer 7 stets eine Spannung ab, die proportional dem vom Leitstrahlempfänger 1 abgegebenen Oueraibweichungswert ist. Ändert sich dieser Querabweichungswert, so bewegt sich der Schleifer mit einer der Ändenungsgeschwindigkeit der Querabweichung proportionalen Geschwindigkeit. Die mit dem Motor 5 zugeführte Atisgangsspannung des Verstärkers 3 ist daher proportional der Quergeschwinidigkeit des Flugzeuges, die dem ersten Diffenentialquotienten der Querabweichung entspricht.Input of the amplifier 3 is supplied. By this arrangement picks up the wiper on the potentiometer 7 always from a voltage that is proportional is the output deviation value emitted by the beacon receiver 1. If this lateral deviation value changes, so the grinder moves with one of the rate of change of the lateral deviation proportional speed. The output voltage of the amplifier supplied by the motor 5 3 is therefore proportional to the transverse speed of the aircraft, which is the first differential quotient corresponds to the transverse deviation.

Ein Kreiselgerät (Wendezeiger) 8 bekannter Bauart mißt die Drehgeschwindigkeit des Flugzeuges um die Hochachse. Die Präzessionsachse 9 des in Fig. 1 nicht dargestellten gefesselten Kreisels trägt einen Abgreifer, der eine der Drehgeschwindigkeit proportionale Spannung von einem Potentiometer 10 abnimmt. Die auf diese Weise gemessene Drehgeschwindigkeit des Flugzeuges um seine Hochachse ist mit großer Annäherung proportional der Querbeschleunigung und ergibt den noch benötigten zweiten Differentialquotienten der Queräbweichung. Im Kreiselgerät 8 werden die Präzessionsmomente des Kreisels mit dem Moment eines elektrischen Momenterzeugers 11 verglichen, der im vorliegenden Beispiel als Magnetspule ausgebildet ist. Dieser Vergleich wird dadurch erreicht, daß die Präzessionsachse des Kreiselgerätes antriebsmäß ig mit dem Anker des Elektromagneten verbunden ist. Der am Potentiometer 7 gemessene Querabweichungswert und der vom Verstärkerauegang dem Motor 5 zugeführte Quergeschwindigkeitswert werden den Wicklungen 12 und 13 der Magnetspule zugeführt und erzeugen dort Momente, die unmittelbar mit dem Präzessionsmoment des Kreisels, d.h. der Querbeschleunigung, verglichen werden. Die am Potentiometer 10 abgegriffene Spannung ist demnach proportional der Summe, die aus der Ouerabweiohung und deren ersten und zweiten Differentialquotienten gebildet wird. Dieser Wert wird am Nullzeiger 17 angezeigt.A gyroscopic device (turning pointer) 8 of known type measures the rotational speed of the aircraft the vertical axis. The precession axis 9 of the tethered gyro, not shown in FIG. 1, carries a Pick-up that picks up a voltage proportional to the rotational speed from a potentiometer 10. The rotational speed of the aircraft about its vertical axis measured in this way is with large approximation proportional to the lateral acceleration and results in the still required second differential quotient the transverse deviation. In the gyro device 8 the precession moments of the gyro are compared with the moment of an electrical torque generator 11, which in the present example is a magnet coil is trained. This comparison is achieved by the precession axis of the gyro is drivingly connected to the armature of the electromagnet. The cross deviation value measured on potentiometer 7 and the transverse speed value fed from the amplifier output to the motor 5 are applied to the windings 12 and 13 of the solenoid and generate moments that are directly related to the precession moment of the gyroscope, i.e. the lateral acceleration, can be compared. The voltage tapped at potentiometer 10 is accordingly proportional to the sum of the deviation and its first and second differential quotients is formed. This value is displayed on the zero pointer 17.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 wind der am Potentiometer 10 abgegriffene Drehgeschwindigkeitsfehler auf einen Integrationsmotor 14 übertragen, der über ein mit einem Schleifer versehenes Getriebe 15 eine Spannung an einem Potentiometer 16 abgreift. Diese Spannung, die das Integral des Drehgeschwindigkeitsfehlers und somit den Kursfehler darstellt, wird auf ein als Drehspulinstrument ausgebildeten Nullzeiger 17 übertragen -und dort angezeigt. Die Integration des Drehgeschwindigkeitsfehlers hat den Vorteil, daß hierdurch eine sehr ruhige Anzeige erzielt wird. Durch die Schleiferanschläge 18 kann die maximale Kursfehleranzeige beliebig begrenzt werden, wodurch sich der Vorteil ergibt, daß bei Beginn des Anfluges auf den Leitstrahl nicht allzu große Kursänderungen vorgenommen wenden müssen, um den Zeiger auf Null zu bringen.In the embodiment according to FIG. 2, the rotational speed error picked up at the potentiometer 10 winds transmitted to an integration motor 14, which is provided with a grinder gear 15 a voltage on a potentiometer 16 taps. This voltage, which is the integral of the rotational speed error and thus represents the course error, a moving coil instrument is used Transfer zero pointer 17 - and displayed there. The integration of the rotational speed error has the The advantage of this is that a very smooth display is achieved. By the slider stops 18 can maximum course error display can be limited arbitrarily, which has the advantage that at the beginning the approach to the beacon does not have to make too large course changes to bring the pointer to zero.

Bei den bisher bekannten Verfahren ist auch ein Querlagenimpuls zur Erleichterung der Steuertätigkeit verwendet worden. Dieselbe Wirkung wind bei der vorliegenden Anlage in einfachster Weise dadurch bewirkt, daß durch Verstellung des Kreiselgerätes· 8 außer der Drehgeschwindigkeit um die Hochachse auch die proportionale Drehgeschwindigkeitskomponente um die Flugzeuglängsachse gemessen wenden kann. Die gemessene Querdrehgeschwindigkeit des Flugzeuges wird durch die IntegrationseinrichtungIn the previously known methods, there is also a transverse position pulse to facilitate the control activity been used. The same effect is achieved in the present system in the simplest way causes that by adjusting the gyro device · 8 in addition to the rotational speed about the vertical axis also turn the proportional rotational speed component measured around the longitudinal axis of the aircraft can. The measured transverse turning speed of the aircraft is provided by the integration device

integriert und dem Nullzeiger als Querneigungsimpuls zugeführt.integrated and fed to the zero pointer as a bank impulse.

Claims (6)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Vorrichtung für die Ableitung von Steuerkommandos zum asymptotischen Heranführen eines Luftfahrzeuges an einen Leitstrahl, wobei sich die Steuerkommandos aus Leitstrahlabweichung sowie dessen erstem und zweitem Differentialquotienten zusammensetzen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung des zweiten Differentialquotienten ein an sich bekanntes Kreiselgerät (Wendezeiger) vorgesehen ist, das auf die Drehgeschwindigkeit derjenigen Luftfahrzeugachse anspricht, die lotrecht zur Leitstrahl-Ansteuerungsebene steht, und daß die dem Abweichungswert und die seinem ersten Differentialquotienten nach der Zeit entsprechenden proportionalen elektrischen Spannungen mit einer von dem Kreisel ermittelten, der Drehgeschwindigkeit proportionalen Größe, verglichen werden.1. Device for deriving control commands for the asymptotic approach of an aircraft to a guide beam, whereby the Control commands from guide beam deviation and its first and second differential quotient assemble, characterized in that to determine the second differential quotient a known gyro device (turning pointer) is provided, which is based on the rotational speed of those Aircraft axis responds that is perpendicular to the guide beam control plane, and that those corresponding to the deviation value and those corresponding to its first differential quotient with respect to time proportional electrical voltages with a rotational speed determined by the gyroscope proportional size, to be compared. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleich zwischen dem Abweichungswert und den seinem ersten Differentialquotienten nach der Zeit entsprechenden proportionalen elektrischen Spannungen mit dem Präzessionsmoment des Kreiselgerätes, in einem Momenterzeuger, beispielsweise einer Magnetspule, stattfindet.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the comparison between the deviation value and its first differential quotient proportional electrical voltages corresponding to the time with the precession moment of the gyroscope, in one Torque generator, for example a solenoid, takes place. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Präzessionsachse des Kreiselgerätes einen Abgreifer trägt, der eine stellungsproportionale Spannung von einem Potentiometer abgreift, die einem Nullzeiger zugeleitet wird.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the precession axis of the Gyroscopic device carries a pick-up that generates a position-proportional voltage from a potentiometer taps, which is fed to a null pointer. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch verstellbaren Einbau des Kreiselgerätes auch die Messung der Drehgeschwindigkeit um die Längsachse des Luftfahrzeuges vorgenommen werden kann, wobei das Meßergebnis über eine Integrationseinrichtung dem Nullzeiger als Querlageimpuls zugeführt wird.4. Apparatus according to claim 1, 2 or 3, characterized in that by adjustable installation of the gyroscope also measures the rotational speed around the longitudinal axis of the aircraft can be made, the measurement result via an integration device is fed to the zero pointer as a bank angle pulse. 5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Potentiometer mit einem elektromotorisch angetriebenen Abgreifer, der eine dem Abweichungswert entsprechende Spannung abgreift, wobei die Drehzahl des Elektromotors der Ausgangsspannung eines Verstärkers proportional ist, und dem Verstärker als Eingangsspannungen die abgegriffend Spannung und eine dem Abweichungswert entsprechende Spannung zugeführt werden, so daß die Klemmenspannung des Elektromotors eine dem ersten Difrerentialquotientenientsprechende Spannung aufweist. 5. Device according to one of the preceding claims, characterized by a potentiometer with a gripper driven by an electric motor, the one corresponding to the deviation value Voltage taps, the speed of the electric motor being the output voltage of a Amplifier is proportional, and the tapped voltage as input voltages to the amplifier and a voltage corresponding to the deviation value are supplied so that the terminal voltage of the electric motor has a voltage corresponding to the first differential quotient. 6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einem Drehgeschwindigkeitsfehler entsprechende Fehlergröße, die durch Summierung des Abweichungswertes und seines ersten und zweiten Differentialquotienten erhalten wird, einem Integrationsgerät zugeführt wird, das eine dem Kursfehler entsprechende Fehlergröße erzeugt.6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the one Error magnitude corresponding to the rotational speed error, which is determined by summing the deviation value and its first and second differential quotients is obtained, is fed to an integration device which has a corresponding to the course error Error size generated. In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 760'428, 888 477;
schweizerische Patentschrift Nr. 221042;
britische Patentschriften Nr. 496521, 625 917;
USA.-Patentschrift Nr. 2274443.Considered publications:
German Patent Nos. 760,428, 888,477;
Swiss Patent No. 221042;
British Patent Nos. 496521,625,917;
U.S. Patent No. 2274443. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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