DE1241643B

DE1241643B - Device for determining an aerodynamic correction factor

Info

Publication number: DE1241643B
Application number: DEB66071A
Authority: DE
Inventors: Carl Einar Johanson
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1961-02-24
Filing date: 1962-02-23
Publication date: 1967-06-01

Description

DEUTSCHES ^TlW PATENTAMTGERMAN ^ TlW PATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFT GOlpEDITORIAL GOlp

Deutsche Kl.: 42 k -12/06 German class: 42 k - 12/06

Nummer: 1241643Number: 1241643

Aktenzeichen: B 66071LX b/42 kFile number: B 66071LX b / 42 k

1241 643 Anmeldetag: 23. Februar 19621241 643 Filing date: February 23, 1962

Auslegetag: 1. Juni 1967Open date: June 1, 1967

Das Hauptpatent betrifit eine Vorrichtung zur Ermittlung eines aerodynamischen Faktors, z. B. in Luftfahrzeugen, der von der Messung des statischen Atmosphärendruckes abhängt, wie Höhe, Grad der Höhenänderung bzw. Vertikalgeschwindigkeit und Luftgeschwindigkeit, wobei die Wirkung von auf aerodynamische Erscheinungen zurückgehenden Fehlern bei dieser Messung eliminiert wird, mit einer Einrichtung zum Erzeugen einer ersten, den genannten Faktor darstellenden variablen Größe, die von dem fehlerhaften statischen Druck abgeleitet ist und einen ersten Näherungswert des genannten Faktors darstellt, einer Einrichtung zur Erzeugung einer zweiten variablen Größe aus der Feststellung der Machzahl, die den auf den Fehler bei der Messung des statischen Druckes zurückgehenden Fehler in dem genannten Faktor bei der gerade gemessenen Machzahl darstellt, und mit einer die zweite und die erste Größe algebraisch addierenden Einrichtung zum Erzeugen einer dritten variablen Größe, die den korrigierten Wert des genannten Faktors darstellt, wobei die Einrichtungen einschließlich der zur Feststellung der Machzahl mit einer dynamischen Druckquelle über ein Rohr verbundenen Manometerdose auf einem Support angeordnet sind.The main patent relates to a device for determining an aerodynamic factor, e.g. Am Aircraft, which depends on the measurement of the static atmospheric pressure, such as altitude, degree of Change in altitude or vertical speed and air speed, the effect of on aerodynamic phenomena decreasing errors in this measurement is eliminated, with a Means for generating a first, the said factor representing variable variable, the is derived from the faulty static pressure and a first approximation of said factor represents, a device for generating a second variable variable from the determination of the Mach number, which is the error due to the static pressure measurement error in represents the mentioned factor at the just measured Mach number, and with one the second and the first variable algebraically adding means for generating a third variable variable which the the corrected value of the said factor, with the facilities including those for determining the Mach number with a dynamic pressure source connected via a pipe pressure gauge box are arranged on a support.

Die genannten aerodynamischen Erscheinungen sind z. B. die Turbulenz und die Kompressibilität der Luft, die sich mit der Geschwindigkeit des Fahrzeuges, in dem diese Messungen ausgeführt werden, verändern. Die Fehlereinflüsse wirken sich insbesondere im Grenzbereich der Überschallgeschwindigkeit aus.The aerodynamic phenomena mentioned are z. B. the turbulence and compressibility of the Air moving at the speed of the vehicle in which these measurements are carried out change. The error influences are particularly effective in the limit range of the supersonic speed the end.

Die Vorrichtung nach dem Hauptpatent kann weiterhin dadurch verbessert werden, daß eine Korrektur für den Bodendruck eingeführt wird. Bekanntlieh beruht die Anzeige bei dem Höhenmesser auf einer Messung des barometrischen Druckes, die der Höhe über dem mittleren Meeresspiegel und nicht der Höhe über dem Boden entspricht. Für die Landung des Flugzeuges ist jedoch die Höhe über dem Boden und insbesondere die Bodenhöhe der Landebahn von Interesse.The device according to the main patent can be further improved by the fact that a correction for ground pressure is introduced. As is known, the display is based on the altimeter a measurement of the barometric pressure, which is the altitude above mean sea level and not corresponds to the height above the ground. For the landing of the aircraft, however, the altitude is above the Ground, and particularly the runway ground level, of interest.

Es ist bereits bekannt (USA.-Patentschrift 1 970 544) einen barometrischen Höhenmesser mit einer Vorrichtung zu versehen, die es gestattet, z. B. mit Hilfe eines auf der Skala des Instrumentes angeordneten Knopfes, die relative Lage zwischen dem Zeiger und der Skala zu verändern, um so den am Boden herrschenden atmosphärischen Druck zu berücksichtigen, der sich aus der Höhe über dem Meeresspiegel und den meteorologischen Veränderungen ergibt. Infolge dieser Verstellung läßt sich Vorrichtung zur Ermittlung eines
aerodynamischen Korrektur-FaktorsIt is already known (US Pat. No. 1,970,544) to provide a barometric altimeter with a device that allows, e.g. B. with the help of a button arranged on the scale of the instrument to change the relative position between the pointer and the scale in order to take into account the atmospheric pressure on the ground, which results from the height above sea level and the meteorological changes. As a result of this adjustment device for determining a
aerodynamic correction factor

Zusatz zum Patent: 1203 506Addendum to the patent: 1203 506

Anmelder:Applicant:

The Bendix Corporation,
Detroit, Mich. (V. St. A.)The Bendix Corporation,
Detroit, me. (V. St. A.)

Vertreter:Representative:

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

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Carl Einar Johanson, Davenport, la. (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:Carl Einar Johanson, Davenport, la. (V. St. A.)
Claimed priority:

V. St. v. Amerika vom 24. Februar 1961 (91386)V. St. v. America February 24, 1961 (91386)

am Höhenmesser unmittelbar die Bodenhöhe ablesen. Read off the ground level directly on the altimeter.

Ferner ist es bekannt (deutsche Patentschrift 704 465), bei einem Höhenmesser zur Einstellung auf die Bezugshöhe durch einen Betätigungsknopf das gesamte Meßwerk um eine zum äußeren Gehäuse zentrische Achse zu drehen, die mit der Zeigerachse koaxial ist. Dabei werden lediglich die Höhenzeiger gegenüber der Bezugsanzeige verdreht.It is also known (German Patent 704 465) to adjust an altimeter to the reference height by means of an actuating button the entire measuring mechanism by one to the outer housing to rotate the central axis which is coaxial with the pointer axis. Only the Altitude pointer rotated in relation to the reference display.

Die Weiterbildung der Erfindung betrifft die Vorrichtung der eingangs geschilderten Art, die ferner mit einer Anordnung zum Einstellen der Vorrichtung auf eine Bodenhöhe als Bezugswert und zum Anzeigen des Bezugswertes vorgesehen ist, zu welchem Zweck der Support gegenüber dem Gehäuse der Vorrichtung um die geometrische Achse der zur Abnahme der dritten variablen Größe dienenden Welle mittels eines Differentialgetriebes drehbar ist, dessen einer Eingang entsprechend dem Bezugswert betätigbar ist.The development of the invention relates to the device of the type described above, which also with an arrangement for setting the device to a floor level as a reference and for display of the reference value is provided for what purpose the support against the housing of the Device around the geometrical axis of the shaft used to pick up the third variable size is rotatable by means of a differential gear, one input of which can be actuated according to the reference value is.

Die der Weiterbildung der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einen Anschluß für das mit einer dynamischen Druckquelle, z. B. einem Pitotrohr, verbundene Rohr an die auf dem drehbaren Support angeordnete Manometerdose herzu-The development of the invention underlying object is to provide a connection for that with a dynamic pressure source, e.g. B. a pitot tube, connected to the on the rotatable Support arranged pressure gauge box.

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stellen. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das an die Manometerdose angeschlossene Rohrstück elastisch und in mehreren schraubenförmigen Windungen koaxial zur Drehachse des Supportes aufgewickelt ist. Dadurch wird der Vorteil 5 vermittelt, daß das bei der Verdrehung des Supportes auftretende Spiel von den schraubenförmigen Windungen des Rohrstücks aufgenommen wird. Ferner kann die Einstellung der Welle unabhängig von der Erzeugung der ersten und zweiten variablen Größe erfolgen.place. This object is achieved according to the invention in that the pipe section connected to the pressure gauge box is wound up elastically and in several helical turns coaxially to the axis of rotation of the support. This provides the advantage 5 that the play that occurs when the support is rotated is absorbed by the helical turns of the pipe section. Furthermore, the setting of the shaft can take place independently of the generation of the first and second variable variables.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend an Hand der einzigen Figur der Zeichnung erläutert. In der perspektivischen auseinandergezogenen Darstellung der Zeichnung sind einige Bauteile zur besseren Erkennbarkeit vergrößert dargestellt.An embodiment of the invention is shown below with reference to the single figure of the drawing explained. In the perspective exploded view of the drawing are some components shown enlarged for better visibility.

Der in der Zeichnung dargestellte Höhenmesser entspricht im Prinzip dem Höhenmesser gemäß F i g. 3 des Hauptpatentes. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird jedoch eine zweidimensionale Nockenscheibe (wie bei dem Anemometer gemäß F i g. 5 des Hauptpatentes) und nicht eine dreidimensionale Nockenscheibe, wie bei dem Höhenmesser gemäß F i g. 3 des Hauptpatentes, verwendet. Die Zeichnung zeigt die einzelnen Elemente des Höhenmessers wesentlich genauer als die entsprechende Zeichnung des Hauptpatentes. In der folgenden Beschreibung wird, um den Vergleich zu erleichtern, nach Möglichkeit auf die in der Beschreibung des Hauptpatentes verwendeten Ausdrücke zurückgegriffen.The altimeter shown in the drawing corresponds in principle to the altimeter according to FIG F i g. 3 of the main patent. In the embodiment shown here, however, a two-dimensional one Cam disc (as in the anemometer according to Fig. 5 of the main patent) and not one three-dimensional cam, as in the case of the altimeter according to FIG. 3 of the main patent. The drawing shows the individual elements of the altimeter much more precisely than the corresponding one Drawing of the main patent. The following description is made in order to make comparison too facilitate, if possible, to the terms used in the description of the main patent resorted to.

Der dargestellte Höhenmesser umfaßt ein dichtes Gehäuse 11, das über eine Öffnung 12 und eine nicht dargestellte Leitung mit dem Aufnahmeorgan für den statischen Druck des Luftfahrzeuges, in dem das Instrument angeordnet ist, verbunden ist.The altimeter shown comprises a sealed housing 11 which is connected via an opening 12 and a line (not shown) to the receiving member for the static pressure of the aircraft in which the instrument is arranged.

In dem Gehäuse ist um eine Längsachse drehbar ein Support 14 angeordnet, von dem in der Zeichnung nur Teile dargestellt sind. Die Hauptorgane des Instrumentes werden, wie bei dem Höhenmesser nach dem Hauptpatent, von diesem Support getragen und drehen sich mit ihm.In the housing, a support 14 is arranged rotatably about a longitudinal axis, of which only parts are shown in the drawing. As with the altimeter according to the main patent, the main organs of the instrument are carried by this support and rotate with it.

Auf diesem Support sind drei Barometerkapseln 24, 25 und 22 angeordnet. Jede dieser Kapseln, deren Inneres evakuiert sein kann oder auch nicht, deformiert sich als Funktion der Veränderungen des statischen Druckes, dem die äußeren Flächen dieser Kapseln ausgesetzt sind.Three barometer capsules 24, 25 and 22 are arranged on this support. Each of these capsules, the interior of which may or may not be evacuated, deforms as a function of changes in the static pressure to which the outer surfaces of these capsules are subjected.

Jede der Kapseln 24, 25 ist über eine Verbindung mit einem Schwingarm 30 bzw. 31 und einen Bimetallstreifen 32 bzw. 34 mit einem Hebel 35 bzw. 36 verbunden, der auf einer in dem Support 14 umlaufenden Welle 26 befestigt ist. Bekanntlich ist es möglich, mit einem derartigen Mechanismus die in dem Hauptpatent angegebene Gleichung für die Höhe als Funktion des statischen Druckes und der Umgebungstemperatur zu lösen, so daß die Stellung der Welle 26 in erster Näherung ein Maß für die Höhe ist.Each of the capsules 24, 25 is connected via a connection to a swing arm 30 or 31 and a bimetallic strip 32 or 34 with a lever 35 or 36 , which is fastened on a shaft 26 rotating in the support 14. As is known, it is possible with such a mechanism to solve the equation given in the main patent for the height as a function of the static pressure and the ambient temperature, so that the position of the shaft 26 is a first approximation of the height.

In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel sind zwei statische Kapseln 24 und 25 vorgesehen, deren Wirkungen sich addieren. Es ist selbstverständlich auch möglich, nur eine Kapsel vorzusehen.In the exemplary embodiment described here, two static capsules 24 and 25 are provided, the effects of which add up. It is of course also possible to provide only one capsule.

Gemäß dem Hauptpatent wird die Verdrehung der Welle 26 korrigiert, um die Fehler zu berücksichtigen, mit denen die Messung des statischen Druckes als Funktion der Machzahl bei verschiedenen Höhen behaftet ist.According to the main patent, the rotation of the shaft 26 is corrected to take into account the errors with which the measurement of the static pressure as a function of the Mach number is afflicted at different heights.

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Diese Korrektur wird durch einen Differentialmechanismus 28 eingeführt. Dieser Mechanismus besteht in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel aus einem Epizykloidengetriebe mit einem Eingangsplanetenrad, das durch ein auf der Welle 26 befestigtes Ritzel angetrieben wird, und einem Ausgangsplanetenrad, welches auf der in Verlängerung der Welle 26 montierten Ausgangswelle 29 befestigt ist. Diese Ausgangswelle dient zur Anzeige der korrigierten Höhe. Mit den beiden Planetenrädern stehen zwei Satellitenräder im Eingriff, die in einem besonderen Halterahmen 48 gelagert sind. An diesem Halterahmen 48 ist ein Arm 50 befestigt, auf den über eine Folgerolle ein Nocken 42 so einwirkt, daß er dem Halterahmen 48 als Funktion der Machzahl die erforderliche korrigierte Verdrehung erteilt. Durch ein Federblech 70 wird der Arm 50 gegen den Nocken 42 gepreßt. Ein mit einer Spiralfeder versehenes Ritzel 73 nimmt das Zahnspiel des Getriebes auf.This correction is introduced by a differential mechanism 28 . In the exemplary embodiment described, this mechanism consists of an epicycloidal gear with an input planetary gear, which is driven by a pinion mounted on the shaft 26 , and an output planetary gear, which is mounted on the output shaft 29 mounted as an extension of the shaft 26. This output wave is used to display the corrected altitude. Two satellite gears, which are mounted in a special holding frame 48 , mesh with the two planet gears. An arm 50 is attached to this holding frame 48 , and a cam 42 acts on it via a follower roller in such a way that it gives the holding frame 48 the corrected rotation required as a function of the Mach number. The arm 50 is pressed against the cam 42 by a spring plate 70. A pinion 73 provided with a spiral spring takes up the backlash of the gear.

Der Nocken 42 ist auf einem Arm 46 befestigt, der sich in Funktion von der Machzahl verdreht. Diese kann, wie bekannt, als Funktion des Verhältnisses des Gesamtdrucks P_t zu dem statischen Druck P_s ausgedrückt werden. Um diesen Faktor zu bilden, verwendet man die beiden Kapseln 24 und 25 und die Kapsel 22, deren Innenraum über eine flexible Leitung 51, auf die weiter unten näher eingegangen wird, mit der durch ein Pitotrohr oder ein entsprechendes Instrument gebildeten Quelle des Gesamtdruckes verbunden ist, so daß ihre Deformationen dem dynamischen Überdruck entsprechen. Ein an die Kapsel 22 angelenkter Schwingarm 39 kann mit seinem mit einem Ring versehenen Ende auf einem Stab 40 gleiten, der an einer Achse 38 befestigt ist, die über einen Zahnkranz 44 und ein Ritzel 45 die Welle 46 verdreht. Auf den Schwingarm 39 wirkt ein auf der Welle 26 befestigter Nocken 41. Ein Federblech 72 preßt den Schwingarm gegen den Nocken.The cam 42 is mounted on an arm 46 which rotates as a function of the Mach number. As is known, this can be expressed as a function of the ratio of the total pressure P _t to the static pressure P _s . To form this factor, the two capsules 24 and 25 and the capsule 22 are used, the interior of which is connected via a flexible line 51, which will be discussed in more detail below, to the source of the total pressure formed by a pitot tube or a corresponding instrument so that their deformations correspond to the dynamic overpressure. A swing arm 39 articulated to the capsule 22 can slide with its end provided with a ring on a rod 40 which is fastened to an axle 38 which rotates the shaft 46 via a ring gear 44 and a pinion 45. A cam 41 fastened on the shaft 26 acts on the swing arm 39. A spring plate 72 presses the swing arm against the cam.

Die Funktion dieses Mechanismus wird einem klar, wenn man sich verdeutlicht, was geschieht, wenn sich die Geschwindigkeit des Luftfahrzeuges bei konstanter Flughöhe erhöht. Der statische Druck und damit die Lage des Nockens 41 bleiben konstant, während sich der dynamische Überdruck erhöht und folglich die Kapsel 22 ausdehnt, die über den Mechanismus 39, 40 und das Getriebe 44, 45 die Welle 46 und damit den Nocken 42 um einen Betrag verdreht, der der Erhöhung der Machzahl entspricht. Erhöht sich dagegen die Flughöhe bei konstanter Geschwindigkeit, bleibt die Kapsel 22 undeformiert, während sich die Kapseln 24 und 25 ausdehnen, so daß sich der Nocken 41 dreht und über ein Profil bewirkt, daß der auf die Welle 38 wirkende Hebelarm des Stabes 40 vergrößert wird, so daß bei gleicher Geschwindigkeit des Luftfahrzeuges und damit bei gleicher Ausdehnung der Kapsel 22 sich die Welle 46 verdreht und eine der größeren Höhe entsprechende größere Machzahl anzeigt. Dieser Mechanismus gestattet es, der Welle 46 und folglich dem Nocken 42 eine Lage zu erteilen, die mit guter Annäherung ein Maß für die Machzahl bei allen Höhen ist.The function of this mechanism becomes clear to one when one clarifies what happens when the speed of the aircraft increases at a constant flight altitude. The static pressure and thus the position of the cam 41 remain constant, while the dynamic overpressure increases and consequently the capsule 22 expands, which via the mechanism 39, 40 and the gear 44, 45, the shaft 46 and thus the cam 42 by an amount twisted, which corresponds to the increase in the Mach number. If, on the other hand, the altitude increases at constant speed, the capsule 22 remains undeformed while the capsules 24 and 25 expand, so that the cam 41 rotates and, via a profile, causes the lever arm of the rod 40 acting on the shaft 38 to be enlarged so that at the same speed of the aircraft and thus with the same expansion of the capsule 22 , the shaft 46 rotates and indicates a greater Mach number corresponding to the greater height. This mechanism allows the shaft 46 and consequently the cam 42 to be given a position which, with good approximation, is a measure of the Mach number at all heights.

Folglich wird der von der Welle 26, deren Lage ein grobes Maß für die Höhe ist, angetriebenen Ausgangswelle 29 gleichzeitig von dem Nocken 42 über den Satellitenräderhalterahmen 48 eine korrigierende Verdrehung erteilt, so daß die Lage der Welle 29 einConsequently, the output shaft 29 driven by the shaft 26, the position of which is a rough measure of the height, is simultaneously given a corrective rotation by the cam 42 via the satellite wheel holding frame 48 , so that the position of the shaft 29 is a

Claims

1 is an exact measure of the height corrected as a function of the Mach number. In the embodiment described, the output shaft 29 adjusts a decimal counter 19 via a gear, the reading of which appears in meters in a window 16 on the scale 15 on the front side of the instrument housing 11. As shown, the shaft 29 can simultaneously move a pointer 21 in front of a circular scale on the scale, this revolution of the pointer corresponding to a height of 1000 feet, i.e. 300 m. In order to introduce a correction corresponding to the barometric pressure on the ground overflown by the aircraft or the ground of the airport which the aircraft is approaching and on which it will land, the support 14 on which the above-described members are mounted is referred to rotated on the housing 11 and the SkalalS about the geometric axis of the shafts 26 and 29. For this purpose, a toothed ring 74 is provided which is permanently provided with the support at its rear end and which is in engagement with a pinion 75 which can be rotated via a shaft 64 by a rotary knob 61 arranged on the scale of the instrument. The shaft 64 adjusts simultaneously via a correction device 62 and an angular gear 64, 65 a decimal counter 20 whose display value, which appears in the window 18 of the scale 15, corresponds to the set barometric pressure, e.g. B. in millimeters of mercury. The activation of the correction mechanism 62 is necessary because there is a non-linear relationship between pressure and altitude. A certain adjustment of the counter 20, which corresponds to a given barometric pressure (in millimeters of mercury), thus results in a certain rotation of the support 14, which is proportional to the height (in meters) corresponding to the pressure mentioned. The correction device 62 has the form of a differential mechanism with a correction cam, which in its mode of operation corresponds approximately to the differential mechanism 28 with the cam 42 described above. The mechanism comprises a differential gear, the first input element of which is adjusted by the shaft 64 and the second input element of which is rotated by small amounts under the action of the cam 76 having a suitable cam shape. As a result, the navigator will press button 61 before or during the flight and set the value of the pressure at ground level of the destination airport in window 18, preferably after radio reports, as this value is not only dependent on the altitude of the airport but also on the prevailing there meteorological conditions. As a result of this adjustment, the support 14 and the mechanism carried by it, i. H. the shaft 29 and the pointer 21 are also rotated. From this point on, the values displayed on the instrument (the digits of the pointer 19 appearing in the window 16 and the position of the pointer 21) give the pilot the exact value of the altitude of the aircraft above the ground. The twisting of the elements carried by the support 14 leads to certain difficulties in connecting the interior of the 643 dynamic positive pressure capsule 22 to the pitot tube or other instrument for measuring the total pressure. This difficulty is overcome by the means described below. An elastic tube 51, which is wound in a helical manner, is connected to the capsule 22. The rear end face of the support 14 carries on its outer surface a cylindrical ferrule 54 which is provided with an extension 56 which slides easily frictionally in the coaxial extension 58 of another cylindrical ferrule 55 which is attached to the rear wall of the housing 11. These two elements thus form a type of drum in which the core and one of the side walls (those on the side of the housing 11) are fixed, while the other side wall and the cylindrical flange of the drum rotate with the support 14. The elastic tube 51 is wound onto this drum in several helical turns. The beginning of the first turn is attached to the support 14 with a clasp or clamp 54. The end of the tube 51 is inserted into a hollow extension of the fixed ferrule 55, which forms a connection to the outside of the housing 11. A further line, not shown, to the source of the total pressure is then connected to this. The device just described serves two purposes: on the one hand, it makes it possible to dispense with a tight rotating connection between the interior of the capsule 22 and the surroundings of the instrument, and on the other hand, the part of the elastic tube wound on the drum 54, 55 forms a helical spring which absorbs the angular play in the drive connection of the rotatable support 14. If a conventional elastic tube is used, which is wound around a flange 56 of 20 mm diameter with about 20 turns, a spring results which takes up the gear play in a satisfactory manner and ensures sufficient damping that allows the support 14 to rotate more allowed than 2Va revolutions with respect to the housing 11. Patent claims:

1. Device for determining an aerodynamic factor, e.g. B. in aircraft, which depends on the measurement of the static atmospheric pressure, such as altitude, degree of altitude change or vertical speed and air speed, the effect of going back to aerodynamic phenomena Errors in this measurement is eliminated, with a device for generating a first, den named factor representing variable quantity derived from the faulty static pressure and represents a first approximation of said factor, a device for Generation of a second variable from the determination of the Mach number, which the Errors in the measurement of the static pressure, decreasing errors in the mentioned factor represents at the Mach number just measured and with one the second and the first quantity algebraic adding device for generating a third variable which is the the corrected value of said factor, the facilities including the to determine the Mach number with a dynamic