DE1269373B

DE1269373B - Navigationsrechner fuer Flugzeuge

Info

Publication number: DE1269373B
Application number: DEP1269A
Authority: DE
Inventors: Jean-Paul Duhamel; John Richard Brian Steacie; Jerauld George Wright
Original assignee: JOHN RICHARD BRIAN STEACIE
Current assignee: JOHN RICHARD BRIAN STEACIE
Priority date: 1959-10-19
Filing date: 1960-10-19
Publication date: 1968-05-30
Also published as: US3217150A; GB970704A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

GOIc

GOIs

Deutsche KL: 42 c-39/10

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

P 12 69 373.1-52
19. Oktober 1960
30. Mai 1968

Die Erfindung betrifft einen Navigationsrechner für Flugzeuge mit laufender Eingabe von den Standort des Flugzeuges relativ zu einem Zielpunkt darstellenden kartesischen Koordinaten und Darstellung des Standortes in Polarkoordinaten.

Es sind Navigationsrechner für Flugzeuge bekannt, bei denen laufend den Standort des Flugzeuges relativ zu einem Zielpunkt darstellende kartesische Koordinaten eingegeben werden. Diese Koordinaten haben im allgemeinen verschiedene Komponenten, die durch die geographische Lage des Zielpunktes, Windgeschwindigkeit und Windrichtung sowie Luftgeschwindigkeit und Kurswinkel bestimmt sind. Wenn auch Windgeschwindigkeit und -richtung sowie im allgemeinen auch die Luftgeschwindigkeit und der Kurswinkel in Polarkoordinaten eingestellt werden können, so erfolgt dennoch eine Umwandlung in kartesische Koordinaten, weil diese durch einfache Überlagerung der einzelnen Komponenten zusammenaddiert werden können.

Auf der anderen Seite besteht aber ein Interesse daran, dem Piloten eine Anzeige seines Standortes relativ zum Zielpunkt in Polarkoordinaten zu geben, weil eine solche Anzeige mit anderen dem Piloten gegebenen Anzeigen am besten vereinbar und am übersichtlichsten ist. Außerdem gibt eine Polarkoordinatendarstellung dem Piloten direkt den von ihm zu steuernden Kurs sowie die Entfernung zum Zielpunkt an.

Ziel der Erfindung ist ein Navigationsrechner für Flugzeuge der eingangs genannten Gattung, welcher es dem Piloten erlaubt, bei Feststellung einer Fehlanzeige durch einfaches mechanisches Nachstellen der Polarkoordinatendarstellung eine automatische Korrektur des Rechners durchzuführen.

Hierzu kennzeichnet sich die Erfindung durch einen wahlweise einschaltbaren Regelkreis, der eine an den in Polarkoordinaten dargestellten Standortanzeigegeräten nach Maßgabe der unabhängigen Standortbestimmung vorgenommene Veränderung selbsttätig in eine entsprechende Veränderung der Eingabekoordinaten umsetzt. Hierdurch wird gewährleistet, daß der Rechner ohne besondere, vom Piloten durchzuführende Maßnahmen stets korrigiert ist.

In Ausführung der Erfindung weist der Navigationsrechner folgende Eingabemittel auf:

a) einen Zielwähler zur Eingabe der Zielkoordinaten,

b) eine Windeinheit, die aus eingegebenen Winddaten den auf Grund des Windes zurückgelegten Weg errechnet,

Navigationsrechner für Flugzeuge

Anmelder:

Jerauld George Wright, Dartmouth, Nova Scotia; John Richard Brian Steacie, Ottawa, Ontario

(Kanada);

Jean-Paul Duhamel, Palmdale, Calif. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. W. Müller-Bore, Dipl.-Ing. H. Gralfs

und Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. G. Manitz,

Patentanwälte,

8000 München 22, Robert-Koch-Str. 1

Als Erfinder benannt:

(Kanada);

Jean-Paul Duhamel, Palmdale, Calif. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 19. Oktober 1959 (35 335)

c) eine Lufteinheit, die aus eingegebener Fluggeschwindigkeit gegenüber der Luft und eingegebenem Kurs den auf Grund der Eigengeschwindigkeit zurückgelegten Weg errechnet. Auf diese Weise stehen dem Rechner alle für die Kursberechnung erforderlichen Daten zur Verfügung.

Der Zielwähler ist folgendermaßen aufgebaut:

a) Ein Stationswähler enthält mehrere durch Druckknöpfe wählbare Widerstandseinheiten, die nach Maßgabe ausgewählter Stationen auf feste Werte eingestellt sind;

b) ein Koordinatenwähler enthält eine einstellbare Widerstandseinheit, die von Hand auf beliebige Werte einstellbar ist;

c) der Koordinatenwähler kann alternativ oder zusätzlich zum Stationswähler eingeschaltet werden.

Durch geeignete Einstellungen des Koordinatenwählers und des Stationswählers ist es auch möglich, solche Stationen in dem Rechner zu berücksichtigen, welche in dem auf eine Anzahl fester Stationen abgestimmten Stationswähler noch nicht berücksichtigt sind.

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Die Windeinheit ist folgendermaßen aufgebaut:

a) Ein erster Einstellknopf dient zur Einstellung eines Resolvers nach Maßgabe der Windrichtung;

b) an den Resolver ist ein erstes Potentiometerpaar angeschlossen, dessen Spannungen proportional den Windrichtungskomponenten sind;

c) ein zweiter Einstellknopf dient zur Einstellung der Schleifer des ersten Potentiometerpaares nach Maßgabe der Windgeschwindigkeit;

d) an die Schleifer des ersten Potentiometerpaares ist ein zweites Potentiometerpaar angeschlossen, deren Spannungen proportional den Windgeschwindigkeitskomponenten sind;

e) eine Uhr dient zur Einstellung der Schleifer des zweiten Potentiometerpaares, so daß an den Schleifern Spannungen abnehmbar sind, die dem auf Grund des Windes zurückgelegten Weg entsprechen.

Die Lufteinheit ist folgendermaßen aufgebaut:

a) Ein Luftgeschwindigkeitsmesser liefert ein der Geschwindigkeit gegenüber der Luft proportionales Signal, welches über eine Servosteuerung einen mechanischen Integrator einstellt, der durch eine Uhr angetrieben wird und somit die auf Grund der Eigengeschwindigkeit erfolgte Versetzung als Wellendrehung liefert;

b) ein Übertragerkompaß liefert den Kurs als

Der für Normalbetrieb vorgesehene RegeiKreis kann zur Korrektur der Lufteinheit wie folgt abgeändert werden:

a) Die Summiersignale werden mittels eines anderen, an die Stelle des ersten Resolvers tretenden, fest eingestellten Resolver in polare Signale transformiert und über die Verstärker zwei anderen Stellmotoren zugeführt, die mit den zweiten Eingängen der in der Lufteinheit befindlichen Differentiale gekuppelt sind;

b) der Kursanzeiger und der Entfernungsmesser sind nach Maßgabe der unabhängigen Standortbestimmung durch Einstellknöpfe einstellbar, wodurch auch die anderen Einstellelemente gemäß den Merkmalen c), d) und e) des Regelkreises für normalen Betrieb verstellt werden.

Nimmt der Pilot an, daß seine Luftdateninformation in der Vergangenheit falsch war, so kann er den Kursanzeiger und den Entfernungsanzeiger durch Verstellung der Einstellknöpfe auf die der unabhängigen Standortbestimmung entsprechenden Werte einstellen, welche auf Grund der vorstehend beschriebenen Schaltung auf die Potentiometer der Lufteinheit übertragen werden.

Bei Einschaltung des letztgenannten Regelkreises zur Korrektur der Lufteinheit kann automatisch das zweite Potentiometerpaar der Windeinheit auf Null gestellt werden. Das hierdurch entstehende Brücken-Ungleichgewicht bewirkt eine Verstellung der Po-

Wellendrehung;

c) ein mechanischer Resolver bildet aus den vorge- 30 tentiometer der Lufteinheit im umgekehrten Sinn, so nannten Wellendrehungen zwei neue Wellen- daß praktisch die Einstellungen der Potentiometer drehungen, die dem auf Grund der Eigen- am Ausgang der Windeinheit auf die Potentiometer geschwindigkeit zurückgelegten Weg propor- der Lufteinheit übertragen werden.

tional sind; Der für Normalbetrieb vorgesehene Regelkreis

d) die letztgenannten Wellendrehungen dienen zur 35 kann zur Korrektur der Windeinheit wie folgt abge-

Einstellung eines Potentiometerpaares, so daß an den Schleifern Spannungen abnehmbar sind, die dem Weg entsprechen;

e) in die Wellenleitungen zwischen dem Resolver und den Potentiometern sind mechanische Speieher und mechanische Differentiale eingefügt, wobei die Speicher wirksam werden, wenn eine jeweils zwischen den Speichern und den Differentialen angeordnete Kupplung ausgerückt wird.
Beim normalen Betrieb des Navigationsrechners liegt vorzugsweise folgender Regelkreis vor:

a) Die Eingabekoordinaten werden als Anzeigesollwerte auf eine Summierbrücke gegeben;

b) die Summiersignale werden mittels eines ersten Resolvers in polare Signale transformiert und über Verstärker zwei Stellmotoren zugeführt;

c) der mit dem Kurssignal beaufschlagte Stellmotor verstellt einen Kursanzeiger sowie einen zweiten Resolver, an den ein Potentiometerpaar angeändert werden:

a) Die Summiersignale werden mittels eines anderen, an die Stelle des ersten Resolvers tretenden Resolver in polare Signale transformiert und über die Verstärker zwei anderen Stellmotoren zugeführt, die mit den Schleifern des ersten Potentiometerpaares der Windeinheit gekuppelt sind und von denen der mit dem Kurssignal beaufschlagte Stellmotor auch eine winkelgetreue Verdrehung des Resolvers bewirkt;

b) der Kursanzeiger und der Entfernungsanzeiger sind nach Maßgabe der unabhängigen Standortbestimmung durch Einstellknöpfe einstellbar, wodurch auch die anderen Einstellelemente der Merkmale c), d) und e) des bei Normalbetrieb vorgesehenen Regelkreises verstellt werden.

Wenn der Pilot annimmt, daß die Windkomponenten in der Vergangenheit falsch waren, kann er durch

eine derartige Abänderung eine Korrektur für die

schlossen ist, dessen Spannungen proportional 55 Vergangenheit durchführen. Zu diesem Zweck stellt

den Komponenten der Kursanzeige sind; der Pilot die Einstellknöpfe wieder so ein, daß der

d) der mit dem Entfernungssignal beaufschlagte Kursanzeiger und der Entfernungsanzeiger die rich-Stellmotor verstellt einen Entfernungsanzeiger tigen Werte gemäß der unabhängigen Standortsowie die Schleifer des vorgenannten Poten- bestimmung wiedergeben. Das durch diese Versteltiometerpaares, so daß an den Schleifern Span- 60 lung bewirkte Brücken-Ungleichgewicht wird danungen abnehmbar sind, die proportional den durch beseitigt, daß die für die Windeinheit vorgekartesischen Koordinaten der Standortanzeige sehenen Stellmotoren die Potentiometer der Windsind; einheit so lange verstellen,, bis das Brückengleich-

e) zur Schließung des Regelkreises werden die gewicht wiederhergestellt ist. Sobald dies der Fall Koordinaten der Standortanzeige als Anzeige- 65 ist, ist die Windinformation für Vergangenheit und istwerte in die Summierbrücke gegeben und wird Zukunft korrigiert.

der erste Resolver in Überemstimmung mit dem Für den Fall, daß der Pilot keine unabhängige

zweiten Resolver verdreht. Standortbestimmung vornehmen kann, jedoch er-

fährt, daß er in der Vergangenheit eine falsche Windinformation erhalten hat, braucht er lediglich die Einstellknöpfe für Windrichtung und Windgeschwindigkeit auf den richtigen Wert zu stellen; hierdurch wird augenblicklich die Kursanzeige auf die Werte geändert, die vorliegen würden, wenn die richtige Windinformation von vornherein eingestellt gewesen wäre. Mit anderen Worten hat eine Verdrehung der Einstellknöpfe der Windeinheit eine sofortige Änderung der Kurs- und Entfernungsanzeige zur Folge.

Es kann jedoch auch sein, daß der Pilot nur für die Zukunft neue Windgeschwindigkeits- oder -richtungswerte einstellen will, weil er beispielsweise die Flugzeughöhe geändert hat. In diesem Fall wird während der Einstellung der Knöpfe für die Windgeschwindigkeit und -richtung das Polarkoordinaten-Anzeigeinstrument abgekuppelt, so daß dessen Anzeige während der Einstellung neuer Windgeschwindigkeits- oder -richtungswerte konstant bleibt. Über den entsprechend der erstgenannten Abänderung geschalteten Regelkreis werden bei einer Verstellung der Windwerte die Luftkomponenten so geändert, daß am Eingang der Brücke die durch die Änderung der Windkomponenten bewirkte Änderung der Eingabekoordinaten kompensiert wird. Mit anderen Worten wird die Einstellung der Wind-Potentiometer auf die Luftdaten-Potentiometer übertragen. Auf diese Weise bleibt die Anzeige des Polarkoordinaten-Anzeigeinstrumentes nach der Wiedereinkupplung erhalten, und die neuen Windwerte beeinflussen die Anzeige lediglich für die Zukunft.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß bei Vorhandensein eines die unabhängige Standortbestimmung ermöglichenden Radiokompasses oder TACAN-Gerätes der Kursanzeiger und der Befestigungsanzeiger unmittelbar von diesen Geräten einstellbar sind. Auf diese Weise hat der Pilot eine weitere Möglichkeit, die richtige Funktion des Rechners zu überprüfen.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise an Hand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Navigationsrechners und

F i g. 2 ein mehr ins einzelne gehendes Übersichtsschaltbild eines Navigationsrechners gemäß der Erfindung.

Nach der Zeichnung enthält der Navigationsrechner gemäß der Erfindung einen Zielwähler 10, 20, eine Windeinheit 11, eine Lufteinheit 12 und eine an einer Schalttafel montierte Anzeigeeinheit 13.

Der Zielwähler besteht aus einem vorprogrammierten Stationswähler 10 und einem beliebig einstellbaren Koordinatenwähler 20. Der Stationswähler 10 ist ein an einer Schalttafel montiertes Druckknopfgerät, das mehrere Einheiten enthält, von denen jede einen festen Widerstand mit einem solchen Wert aufweist, daß bei Betätigung irgendeines der Wählknöpfe 10S₁,10S₂, 10 S₃, 10S₄,10S₅ an der Brücke 25 über die Verbindungen 16, 17 eine Spannung erscheint, die den kartesischen Koordinaten X_?, Y₀ der geographischen Lage der ausgewählten Station relativ zu einem vorgegebenen Koordinatennetz entspricht.

Der Koordinatenwähler 20 liefert eine einstellbare Spannung, die den kartesischen Koordinaten X₁, Y₁ irgendeines ausgewählten geographischen Festpunktes entspricht und welche der Pilot auswählen kann, falls sie in dem Stationswähler 10 nicht berücksichtigt ist. Die Betriebsweise des Wählers 20 ist im wesentlichen die gleiche wie die des Stationswählers 10, jedoch sind dem Wähler 20 keine festen Stationswerte eingegeben, sondern er ist vom Piloten beliebig einstellbar. Dabei erfolgt die Einstellung seitens des Piloten vorzugsweise in Polarkoordinaten, während der Ausgang des Wählers einer Wiedergabe in kartesischen Koordinaten entspricht. So kann der Koordinatenwähler über die Verbindungen 18,19 an die Brücke 25 eine Spannung liefern, die den kartesischen Koordinaten X₁, Y₁ irgendeines geographischen Festpunktes mit Bezug auf das Kartenkoordinatennetz entspricht; alternativ kann der Koordinatenwähler 20 verwendet werden, um zusätzlich die Koordinaten irgendeiner ausgewählten Station einzugeben. Wenn mit anderen Worten eine nicht im Stationswähler 10 berücksichtigte Station gewählt werden soll, deren Koordinaten relativ zu einer bestimmten, in den Stationswähler eingegebenen Station jedoch bekannt sind, kann der Vektor der nicht berücksichtigten Station relativ zu dem Karten-Koordinatennetz auf die Brücke gegeben werden, indem lediglich derjenige der Knöpfe 10S₁ bis 10S₅, welcher der bestimmten Station entspricht, gedrückt wird und durch geeignete Einstellung am Koordinatenwähler 20 der Vektor relativ zu der bestimmten Station hinzugefügt wird. Es werden also die Summen X₉ + X₁ und Y₀ + Y₁ gebildet. Diese einfache Addition der verschiedenen Vektorkomponenten ist durch die Wiedergabe in kartesischen Koordinaten ermöglicht.

Die Windeinheit 11 kann von Hand durch Betätigung der Knöpfe 30 und 31 über mechanische Verbindungen 22, 23 und Schleifer 32,33 auf zwei Potentiometer in der Windeinheit und den Rotor eines Resolvers 34 entsprechend der meteorologischen Windvoraussage auf einen festen Wert eingestellt werden. Die Windrichtung <p_v, die am Knopf 30 eingestellt und auf einem Instrument 24 angezeigt wird, erscheint am Rotor des Resolvers 34, während die Windgeschwindigkeit V_w am Knopf 31 eingestellt und als Verschiebung der Schleifer 32, 33 wiedergegeben wird, um die kartesischen Koordinaten X_w, Y_w des Windvektors zu bilden. Die Potentiometer mit den Abgriffen 32, 33 sind an den Resolver 34 angelegt und werden von Spannungen erregt, die sin <p_w bzw. cos <p_w entsprechen. An den Schleifern 32,33 liegt also eine Spannung V_w ■ sin φ_ν bzw. Vy₁ · cos q>_w. Diese Spannungen erregen weitere Potentiometer 36 bzw. 37. Die Schleifer dieser Potentiometer werden durch eine Uhr 38 zu einer Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit angetrieben, so daß an den Schleifern 36, 37 die Produkte V_v-t- cos φ_ν = X_w bzw. V_w · t ■ sin cp_w = Y_w erscheinen, welche die sogenannten Windkomponenten in kartesischen Koordinaten wiedergeben, das sind diejenigen Verschiebungen in X bzw. Y-Richtung, die das Flugzeug auf Grund eines Windes erfahren würde, wie er vom Piloten an den Knöpfen 30, 31 vorher fest eingestellt wurde.

Die Geschwindigkeit des Flugzeugs gegenüber der Luft (Luftgeschwindigkeit) wird von einer Vorrichtung 45, wie z.B. einem Kollsman-Indikator, erhalten. Das davon abgeleitete entsprechende Signal wird, wie hier nicht näher dargestellt zu werden braucht, auf eine Servoeinrichtung gegeben, welche den Kugelschlitten eines Kugelscheibenintegrators mechanisch entsprechend dem zugeführten Wert der

Luftgeschwindigkeit verstellt. Ein Zeitmesser treibt den Integrator an, so daß eine Wellenverdrehung entsprechend der zurückgelegten Entfernung in Luft r_L gewonnen wird, die auf einen mechanischen Resolver 47 gegeben wird.

Ein Übertragerkompaß 46 gibt ein elektrisches Signal des Kurses φι des Flugzeuges gegenüber Nord oder gegenüber einem anderen Gitternetz. Dieses Signal wird in bekannter Weise mittels einer Servo-

paß 46 und Resolver 47 der Lufteinheit 12 befindliche Servosteuerung eingegeben wird, wie in F i g. 1 bei 53 gezeigt. Die Grivation wird auf der Anzeigeeinheit mittels des Zeigers 165 angezeigt.

Der Gitternetzkurs wird relativ zu einer Geraden parallel zu dem Meridian durch den Gradnetzpunkt oder zu einer anderen willkürlichen Bezugslinie gemessen. Der Resolver 47 löst die entsprechenden

rend der Kurswinkelverstärker Ausgangssignale über den Leiter 102, den Schalter 103^4 und den Leiter 104 auf einen Kurswinkelmotor 108 überträgt.

Der Entfernungsmotor 101 treibt mechanisch einen 5 Entfernungszähler 13 R an, während der Kurswinkelmotor 108 ein Kurswinkelanzeigeinstrument 13 B bewegt. Die Sichtanzeige auf dem Instrument 13 besteht daher aus der Entfernung gegenüber dem ausgewählten geographischen Festpunkt oder der Station

steuerung ebenfalls in eine Wellendrehung umge- io und dem Kurswinkel zur ausgewählten Station relawandelt. Die Kursanzeige erfolgt mittels der Kurs- tiv zum Flugzeugstandort. Der Entfernungsmotor 101 rose 13 C. Falls der Kurs von einem Magnetkompaß verstellt zusätzlich zum Antrieb des Entfernungszähgeliefert wird, ist noch die örtliche Grivation zu lers 13 R über eine mechanische Verbindung 112 die berücksichtigen, d. h. die Summe aus magnetischer Schleifer 113,114 der Potentiometer 123 und 124, Abweichung und Konvergenzwinkel zwischen dem 15 während der Kurswinkelmotor 108 mechanisch die Bezugsmeridian und dem Ortsmeridian, wobei letz- Welle eines Resolvers 120 verstellt. Der Resolver 120 terer proportional der geographischen Breite ist. Ma- ist mit den Potentiometern 123,124 elektrisch vergnetische Abweichung und geographische Breite wer- bunden, so daß deren Schleifer 113 bzw. 114 zusätzden mittels der Einstellknöpfe 153 und 150 in den liehe Eingangskomponenten X_n Y₁. über die elek-Grivationsrechner eingegeben, dessen Ausgangsgröße 20 irischen Verbindungen 126,127 auf die Brücke 25 als Korrekturgröße in die zwischen Übertragerkom- zurückführen. Die Eingangskomponenten X_n Y₁. entsprechen der Darstellung der Entfernung und des Kurswinkels auf dem Instrument 13. Ferner verstellt eine mechanische Verbindung 130 den Rotor des 25 Auflösers 85 entsprechend dem Ausgang des Motors 108, damit der Rotor dieselbe Winkellage wie die Welle des Motors 108 einnimmt.

Sobald das Flugzeug seinen Bestimmungsort erreicht hat, zeigt der Entfernungsmesser Null an, und

Eingangssignale der zurückgelegten Strecke und des 30 der Kurswinkelanzeiger kann sich in jeder Richtung Gitternetzkurses auf in entsprechende Werte der bewegen.

kartesischen Koordinaten X_L, Y_L der von Ost nach Aus F i g. 2 ist nun eine zweite Einstellmöglichkeit

West zurückgelegten Gitternetzmeilen und der von für die Schalter ersichtlich, bei der die Ausgangs-Nord nach Süd zurückgelegten Gitternetzmeilen signale der Brücke 25 zu einem Resolver 170 mit längs des Flugzeugkurses. Die Koordinatenwerte X_L, 35 fester Welle gelangen können. Dies geschieht durch Y_L werden in Form von Wellendrehungen über Umlegen der Schalter 80 und 81 auf die Kontakte mechanische Speicher 60 und 61 auf die ersten Ein- 805 und 815, wodurch in gleicher Weise die Kongänge von Differentialen 62, 63 gegeben. Die Aus- takte 90^4 und 91A der Schalter 90 und 91 geschlosgangssignale dieser Differentiale auf ihren Wellen 65, sen werden und der Auflöser 170 mit den Verstär-66 verstellen mechanisch die Schleifer der Potentio- 40 kern 93 und 94 elektrisch verbunden ist. Zu gleicher meter 70 bzw. 71, um diese mechanischen Signale in Zeit schließt der Schalter 96 seinen Kontakt 96B und elektrische Äquivalente X_L,Y_L umzuwandeln, wel- der Schalter 103 seinen Kontakt 1035, so daß die ehe dann über die Verbindungen 68 und 69 auf die Ausgangssignale von den Verstärkern 93, 94 über Brücke 25 gegeben werden. die Verbindungen 95,102 auf ein Paar von Motoren

Die Brücke 25 empfängt daher als Eingangskoor- 45 180,181 gegeben werden. Die mechanischen Kuppdinaten erstens die kartesischen Koordinaten X_z, Y₂ lungen zwischen den einzelnen Schaltern sind in eines ausgewählten geographischen Festpunktes (etwa Fi g. 2 durch die gestrichelten Linien 26 veranschaueiner Bodenstation) relativ zum Startpunkt, zweitens licht. Die Motoren 180,181 haben mechanische Verdie kartesischen Koordinaten X_L, Y_L des vom Hug- bindungen 185,186 zu den zweiten Eingängen der zeug längs des Kurses zurückgelegten Weges in Luft 50 Differentiale 62, 63. Der Zweck dieser Schaltungsund drittens die kartesischen Windkomponenten X_w, anordnung wird weiter unten erläutert. Y_w, welche aus der Windgeschwindigkeit und der Aus F i g. 2 ergibt sich weiter eine dritte Möglich-

Windrichtung gewonnen sind. Diese Eingangssignale keit für die Schalterstellungen, bei der ein Resolver bringen die Brücke 25 aus dem Gleichgewicht, und 200 mit dem Ausgang der Brücke 25 in Verbindung es wird ein Differenzsignal erzeugt, das über Schalter 55 gebracht ist. Der Rotor des Resolvers 200 ist mit der 80 und 81, ihre Kontakte 80^4 und 81^4 und Leiter Windrichtungswelle 23 verbunden. Wenn der Resol-83, 84 auf den Resolver 85 gegeben wird, in welchem ver 200 in Betrieb gesetzt werden soll, werden die die kartesischen Koordinaten X, Y in Polarkoordi- Kontakte 80^4 und 81A der Schalter 80 und 81 und naten r, φ umgewandelt werden, wobei die über eine die Kontakte 190^4 und 191^4 bzw. 201A und 202^4 mechanische Verbindung 130 mit dem Kurswinkel- 60 der Schalter 190 und 191 bzw. 201 und 202 ge-Anzeigeinstrument 13 B gekuppelte Rotorwelle rela- schlossen. Der Ausgang des Resolvers 200 ist dann tiv zu dem gerade angezeigten Kurswinkel verstellt also über die Schalter 201, 202 und 90, 91 sowie die wird. Alsdann gelangt das Differentialsignal längs der Verbindungen 87, 89 an die Verstärker 93 und 94 Leiter 87, 89 über Schalter 90 und 91 als Eingang zu angeschlossen. Weiter sind jetzt die Kontakte 125 A einem Entfernungsverstärker 93 und einem Kurs- 65 und 127^4 der Schalter 125 und 127 geschlossen.

winkelverstärker 94. Der Verstärker 93 überträgt ein Signal auf dem Leiter 95 über den Schalter 96^4 und den Leiter 97 auf einen Entfernungsmotor 101, wäh-

Hierdurch werden die Motoren 210 und 211 in den Stromkreis eingeschaltet. Die Signale der Verstärker 93,94 bewirken, daß die Motoren 210,211 ihre

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Wellen 212, 213 drehen, die mechanisch verbunden den Kurswinkelzeiger 13 B auf die von ihm erkannten

sind mit den Wellen 22, 23. Die mechanischen Ver- richtigen Werte ein. Die Bewegung der Knöpfe 112^4

bindungen der Schalter 190, 191, 201, 202, 125, 127 und 110.,4 hat wegen der gestrichelt dargestellten

sind in F i g. 2 durch gestrichelte Linien 27 veran- mechanischen Verbindungen eine entsprechende Ver-

schaulicht. Der Zweck dieser dritten Schaltmöglich- 5 stellung der Schleifer 113 und 114 der Potentiometer

keit wird weiter unten erläutert. 123,124 bzw. der Welle des Resolvers 120 zur Folge.

An dem Instrument 13 befindet sich ein Wahlknopf Das Signal auf den Leitungen 126,127 zur Brücke

135, der auch in Fig. 2 angedeutet ist und der die 25 liegt somit in kartesischen Koordinaten vor und

Betriebsart des Instrumentes auszuwählen gestattet. ist vereinbar mit den anderen Komponenten der

Durch Betätigung des Knopfes 135 kann der Pilot io Eingangskoordinaten der Brücke, obgleich der Pilot

eine der drei vorerwähnten Schaltmöglichkeiten aus- seine Darstellung in Polarkoordinaten berichtigt hat.

wählen. Zusätzlich kann er den Knopf 13 5 so ein- Wenn nun der Pilot den obigen Fall a) annimmt,

stellen, daß die Anzeigeeinheit als ein Anzeigegerät also entscheidet, daß seine Luftdateninformation in

für einen ADF-Funkpeiler 230 oder für ein TACAN- der Vergangenheit falsch war, so wird er den Rech-

Gerät 240 arbeitet. Solange die Betriebsart ADF oder 15 ner dadurch für die Vergangenheit korrigieren, daß

TACAN für das Instrument ausgewählt ist, sind die er durch Betätigung des Knopfes 13 5 und durch

Servomotoren 101 und 108 elektrisch von der Brücke kurzes Drücken des Entfernungsknopfes 112 Λ die

25 getrennt und folgen der ADF- oder TACAN- mechanischen Verbindungen 26 zum Anschluß des

Information. Resolvers 170 mit fester Welle an den Brückenaus-

Während der ganzen Arbeit der Anzeigeeinheit als 20 gang beeinflußt.

Anzeigeinstrument für einen Funkpeiler oder für ein Gleichzeitig werden die Verstärker 93,94 an die

TACAN-System wird die Standortberechnung fort- Servomotoren 180,181 angeschlossen. Da die Brücke

gesetzt, und durch Änderung der Stellung des 25 durch die Verstellung des Instrumentes 13 über

Knopfes 13 5 zur Auswahl der Eigenrechenkreise die Leiter 126,127 aus dem Gleichgewicht gebracht

kann die Darstellung zu jeder Zeit umgewandelt 25 ist, erhalten die Servomotoren 180,181 Spannung

werden in eine Standortdarstellung nach eigener und verstellen über die mechanischen Verbindungen

Rechnung. 185,186, 62, 63, 65, 66 die Potentiometerabgriffe 70,

Die Wirkungsweise des Navigationsrechners ist die 71 so lange, bis das Brückengleichgewicht wiederfolgende: hergestellt ist. Alsdann ist die Korrektur ausgeführt.

Es sei angenommen, daß der Pilot von einer 30 Gleichzeitig können die Windpotentiometer 36,37

Bodenstation gestartet ist, auf dem Wähler 10 ein auf Null zurückgestellt werden, was natürlich eine

besonderes Ziel ausgewählt hat und die Wind- weitere Unabgeglichenheit der Brücke zur Folge hat.

geschwindigkeit und Windrichtung an den Knöpfen In diesem Fall werden die Potentiometerabgriffe 70,

30 und 31 entsprechend dem Wetterbericht einge- 71 automatisch noch weiter verstellt, bis auch diese

stellt hat. Die Luftgeschwindigkeit und der Kurs- 35 zusätzliche Unabgeglichenheit beseitigt ist. Mit

winkel werden von der Vorrichtung 45 bzw. dem anderen Worten wird der bei der Korrektur gerade

Übertragerkompaß 46 geliefert. Bei der in Fig. 2 vorhandene Ausgangswert der Windeinheit 11 auf

eingezeichneten Stellung der verschiedenen Schalter die Potentiometerabgriffe 70,71 transferiert. Der im

wird dann auf dem Instrument 13 der Abstand (13 R) Fall a) zur Korrektur benutzte Kreis wird als erster

und der Kurswinkel (13 B) bezüglich der ausge- 40 Regelkreis bezeichnet.

wählten Station angezeigt. Dies ist der normale Der Pilot kann also auf einfache Weise seine Dar-

Betriebszustand. stellung korrigieren und den Rechner auf die korri-

Wenn der Pilot nun während des Fluges z. B. auf gierte Darstellung blicken lassen, so daß er autoGrund einer über Funk erhaltenen Information oder matisch ebenfalls korrigiert wird. Gerade bei Piloten durch Beobachtung eines ihm bekannten geographi- 45 von Hochgeschwindigkeitsflugzeugen ist die durch sehen Ortes am Boden und durch Vergleich mit die Erfindung geschaffene Möglichkeit sehr wichtig, einer Karte feststellt, daß die Anzeige des Instru- daß eine Korrektur in Polarkoordinaten vorgenommentes 13 vom Sollwert abweicht, sind entweder men werden kann, obwohl der Rechner mit karte-

a) die von den Vorrichtungen 45 und 46 gelie- sischen Koordinaten arbeitet.

ferten Luftdaten oder 50 Wenn der Pilot den obigen Fall b) annimmt, also

b) die an den Knöpfen 30, 31 eingestellten meteo- entscheidet, daß die Windinformation für die Verrologischen Winddaten gangenheit vermutlich falsch war, kann er wahlweise

in der Vergangenheit unrichtig gewesen. einen der Knöpfe 30, 31 drücken, wodurch über die Der Pilot kann jetzt entscheiden, ob er das von mechanischen Verbindungen 27 die Schalter 190,191 der Lufteinheit 12 errechnete Standortsignal oder das 55 umgelegt werden. Gleichzeitig werden die Servovon der Windeinheit 11 gelieferte Zusatzsignal korn- motoren 210, 211 über die Schalter 125,126,127, gieren will. In jedem Fall schaltet der Pilot den 128 an die Verstärker 93, 94 angeschlossen. Jetzt ist Knopf 135 auf der Skala des Instrumentes auf eine also der Resolver 200 an den Brückenausgang ange-Einstellung, bei der die Verstärker 93,94 von dem schaltet, und die Brückenunabgeglichenheit wird da-Instrument 13 abgeschaltet werden und die durch die 60 durch korrigiert, daß der zur Stabilisierung mit der mechanischen Verbindungen 26 bzw. 27 gekuppelten Windrichtungswelle 23 verbundene Resolver 200 über Schalter betätigt sind. Gleichzeitig werden die ersten die Schalter 201, 202 die in Polarkoordinaten umEingänge der Differentiale 62, 63 abgekuppelt und gewandelten Brückenausgangswerte über die Verdie Eingangssignale, die über die Luftgeschwindig- stärker 93 und 94 auf die Windmotoren 210, 211 keit und den Kurswinkel informieren, in den media- 65 gibt, die über mechanische Verbindungen 212, 213 nischen Speichern 60, 61 gespeichert. die Welle des Windresolvers 34 und die Schleifer 32, Der Pilot stellt dann mittels der Knöpfe 112.4 und 33 so lange verstellen, bis die Brücke 25 wieder im 110^4 mechanisch den Entfernungszähler 13 R und Gleichgewicht ist. Wenn dies der Fall ist, ist die

Windinformation für Vergangenheit und Zukunft korrigiert. Eine Rückstellung der Abgriffe 36, 37 auf Null entfällt. Der im Fall b) angeschlossene Kreis wird als zweiter Regelkreis bezeichnet.

Wenn die Korrektur durchgeführt worden ist, leuchtet eine Signallampe auf, und die durch die Verbindungen 26 und 27 gekuppelten Schalter werden wieder in die in der Zeichnung dargestellte Lage gebracht. Wenn der Windwert gefunden und an den Anzeigern 24, 24 a für Windrichtung und Geschwindigkeit dargestellt ist und es kein vernünftiger Wert ist, kann der Pilot nunmehr den zunächst für unrichtig gehaltenen Windwert wiederherstellen oder irgendwelche sonstigen, wahrscheinlich richtigen Windwerte einfügen durch Drehen der Windknöpfe 30, 31. Diese Drehung wird jetzt sofort die Kurswinkel- und Entfernungsanzeiger 13 B bzw. 13 R über die Brücke 25, den Auflöser 85, die Verstärker 93, 94 und die Motoren 101,108 entsprechend beeinflussen, und zwar derart, daß die neue Windinformation rückwirkend für die Vergangenheit berücksichtigt wird. Sie gilt dann natürlich auch für die Zukunft. Wenn der Knopf 135 in die normale Betriebsstellung zurückgeführt wird, wird die in den Speichern 60, 61 gespeicherte Information sofort auf die Abgriffe 70, 71 übertragen, so daß also kein Verlust von Luftdaten erfolgt.

Die vorstehend beschriebene Korrektur kann der Pilot auch durchführen, wenn er beim Flug erfährt, daß seine Windangaben falsch waren. Er braucht dann nur die richtigen Windwerte an den Knöpfen 30,31 einzustellen, und augenblicklich zeigen die Instrumente 13 R, 13 B die richtigen Worte unter Berücksichtigung der Vergangenheit an.

Wenn der Pilot z. B. infolge einer Veränderung in der Höhe einen neuen Windwert nur für die Zukunft einstellen will, so drückt er die Knöpfe 30, 31 und stellt dann die neuen Windwerte ein. Hierdurch wird eine Verbindung vom Ausgang der Windeinheit 11 über die Brücke 25, den Resolver 170, die Verstärker 93,94 und die Servomotoren 180,181 zu den Abgriff en 70, 71 hergestellt. Die Anzeiger 13 R, 13 B sind jetzt abgekuppelt. Eine Verstellung der Knöpfe 30, 31 zieht so eine entgegengesetzte Verstellung der Abgriffe 70, 71 nach sich.

Nach Umschaltung auf Normalbetrieb bleibt somit die Anzeige des Instrumentes (bis auf die von den Speichern abgegebene Information) konstant, und die neuen Windwerte werden erst in der Zukunft berücksichtigt.

Claims

Patentansprüche:

1. Navigationsrechner für Flugzeuge mit laufender Eingabe von den Standort des Flugzeuges relativ zu einem Zielpunkt darstellenden kartesischen Koordinaten und Darstellung des Standortes in Polarkoordinaten, gekennzeichnet durch einen wahlweise einschaltbaren Regelkreis, der eine an den in Polarkoordinaten dargestellten Standortanzeigegrößen nach Maßgabe einer unabhängigen Standortbestimmung vorgenommene Veränderung selbsttätig in eine entsprechende Veränderung der Eingabekoordinaten umsetzt.

2. Navigationsrechner nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Eingabemittel: >

a) einen Zielwähler (10,20) zur Eingabe der Zielkoordinaten (Z₂, Y_z);

b) eine Windeinheit (11), die aus eingegebenen Winddaten (V_w, cp_w) den auf Grund des Windes zurückgelegten Weg (X_w, Y_w) errechnet;

c) eine Lufteinheit (12), die aus eingegebener Fluggeschwindigkeit gegenüber der Luft (Vl) und eingegebenem Kurs (<p_L) den auf Grund der Eigengeschwindigkeit zurückgelegten Weg (X_L, Y₁) errechnet.

3. Navigationsrechner nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch folgenden Aufbau des Zielwählers:

a) Ein Stationswähler (10) enthält mehrere durch Druckknöpfe wählbare Widerstandseinheiten, die nach Maßgabe ausgewählter Stationen auf feste Werte (Z₀, Y₀) eingestellt sind;

b) ein Koordinatenwähler (20) enthält eine einstellbare Widerstandseinheit, die von Hand auf beliebige Werte (Z₁, Y₁) einstellbar ist;

c) der Koordinatenwähler (20) kann alternativ oder zusätzlich zum Stationswähler (10) eingeschaltet werden.

4. Navigationsrechner nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch folgenden Aufbau der Windeinheit:

a) Ein erster Einstellknopf (30) dient zur Einstellung eines Resolvers (34) nach Maßgabe der Windrichtung (cp_w);

b) an den Resolver ist ein erstes Potentiometerpaar (32,33) angeschlossen, dessen Spannungen proportional den Windrichtungskomponenten sind;

c) ein zweiter Einstellknopf (31) dient zur Einstellung der Schleifer des ersten Potentiometerpaares nach Maßgabe der Windgeschwindigkeit (V_w);

d) an die Schleifer des ersten Potentiometerpaares ist ein zweites Potentiometerpaar (36, 37) angeschlossen, dessen Spannungen proportional den Windgeschwindigkeitskomponenten sind;

e) Eine Uhr (38) dient zur Einstellung der Schleifer des zweiten Potentiometerpaares, so daß an den Schleifern Spannungen abnehmbar sind, die dem auf Grund des Windes zurückgelegten Weg (X_w, Y_w) entsprechen.

5. Navigationsrechner nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch den folgenden Aufbau der Lufteinheit:

a) Ein Luftgeschwindigkeitsmesser (45) liefert ein der Geschwindigkeit (V_L) gegenüber der Luft proportionales Signal, welches über eine Servosteuerung einen mechanischen Integrator einstellt, der durch eine Uhr angetrieben wird und somit die auf Grund der Eigengeschwindigkeit erfolgte Versetzung (r_L) als Wellendrehung liefert;

b) ein Ubertragerkompaß (46) liefert den Kurs (φι) als Wellendrehung;

c) ein mechanischer Resolver (47) bildet aus den vorgenannten Wellendrehungen zwei neue Wellendrehungen, die dem auf Grund der Eigengeschwindigkeit zurückgelegten Weg (Zι, Y₁) proportional sind;

d) die letztgenannten Wellendrehungen dienen zur Einstellung eines Potentiometerpaares

(70,71), so daß an den Schleifern Spannungen abnehmbar sind, die dem Weg (X _L, Y_L) entsprechen;

e) in die Wellenleitungen zwischen dem Resolver und den Potentiometern sind mechanische Speicher (60, 61) und mechanische Differentiale (62, 63) eingefügt, wobei die Speicher wirksam werden, wenn eine jeweils zwischen den Speichern und den Differentialen angeordnete Kupplung ausgerückt wird.

6. Navigationsrechner nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch folgenden Regelkreis für normalen Betrieb:

a) Die Eingabekoordinaten (X₂, Y₂; X_w, Y_w, •<^i.> Yl) werden als Anzeigesollwerte auf eine Summierbrücke (25) gegeben;

b) die Summiersignale (X, Y) werden mittels eines ersten Resolvers (85) in polare Signale (r, φ) transformiert und über Verstärker (93, ao 94) zwei Stellmotoren (101,108) zugeführt;

c) der mit dem Kurssignal (φ) beaufschlagte Stellmotor (108) verstellt einen Kursanzeiger (13 B) sowie einen zweiten Resolver (120), an den ein Potentiometerpaar (123,124) angeschlossen ist, dessen Spannungen proportional den Komponenten der Kursanzeige sind;

d) der mit dem Entfernungssignal (r) beaufschlagte Stellmotor (101) verstellt einen Entfernungsanzeiger (13 R) sowie die Schleifer des vorgenannten Potentiometerpaares, so daß an den Schleifern Spannungen abnehmbar sind, die proportional den kartesischen Koordinaten der Standortanzeige sind;

e) zur Schließung des Regelkreises werden die Koordinaten der Standortanzeige als Anzeigeistwerte (X_r, Y_r) in die Summierbrücke gegeben und wird der erste Resolver (85) in Übereinstimmung mit dem zweiten Resolver (120) verdreht.

7. Navigationsrechner nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet durch folgende Abänderung des Regelkreises gemäß Anspruch 6 zur Korrektur der Lufteinheit:

a) Die Summiersignale (X, Y) werden mittels eines anderen an die Stelle des ersten Resolvers (85) tretenden, fest eingestellten Resolvers (170) in polare Signale (r, φ) transformiert und über die Verstärker (93, 94) zwei anderen Stellmotoren (180,181) zugeführt, die mit den zweiten Eingängen der in der Lufteinheit (12) befindlichen Differentiale (62,63) gekuppelt sind;
b) der Kursanzeiger (13 B) und der Entfernungsanzeiger (13 R) sind nach Maßgabe der unabhängigen Standortbestimmung durch Einstellknöpfe (110/1, 112/4) einstellbar, wodurch auch die anderen Einstellelemente gemäß Anspruch 6 c), 6d) und 6e) verstellt werden.

8. Navigationsrechner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einschaltung des Regelkreises zur Korrektur der Lufteinheit automatisch das zweite Potentiometerpaar (36, 37) der Windeinheit auf Null gestellt wird.

9. Navigationsrechner nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet durch folgende Abänderung des Regelkreises gemäß Anspruch 6 zur Korrektur der Windeinheit:

a) die Summiersignale (X, Y) werden mittels eines anderen an die Stelle des ersten Resolvers (85) tretenden Resolvers (200) in polare Signale (r, φ) transformiert und über die Verstärker (93, 94) zwei anderen Stellmotoren (210, 211) zugeführt, die mit den Schleifern des ersten Potentiometerpaares (32, 33) der Windeinheit (11) gekuppelt sind und von denen der mit dem Kurssignal (φ) beaufschlagte Stellmotor (210) auch eine winkelgetreue Verdrehung des Resolvers (200) bewirkt;

b) der Kursanzeiger (13 B) und der Entfernungsanzeiger (13 R) sind nach Maßgabe der unabhängigen Standortbestimmung durch Einstellknöpfe (110,4, 112,4) einstellbar, wodurch auch die anderen Einstellelemente gemäß Anspruch 6 c), 6 d) und 6 e) verstellt werden.

10. Navigationsrechner nach Anspruch 7 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorhandensein eines die unabhängige Standortbestimmung ermöglichenden Radiokompasses oder TACAN-Gerätes der Kursanzeiger (13 B) und der Entfernungsanzeiger (1322) unmittelbar von diesen Geräten einstellbar sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschriften Nr. 803 411, 599 889;
USA.-Patentschriften Nr. 2571484, 2 608 094,
652 975, 2 715 995, 2 784 908.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

809 557/91 5.68 @ Bundesdruckerei Berlin