DE1274837B - Warneinrichtung fuer die Sinkgeschwindigkeit eines Flugzeuges in Verbindung mit einem Hoehenmesser - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES S/MW^ PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

GOIp

B64d

Deutsche KL: 42 ο -13/04

Nummer: 1274 837

Aktenzeichen: P 12 74 837.7-52 (St 22193)

Anmeldetag: 2. Juni 1964

Auslegetag: 8. August 1968

Gegenstand der Erfindung ist ein Warngerät für die Sinkgeschwindigkeit, das in Verbindung mit Höhenmessern für Flugzeuge arbeitet und immer dann in Tätigkeit tritt, wenn die Sinkgeschwindigkeit einen zulässigen Wert überschreitet. Es wird insbesondere in Verbindung mit solchen Höhenmessern verwendet, die nach dem Rückstrahlprinzip mit frequenzmodulierten elektromagnetischen Wellen arbeiten, bei denen als Meßwert für die Höhe am Ausgang der Empfangseinrichtung ein der Höhe entsprechender Gleichspannungswert in Form eines unipolaren Impulses zur Verfügung steht.

Um beim Überschreiten einer das Sicherheitsmaß übersteigenden Sinkgeschwindigkeit ein Warnsignal bereitzustellen, wird dieser Impuls in einer Differentiationschaltung nach der Zeit differenziert, in einem Summiernetzwerk mit dem ursprünglichen Impuls und einer zusätzlichen Gleichspannung kombiniert und die Polarität dieses kombinierten Signals fest- ao gestellt. Ist dieses Signal von bestimmter, nach Wahl festzulegender Polarität, dann wird eine Alarmeinrichtung in Tätigkeit gesetzt.

Derartige Warneinrichtungen in Flugzeugen sind an sich bekannt (deutsche Patentschrift 1110 922, as USA.-Patentschrift 3 080 546). Bei diesen bekannten Warneinrichtungen wird das Warnsignal aus einem Vergleich zweier äquivalenter Meßwerte abgeleitet, die jeweils mittels zweier voneinander unabhängig arbeitender Meßgeräte gewonnen werden. Diese voneinander unabhängigen Meßgeräte sind gemäß Lösung nach der deutschen Patentschrift 1110 922 ein Höhenmesser und ein Beschleunigungsmesser; bei der USA.-Patentschrift 3 080 546 sind dies zum einen ein Vertikal-Geschwindigkeitsmesser, zum anderen ein Höhenmesser und ein Vertikal-Beschleunigungsmesser, deren kombinierte Ausgangssignale das zweite Vergleichssignal bilden.

Während also bei den bekannten Warneinrichtungen jeweils mindestens zwei voneinander unabhängige Meßgeräte zur Bereitstellung eines Warnsignals im Flugzeug vorhanden sein müssen, ist bei der erfindungsgemäßen Warneinrichtung nur das Vorhandensein eines einzigen Meßgerätes erforderlich. Zwar wird das Warnsignal auch aus dem Vergleich zweier Meßwerte abgeleitet, das zweite Vergleichssignal wird jedoch aus der für jeden Flugzeugtyp vorgegebenen Sinkgeschwindigkeitskurve in besonderer Weise gewonnen. Durch Verwendung nur eines Höhenmessers, insbesondere eines auf dem Echoprinzip mit elektromagnetischen Wellen arbeitenden Höhenmessers (FM-CW-Höhenmesser) werden auch Warneinrichtung für die Sinkgeschwindigkeit
eines Flugzeuges in Verbindung mit einem
Höhenmesser

Anmelder:

International Standard Electric Corporation,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt,

7000 Stuttgart, Rotebühlstr. 70

Als Erfinder benannt:

William Littery Garfield, London;

Brian Hugh Arthur Rixon,

Hertford, Hertfordshire (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 6. Juni 1963 (22 536)

potentielle Fehlerquellen mechanischer Geräte ausgeschaltet.

Die Erfindung bezieht sich also auf eine Warneinrichtung für das Überschreiten eines vorgegebenen Sicherheitswertes für die Sinkgeschwindigkeit eines landenden Flugzeuges in Verbindung mit einem Höhenmesser, der als elektrisches Äquivalent für die Höhe eine entsprechend große unipolare Spannung liefert, bei der durch Differentiation des vom Höhenmesser gelieferten Höhenwertes nach der Zeit ein Spannungswert für die Sinkgeschwindigkeit abgeleitet und dieser Wert zur Bildung eines eine Alarmeinrichtung betätigenden Signals mit dem vorgegebenen Sicherheitswert für die Sinkgeschwindigkeit verglichen wird.

Erfindungsgemäß wird der Vergleich in der Weise ausgeführt, daß der durch Differentiation des vom Höhenmesser gelieferten Spannungswertes gewonnene Spannungswert mit einem aus dem Spannungswert für die Höhe und dem Sicherheitswert für die Sinkgeschwindigkeit abgeleiteten Spannungswert sowie mit einem weiteren Spannungswert summiert wird, wobei der weitere Spannungswert aus der wählbaren Sinkgeschwindigkeitskurve abgeleitet ist; es wird des weiteren die Polarität der derart gewönnest» 589/103

nen Summenspannung ermittelt, und es wird schließlich die Alarmanlage in Tätigkeit gesetzt, wenn die Polarität der Summenspannung negativ ist.

In weiterer Ausbildung der Erfindung wird zur Ermittlung der Polarität der Summenspannung diese in beliebigem Rhythmus moduliert, und es wird von der modulierten Spannung nach entsprechender Verstärkung und Begrenzung die Gleichspannungskomponente wiederhergestellt; dadurch entstehen je nach Polarität der Summenspannung zwei sehr unterschiedliche Werte der Gleichspannungskomponente. Die Erfindung wird an Hand von Figuren näher erläutert, von denen

F i g. 1 eine graphische Darstellung zeigt, in der die Sinkgeschwindigkeit über der Flughöhe aufgetragen ist;

F i g. 2 zeigt eine Schaltung zur Erläuterung der grundsätzlichen Arbeitsweise der Erfindung; in

F ig. 3 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel gezeichnet; F i g. 4 zeigt eine Zerhackereinrichtung, und F i g. 5 zeigt einige Spannungskurven an verschiedenen Punkten der Schaltung.

Die wegen der Sicherheit noch zulässige Sinkgeschwindigkeit eines Flugzeuges, das von etwa 800 m ab die Landung vorbereitet, ist naturgemäß von der jeweiligen Flughöhe abhängig.

In F i g. 1 ist dies graphisch dargestellt. Auf der Abszisse ist die Flughöhe H in Metern, auf der Ordinate die Sinkgeschwindigkeit H in Metern pro Minute aufgetragen. Das Diagramm besteht aus zwei geradlinien Teilen AB und BC. Für den Teil AB hat H einen konstanten Wert Q, der in dem gezeichneten Beispiel etwa 50 m ist. Der geradlinige Teil BC kann in der Form H+KH+C= 0 ausgedrückt werden; K und C sind Konstanten.

Bei Flughöhen zwischen etwa 800 m und dem Wert Q ist die Sinkgeschwindigkeit eines Flugzeuges normalerweise geringer, als durch die Neigung der Strecke BC angezeigt ist. Es ist jedoch notwendig, Alarm zu geben, wenn die Sinkgeschwindigkeit des Flugzeuges größer ist. Bei Flughöhen unter dem Wert von Q wird dauernd Alarm gegeben, wenn das Flugzeug weiter an Höhe verliert.

Wenn die Sinkgeschwindigkeit des Flugzeuges geringer ist, als durch die Neigung der Strecke BC angegeben, hat die Summe von H+KH+C einen positiven Wert; ist sie größer, dann ist dieser Wert negativ, weil H negativ ist. Der Grundgedanke der Erfindung ist, elektrische Signale zu erzeugen, die jeweils ein Analogon zu den Wert von H, KH und C darstellen, die Summe dieser Werte zu bilden und die Polarität des Summensignals zu ermitteln.

Die Wirkungsweise der Einrichtung in ihren Grundzügen wird in Verbindung mit F i g. 2 erläutert, die ein Dämpfungsnetzwerk zeigt, unter anderem bestehend aus in Serie geschalteten Widerständen 1 und 2, an deren Endpunkte mittels Leitungen 4 und 5 eine der Flughöhe entsprechende Spannungsquelle und über einen Widerstand 6 eine Gleichspannungsquelle angelegt ist. Die Leitung 5 ist beiden Spannungsquellen gemeinsam und geerdet. Die Spannungsquellen sind so gepolt, daß die durch die Widerstände 1 und 2 fließenden Ströme sich arithmetisch addieren. Im Querzweig der Widerstände 1 und 2 liegt auch ein Differentiationsnetzwerk, bestehend aus einem Kondensator? und einem damit in Serie liegenden Widerstand 8. Am Verbindungspunkt des Kondensators 7 und des Widerstandes 8 und am Verbindungspunkt der Widerstände 1 und 2 ist die Serienschaltung zweier Widerstände 9 und 11 mittels Leitungen 12 bzw. 3 angeschaltet; am Verbindungspunkt der Widerstände 9 und 11 ist eine Leitung 10 angeschlossen.

Die Widerstandswerte der Widerstände 1 und 2 sind unter Berücksichtigung der Werte der Widerstände 11, 9 und 8 und der noch zwischen den Leitern 10 und 5 liegenden weiteren Widerstände so gewählt, daß die Analogspannung für die Höhe und die Gleichspannung am Leiter 10 gegen den Leiter 5

der -E?-Teil der entsprechenden beiden Spannungen

ist. Ist H die Analogspannung für die Höhe und C die Gleichspanung, dann ist die Summe dieser Spannungen am Leiter 10 gegen Erde (Leiter 5) gemessen H + C

K "

Die am Widerstände anstehende Spannung ist gleich dem Änderungsmaß von H, weil ja der Kondensator 7 und der Widerstand 8 ein Differentiationsnetzwerk bilden. Wenn H den Spannungsanteil am Leiter 10 gegen Erde gemessen darstellt, der durch die Differentiation von H entsteht, so ist die am Leiter 10 gegen Erde anstehende Gesamtspannung durch den Ausdruck

H + C K

+ H

gegeben.
Die weiter oben angeführte Gleichung

H+KH+C=0

kann, um sie für die vorliegende Schaltung gerecht zu machen, umgeformt werden in

H + C

= O.

Für ein sicheres Landemanöver eines Flugzeuges ist die Spannung am Leiter 10 gegen Erde gemessen positiv, Wenn die Sinkgeschwindigkeit größer wird, als es die Neigung der Linie BC anzeigt, wird diese Spannung negativ, weil H absolut genommen größer

TT 1

wird und während des Sinkens negativ ist.

Es ist daher notwendig, Alarm zu geben, wenn die Spannung am Leiter 10 gegen Erde gemessen negativ wird.

Gemäß F i g. 3 wird die Ausgangsspannung eines Höhenmessers 20 über zwei Signalwege einem Summiernetzwerk 21 eingegeben, nämlich zum einen über ein Dämpfungsnetzwerk 22, zum anderen über ein Differentiationsnetzwerk 23. Eine Gleichspannungsquelle 24 ist ebenfalls einem Eingang des Summiernetzwerkes 21 eingegeben. Die Ausgangsspannung des Summiernetzwerkes 21 wird an den einen Eingang eines Amplitudenmodulators 25 gelegt, an dessen anderen Eingang die Ausgangsspannung eines Multivibrators 26 angeschaltet ist. Der Amplitudenmodulator 25 ist ein sogenannter Quermodulator; er kann auch gemäß seiner Arbeitsweise als einfacher Zerhacker betrachtet werden. Die Ausgangsspannung des Zerhackers 25 wird über einen Verstärkerbegrenzer 27 und über eine Einrichtung zur Wiederherstellung der Gleichspannungskomponente 28 einem Glättungsnetzwerk 29 zugeführt, dessen Ausgangsspannung die Warneinrichtung 30 steuert.

gegeben wird, ^r ist. Die Konstante K wird aus der

Der Höhenmesser in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist ein mit elektromagnetischen Wellen arbeitender Höhenmesser; es können aber auch andere Arten von Höhenmessern benutzt werden, z. B. barometrische Höhenmesser mit einem Umwandler, bei denen der Analogwert für die Höhe eine entsprechende Gleichspannung ist. Der Vorteil der Anwendung eines mit elektromagnetischen Wellen arbeitenden Höhenmessers ist, daß auch Unebenheiten der Erdoberfläche mit erfaßt werden, indem ansteigendes Gelände als Sinken des Flugzeuges registriert wird.

Das Dämpfungsnetzwerk 22 und das Differentiationsnetzwerk 23 sind ähnlich dem in F i g. 2 gezeichneten. Das Summiernetzwerk 21 ist nur aus ohmschen Widerständen aufgebaut.

Damit die Warneinrichtung 30 bei Höhen unter etwa 50 m dauernd, unbeschadet der Sinkgeschwindigkeit, anspricht, wird über eine Leitung 31 direkt vom Höhenmesser ein Triggersignal der Warneinrichtung 30 eingegeben. ao

Den Eingangsklemmen des Dämpfungsnetzwerkes 22 wird die Ausgangsspannung h des Höhenmessers

20 eingegeben. Die Spannung h ist proportional der Höhe über Grund H. Die Konstanten des Dämpfungsnetzwerkes 22 sind so gewählt, daß die Ausgangsspannung, die dem Summiernetzwerk ein-

H ,_

Neigung des die Sinkgeschwindigkeit darstellenden Kurventeiles, das ähnlich der Strecke BC in F i g. 1 verläuft, abgeleitet. Die Spannung h wird auch dem Differentiationsnetzwerk 23 eingegeben, dessen Ausgangsspannung eine negative Spannung H ist, die der Änderung von h in der Zeiteinheit entspricht. Diese Spannung wird auch dem Summiernetzwerk 21 eingegeben. Aus der Spannungsquelle 24 wird eine feste

Gleichspannung der Größe -= dem Summiernetzwerk

TT

21 zugeführt, in dem die drei Spannungen -=-, H

und -= addiert werden. Der Wert von C wird auch aus der Sinkgeschwnidigkeitskurve abgeleitet. Ist H

TT _I /Ί

kleiner als —=—, ist die Ausgangsspannung des

a

Summieraetzwerkes 21 positiv; ist H größer, so ist sie negativ. Die dem Summierwerk 21 nachgeschalteten Geräteteile 25 bis 29 (F i g. 3) dienen nur dazu, die Polarität der Ausgangsspannung des Summiernetzwerkes 21 zu ermitteln, die normalerweise nur einige Millivolt beträgt, und die Alarmeinrichtung 30 zu betätigen, wenn diese Spannung negativ ist.

Die Ausgangsspannung des Summiernetzwerkes 21 wird einer Zerhackerschaltung 25 eingegeben. Das Grundprinzip einer solchen Schaltung ist in F i g. 4 beispielsweise dargestellt. Sie besteht aus einer im Signalweg liegenden Impedanz 40 und einem quer zum Signalweg liegenden Transistor 41, der als Schalter arbeitet. Das Signal wird an den Klemmen

42 und 43 eingeführt, wobei die Klemme 43 am Bezugspunkt (Erde) liegt, und das Ausgangssignal wird an den Klemmen 44 und 45 abgenommen; die Klemme 45 liegt auch an Erde. Ein Signal zur Steuerung des Zerhackers 25 wird einem Multivibrator 26 (F i g. 3) entnommen und an die Klemmen 46 und

43 (Erde) angeschlossen. Die Klemme 46 ist mit der Basis des Transistors 41 verbunden, so daß der Transistor 41 abwechselnd in den leitenden oder nicht-

40 leitenden Zustand gesteuert wird. Der Wert der Impedanz 40, die in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ein Widerstand ist, wird hinreichend hoch gewählt, daß die an der Klemme 44 gegen Erde (Klemme 45), d. h. die zwischen Kollektor und Emitter anstehende Spannung, im leitenden Zustand des Transistors 41 vernachlässigbar klein ist.

In Fig. 5A ist ein am Eingang des Zerhackers 25 anliegendes Signal mit positiven Vorzeichen und konstanter Größe dargestellt. Die gestrichelt gezeichnete Linie 52 stellt Nullpotential dar. In F i g. 5 B ist ein Signal mit negativen Vorzeichen dargestellt.

In F i g. 5 C ist die Form der Schaltspannung 52, die an den Klemmen 46 und 43 anliegt, d. h. die Steuerspannung für die Basis des Transistors 41 dargestellt. Die Dauer der positiven und negativen Perioden ist ungleich; das Verhältnis möge in dem hier angenommenen Beispiel 10:1 betragen. Im allgemeinen ist die Größe des Signals am Eingang des Zerhackers über eine lange Zeit gesehen nicht konstant; für einige wenige Perioden der Steuerspannung kann man sie aber als konstant betrachten.

Der Transistor 41 ist ein pnp-Transistor und wird daher für negative Auslenkungen der Steuerspannung leitend, und ist bei positiven Auslenkungen gesperrt.

In Fig. 5D und 5E sind die Zerhacker-Ausgangsspannungen an der Klemme 44 gegen Erde gezeichnet. Während der positiven Auslenkungen der Steuerspannung erhält man positive Stromstöße (53 in Fig. 5D); ist die Steuerspannung negativ, so ist die Ausgangsspannung nahezu Null (Fig. 5E).

Die Ausgangsspannung des Zerhackers 25 wird im Schaltungsteil 27 verstärkt und begrenzt, so daß seine Ausgangsspannung eine konstante Amplitude hat; danach wird im Schaltungsteil 28 die Gleichstromkomponente dieser Spannung wiederherstellt. In den F i g. 5 F und 5 G sind Spannungsformen am Ausgang des Schaltungsteiles 28 bei positiver Signalspannung gemäß F ig. 5 A bzw. bei negativer Signalspannung gemäß F i g. 5 B dargestellt. Diese Ausgangsspannung wird in dem Glättungsnetzwerk 29 in eine positive Gleichspannung verwandelt, die, je nach der Polarität der Signalspannung, zwei ganz verschiedene Werte annimmt.

Diese Spannung wird dazu benutzt, um ein Relais in der Warneinrichtung 30 zu betätigen, wodurch dann Alarm gegeben wird, wenn jene Gleichspannung den niedrigen Pegel hat, was der Spannungskurve gemäß F i g. 5 G entspricht, d. h., wenn die Signalspannung gemäß F i g. 5 B negativ ist.

Die Schaltungsanordnung könnte natürlich auch derart ausgeführt werden, daß ein negatives Signal gemäß F i g. 5 B eine größere Gleichspannung erzeugt und in entsprechender Weise dann die Alarmeinrichtung betätigt.

In der hier beschriebenen Ausführungsform wird zwar die Ausgangsspannung des Summiernetzwerkes in einer Weise moduliert, die einem harten Aus- und Einschalten entspricht; der Modulationsgrad ist jedoch für die Arbeitsweise nicht entscheidend. Es ist auch ohne Bedeutung, ob — wie hier — ein rechteckförmiges Modulationssignal oder andere asymmetrische Wellenformen benutzt werden.

Anstatt das kombinierte Signal am Ausgang des Summiernetzwerkes 21 zu modulieren, kann man auch die drei Komponenten einzeln mit der gleichen Modulationsspannung modulieren und dann erst summieren.

Die Erfindung ist auch nicht nur anwendbar auf Fälle, in denen der Differentialquotient H des gemessenen Höhenwertes H negativ ist, d. h., wenn die Höhe sich verkleinert. Beim Aufsteigen eines Flugzeuges, wenn also H positiv ist und ebenso die Summe der Signale von H₁ H und C immer positiv ist, könnte auch ein Meßwert für das Aufsteigen abgeleitet werden; in ähnlicher Weise, wie oben beschrieben, würde sich das Vorzeichen der Summenspannung umkehren, wenn beim Aufsteigen der Wert H einen festgelegten Sicherheitswert überschreitet.

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Warneinrichtung für das Überschreiten eines vorgegebenen Sicherheitswertes für die Sinkgeschwindigkeit eines landenden Flugzeuges in Verbindung mit einem Höhenmesser, der als elektrisches Äquivalent für die Höhe eine entsprechend große unipolare Spannung liefert, bei der durch Differentiation des vom Höhenmesser gelieferten Höhenwertes nach der Zeit ein Spannungswert für die Sinkgeschwindigkeit abgeleitet und dieser Wert zur Bildung eines eine Alanneinrichtung betätigenden Signals mit dem vorgegebenen Sicherheitswert für die Sinkgeschwindigkeit verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleich in der Weise ausgeführt wird, daß der durch Differentiation (Differentiationsnetzwerk 23) des vom Höhenmesser (20) gelieferten Spannungswertes (H) gewonnene Spannungswert (H) mit einem aus dem Spannungswert für die Höhe (H) und dem Sicherheitswert (2£) für die Sinkgeschwindigkeit abgeleiteten Spannungswert (-~l sowie mit einem weiteren

   Spannungswert (-=-) summiert (Summiernetzwerk

   21) wird, wobei der Spannungswert C aus der wählbaren Sinkgeschwindigkeitskurve abgeleitet ist, daß die Polarität (plus bzw. minus) der Summenspannung

   H + C K

   ermittelt wird, wenn die Polarität der Summenspannung negativ ist.

   2. Warneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Polarität der Summenspannung

   + H

   H + C K

   diese in beliebigem Rhythmus moduliert (Modulator 25) wird, und daß von dieser modulierten Spannung nach entsprechender Verstärkung und Begrenzung (Verstärkerbegrenzer 27), die Gleichspannungskomponente wiederhergestellt (Siebglied 28; Glättungsnetzwerk 29) wird, wodurch je nach Polarität der Summenspannung

   + H

   H + C K

   zwei sehr unterschiedliche Werte der Gleichspannungskomponente entstehen.

   3. Warneinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Alarmeinrichtung (30) durch den kleineren Gleichspannungswert betätigt wird.

   4. Warneinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur dauernden Alarmgabe unterhalb einer festgesetzten Höhe die Alarmeinrichtung (30) von einem aus dem Spannungswert (H) für die Höhe (Höhenmesser 20) abgeleiteten Triggersignal (Leitung 31) unmittelbar betätigt wird.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Auslegeschrift Nr. 1110 922;
   USA.-Patentschrift Nr. 3 080546.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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