DE1284852B - Landesystem fuer lotrecht oder steil landende Luftfahrzeuge - Google Patents

Description

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Um die der vorliegenden Erfindung zugrunde system nicht nur für VTOL-Flugzeuge, sondern auch liegende Aufgabe zu erläutern, soll zunächst kurz auf für andere Luftfahrzeuge, die außer der hohen Gedie Unterschiede eingegangen werden, die zwischen schwindigkeit ähnliche Flugeigenschaften haben, insder Landung eines normalen Flugzeuges und der besondere für Hubschrauber.

Landung eines Flugzeuges mit VTOL-Eigenschaften 5 In Fortführung des Grundgedankens der Erfinbestehen. dung kann man im Luftfahrzeug weitere, von der

Das normale Flugzeug wird von der aerodynami- Horizontalentfernung des Luftfahrzeuges zum Landeschen Auftriebskraft getragen. Es muß daher bis zur punkt gesteuerte Funktionsgeber anordnen, die eine Bodenberührung eine bestimmte minimale Flug- Soll-Höhe und/oder eine Soll-Ablage des Luftfahrgeschwindigkeit beibehalten. Beim VTOL-Flugzeug io zeuges von einer Vertikalebene durch den Landeerfolgt die Abbremsung der Fluggeschwindigkeit von punkt liefern, wobei die zwischen den Sollwerten einem Wert, bei dem die aerodynamische Auftriebs- und den zugehörigen, im Landeanflugrechner bekraft das Flugzeug noch allein trägt, bis auf einen rechneten Istwerten gebildeten Differenzen entweder Wert, bei dem die Übergrundgeschwindigkeit Null auf dem Anzeigegerät dargestellt oder zur selbsterreicht ist, vor Beginn des senkrechten Abstiegs. 15 tätigen Steuerung verwertet werden. Das hat den Während dieser Übergangsphase wird der aero- Vorteil, daß der Pilot sein Ziel aus einer beliebigen dynamische Auftrieb kontinuierlich durch die Verti- Richtung anfliegen und somit unabhängig von seinem kal-Komponente der resultierenden Strahlkraft er- augenblicklichen Kurs in die Übergangsphase einsetzt. Eine horizontale Komponente der Strahlkraft treten kann.

in Verbindung mit einer durch Anstellwinkel-Ver- ao Da das Höhenprofil der Flugbahn dem Gewicht größerung wirksamen Luftwiderstandskraft wirken des Luftfahrzeuges und dem Geländeprofil in der als Bremskräfte. - , Umgebung des Landepunktes angepaßt sein muß,

Um die Übergangsphase optimal durchführen zu empfiehlt es sich, die Funktionsgeber einein oder zu können, d. h. um mit der Übergrundgeschwindigkeit Flugprogrammen kombiniert einstellbar auszubilden. Null über dem gewünschten Landepunkt anzukom- 35 Die Programme können vom Piloten oder durch men und die Übergangsphase auch nicht zu früh Funkbefehl vom Boden aus einschaltbar sein. Außereinzuleiten und damit Treibstoff zu vergeuden, dem ist es vorteilhaft, auf dem Anzeigegerät auch die braucht der Pilot des VTOL-Flugzeuges genaue ermittelten Ist-Werte anzuzeigen. Kenntnis über die noch zurückzulegende Horizontal- Als Anzeigegerät wird am besten ein Braunsches

entfernung zum Landepunkt. Ein Landesystem muß 30 Rohr mit einem in der Mitte des Anzeigefeldes bedaher diesen Wert sowie weitere Angaben über Soll- findlichen Luftfahrzeugsymbol verwendet, wobei der Kurs und Soll-Höhe zur Verfügung stellen. von den Differenzwerten gesteuerte Elektronenstrahl

Aus Genauigkeitsgründen kommt zur Messung der den Höhenfehler durch die Lage eines horizontalen Horizontalentfernung zum Ziel sowie der Richtung Leuchtstriches, den Seitenablagefehler durch die zum Landepunkt bzw. der seitlichen Ablage nur eine 35 Lage eines Vertikalen Leuchtstriches gegenüber dem entsprechend ausgelegte Funkverbindung Bord— Luftfahrzeugsymbol und den Übergrundgeschwindig-Ziel—Bord in Frage. Ein Funkhöhenmesser liefert keitsfehler durch ein Kreisbogenstück mit veränderzusätzlich die Höhe über Grund. barer Bogenlänge darstellt.

Nach Bereitstellung dieser Meßwerte hätte der Die Ist-Ubergrundgeschwindigkeit kann auf dem

Pilot außer auf die Triebwerks- und Flugwerküber- 40 Anzeigefeld des Braunschen Rohres durch eine von wachungseinrichtungen noch mindestens auf Rieh- dem Elektronenstrahl geschriebene Kreisbogenlänge tung, Entfernung und Höhe zu achten und diese dargestellt werden, wobei die Stellung einer auf dem drei letztgenannten Größen im Kopf zu entsprechen- Kreisbogen aufgesetzten Strichmarke der Soll-Überden Steuerbefehlen zu verarbeiten. grundgeschwindigkeit entspricht. Dann gibt das Stück

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Lande- 45 des Kreisbogens zwischen dem feststehenden Ansystem vorzuschlagen, mit dem die Übergrund- fangspunkt und der Strichmarke die Soll-Übergrundgeschwindigkeit von VTOL-Flugzeugen entsprechend geschwindigkeit und das Stück zwischen dem bewegder Annäherung an den Landepunkt verringert wer- liehen Endpunkt und der Strichmarke den Überden kann, wobei das VTOL-Flugzeug über dem grundgeschwindigkeitsfehler wieder. Die Ist-Höhe Landepunkt die Übergrundgeschwindigkeit Null er- 50 kann durch den Abstand eines zusätzlichen horizonreicht. . talen Leuchtstriches vom Luftfahrzeugsymbol an-

Unter Verwendung funkelektrischer Einrichtungen gegeben werden. Auch wird noch vorgeschlagen, zur Messung der' auf den Landepunkt und auf die während der Abstiegsphase den Landeplatz und das Nordrichtung bezogenen Raumkoordinaten und eines Luftfahrzeug in einer Draufsichtdarstellung zu zeigen, an Bord angeordneten Landeanflugrechners wird ein 55 Der Landeplatz kann durch einen Kreis symbolisiert Landesystem für lotrecht landende Luftfahrzeuge werden, der relativ zu einem anderen auf dem Anvorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß zeigefeld feststehenden Luftfahrzeugsymbol einaus den Raumkoordinaten im Landeanflugrechner geblendet wird.

fortlaufend die Horizontalentfernung des Luftfahr- An Hand der Zeichnung wird im folgenden ein

zeuges zum Landepunkt sowie der Istwert seiner 60 Ausführungsbeispiel des Landesystems erläutert. Es Übergrundgeschwindigkeit berechnet wird, wobei ein zeigt

Funktionsgeber einen von der Horizontalentfernung F i g. 1 eine schematische Darstellung der Geräteabhängigen Sollwert der Übergrundgeschwindigkeit anordnung im Luftfahrzeug sowie am Landepunkt, liefert und die zwischen dem Soll- und dem Istwert F i g. 2 eine schematische Darstellung des Flug-

der Übergrundgeschwindigkeit gebildete Differenz 65 bahnverlaufs bei einer VTOL-Landung, entweder auf einem Anzeigegerät dargestellt oder Fig.3 bis 8 jeweils das Anzeigefeld des Braun-

einem Flugregler zugeführt wird. sehen Rohres mit den darzustellenden Parametern

Selbstverständlich eignet sich ein solches Lande- und Symbolen,

F i g. 9 eine schematische Darstellung mechanischer bedeuten, daß die Übergrundgeschwindigkeitsanzeige

Funktionsgeber und ihrer Kombination zu einstell- noch nicht in Betrieb ist.

baren Flugprogrammen. Zu Beginn der Übergangsphase wird die Die Bodenstation 6 (Fig. 1) besteht aus einem Übergrundgeschwindigkeitsanzeige eingeschaltet. Die Transponder, der auf Grund einer bestimmten Ken- 5 Strichmarke 14 beginnt nun von der oberen Mittelnung eines von Bord des Luftfahrzeuges ausgesand- lage aus zu wandern und bewegt sich entgegen dem ten Signals anspricht. Dieses Signal wird von einem Uhrzeigersinn nach und nach um den ganzen Kreis-Sender-Empfangsgerät 1 an Bord des Luftfahrzeuges bogen 13 herum. Dabei stellt die Kreisbogenlänge ausgesandt, und das vom Transponder 6 rückgesen- zwischen der Strichmarke 14 und dem oben festdete Signal wird im Sender-Empfangsgerät 1 wieder io stehenden Punkt des Kreisbogens die Soll-Übergrundaufgenommen. Aus der Laufzeit dieses Signals wird geschwindigkeit dar, während das Kreisbogenstück die Schrägentfernung ermittelt. Zur exakten Durch- 13 a zwischen der Strichmarke und dem wandernden führung einer Landung eines aus einer beliebigen Endpunkt 17 den Übergrundgeschwindigkeitsfehler Richtung anfliegenden Luftfahrzeuges ist es aller- darstellt. Der Kreisbogen 13 insgesamt gibt die Istdings erforderlich, am Landeplatz mindestens drei 15 Übergrundgeschwindigkeit wieder. Der Pilot wird Transponder in einer bestimmten geometrischen Figu- also die Abbremsung des Luftfahrzeuges so vorration aufzustellen und die von ihnen zurückgesen- nehmen, daß der Endpunkt 17 des Kreisbogens jedeten Signale im Sender-Empfangsgerät 1 aufzuneh- weils mit der auf dem Kreisbogen wandernden Strichmen. Diese Signale werden dem Landeanflugrech- marke zusammenfällt. In der Darstellung nach ner 3 zugeführt. Weiterhin ist noch ein Hochfrequenz- ao F i g. 4 ist das noch nicht der Fall. Der Pilot erkennt Höhenmesser 2 vorgesehen, dessen Meßergebnisse daraus, daß die augenblickliche Ist-Übergrundebenfalls dem Landeanflugrechner 3 zugeführt wer- geschwindigkeit noch etwas größer ist als die Soliden. Die Soll-Werte der zu bestimmenden Größen Übergrundgeschwindigkeit.

werden einem Funktionsgeber 4 entnommen und Gemäß der Darstellung nach F i g. 5 befindet sich

ebenfalls dem Landeanflugrechner zugeführt. Der 25 das Luftfahrzeug unmittelbar >in der Nähe des

Funktionsgeber 4 wird in Abhängigkeit von der er- Schwebepunktes. DieSoll-Übergrundgeschwindigkeit,

rechneten Horizontalentfernung E des Luftfahrzeuges die durch die Strichmarke 14 angezeigt wird, steht

von dem Landepunkt gesteuert. bereits auf Null, die Ist-Übergrundgeschwindigkeit,

Die im Landeanflugrechner 3 ermittelten Diffe- die nur durch die Länge des Kreisbogenstückes 13 a

renzwerte werden dem Anzeigegerät 5 zugeführt. 30 dargestellt wird, ist jedoch noch nicht ganz zu Null

In F i g. 2 ist der Flugbahnverlauf bei einer VTOL- geworden.

Landung dargestellt. Ein Luftfahrzeug 8 kommt auf Im nächsten Augenblick beginnt der senkrechte einem Anflugweg 9 in die Übergangsphase 7, in der Abstieg des Luftfahrzeuges. Das erkennt der Pilot dardas Luftfahrzeug derart gesteuert werden muß, daß an, daß der horizontale Strich 12 gemäß F i g. 6, der die Übergrundgeschwindigkeit am Ende der Über- 35 von dem Höhenfehler gesteuert wird, nach unten ausgangsphase7 zu Null geworden ist. Der Übergang zuwandern beginnt. Der Pilot muß nun, um den kann auf einer horizontalen Bahn a, aber auch auf Strich wieder mit dem Luftfahrzeugsymbol 15 zur einer geneigten Bahn b erfolgen. Der Endpunkt der Deckung zu bringen, seine Höhe laufend vermindern. Übergangsphase (Schwebepunkt) liegt annähernd Dieser Vorgang könnte seitens des Piloten fortsenkrecht über dem Landepunkt, in dem das Luft- 40 gesetzt werden, bis die Maschine auf dem Boden auffahrzeug aufsetzen muß. setzt. Jetzt wird dem Piloten jedoch zusätzlich eine An Hand der F i g. 3 bis 8 wird ein Ausführungs- Anzeige gegeben, die es ihm ermöglicht, während der beispiel für die elektronische Darstellung der Lande- lotrechten Abstiegsphase die jeweilige Höhe über dem informationen erläutert. Der Kreis 10 in den F i g. 3 Boden auf dem Bildschirm zu erkennen. Dies gebis 8 stellt den Rand des Bildschirmes eines Braun- 45 schieht gemäß der Darstellung nach F i g. 6 dadurch, sehen Rohres dar. In der Mitte des Bildschirmes ist daß der Erdboden durch einen kurzen horizontalen ein feststehendes Luftfahrzeugsymbol 15 eingezeich- Leuchtstrich 21 auf dem Bildschirm des Braunschen net. Der vertikale Leuchtstrich 11 und der horizon- Rohres dargestellt wird. Der Abstand zwischen dietale Leuchtstrich 12 geben in der Übergangsphase sem Leuchtstrich 21 und dem Luftfahrzeugsymbol 15 die Seiten- bzw. Höhenlage in bezug auf einen Soll- 50 entspricht der augenblicklichen Flughöhe. Beim Wert an. Das Luftfahrzeug hat sich in beliebiger weiteren Abstieg des Luftfahrzeuges bewegt sich nun Höhe und mit beliebiger Geschwindigkeit dem Lande- der Leuchtstrich 21 nach oben und erreicht beim Aufplatz genähert. In einer vorgegebenen Entfernung setzen des Luftfahrzeuges das Luftfahrzeugsymbol 15 vom Landeplatz beginnt der eigentliche Lande- auf dem Bildschirm.

anflug, für den ein bestimmtes Höhenprofil im 55 Diese Art der Darstellung für den lotrechten Ab-

Landeanflugrechner 3 programmiert ist. Die beiden stieg könnte insofern als nicht ausreichend angesehen

Leuchtstriche 11 und 12 im linken Teil des Anzeige- werden, als der Pilot ja auch bei schlechter Sicht den

bildes gemäß F i g. 3 zeigen dem Piloten an, daß er Landeplatz treffen muß.

sich rechts oberhalb des Landeprofils befindet. Er Um das genau zentrische Aufsetzen des Luftfahr-

wird also etwas nach links unten schwenken, bis sich 60 zeuges auf dem Landeplatz anzuzeigen, wird daher

die Leuchtstriche in der Mitte des Flugzeug- entsprechend den Darstellungen nach F i g. 7 und 8

symbols 15 kreuzen. Diese Anzeige ist in Fig. 4 bei Erreichen des Schwebepunktes eine zusätzliche

dargestellt. symbolische Darstellung in den oberen Teil des BiId-

Die Leuchtstriche 11 und 12 werden von einem schirmes eingeblendet. Für diese Darstellung ist auf

vom Elektronenstrahl geschriebenen Kreisbogen 13 6g dem Bildschirm genügend Platz, weil in diesem

und einer auf dem Kreis beweglichen Strichmarke 14 Augenblick die Übergrundgeschwindigkeit nicht

umgeben. Die Stellung der Strichmarke 14 oben in mehr interessiert,

der Mitte und der voll ausgeschriebene Kreisbogen Diese zusätzliche Darstellung zeigt auf dem Bild-

schirm in Form eines durch den Elektronenstrahl geschriebenen Kreises 23 den Landeplatz an. Durch ein Luftfahrzeugsymbol 22, das unbeweglich auf den Bildschirm geschrieben wird, wird das Luftfahrzeug in Draufsicht dargestellt. Der Pilot kann nunmehr aus der Darstellung gemäß F i g. 7 erkennen, daß er beim Abstieg etwas über den genauen Landepunkt hinausgeraten ist und daß er gleichzeitig etwas nach links abgetrieben wurde. Der Kreis 23 verläuft also exzentrisch zum Luftfahrzeugsymbol 22. Die seitliche Abtrift wird zusätzlich durch das Auswandern des vertikalen Leuchtstriches 11 erkennbar. Unter der Annahme, daß das VTOL-Flugzeug durch entsprechende Düsenverstellung allseitig manövrieren kann, wird der Pilot bestrebt sein, den Kreis 23 zentrisch zum Luftfahrzeugsymbol 22 zu halten, so daß er entsprechend der Darstellung gemäß F i g. 8 genau am vorgeschriebenen Landepunkt aufsetzt.

Die Ausführung einer Programmsteuerung in Verbindung mit der an Hand der F i g. 3 bis 5 erläuterten ac Darstellung sei an Hand eines mechanischen Funktionsgebers erläutert, der mit Kurvenscheiben arbeitet (F ig. 9).

Die vom Funkentfernungsmesser gelieferten Schrägentfernungen werden in dem Entfernungsrechner25, einem Teil des Landeanflugrechners 3, verarbeitet. Dieser liefert eine Steuerspannung, die proportional zur Horizontalentfernung £ vom Landepunkt ist, an einen Servokreis 26. Ein Servomotor 27 treibt über eine passende Untersetzung 28 die Welle 29 mit den Kurvenscheiben. Es sind beispielsweise sechs Kurvenscheiben 30 bis 35 vorhanden, so daß je drei Höhen- und Geschwindigkeitsprogramme zur Verfügung stehen.

Jede Kurvenscheibe verstellt ein Linearpotentiometer 37 bis 42. Die Spannung am Schleifer eines Potentiometers entspricht also dem augenblicklichen Sollwert der Höhe bzw. der Übergrundgeschwindigkeit. Zwei Wahlschalter 43 und 44 gestatten die Auswahl des jeweils benötigten Höhen- bzw. Geschwindigkeitsprofils. Die Schalter sind vorzugsweise miteinander gekuppelt, so daß jedem Höhenprofil ein bestimmtes Übergrundgeschwindigkeitsprofil zugeordnet ist.

Die Soll-Höhe wird in einem Addiernetzwerk 45 mit der z. B. vom Hochfrequenz-Höhenmesser 2 gelieferten Ist-Höhe verglichen, so daß die der Höhenabweichung entsprechende Differenzspannung zur Steuerung des horizontalen Leuchtstriches auf dem Bildschirm zur Verfügung steht (F i g. 3 bis 5).

Die der Soll-Übergrundgeschwindigkeit entsprechende Spannung kann unmittelbar zur Steuerung der Strichmarke 14 herangezogen werden. ·

Eine der Ist-Übergrundgeschwindigkeit entsprechende Steuerspannung kann der Entfernungsrechner 25 liefern, wenn die zeitliche Änderung (Differentialquotient) der Entfernung berechnet wird. Diese Steuerspannung beeinflußt auf elektronischem Wege die Länge des Kreisbogens, der die Ist-Übergrundgeschwindigkeit anzeigt, gemäß der Darstellung nach F i g. 3 bis 5.

Selbstverständlich kann auch im Falle der Übergrundgeschwindigkeit ein elektrischer Vergleich zwischen Soll- und Istwert vorgesehen werden. Das hieraus gewonnene Differenzsjgnal kann einem Flugregler für eine vollautomatische Landung zugeführt werden.

Die Kurvenscheiben des Speichers könnten nicht nur mechanisch, sondern auch optisch oder, wenn aus Metall gefertigt, kapazitiv oder induktiv abgetastet werden. Auch rein elektrisch arbeitende Funktionsgeber sind denkbar, z. B. Widerstandsnetzwerke, die elektronisch geschaltet werden. Wenn der Entfernungsrechner digital arbeitet, würden sich auch für die Programmierung die verschiedenen Arten von digitalen Funktionsgebern anbieten.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Landesystem für lotrecht oder steil landende Luftfahrzeuge mit einem an Bord angeordneten Landeanflugrechner und funkelektrischen Einrichtungen zur Messung der auf den Landepunkt und auf die Nordrichtung bezogenen Raumkoordinaten des Luftfahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Raumkoordinaten im Landeanflugrechner (3) fortlaufend die Horizontalentfernung (E) des Luftfahrzeuges zum Landepunkt sowie der Istwert (v) seiner Übergrundgeschwindigkeit berechnet wird, wobei ein Funktionsgeber (4) einen von der Horizontalentfernung (E) abhängigen Sollwert der Übergrundgeschwindigkeit liefert und die zwischen dem SoIl- und dem Istwert der Übergrundgeschwindigkeit gebildete Differenz entweder auf einem Anzeigegerät (5) dargestellt oder einem Flugregler zugeführt wird.

2. Landesystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch weitere, von der Horizontalentfernung (E) des Luftfahrzeuges zum Landepunkt gesteuerte Funktionsgeber, die eine Soll-Höhe und/oder eine Soll-Ablage des Luftfahrzeuges von einer Vertikalebene durch den Landepunkt liefern, wobei die zwischen den Sollwerten und den zugehörigen, im Landeanflugrechner berechneten Istwerten gebildeten Differenzen entweder auf dem Anzeigegerät (5) dargestellt oder zur selbsttätigen Steuerung verwertet werden.

3. Landesystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionsgeber einzeln oder zu Flugprogrammen kombiniert einstellbar ausgebildet und den jeweiligen bei der Landung vorliegenden Verhältnissen anpaßbar sind.

4. Landesystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Programme vom Piloten oder durch Funkbefehl von der Bodenstation aus einschaltbar sind.

5. Landesystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Anzeigegerät (5) auch die ermittelten Istwerte angezeigt werden.

6. Landesystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Anzeigegerät ein Braunsches Rohr mit einem in der Mitte des Anzeigefeldes (10) befindlichen Luftfahrzeugsymbol (15) vorgesehen ist, wobei der von den Differenzwerten gesteuerte Elektronenstrahl den Höhenfehler durch die Lage eines horizontalen Leuchtstriches (12), den Seitenablagefehler durch die Lage eines vertikalen Leuchtstriches (11) gegenüber dem Luftfahrzeugsymbol (15) und den Übergrundgeschwindigkeitsfehler durch ein Kreisbogenstück (13 a) mit veränderbarer Bogenlänge darstellt.

7. Landesystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ist-Übergrundgeschwindigkeit auf dem Anzeigefeld des Braunschen Rohrs

durch eine vom Elektronenstrahl geschriebene Kreisbogenlänge dargestellt wird, wobei die Stellung einer auf dem Kreisbogen (13) aufgesetzten Strichmarke (14) der Soll-Übergrundgeschwindigkeit entspricht.

8. Landesystem nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen horizontalen Leucht-

strich (21), dessen Abstand vom Luftfahrzeugsymbol (15) die jeweilige Isthöhe angibt.

9. Landesystem nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen den Landeplatz symbolisierenden Kreis (23), der relativ zu einem anderen auf dem Anzeigefeld feststehenden Luftfahrzeugsymbol (22) eingeblendet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

809640/1477