DE1456128A1

DE1456128A1 - System zum Landen von Luftfahrzeugen

Info

Publication number: DE1456128A1
Application number: DE19651456128
Authority: DE
Inventors: Cella Richard T
Original assignee: CELLA RICHARD T
Current assignee: CELLA RICHARD T
Priority date: 1965-02-02
Filing date: 1965-02-06
Publication date: 1969-10-16
Also published as: GB1092821A; NL6501312A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein System zum Landen mit Präzisionsinstrumenten für Luftfahrzeuge und hat zum Zweck, ein System bzw. eine Anlage zu schaffen, welche den Piloten zur Berührungsstelle mit dem Boden führen kann.

Instrumenten-Landesysterne derjenigen Art, wie sie heute im Gebrauch sind, können den Piloten während der Annäherung an das Landefeld führen, sind jedoch nicht genau genug, um das Luftfahrzeug zu einer tatsächlichen Landung hereinzubringen. Pur die tatsächliche Berührung nach unten ist eine gewisse Sichtbarkeit erforderlich.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein System zu schaffen, welches am Ende der Annäherung wirksam wird und welches imstande ist, das Luftfahrzeug nach unten mit der Landebahn in Berührung zu bringen.

Eine weitere Aufgabe„der Erfindung besteht darin, ein

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System der oben genannten Art zu schaffen, bei welchem die Anzeigen an Instrumente für manuelles Landen durch den Piloten angelegt oder dazu verwendet werden können, Autopiloten zum selbständigen Landen ohne das Einwirken eines Piloten zu steuern.

Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung hervor.

Das Landesystem schafft eine genaue Links-Rechts-Anzeige, welche angeschlossen ist, um einen Llnks-Rechts-Zeiger zum Zentrieren des Luftfahrzeuges mit der Laufbahn zu betätigen, wenn es sich der Berührungsstelle nähert und sich zu dieser Stelle vorbewegt. Eine zweite Vorrichtung zeigt dem Piloten, ob er sich oberhalb oder unterhalb des genehmigten Gleitweges zum Ende der Laufbahn bzw. des Rollfeldes befindet. Weiterhin sind Mittel vorgesehen, welche anzeigen, wann das Luftfahrzeug sich über das Ende der Landebahn hinausbewegt hat und die Höhe des Luftfahrzeuges oberhalb der Landebahn bis zu der Berührungsstelle genau anzeigen. Ein Alarmanzeiger ist weiterhin vorgesehen, der den Piloten warnt, falls die Bodenberührung nicht in einem genügenden Abstand vor dem Ende der Landebahn stattgefunden hat.

Das System basiert auf der Verwendung von Zeit-Meßinstrumenten auf Radarbasis, einer Art, welche Messungen mit einem sehr hohen Genauigkeitsgrad vornehmen kann.Beispielsweise ist eine Genauigkeit in der Größenordnung von

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1 % gegeben. Bei einem solchen System kann die Höhe des Luftfahrzeuges über Grund mit einer Genauigkeit von etwa 30 cm gemessen werden, und die anderen Messungen können mit einer entsprechenden Genauigkeit vorgenommen werden. Solche Instrumente sind im Handel verfügbar, und die Einzelheiten der Instrumente selbst bilden keinen Teil der vorliegenden Erfindung.

Das Wesen der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die nachfolgende Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen besser verständlich, in welcher eine besondere Ausführungsform für die Zwecke der Illustration dargestellt ist.

Fig. 1 ist eine schematische Draufsicht eines Landestreifens, welcher das Arbeiten der Links-Rechts-Anzeige-Einrichtung wiedergibt. Fig. 2 ist ein Blockdiagramm der Radarausrüstung zum Bestimmen der Links-Rechts-Anzeige und der Gleitbahnanzeige.

Fig. 3 ist eine Seitenansicht eines Luftfahrzeuges und eines Landestreifens, welche das Gleitbahn- Abtastsystem wiedergibt.

Fig. 4 zeigt eine mögliche Anordnung von Instrumenten auf dem Instrumentenbrett und am Luftfahrzeug.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen seigt Fig. 1 ein Luftfahrzeug 10, das zum Landen auf einer

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Landebahn 11 hereinkommt. In der Mitte der Landebahn IO und in einem beträchtlichen Abstand zu ihrer Linken und zu ihrer Rechten sind ein Paar Resonanz-Wanderwellen-Reflektoren 12 und 13 vorgesehen, die, wie dargestellt, rechts und links von der Landebahn 11 angeordnet sind. Die Reflektoren 12, 13 können den Reflektoren 12, 13 gemäß Fig. 1 der U.S. Patentschrift 2 426 218 entsprechen, oder sie können Rückstrahler oder Wiederausstrahler sein, wie sie in Fig. 3 und 3a der U.S. Patentschrift 2 428 aufgezeigt sind oder Leuchtfeuer A, B in Fig. 1 der U.S. Patentschrift 2 44l 956.

Wenn beispielsweise angenommen wird, daß die Landebahn etwa 18OO m lang ist, würden diese Reflektoren etwa 900 m vom Ende der Laufbahn und etwa 300 m im Abstand voneinander angeordnet sein, d.h. Jeder Reflektor würde 150 m von der Mitte der Landebahn entfernt liegen. Der Abstand ist jedoch lediglich beispielsweise und hängt von der erforderlichen Genauigkeit und von den örtlichen Bodenbedingungen ab.

Das Luftfahrzeug 10 ist mit einem Paar Radarsendern versehen, welche mit Abstrahlern (Antennen) 14 und 15 verbunden sind, die Jeweils an der linken und rechten Seite des Luftfahrzeuges angeordnet sind und welche bei Frequenzen f. und fp arbeiten können, die genügend weit voneinander liegen, um eine Interferenz zu vermeiden. Der Reflektor 12 ist so abgestimmt, daß er auf die Frequenz Γ. anspricht,

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und der Reflektor IJ ist auf die Frequenz fg abgestimmt.

Die zu beschreibende Radarausrüstung in dem Luftfahrzeug ist so ausgeführt, daß sie die Zeitdifferenz der reflektierten Signale von den jeweiligen Reflektoren 12 und IJ genau mißt und eine Anzeige dieser Differenz an dem Rechts-Links-Abweichungs-Anzeiger erzeugt. Wenn daher das Luftfahrzeug mit Bezug auf die Landebahn 11 zentriert ist, würde der Abstand zu den beiden Reflektoren der gleiche sein. Irgendeine Abweichung von diesem Zustand deutet an, daß das Luftfahrzeug entweder nach rertits oder nach links der Mittelachse der Landebahn abgetrieben ist. Eine solche Anzeige wird dem Piloten verfügbar gemacht, so daß er seine richtige Ausrichtung während der Landung aufrechterhalten kann.

Fig. J zeigt das Arbeiten des Gleitbahn-Abtastsystems. Die Sender und Empfängeykönnen beliebige bekannte Einrichtungen sein, wie sie beispielsweise in der U.S. Patentschrift 2 055 883 aufgezeigt sind, einschließlich eines Zeitabtastmessers M.

Wie in Fig. J dargestellt, wird der Bereich zu dem Reflektor IJ von der Radarausrüstung abgeleitet, die mit dem Abstrahler 15 verbunden ist, und die Höhe des Luftfahrzeuges wird durch einen Radarsender bestimmt, der mit einem senkrecht angeordneten Abstrahler l6 verbunden ist. Der tatsächliche Bereich R zu dem vorderen Ende der Landebahn würde dadurch bestimmt werden, daß der Weg von 900 m von dem ange-

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zeigten Bereich zu dem Reflektor Ij5 abgezogen wird. Das Verhältnis der Höhe H zu dem Bereich R stellt den Sinus des Winkels A dar, welcher den Winkel der vorbestimmten Gleitbahn bildet. Jedwede Veränderung aus dieser Gleitbahn wird dadurch bestimmt, daß die Differenz in dem Verhältnis von H zu R gegenüber dem vorbestimmten Verhältnis abgetastet wird, welches den Sinus des Winkels A repräsentiert. Diese Differenz wird an einen zweckentsprechenden Anzeiger auf dem Instrumentenbrett angelegt. Gleichzeitig werden der Bereich R und die Höhe H auf zweckentsprechenden Instrumenten am Instrumentenbrett des Luftfahrzeuges sichtbar bzw. verfügbar gemacht.

Gemäß dem Blockdiagramm der Pig. 2 ist ein Radarsender 20 dargestellt, der mit dem Abstrahler 14 verbunden ist, und ein ähnlicher Radarsender 22 ist dargestellt, der mit den Abstrahlern 15 und 16 verbunden ist. Diese Sender 20 und 21 können durch einen gemeinsamen Impulsmodulator 22 mit Impulsen versehen oder einzeln betätigt werden. Der Sender20 ist so ausgebildet, daß er bei der Frequenz f. arbeitet, und der Sender 21 ist so ausgebildet, daß er bei der Frequenz fg, wie oben auseinandergesetzt, arbeitet.

Der Abstrahler l4 ist mit einem Radar-Impuls-Empfänger 23 verbunden, der den von dem Reflektor 12 reflektierten Echoimpuls aufnehmen kann. Der Empfänger 23 ist mit einem Zeitabfühlstromkreis 24 verbunden, der einen entsprechenden proportionalen Wert zu dem Zeitintervall zwischen

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den gesendeten und den empfangenen Impulsen in einer Weise erzeugen kann« die in der Radartechnlk bekannt ist. Solche Anzeige kann beispielsweise durch die Phasendifferenz zwischen Schwingungen in dem Empfänger und dem Sender bestimmt und kann dazu verwendet werden, eine Spannung zu erzeugen, die diesem Zeitintervall proportional ist. Der Ausgang des ZeitfUhlstromkreises 24 ist, wie dargestellt, mit einem Bereichs-Anzeige-Instrument 25 verbunden, das einen Zeiger 26 hat. Der Anzeiger 25 wird korrigiert, um den Bereich R zu dem vorderen Ende des Landestreifens 11 anzuzeigen.

Der Abstrahler 15 ist mit einem Radarempfänger 30 ähnlich dem Empfänger 23 verbunden, dessen Ausgang mit einem ZeitabfUhlstromkreis 31 verbunden ist, der ein Signal erzeugen kann, welches den Abstand zu dem Reflektor 13 darstellt. Die ZeitfUhlstromkreise 24 und 32 sind mit einem Vergleichsstromkreis 32 verbunden, der die Signale von den beiden Zeitfühlstromkreisen vergleichen und eine Ausgangsspannung erzeugen kann, die der Differenz zwischen diesen Signalen proportional 1st. Diese Ausgangsspannung wird an einen Links-Rechts-Anzeiger 33 angelegt, der einen Zeiger 34 hat, der normalerweise auf einer Skala 35 zentriert ist, jedoch nach rechts oder links in Ansprechen auf eine Differenz im Abstand zwischen den jeweiligen Reflektoren 12 und 13 versdhoben wird, wie es durch den VergleichsStromkreis 32 bestimmt ist. Wenn beispielsweise das Luftfahrzeug aus der Achsenmitte der Landebahn, wie in Fig. 1 angedeutet nach

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links ausgeschert hat, würde der Zeiger 34 nach rechts abgelenkt werden, um anzuzeigen, daß der Pilot nach rechts fliegen muß, um seine Lage zu korrigieren. Dies steht in Übereinstimmung mit der üblichen Praxis bei Instrumenten-Landesystemen, bei denen die Zeigerablenkung derart ist, daß der Pilot stets "gegen die Nadel" fliegt. Der senkrechte Abstrahler 16 ist mit einem Empfänger40 verbunden, der seinerseits mit einem Zeitfühlstromkreis 4l der oben genannten Art verbunden ist, der eine Anzeige erzeugen kann, welche die Höhe des Luftfahrzeuges über Grund darstellt. Dieser AbfühlStromkreis 4l ist mit einem Höhenmesser 42 verbunden, der einen Zeiger 43 hat, welcher sich über eine Skala 44 bewegt, die die Höhe über Grund anzeigt. Die Zeitfühlstromkreise 31 und 41 sind mit einem Vergleichs stromkreis 45 verbunden, der die Zeitangaben durch Ansprechen der Stromkreise 31 und 4l vergleichen und irgendwelche Abweichungen von dem vorbestimmten oben genannten Verhältnis anzeigen und eine Ausgangsspannung proportional zu dieser Abweichung erzeugen kann. Der Ausgang des Vergleichsstromkreises 45 wird an ein Gleitbahn-Anzeigeinstrument angelegt, das einen Zeiger 48 hat, der auf einer Skala 49 zentriert ist, wenn die durch den Vergleichsstromkreis 45 angedeutete Lage der vorbestimmten Gleitbahn entspricht. Wenn die angedeutete Stellung oberhalb der richtigen Gleitbahn liegt, wird der Zeiger 48 nach unten abgelenkt und umgekehrt. Natürlich können die Zeiger 34 und 48 aus Ein-

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fachheitsgründen in demselben Instrument enthalten sein, wie in Fig. 4 dargestellt ist.

Die Vergleichsstromkreise 32 und 45 können beliebige übliche zweckentsprechende Vorrichtung entsprechend den verwendeten Sender- und Empfänger-Typen sein. Wenn beispielsweise die Sender und Empfänger entsprechend<fer U.S. Patentschrift 2 055 883 ausgebildet sind, können die Vergleicher durch den Stromkreis gebildet sein, durch den das Verhältnis der beiden Spannungen mit einem Anzeigemesser 91 erhalten wird, wie beispielsweise in der U.S. Patentschrift 2 763 838 aufgezeigt ist. Anschlüsse 36, 37 könnten mit einer Seite des Meßinstruments M verbunden sein,wie es in der U.S. Patentschrift 2 543 818 aufgezeigt ist. Ein Gleichstrom-Differential-Verstärker, wie er in der U.S. Patentschrift 2 543 818 aufgezeigt ist, könnte zwischen den Zeitfühlstromkreisen 23, 3I, 4l und den Meßinstrumenten, verwendet werden. Mit einigen geringen Änderungen, die dem Fachmann bekannt sind, könnte der Amplitudenvergleicher gemäß der U.S. Patentschrift 3 020 397 oder der GleichstromvergleichsStromkreis 80 gemäß der U.S. Patentschrift 2 905 887 als Vergleicher bei der Erfindung verwendet werden.

Fig. 4 zeigt eine mögliche Anordnung bzw. Ausbildung von Instrumenten an dem Instrumentenbrett, bei welcher die Zeiger 34 und 47 in dem gleichen Zentralinstrument enthalten sind, und der Höhenmesser 42 ist links von dem

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Zentralinstrument dargestellt.

Das Instrumentenbrett ist weiterhin mit einem blauen Signallicht 50, einem grünen Signallicht 51 und einem roten Signallicht 52 versehen.

Beim Arbeiten wird angenommen, daß das Plugzeug bis in etwa 900 m der Landebahn durch bekannte Systeme der vorgenannten Instrumenten-Lande-Systeme geführt worden ist.

Das System gemäß der Erfindung ist so ausgebildet, daß es wirksam wird, wenn das Flugzeug das Ende.seiner Instrumentenannäherung erreicht hat und sich etwa 900 m von dem Ende der Landebahn und allgemein in Ausrichtung zu ihr befindet.

Die oben beschriebene Radarausrüstung ist gewöhnlich so ausgebildet, daß sie wirksam wird und Anzeigen auf den verschiedenen Instrumenten nur dann erzeugt, wenn der Bereich R etwa 900 m oder wenigerbeträgt. An dieser Stelle leuchtet das grüne Licht 51 auf, um dem Piloten anzuzeigen, daß er sich innerhalb des Arbeitsbereiches des Systems gemäß der Erfindung befindet.

Der Pilot setzt dann seine Annäherungsbewegung fort, indem er die gekreuzten Zeiger J4 und 47 beobachtet und das Plugzeug so steuert, daß die beiden Zeiger in ihren Mittenstellungen bleiben.

Wenn das Plugzeug das Ende der Laufbahn erreicht, zeigt der Bereichszeiger 26 Null an, und an dieser Stelle erlöscht das grüne Licht, und das blaue Licht 50 leuchtet auf.

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Weiterhin wird der Vorbeiflug des Luftfahrzeuges über das Ende der Landebahn dem Piloten durch das übliche Markierungsflugfeuer angedeutet. An dieser Stelle beobachtet der Pilot den Zeiger 4^ des Höhenmessers, welcher die tatsächliche Höhe über der Landebahn anzeigt, und dieser Zeiger in Kombination mit dem Links-Rechts-Zeiger J4 gibt dem Piloten ausreichende Information, um das Plugzeug nach unten zur Berührung mit der Landebahn zu bringen.

Wenn das Plugzeug die 900 m Grenze der Landebahn durchflogen hat, erlöscht das blaue Licht 50, und das rote Licht 52 leuchtet auf. Falls zu diesem Zeitpunkt eine Grundberührung nicht stattgefunden hat, bildet das rote Licht eine Warnung für den Piloten, daß er für ein sicheres Landen nicht genügend Landebahn zur Verfügung hat.

Die Steuerung des blauen und des roten Lichtes kann durch einen Zeitstellmechanismus gesteuert werden, was zu einem vorbestimmten Zeitpunkt stattfindet, nachdem der Bereichszeiger Null anzeigt oder nachdem das Markierungsflugfeuer den Durchgang über das Ende der Landebahn anzeigt.

Der linke und der rechte Radarsender sind oben so erläutert worden, daß sie mit Frequenzen f. und f₂ für Trennzwecke arbeiten. In einigen Fällen kann es jedoch möglich sein, einen einzigen Radarsender zu verwenden und Echowellen auszusondern, die von dem linken und dem rechten Reflektor empfangen wurden, indem kodierte Reflektoren vorgesehen sind, so daß die Echowellen unterscheidbar sind.

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Palls eine genauere Berefehsbeobachtung erforderlich ist, können die Zeitintervalle zu dem linken und dem rechten Reflektor auf einen Mittelwert abgestellt werden, indem die Zeitfühlstrornkreise 24 und J51 zu einem Mittelwertstromkreis verbunden werden, der mit dem Bereichsanzeigeinstrument verbunden ist.

Weiterhin kann der Bereich R gegebenenfalls durch einen getrenrten Radarsender bestimmt werden, der mit einem Reflektor an dem vorderen Ende der Landebahn zusammenarbeitet und der mit einer Frequenz arbeitet, die von den Frequenzen des linken und des rechten Radarsenders abweicht. Auf diese Weise kann der tatsächliche Bereich zu der Vorderkante der Landebahn bestimmt werden, ohne den Abstand der Reflektoren 12 und 13 vom Ende der Laufbahn und die Winkeldifferenz in den Schrägentfernungen zu den beiden Stellen zu kompensieren. Da jedoch der Winkel A in der Größenordnung von 1 1/2 % für eine normale Annäherungsbewegung liegt, würde dieser Unterschied in den Schrägentfernungen in der Wirkung vernachlässigbar klein sein.

Der Ausgang der Vergleicher ist in Anwenüung auf Anzeigeinstrumente dargestellt, die am Instrumentenbrett angeordnet sind. Diese Ausgänge könnten jedoch angeschlossen werden, um einen Autopiloten bekannter Art zu betätigen, der eine automatische Steuerung des Landes des Luftfahrzeuges vornimmt .

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Claims

P" H56128 Patentansprüche

1. Mit Präzisionsinstrumenten arbeitendes Landesystem zum Führen eines Luftfahrzeuges zur tatsächlichen Berührung auf einer Landebahn, mit einem Paar Radarreflektoren, die in einem bekannten Abstand von dem vorderen Ende der Landebahn und in festem Abstand jeweils links und rechts der Mittelachse der Landebahn angeordnet sind, gekennzeichnet durch wenigstens zwei Radarsende- und Empfangsvorrichtungen in dem Luftfahrzeug, welche Radarimpulse übertragen und Echoimpulse aufnehmen können, die von dem linken und dem rechten Reflektor reflektiert sind, sowie eine Zeitaufnahmevorrichtung, um von ihr Signale abzuleiten, welche den Bereich zu den jeweiligen Reflektoren darstellen und Vergleichsmittel zur Aufnahme der Signale angeschlossen sind, die ein Ausgangssignal erzeugen, welches den Unterschied zwischen den BereichaeLgnalen und einem Teil darstellt, der auf das Ausgangssignal anspricht, welches proportional zu der Differenz zwischen den ersten Signalen anspricht und die Abweichung des Weges des Luftfahrzeuges von dem richtigen Annäherungsweg darstellt.

2. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine dritte Radarsendevorrichtung an dem Luftfahrzeug, welche Radarimpulse senkrecht auf die Erde unterhalb des Luftfahrzeuges übertragen kann, sowie eine zusätzliche Radarempfangsvorrichtung in dem Luftfahrzeug, welche Teile aufweist, die

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die Echoimpulse von der Erde aufnehmen, sowie Mittel, welche die Zeitfunktionen zu einem der Reflektoren mit der Zeitfunktion zur Erde vergleichen, um daraus die Differenz im Verhältnis zwischen ihnen gegenüber einem gegebenen Verhältnis abzuleiten, sowie Mittel, welche durch die Differenz betätigt werden, um senkrechte Abweichungen des Luftfahrzeuges von einer vorbestimmten Gleitbahn anzuzeigen.

3· System nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster der linken und rechten Reflektoren so abgestimmt ist, daß er auf Radarimpulse (f·,) anspricht und ein zweiter der linken und rechten Reflektoren so abgestimmt ist, daß er auf Radarimpulse einer Frequenz (fo) ^an~ spricht, und die Radarsendevorrichtung in dem Luftfahrzeug einen ersten Radarsendeteil hat, der Radarimpulse der Frequenz (f·. ) an den ersten Reflektor übertragt und einen zweiten getrennten Radarsendeteil, der Radarimpulse der Frequenz (fo) zu dem zweiten Reflektor übertragen kann, wobei die Frequenzen (f, und f_?) genügend voneinander abweichen, so daß sie sich nicht stören.

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