DE1573582C3 - Statoskop - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Statoskop zur Anzeige der Schwankungen der relativen Flughöhe eines Flugzeuges bezüglich einer vorgegebenen Bezugsebene in definierten Längeneinheiten mit Hilfe zweier Druckmeßdosen, von denen jede in einem Raum derart angeordnet ist, daß sich beim Schwanken der Flughöhe zwischen dem Inneren der Druckmeßdosen und den sie umgebenden Räumen Druckdifferenzen einstellen, wobei der Druck im ersten Raum oder in der darin befindlichen ersten Druckmeßdose konstant ist und die zwischen beiden Druckmeßdosen bestehende Druckdifferenz die jeweilige absolute Flughöhe angibt

Zur Höhenanzeige für die aerofotogrammatische Aufnahme werden bekanntlich Statoskope mit Druckmeßdosen (Barometern) verwendet, deren Druckanzeigeverlauf der barometrischen Höhenkurve entspricht, d. h. der Druck wird nicht linear zur Höhe angezeigt Es gibt nun barometrische Höhenmesser mit ein oder zwei Druckmeßdosen, die die gesamte Flughöhe anzeigen. Abgesehen davon, daß deren Meß- und Anzeigegenauigkeit bei der Größe des Meßbereichs von einigen tausend Metern sehr fragwürdig ist, sind sie zur Einhaltung einer bestimmten Flughöhe wenig übersichtlich und unbequem. Die Meß- und Anzeigegenauigkeit kann auch durch die Verwendung zweier parallel wirkender Druckmeßdosen nicht wesentlich gesteigert werden. Aus diesen Gründen werden im allgemeinen für aerofotogrammetrische Zwecke Statoskope verwendet, die auf eine vorgewählte Bezugsflughöhe eingerichtet werden und dann die Abweichungen von dieser Bezugsflughöhe anzeigen. Die Anzeige erfolgt an einer Skala, deren Intervalle in Abhängigkeit von der Flughöhe unterschiedliche Meterwerte umfassen. Die letztgenannten, relative Höhen messenden Statoskope sind zwar genauer als die absolute Höhen messenden, sie zeigen jedoch die Schwankungen der Flughöhe nicht in definierten Längeneinheiten an. Es ist auch schon ein Differential-Höhenmesser bekannt, bei dem zur Steigerung der Genauigkeit zwei Druckmeßdosen zur Betätigung desselben Anzeigeorgans verwendet werden. Die Druckmeßdosen und die sie umgebenden Räume sind miteinander verbunden, so daß sich in den Druckmeßdosen bzw. in den sie umgebenden Räumen jeweils gleiche Drücke ausbilden. Die die Druckmeßdosen umgebenden Räume sind verschließbar und damit hinsichtlich des in ihnen herrschenden Druckes auf ein bestimmtes Niveau einstellbar. Der Differentialhöhen- ; messer ist zwar zur Einhaltung eines vorgewählten !Niveaus, jedoch nicht zur Anzeige von Schwankungen der relativen Höhe in definierten Längeneinheiten verwendbar. Ebenso wie die bereits genannten Höhenmesser zur Bestimmung der Differenzen bezüglich der fotogrammetrischen Aufnahmehöhe ist der Differential-Höhenmesser zu ungenau. Schließlich ist eine Vorrichtung zur Höhenmessung in Luftfahrzeugen bekannt, die die Messung der Höhe über Grund unabhängig von der Messung der Höhe über dem Meeresspiegel und die Bildung und Anzeige der Differenz aus beiden Messungen gestattet Die Höhe über Grund wird mit einem Echolot und die Höhe über dem Meeresspiegel wird mit einem Barometer gemessen. Da es sich um selbständige absolute Messungen handelt, bei denen ein Meßinstrument das andere nicht beeinflußt, wird auch in diesem Fall die für aerofotogrammetrische Zwecke erforderliche Höhenmeßgenauigkeit nicht erreicht

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Statoskop zur relativen Höhenmessung zu schaffen, das unabhängig von der Flughöhe die Schwankungen bezüglich der vorgewählten Bezugsflughöhe bzw. Bezugsflugebene mit hoher Genauigkeit in definierten Längeneinheiten anzeigt

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der zweite Raum oder die darin befindliche zweite Druckmeßdose mit Hilfe eines Ventils verschließbar ausgebildet und der in ihm/ihr herrschende Druck im Betriebszustand (bei geschlossenem Ventil) gleich dem der vorgegebenen Bezugsebene ist und daß eine Multiplikationseinrichtung vorgesehen ist, über die die zweite Druckmeßdose auf den Meßwert der ersten einwirkt Zur Einstellung des von der relativen Flughöhe abhängigen Druckgefälles ist der Luftdruck entweder im zweiten Raum oder in der zweiten Druckmeßdose konstant Die Multiplikationseinrichtung multipliziert den Meßwert der ersten Druckmeßdose mit einem von der relativen Flughöhe abhängigen Faktor. Ist der Meßwert eine elektrische Größe, die in einem Verstärker verstärkt wird, so kann die Multiplikationseinrichtung auch den Verstärkungsgrad zur Realisierung des Faktors beeinflussen. Der Faktor ist beispielsweise einer Kurvenscheibe oder einem Funktionspotentiometer entnehmbar. Die zweite Druckmeßdose sorgt dafür, daß der Faktor stets an der der relativen Flughöhe entsprechenden Stelle entnommen wird. Die Multiplikation kann mit elektrischen, elektromechanischen oder mechanischen Mitteln erfolgen.

Die Erfindung bewirkt, daß bei einem relative Höhen messenden Statoskop trotz höhenabhängig sich verändernden Druckdifferenzen und gleichbleibender Größe der Intervalle der Anzeigevorrichtung die Anzeige immer in definierten Längeneinheiten, beispielsweise in Metern, erfolgt Dadurch entfallen die bisher erforderlichen Umrechnungen der Anzeige in definierte Längeneinheiten.

Es versteht sich von selbst daß die Anzeige auch fernübertragen und an verschiedenen gewünschten Stellen im Flugzeug und im Aufnahmegerät gleichzeitig erfolgen kann.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand dreier Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der schematischen Zeichnung zeigt

F i g. 1 ein Diagramm,

F i g. 2 ein Statoskop im Schnitt,

Fig.3 die wesentlichen Teile eines zweiten Statoskops und

F i g. 4 den Teil eines dritten Statoskops, in dem dieses von den anderen beiden Statoskopen abweicht.

Nach F i g. 1 sind der Luftdruck ρ und die Flughöhe h die Achsen eines Koordinatensystems mit dem Ursprung 0.

Eine durch den Ursprung 0 gehende Kurve k, die barometrische Höhenkurve, gibt den Zusammenhang zwischen Luftdruck ρ und Flughöhe h an. Bei mit gleichen Schritten zunehmender Flughöhe ändert sich der Luftdruck nicht linear. Die Änderung Ah der Flughöhe und die Änderung Ap des Luftdrucks sind miteinander durch die Gleichung

AU ^dh

Ah = -j—·
dp

Ap

verknüpft, in der ah und dp differentielle Werte von Flughöhe und Luftdruck sind. Der Differentialquotient ah/dp läßt sich durch die Beziehung

dp

darstellen.

In F i g. 2 sind in einem Gehäuse 1 drei aneinandergrenzende Kammern 2, 3 und 4 vorgesehen, die durch Wände 5 und 6 voneinander getrennt sind. Außerdem befindet sich ein Verstärker 7, ein Anzeigeinstrument 8 und eine Heizung 9 außerhalt der Kammern im Gehäuseraum 10. Über dem Anzeigeinstrument 8 ist ein Fenster 11 im Gehäuse 1 vorgesehen. Die Kammer 2 ist luftdicht verschlossen, die Kammer 3 ist mit Hilfe eines Ventils 12 verschließbar und die Kammer 4 ist der Kammer 3 vorgelagert und steht mit der Atmosphäre über eine Luftleitung 13 in Verbindung. Das Gehäuse 1 ist in einem Flugzeug o. ä. angeordnet zu denken.

In der Kammer 2 ist in einem gerätefesten Lager 14 eine Druckmeßdose 15 unbeweglich gelagert, die über eine nicht verschließbare Luftleitung 16 mit der Kammer 4 verbunden ist Die Luftleitung 16 wird an einer Seite der Druckmeßdose eingeführt, an der anderen Seite ist die Druckmeßdose 15 mit einem Anschlag 17 versehen, gegen den eine in einem Lager 18 an der Wand der Kammer 2 gleitende Zahnstange 19 mittels einer Feder 20 gedrückt wird. Die geometrischen Achsen von Druckmeßdose 15 und Zahnstange 19 verlängern sich gegenseitig zur Geraden X-X. Ein in der Kammer 2 nicht sichtbar gelagertes Ritzel 21 steht mit der Zahnstange 19 in Eingriff und dreht einen Schleifkontakt 22 gegenüber einer Wicklung 23, die gemäß der barometrischen Höhenkurve (1) ausgeführt ist Schleifkontakt und Wicklung sind Teile eines Funktionspotentiometers.

An der Wand der Kammer 3 ist ein Lager 24 vorgesehen, in dem eine über einen Stutzen 25 mit der Atmosphäre in Verbindung stehende Druckmeßdose 26 unbeweglich gelagert ist Diese Druckmeßdose ist mit einem Anschlag 27 versehen, an dem der Taster 28 eines induktiven Meßwertgebers 29 ständig anliegt. Die geometrischen Achsen von Druckmeßdose 26 und Taster 28 liegen in einer Geraden Y- Y. Ein Doppelhebel 30 ist in der Kammer 3 um eine in F i g. 2 senkrecht zur Zeichenebene gerichtete Achse 31 schwenkbar gelagert. Das eine Ende des Doppelhebels 30 befindet sich vermöge der Wirkung einer Feder 32 in steter Berührung mit dem Schaft 33 des Ventils 12, das mit dem Schaft 33 in einem gerätefesten Lager 34 gleitend angeordnet ist Das andere Ende des Doppelhebels 30 ist an einen Stab 35 angelenkt, der mit je einem Ende in einen Elektromagneten 36 bzw. 37 hineinragt. Der

ίο Doppelhebel 30 kann zwei mögliche Raststellungen einnehmen, die zu beiden Seiten einer Kugelrast 38 definiert sind. .

Von einem elektrischen Anschluß 39 werden einerseits über elektrische Leitungen 40 der Verstärker 7 und andererseits ü^er elektrische Leitungen 41 die Heizung 9 und ihre Schaltung, der Meßwertgeber 29 sowie die Elektromagneten 36 und 37 gespeist. Zu dem Zweck verzweigen sich die elektrischen Leitungen 41 zu parallelen Stromkreisen 42, 43, 44, 45 und 46. Der Stromkreis 42 für die Heizung 9 enthält einen Schalter 47, der von einem zusammen mit einem Bimetallschalter 48 im Stromkreis 43 liegenden Relais 49 betätigt wird. Der induktive Meßwertgeber 29 liegt im Stromkreis 44 und ist über elektrische Leitungen 50 mit dem Funktionspotentiometer 22, 23 verbunden, das seinerseits an den Verstärker 7 durch elektrische Leitungen 51 angeschlossen ist. Die Stromkreise 45 und 46 schließen die Elektromagneten an die elektrischen Leitungen 41 an und können durch Druckschalter 52 und 53

geschlossen werden. .:

Der Unterbrechung des Stromflusses für das gesamte

Statoskop dient ein Hauptschalter 54. Der Verstärker 7 und das Anzeigeinstrument 8 sind durch elektrische Leitungen 55 miteinander verbunden. Außerdem sind Anschlußklemmen 55' für entfernt liegende, nicht dargestellte Anzeigeinstrumente vorgesehen.

Beim Benutzen des Statoskops wird zunächst der Häuptschalter 54 geschlossen. Durch die Heizung 9 wird das Innere des Gehäuses 1 auf eine durch den Bimetallschalter 48 bestimmte Temperatur gebracht. Beim Erreichen dieser Temperatur wird der Bimetallschalter 48 im Stromkreis 43 geschlossen, das Relais 49 öffnet den Schalter 47 — wie dargestellt — im Stromkreis 42 und die Heizung 9 wird abgeschaltet.

Anstatt nur einer Heizung können auch mehrere Heizungen mit den dazugehörigen Schaltmechanismen vorgesehen sein.

Beim Steigen des Flugzeuges stellt sich in der Kammer 3 und in den Druckmeßdosen 15 und 26 der

so gleiche atmosphärische Druck ein. Hat das Flugzeug eine vorbestimmte Flughöhe (die Bezugsebene) erreicht, so wird das Ventil 12 durch Betätigung des Druckschalters 52 geschlossen, wobei der Stromkreis 45 geschlossen, der Elektromagnet 36 in Tätigkeit versetzt und der Doppelhebel 30 mittels des Stabes 35 über die Kugelrast 38 geschwenkt wird. Damit herrscht in der Kammer 3 der atmosphärische Druck der vorbestimmten Bezugsflughöhe. Schwankt nun die Flughöhe, so stellt sich zwischen dem Inneren der Druckmeßdose 26 und der Kammer 3 eine Druckdifferenz ein, die sich in einer axialen Längenänderung der Druckmeßdose 26 und Verschiebung des Tasters 28 äußert Die Verschiebung des Tasters 28 induziert im Meßwertgeber 29 eine Spannung, welche über die elektrische Leitung 50 auf die Wicklung 23 des Funktionspotentiometers übertragen wird.

In der Kammer 2 herrscht unabhängig von der Flughöhe ein konstanter Luftdruck, in der Regel 760

Torr. Da die Druckmeßdose 15 mit der Atmosphäre über die Luftleitungen 13 und 16 und die Kammer 4 in Verbindung steht, entspricht ihre Längenänderung dem Unterschied der Drücke an der Erdoberfläche und in der jeweiligen Flughöhe. Die Längenänderung wird über die Zahnstange 19 und das Ritzel 21 als Schwenkung dem Schleifkontakt 22 mitgeteilt, der eine entsprechende Stellung zur Wicklung 23 einnimmt. Je nach Stellung des Schleifkontaktes 22 gegenüber der Wicklung 23 wird ein unterschiedlicher Teil der im Meßwertgeber 29 induzierten Spannung auf den Verstärker 7 übertragen. Die Anzeige der multiplizierten Längenänderung der Druckmeßdose in Metern ist durch das Fenster 11 am Anzeigeinstrument 8 ablesbar.

Bei dem in Fig.2 schematisch dargestellten Statoskop ist die Kammer 2 hermetisch verschlossen und die Druckmeßdose 15 mit der Atmosphäre in ständiger Verbindung; selbstverständlich kann auch das Umgekehrte der Fall sein. Ebenso kann anstatt der Kammer 3 die Druckmeßdose 26 verschließbar sein. Außerdem sind verschiedene Möglichkeiten der Gestaltung des Anschlusses der Druckmeßdosen 15 und 26 an die Atmosphäre ohne weiteres gegeben. Beispielsweise kann die Anordnung so getroffen werden, daß die Belüftung der Druckmeßdose 26 über die Kammer 4 erfolgt. Schließlich kann die Anzeige durch nicht dargestellte Mittel registriert werden.

F i g. 3 zeigt den Teil des Statoskops, der gegenüber dem in F i g. 2 dargestellten eine Änderung erfahren hat. Die Druckmeßdose 15 mit dem Anschlag 17, die Zahnstange 19, das Ritzel 21, das Lager 18, die Feder 20 und das Anzeigeinstrument 8 mit seinen elektrischen Leitungen 55 sind mit den Teilen der F i g. 2 identisch. Mit dem Ritzel 21 auf gleicher Achse 63 ist eine Kurvenscheibe 56 fest verbunden, deren Ausbildung der barometrischen Höhenformel (1) gemäß ist. Auf der Kurvenscheibe 56 gleitet der Taster 57 eines mittels elektrischer Leitungen 58 an einem Verstärker 59 angeschlossenen Meßwertgebers 60. Von den übrigen, in den Verstärker 59 hineinführenden elektrischen Leitungen dienen die Leitungen 61 der Speisung und die Leitungen 62 der Übertragung der Spannung aus dem Meßwertgeber 29.

Ändert die Druckmeßdose 15 ihre Längenausdehnung, so wird die Zahnstange 19 im Lager 18 verschoben und das Ritzel 21 mit der Kurvenscheibe 56 gedreht. Dadurch erfährt der Taster 57 im Meßwertgeber 60 eine Verschiebung, es wird eine Spannung induziert und auf den Verstärker 59 übertragen. Die Änderung dieser Spannung beeinflußt den Verstärker 59 so, daß der Verstärkungsgrad für die durch die Leitungen 62 zugeführte Spannung entsprechend der barometrischen Höhenkurve (1) verändert wird.

In F i g. 4 sind mit 15 und 26 wieder die beiden in den Lagern 14 und 24 starr gelagerten Druckmeßdosen bezeichnet. In Übereinstimmung mit Fig.2 sind der Verstärker 7 und das Anzeigeinstrument 8 erkennbar. Außerdem sind wie in Fig.3 das Ritzel 21 und die Kurvenscheibe 56 fest miteinander verbunden und auf derselben Achse 63 gelagert Im übrigen gilt hinsichtlich der Anordnung der .Druckmeßdosen das zu Fig.2 Gesagte sinngemäß.

An einem Ende der Druckmeßdose 15 ist eine Zahnstange 64 befestigt, die mit dem Ritzel 21 in Eingriff steht. In einem gerätefesten Lager 65 ist ein Träger 66 für einerseits eine Rolle 67 und andererseits einen schwenkbaren Hebel 68 verschiebbar gelagert. Unter der Wirkung einer Feder 69 befindet sich die Rolle 67 in steter Berührung mit der Kurvenscheibe 56. Der Hebel 68 wird einerseits von einer an der Druckmeßdose 26 befestigten Nase 70 und andererseits von einem Taster 71 eines Meßwertgebers 72 berührt, der über Leitungen 73 mit dem Verstärker 7 elektrisch verbunden ist Die Berührungspunkte der Nase 70 und des Tasters 71 am Hebel 68 liegen sich nicht gegenüber.

Ein Wechsel der Länge der Druckmeßdose 26 wird mittels eines Hebels 68 verändert auf den Taster 71 übertragen, der in dem Meßwertgeber 72 eine Spannung induziert, die über elektrische Leitungen 73 dem Verstärker 7 zugeführt, in diesem verstärkt und in definierten Längeneinheiten im Anzeigeinstrument 8 sichtbar gemacht wird. Der veränderten Übertragung der Ausdehnung der Druckmeßdose 26 dienen die Anordnung der Berührungspunkte der Nase 70 und des Tasters 71 am Hebel 68 in einem Abstand voneinander sowie die Verschiebbarkeit des Trägers 66 in Abhängigkeit von der Drehung der Kurvenscheibe 56. Für die Veränderung des Betrages der Ausdehnung der Druckmeßdose 26 bei der Übertragung ist die barometrische Höhenkurve (1) wieder von ausschlaggebender Bedeutung, der entsprechend die Kurvenscheibe 56 maßstäblich gestaltet ist

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Statoskop zur Anzeige der Schwankungen der relativen Flughöhe eines Flugzeuges bezüglich einer vorgegebenen Bezugsebene in definierten Längeneinheiten mit Hilfe zweier Druckmeßdosen, von denen jede in einem Raum derart angeordnet ist, daß /. sich beim Schwanken der Flughöhe zwischen dem \[ Inneren der Druckmeßdosen und den sie umgebenden Räumen Druckdifferenzen einstellen, wobei der Druck im ersten Raum oder in der darin befindlichen ersten Druckmeßdose konstant ist und die zwischen beiden Druckmeßdosen bestehende Druckdifferenz die jeweilige absolute Flughöhe angibt, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Raum oder die darin befindliche zweite Druckmeßdose mit Hilfe eines Ventils verschließbar ausgebildet ist und der in ihm/ihr herrschende Druck im Betriebszustand (bei geschlossenem Ventil) gleich dem der vorgegebenen Bezugsebene ist und daß eine Multiplikationseinrichtung vorgesehen ist, über die die zweite Druckmeßdose auf den Meßwert der ersten einwirkt

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