DE1648762B1

DE1648762B1 - Vorrichtung zur barometrischen korrektur eines drucksignals

Info

Publication number: DE1648762B1
Application number: DE19671648762
Authority: DE
Inventors: Best Stanley Gordon
Original assignee: United Aircraft Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1966-07-11
Filing date: 1967-07-11
Publication date: 1971-11-18
Also published as: SE337945B; GB1133394A; FR1533538A; US3447377A

Description

1 2

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur baroma- gewonnen, also aus dem Produkt von Höhenänderung irischen Korrektur eines Drucksignals, das dem Druck bei Seeniveau und derjenigen Dichte, die zu dem zu einer vorgegebenen Höhe entspricht, durch Erzeugen korrigierenden Drucksignal gehört,

eines barometrischen Korrektursignals, umfassend Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun an

eine Einrichtung zum Erzeugen eines dem barometri- 5 Hand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

sehen zu korrigierenden atmosphärischen Druck ent- F i g. 1 eine bevorzugte Ausführungsform einer

sprechenden Drucksignals. barometrischen Korrekturvorrichtung gemäß der Er-

In einem Flugzeug müssen die verschiedenen Flug- findung,

höhen entsprechenden Drucksignale gemäß barome- F i g. 2 eine Betragsänderungsregelvorrichtung ge-

trischen Veränderungen korrigiert werden. Solche to maß der Erfindung.

korrigierten Drucksignale werden beispielsweise bei Bei der barometrischen Korrekturvorrichtung gemäß

der Druckregelung für die Kabine eines Flugzeuges als der Erfindung wird ein der Abweichung der barome-

Bezugssignale verwendet. Bei einigen Druckregelein- irischen Höhe für Seeniveau von einem Tagesnormal

richtungen wird der Kabinendruck auf einen vorgege- entsprechendes Höhensignal durch ein der Tages-

benen Wert reduziert, wenn das Flugzeug die Reise- 15 normaldichte entsprechendes Signal modifiziert, und

höhe erreicht. Daher muß die Regeleinrichtung zu- zwar für die Höhe, für welche die Druckkorrektur er-

nächst feststellen, wann die Reisehöhe erreicht ist. In halten werden soll.

entsprechender Weise muß der Kabinendruck auf Die barometrische Druckvariation bzw. Druckeinen Wert erhöht werden, der am Landeort herrscht, korrektur für Seeniveau ist Δ P_S1, während die entwenn das Flugzeug landet. 20 sprechende Höhenvariation Δ H_S1 ist. Druck und

Durch Vergleich eines dem Kabinenaußendruck ent- Höhe hängen über folgende Formel zusammen:
sprechenden Signals P_a mit einem vorgegebenen, dem

Umgebungsdruck bei Reisehöhe entsprechenden Signal Δ P_Sl = —Δ H_S1 · g_si . Pacr wird festgestellt, wenn die Reisehöhe erreicht ist.

Wenn das Signal Pacr nicht barometrisch korrigiert 25 Darin bedeutet g_si die Seeniveaudichte. Es ist daher: wird, kann es vorkommen, daß die Regeleinrichtung

nicht anspricht, wenn die Reisehöhe erreicht ist. λ „ _ —ΔΡ_α1

Bezugsdaten zur barometrischen Korrektur werden ^S1 ~~ „
von den Bodenstationen in Zentimeter Quecksilbersäule bei Seehöhe Ps₁ geliefert. Durch Subtraktion 30 Barometrische Variationen werden gewöhnlich in des Tagesnormals von 76 Zentimeter Quecksilbersäule Einheiten angegeben, welche nicht dem Druck, sonergibt sich die barometrische Korrektur Δ P₈₁. Um dem Höhenänderungen entsprechen, da eine Höhendie barometrischen Korrekturwerte auf Werte für große änderung bei Seeniveau oder beispielsweise 6096 m Höhen zu überführen, muß die Nichtlinearität zwischen die gleiche ist. Daher gilt:
Höhe und Druckänderung berücksichtigt werden. 35

Es sind Vorrichtungen bekannt (USA.-Patent- — Δ P_S1

Schriften 2 731831 und 2 825 227), bei denen das ΔΗ = .

barometrische Korrektursignal durch Beaufschlagung ^^S1
mit einem Signal, das von der in der jeweiligen Flug- _pür Druckänderungen gilt:
hohe herrschenden Temperatur abgeleitet wird, aut 40
den der Flughöhe entsprechenden Korrekturwert überführt wird. Δ P = Δ P_S1 ~.

Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die @^si
Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur barometrischen Korrektur eines Drucksignals zu schaffen, bei 45 Darin bedeutet Δ P Druckänderungen bei jeder der ein barometrisches Korrektursignal für Seehöhe Druckhöhe und ρ die entsprechende Dichte bei dieser selbsttätig als Funktion eines von dem Druck bei der Höhe. Eine Substitution ergibt:
jeweiligen Flughöhe entsprechenden Signals in ein α ρ _ λ ττ
entsprechendes barometrisches Drucksignal überführt ~~ ^"
wird, dessen Wert der Flughöhe entspricht. 5° Es hat sich gezeigt, daß die Tagesnormaldichte sich

Eine Vorrichtung zur barometrischen Korrektur eines linear mit dem Umgebungsdruck ändert, wenn die

Drucksignals ist daher gemäß der Erfindung gekenn- Höhe in brauchbaren Genauigkeitsgrenzen geändert

zeichnet durch eine auf das Drucksignal ansprechende wird. Dieser Zusammenhang bleibt bis zu Höhen von

Schaltung zum Erzeugen eines der Tagesnormal- etwa 4572 m erhalten. Man kann daher schreiben:

Luftdichte bei dem atmosphärischen Druck ent- 55

sprechenden Drucksignals, eine Einrichtung zum Er- ρ = K₁P_x + K₂
zeugen eines einer barometrischen Höhenkorrektur

entsprechenden Höhensignals, eine das Höhensignal wobei P_x die Umgebungsdruckanzeige bei der gewähl-

und das Dichtesignal empfangende Schaltung zum ten Höhe (in Torr) angibt, für die eine barometrische

Erzeugen eines barometrischen Druckkorrektursignals 60 Korrektur durchzuführen ist. Es gilt daher:
bei einer vorgegebenen Höhe, das dem Produkt aus

Höhen- und Dichtesignal entspricht, und durch eine ΔP = ΔH(JK₁P_x + K₂)Torr/m.

Korrektureinrichtung zur barometrischen Korrektur „ . , , . .

des Drucksignals. Darm bedeutet

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird dem- 65 K₁ = 34,12 — H)-⁵ und K_s = 4008 · ΙΟ-⁵.
nach ein Korrektursignal gemäß der Formel

F i g. 1 zeigt eine schaltungsmäßige Realisierung

ΔP = ΔΗ x (K₁P_x + K₂) der letztgenannten Gleichung.

Der Pilot empfängt eine barometrische Höhenmesserkorrektur von einer Bodenstation in Form eines absoluten Seeniveaudrucks in Zentimeter Quecksilbersäule. Er dreht die Höhenmesserskala auf diese Einstellung und erhält durch einen automatischen Mechanismus eine korrigierte Höhenanzeige. Die korrigierte Höhe stellt die genaue Höhe dar, wenn die Tagesnormaltemperatur bei allen Höhen existiert. In manchen Fällen liefert der Mechanismus ein äquivalentes Δ H bei Seeniveau in Abhängigkeit von der barometrischen Korrektur ^dPs₁ für Seeniveau, wobei dann Δ H zur Umwandlung der angezeigten Höhe in eine korrigierte Höhe verwendet wird. Gemäß F i g. 1 ruft ein Mechanismus 12 eine Drehung einer Welle 10 hervor, welche ein Maß für Δ Η ist.

Die Welle 10 ist mit einem Schieber 14 eines variablen Widerstandes 16 gekoppelt. Der Widerstand 16 ist an einer Seite an Erde geschaltet und wird mit einer Spannung beaufschlagt, welche die Gleichung

20

ρ = K₁P_x + K₂

wiedergibt. Der Schieber 14 ist elektrisch mit zwei Summiernetzwerken 26 und 28 gekoppelt, auf welche weiterhin vorgegebene Umgebungsdrucksignale gegeben werden. Diese Signale entsprechen dem voraussichtlichen Umgebungsdruck P_ai am Landeort bzw. dem Umgebungsreisedruck P_aer für Tagesnormalbedingungen. Der Widerstand 16 ist ein Teil eines Brückennetzwerkes, welches weiterhin Widerstände 20 und 22 enthält. Das vom Schieber 14 abgenommene Signal kann daher in bezug auf den Verbindungspunkt der Widerstände 20 und 22 sowohl ein positives als auch ein negatives Korrektursignal liefern, Was davon abhängt, ob die barometrische Korrektur für einen Tag durchgeführt wird, an dem ein großer oder kleiner Druck herrscht. Die Spannung, mit dem der veränderbare Widerstand 16 beaufschlagt wird, wird von einem Druckwandler 24 erzeugt, welcher eine dem Umgebungsdruck Pa entsprechende elektrische Ausgangsspannung liefert. Das Signal wird auf eine Klemme 40 eines Schalters 32 und über diesen auf einen Widerstand 40 gegeben. Die andere Seite des Widerstandes 40 liegt zusammen mit einer Vorspannungsquelle 42 am Punkt 18, wobei die Vorspannungsquelle über einen Widerstand 44 angekoppelt ist.

Der Zweck des Widerstandes 40 und der Vorspannung 42 liegt darin, am Punkt 18 eine Spannung zu erzeugen, welche der Dichte gemäß obiger Formel entspricht. Da der variable Widerstand 16 mit dieser Spannung beaufschlagt wird und die Δ Η angegebene Drehung der Welle direkt auf den Schieber 14 gekoppelt wird, entspricht das Ausgangssignal am Schieber der Multiplikation

55 Δ H(K₁Pa+ K₂).

Diese Multiplikation ist gleich Δ Pbar·

Der Verbindungspunkt 21 zwischen den Widerständen 20 und 22 ist auf die negativen Eingänge der Summiernetzwerke 26 und 28 geschaltet, so daß das Korrektursignal Δ Pbar negativen und positiven Korrektursignalen in bezug auf ein Tagesnormal entspricht.

Die erhaltene Korrektur ist bis zu Höhen von 6486 m auf einige Prozent genau. Diese Höhe liegt im Bereich von Wichtigkeit, da Flugzeuge mit einer Tagesnormalkorrektur (Δ Pbar = 0) über dieser Höhe geflogen werden.

Es sei erwähnt, daß das iVSignal nicht das einzige Signal sein muß, mit dem der veränderbare Widerstand 16 beaufschlagt wird. Andere Drucksignale können ebenfalls verwendet werden. Erforderlich ist, daß das beaufschlagende Signal den Druck bei der Höhe wiedergibt, für welche die barometrische Korrektur durchzuführen ist.

Der Schalter 32 kann daher auf eine Klemme 34 umgeschaltet werden, an der ein vom Schieber eines veränderbaren Widerstandes 46 abgenommenes P_ai-Signal liegt. An einer Klemme 36 liegt eine Reisespannung vom Schieber eines veränderbaren Widerstandes 48. An einer Klemme 38 wird ein von einem Wandler 50 geliefertes Kabinendrucksignal erhalten. Es können weiterhin andere beaufschlagende Drucksignale hinzugefügt werden, wobei diese Drucksignale ausgewählten Kabinendrucken oder barometrisch korrigierten P(J₁- oder P_aC)-Signalen entsprechen.

Der Vorteil der Beaufschlagung des variablen Widerstandes 16 mit dem P_tt-Signal liegt darin, daß dieses Signal den Druck sowohl bei der Reisehöhe als auch den Landehöhen wiedergibt, für die die barometrischen Korrekturen durchzuführen sind. Ist der Schalter auf die Klemme 34 umgeschaltet, so liefert die Vorrichtung lediglich eine Korrektur für die Landeorthöhe. Liegt der Schalter 32 an der Klemme 38, so kann der Kabinendruck als Beaufschlagung für den Landebestimmungsort des Fluges verwendet werden, da die Kabinen diesen Druck zu diesem Zeitpunkt aufweisen muß.

Eine weitere Verwendungsmöglichkeit der Vorrichtung gemäß der Erfindung zeigt Fig. 2. In dieser Figur ist eine Betragsbegrenzervorrichtung mit einer Wählscheibe 60 dargestellt, welche mechanisch mit einem Schieber 62 eines Potentiometers 64 gekoppelt ist. Das Potentiometer 64 wird mit einem der Normaltagesdichte bei sich ändernden Höhendrucken entsprechendem Signal beaufschlagt. Die Wählscheibe 60

Δ H

ist mit einer Skala in Meter pro Minute —r— versehen. Durch Drehen der Wählscheibe zur Anzeige des gewünschten Änderungsbetrages in Meter pro Minute wird am Schieber 62 ein entsprechendes Änderungsbetragsignal in Torr pro Minute für verschiedene Höhen erhalten. Das Betragsänderungssignal kann dann zur Regelung des Kabinendrucks und zur Einhaltung der Änderung in einem gewünschten Betrag verwendet werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur barometrischen Korrektur eines Drucksignals, das dem Druck bei einer vorgegebenen Höhe entspricht, durch Erzeugen- eines barometrischen Korrektursignals, umfassend eine Einrichtung zum Erzeugen eines dem barometrischen zu korrigierenden atmosphärischen Druck entsprechenden Drucksignals, gekennzeichnet durch eine auf das Drucksignal ansprechende Schaltung (40, 42, 44) zum Erzeugen eines der Tagesnormal-Luftdichte bei dem atmosphärischen Druck entsprechenden Dichtesignals, eine Einrichtung (12) zum Erzeugen eines einer barometrischen Höhenkorrektur entsprechenden Höhensignals, eine das Höhensignal und das Dichtesignal empfangende Schaltung (14, 16) zum Erzeugen eines barometrischen Druckkorrektursignals bei einer vorgegebenen Höhe, das dem Produkt aus

Höhen- und Dichtesignal entspricht, und durch eine Korrektureinrichtung (26, 28) zur barometrischen Korrektur des Drucksignals.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (40, 42, 44) einen Schaltungsteil (40) zur Multiplikation des Drucksignals mit einem ersten Faktor (K₁), der dem Anstieg der Kurve aus Umgebungsdruck und Luftdichte bei Tagesnormalbedingungen proportional ist, und einen Schaltungsteil (42, 43) zum Addieren eines zweiten Faktors (iQ zu dem multiplizierten Drucksignal aufweist, wobei der zweite Faktor (AT₂) dem Schnittpunkt der Kurve von Umgebungsdruck und Luftdichte bei Tagesnormalbedingungen mit der Dichteachse entspricht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (12) zum Erzeugen eines barometrischen Druckkorrektursignals einen veränderbaren Widerstand (16) mit einem Schieber (14) aufweist, wobei der Schieber mechanisch mit dem Höhensignal und der veränderbare Widerstand mit dem Dichtesignal beaufschlagt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der veränderbare Widerstand (16) in eine Brückenschaltung (16, 20, 22) eingeschaltet ist, wobei der Widerstand (16) eine barometrische Druckkorrektur liefert, deren Polarität sich in Abhängigkeit von der Abweichung des absoluten barometrischen Druckes vom Tagesnormal ändert.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektureinrichtung (26, 28) einen Differentialverstärker enthält, auf den das Drucksignal und das barometrische Druckkorrektursignal gegeben werden.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Drucksignal den Außendruck einer Flugzeugkabine angibt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Drucksignal den Landeortdruck angibt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Drucksignal einem vorgegebenen Reiseumgebungssignal entspricht.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Drucksignal den Kabineninnendruck angibt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (60) zur Festlegung eines einem Differentialhöhensignal entsprechenden Signals und eine am Differentialhöhensignal und dem Drucksignal liegende Schaltung (62, 64) zum Erzeugen eines ein entsprechendes Drucksignal bei einer ersten Höhe angebenden Signals.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Differentialhöhensignal den Änderungsbetrag der Höhe angibt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung, welche das entsprechende Druckdifferential angebende Signal erzeugt, ein Potentiometer (64) mit einem Schieber (62) umfaßt, wobei die Schieberstellung durch die Festlegungseinrichtung (60) gesteuert und das Potentiometer mit dem Dichtesignal beaufschlagt wird.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, gekennzeichnet durch eine Vorspannungssignalquelle zum Erzeugen eines Vorspannungssignals mit vorgegebener Polarität und Größe und durch eine das Vorspannungssignal auf den Schieber (62) gebende Einrichtung, wobei die Größe und Polarität des Vorspannungssignals ein Null-entsprechendes Druckdifferentialsignal bei einer vorgegebenen Stellung des Schiebers angibt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen