DE1903619A1

DE1903619A1 - Strahlungsmessgeraet fuer Klarluftturbulenzen

Info

Publication number: DE1903619A1
Application number: DE19691903619
Authority: DE
Inventors: Astheimer Robert W
Original assignee: Barnes Engineering Co
Current assignee: Barnes Engineering Co
Priority date: 1968-02-02
Filing date: 1969-01-24
Publication date: 1969-09-04
Also published as: IL31394A; GB1242635A; NL6900958A; US3475963A; FR2001181B1; SE362968B; FR2001181A1; BE727787A; CH487399A; IL31394A0

Description

einem größeren Abstand wiedergibt₀ Iiae optische System dee Radiemetere umfaßt einen bewaglichan Spiegel _} der ura die Querachae dea Flugzeugs Xageaäßig stabilioiert iafc, um ©ine horizontale Siöhtlinie den Radloraeters betzubohaltoiio Das Instrument sehließt auch einen VertikalauGhor ein_s dar Empfang eines Alarate betätigt viex'den kann, um anzuzeigen ob eine Auswelchbewegung des JPlugaougea jsweokmäßig dureh sine Vergrößerung oder eins Aftnahrae der Flughöhe erfolgt

Stand der !Technik

Da die GrOSe₃ Geschwindigkeit und Flughöhe von Luftfahrzeugen «ugenoranaen haben_s vierden Klarlufttui'bul.eiXKen (OAT) ein zunehtaend arneteros Problem ο Bine der Schviierlgkeiten resultiert aus der Tatsache j daß die Turbulenzen visuell nicht sichtbar oind, v/ie das bot den atmosphärischen 8tÖ« rungenj, 2»Β_Ο Wirbel strömen m\ä ähnlichen Phänomenen der Pail ist, wobei die Welkenformationen tine Möglichkeit der visuellen Beobachtung einer vrirbe!strömung ¥or dem Plugaeug bilden? Weiter ißt dae Auftreten «inor CAT häufig so lokalisiert und ao zufällig, daß eine Voraussage aus der Wetterkarte aur Vermeidung von Klarluftturbulenzen prak« tiflch nioht möglißh lot₀ Srnste Verletauagen können entate= hen_f v/eim turbulente Strömungen ohne Warnung auftreten und die Passagier® ihre sicherheitsgurte nicht angelegt haben. In einigen Fällen wurden sogar Flugzeuge sersijörto Be let klar, laß ein luf twarney ο iota erforderlich ist, ma eine auei'eiehend frühe Varv/arnung zm erhalten₉ ao da8 Plugkorrek= türen, wie Z₀B₀ eine Änderung der- Höhe₃ sine Verringerung der Geschwindigkeit und das 3Ostoehnallen der Sicherheitsgurte möglich oindo

Einea der physikalischen Phänumone, rlia sieh fur die Wahr nehniung yon weit entfernten 5L'urbult3nzön anbieten, let dis

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Lufttemperaturändcrung«. Klarluftturbulensen sind von abrupten Lufttemporaturändarungen in der Grüßanordnung von Z bie 5⁰C begleitetο Wenn deshalb das Lufttemperaturprofll längo einer Strecke von 20 bia 40 Meilen oder darüber hin« aus vor dem Flugseug kontinuierlich überwacht wird, können OAT-Bereiche fUr oine Korrektur der Pluglage ausreichend lange vorher identifiziert werden» Die Aufgabe der Erfindung beisteht deshalb in der Fernmessung von Temperaturdiekontinuitäten in der Luft₀

Beschreibung der Erfindung

Gemäß der Erfindung wird «in Radiometer mit einem Infrarot·» Detektor in einem Flugzeug angeordnet» ua von weiten die Temperatur der Atmosphäre unter· Messung der thermischen Strahlung, die von den Oasen in der Atmosphäre emittiert wird, abzutaeteno Wenigstens awei verschiedene Wellenlängen der van der Atmosphäre emittierten Strahlung werden abwechselnd auf den Infrarotdetektor geleitet _s wobei eine der Wellenlängen um den 15 A* Kohlendioxyd-Bereich aentriert ist, der für die Temperatur nahe dem Flugzeug maßgebend ist, während die andere Wellenlänge oo gowählt wird» daß mit dieser die Strahlung in einem größeren Abstand von dem Plugseug gemessen werden kann« Ein Differenselgnal wird erzeugt, wenn ein Temperaturunterschied zwischen den den Flugeeug nahen und entfernten Bereichen existiert«

Das Radiometer hat optische Einrichtungen₈ die mit einem beweglichen Spiegel die Strahlung von einer horizontalen Sichtlinie der Atmosphäre auf den Detektor leiten«. Welter sind Einrichtungen vorgesehen, um die horizontale Sicht» linie durch ütabilieieren der Querachse dee Spiegels in dem optischen System gu fixieren und um die Signaldifferens anzuzeigen sowie einen Alarm au geben, wenn eine vorbestimm«

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te Signaldifferene von dem Radiometer gemessen wurde. Dae Radiometer hat auch eine vertikale Sucheinrichtung, die verwendet werden kann« wenn ein Alarmsignal empfangen wird ο

Anhand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise erläutert«

Figur 1 zeigt eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der !Durchlässigkeit von der Luft schicht tiefe In der Atmosphäre für verschiedene Wellenlängen bei einer Höhe von 30 000 Fuß (ca. 10 000 ah

Figur 2 zeigt, in einer graphischen Darstellung die Abhängigkeit des Emissionsvermögens von dor Luftsohichttiefe für swei verschiedene Weglängen am Bande des 15 yu Kohlen-'dioxyd-AbsBrptionsbandes.

figur 3 seigt In einer graphischen Darstellung die Abhängigkeit der Temperatur von der Entfernung des Meßgerätes von einer Temperaturdiskontinuitat In der Atmosphäre₀

Figur 4 seigt in einer graphischen Darstellung die Abhängigkeit der Signale von der Entfernung bis zu einer Tempe-₍ raturdiakontlnuität, wobei die Signalart gezeigt wird« die von dem Instrument naoh dieser Erfindung gemessen wirdο

Figur 5 geigt in einem Diagramm ein AusfUhrungebelsplel. eines Klarluftturbuleneen-Detektors naoh dieser Erfindung«

Figur 6 seigt eine Draufsicht auf eine AuefUhrungsform des StrahlungBserhackungefliters, das in dem in Figur 5 dargestellten Detektor verwendet werden kann und

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Pigur 7 aeigt. in einer graphischen Darstellung die Τβπρβ-raturänderung in horizontaler Richtung in Abhängigkeit von dem vertikalen Sichtwinkel, wobei die Vortikalabtaatung dargestellt ist, die graphisch von dem Klarluftturbulen»- Detektor nach dieser Erfindung angezeigt wird«

Bevor die Ausführungaforra des Klarluftturbulenz-Detektore nach dieser Erfindung beschrieben wird₀ eoll das Verfahren zum Bestimmen von thermischen Diskontinuitäten in der Atmosphäre, das von der Wärmestrahlung abhängt, die von Gasen emittiert v/ird, kurz erläutert werden» Alle Stoffe emittieren Infrarote Strahlung entsprechend dem Stephan Bolzmann'sehen StrahlungsgesetZo Für ideal schwarze Körper i3t das ISmissionavermögen 1 und die von einem Detektor empfangene Strahlung hängt nur von der Temperatur ab und deshalb kann die Temperatur in diesem Pail leicht bestimmt werden» Ein Problem, da» bei solchen Messungen auftritt_t besteht darin_e daß realö Stoffe Emissionsvermögen kleiner als 1 haben und daß deshalb eine spektrale Abhängigkeit des Emissionsvermögens vorliegt„ £lne Besonderheit bei Ga« sen ist, daß ihr Emissionsvermögen gewöhnlicherweise sehr kloin ist, mit Ausnahme in bestimmten Spektralbereichen, die als Abaorptionsbanden bekannt sind und in denen das ■Absorptionsvermögen groß istο In diesen Abeorptlonsbanden emittiert ein Gas bestimmter Schiohtstärke genau wie ein idealer schwarzer Körper bei derselben Temperatur und des» halb kann die Gastemperatur durch Messung der Energie dar Infrarotstrahlung; die in den entsprechenden ßandbereichen emittiert wird, bestimmt wordene Dio Wäroseemlseion von Gegenständen in dem !temperaturbereich, der in d»r Atmosphä* re auftrittj liegt gana im Infraroton* hauptsächlich swiachen 5 und 20 Mikron« Glücklicherweise fällt das Kohlendioxyd »Absroptionsband mit seinem Zontrum bei 15 Mikron mit dem Bereich der Spitaenemission fUr sehwarae Körper bei

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Atmoaphärentemperatur zusammono Kahlßadioxyd 1st In der Atnoephäre gleichmäßig verteilt und bat dieselbe wie die Luft, mit der es vermischt iefc_o Die Wärmestrahlung» die in einem schmalen Bandboreich um 15 Mikron emittiert wird, ist daher ein praktisches Maß für dis Lufttemperetur₀ Dae erfindungsgemäöe Gerät verwendet dienen Spektral- !Der ei eh zur Beetimaung der Temperatur in d«r Nähe Jeo Plug» aettgeao Eine große Variation hinsichtlich der Absorption kann erhalten werden, indem man den Bereich dag Kohlendioxyd« bandes von 12 yu, wo die Atmosphäre praktisch durchläeeig ist„ bia 15 yUs wo die Atmosphäre in einigen wenigen Tau— oend FuO Höhe volletändig undurahläosig wird, verwendet» ψ Deshalb kann man die Atmosphäre in untersohiedliohen Schicht« dicken oder Tiefenbereiohen betrachten, indem man die Wellenlängen entsprechend wählt und die Temperaturdiskontinultäten können als Punktion des Abatandea worn Gerät oder der Wellenlänge wahrgenommen werdem

Pie Eindringtiefe in die Atmosphäre in ainer H'dhe von 30 000 PuB (tO 000 m) hei verschiedenen Wellenlängen 1st in ?igur 1 dargestelltα Es ist ersichtlich, daß, wenn man die Wellenlänge von 15 bia 12-,0 Mikron Variiert^ die Eindringtiefe In die Atmosphäre merklich zunimmt_o Diese Tatsache Verwendet die Erfindung₉ indem die Lufttemperatur in einer Schichttiefe Über eine bestimmte Entfernung mit der Luft-' temperatur in Nahbereich deo Flugzeugs verglichen wird ο PUr die Messung im Hahberelch ist der Empfang der Energie ₉ die auf dae 15 Mikron-Kohlenstoffdioxyd-Band zentriert ist, ideal» Wie aus Figur 1 ersehen werden kann, 1st für eine Bindringtiefe von etwa 40 Meilen (6_E4 km) eine Wellenlänge um 13»4 Mikron angezeigt»

Um eine maximale selbet emittierte Strahlung von einem Glas bei einer bestimmten Temperatur (schwarze Körper~Emie8ion) au erhalten, muß die Gastiefe ausreichend sein, uca eine

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vollständige Absorption oder die Transmission Hull au erreichen * Bei einer Wellenlänge einer atark absorbierten Strahlung kann die Tiefe relativ klein sein, wohingegen bei Wellenlängen von Strahlungen geringerer Absorption die Tiefe größer sein muß. Deshalb let 4er Absorptionskoefflsient in Zentrum dee Bandes groß und fällt stark su den Bändern des Bandes au ab» Die Verhältnisse aind in Figur für Luft und sswei benachbarte Wellenlängen an Rand des 15 Mikron Kohlondioxyd-Absorptionnbandea dargestellte Lambda 1 1st die Wellenlänge mit der hohen Absorption und Lambda 2 die Wellenlange mit der geringen Absorption«. PUr Lambda 1 erreicht das Eoieeionsvermögen 0,9 bei einer Schichtdicke von 1 Kilometer, während bei dieser Schichtdicke Strahlung alt der Wellenlänge Laabda 2 nur win Emissionsvermögen von 0,1 erreichte Das heißt« daß, wenn nur eine 1 km lange Luftsäule konstante Temperatur hat, diese Luftsäule neunmal mehr mit einer Wellenlänge von Laobda 1 ale nit einer Wellenlänge von Lambda 2 strahlte Wenn andererseits eine unendlich lange Luftsäule vorhanden let» erreicht das Emi»alonevermögen für beide Wellenlängen 1 und gleiche Signale werden erhalten, mit Ausnahme, daß 90 i* dieses Signals von dem ersten Kilometer Luft von der Strahlung alt der Wellenlänge Lambda 1 Kommt, während die Strahlung mit der Wellenlänge Lambda 2 mit 90 5& su dem Signal von der Luft Über 1 km hinaus beträgt« Wenn dlt Atmosphärentemperatur längs der Sichtlinie konstant ist, werden glelohe Signale von beiden Wellenlängen erhalten« Angenommen jedoch, daß ein entfernter Bereich eine höhere Temperatur hat, werden Werte gemessen wie sie in Figur 3 dargestellt aindο m.9 Sohiohttlefen bei einem Emiseionsvermögen von 90 i» sind lh dieser Figur für awei Wellenltingenbereiche eingezeichnet_a Der hohe Temperaturbereich wird zuerst von der Strahlung mit der Wellenlänge Lambda 2 abgetastet» da der größte Anteil dieses Signale von der w«i-

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ter entfernten Luft herrührte Das durch die Strahlung In der Wellenlänge Lamb (J a 2 bedingte Signal ist nun größer ale dea Signal, das von der Strahlung Mit der Wellenlänge Lambda 1 erzeugt wird und die Differenz wird grWev, wenn eioh der Bereich hoher Temperatur nähert₀ Figur 4 zeigt eine graphische Darstellung von RadiometerSignalen in den tswei Wellenlängenbereichen und deren Differenz als Funktion dor Entfernung von dem Meßgerät biß zu der Temperature! iekontinuität ο Wach diesem Prinzip arbeitet die Vor« richtung nach der Erfindungο Das Instrument mißt direkt eine Slgnaldifforem, »wischen den Signalen der Strahlungen d«r zwei Wellenläugenbereiche. Biese Signale! iff er en« iet mit Δ ß in Figur 4 eingezeichnet₀

Bei <ier Durchführung der «rfindungsgemäßen Maßnahmen ent« sprechend den oben aufgeführten Prinzipien wird eine Anordnung verwendet, die in Figur 5 echematisoh dargestellt ist und die einen Strahlungdetektor für die Klarlufttur« bulenssateeaung nach dieser Erfindung darstellte. Das darge» etellte optiecho System bildet den Bereich vor dem Flugzeug auf ein HyperiBnaereiona-TheriaiBtorb.oloiaetei? 16 abo Die optischen Eleraente bestehen, aus einem Infrarot-Fenoter 1O₉ einem flachen Drehspiegel 12_C der gewöhnlich in einem Win kel von 45° gegenüber der Horizontalen eingestellt let, einer Ob^ektivlinoe 14 und dem eingebetteten Detektor 16_O Die Cfr und förderung an die optischen Elemente iet, daß ei« die Wellenlänge der Infrarotstrahlung_P die gerneseen werden eoll, zu deci Thermiotorbolometer 16 durchlaeaen, Dae optieohe Syatan iet₉ wie dargestellt, oo angeordnet, daß ee in ein kleines zylindrisches Gehäuse paßt, das durch eine öffnung Xn dem Flugzeugrumpf nach außen geführt lato Viele Flugzeuge der »ivilen Luftfahrt höben eine öffnung für einen Sextanten, in die das optische System paOto In Fällen jedooh, in denen das beschriebene optische System nicht er-

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forderlich let, kann dieses einen schwenkbaren HauptDpiegel in einer Cassegrain-Optik aufweisen

Ein Zerhacker 20, der von den Motor 30 angetrieben wird, ist zwischen die Objektivlinse 14 und dae ?heralatorbolometer 16 geschaltet« Per Zerhacker 20 bewirkt, da8 abwechselnd Strahlung der zwei verschiedenen Wellenlängen auf das Thermiatorbolometer 16 fällt» Bei der dargestellten AusfUhrungeform, die in einseinen in Figur 6 zu ersehen ist, 1st ein Filterrad mit 4 Segmenten vorgesehen, das Filterpaare 22 und 24 hat, dlo Strahlung in den Bereichen un 13,4 bswo 15 /u durchlassen. Um ausreichend Energie su Samuelnρ soll eine maximale Bandbreite verwendet werden, doch da die Strahlung in den «wei Spektralintervallen verglichen wirdj sollen die Bandbereiche bo gewählt sein, daß eich zu Beginn der Messung keine Differenzen ergebene Des» halb soll die Bandbreite etwa in beiden Spektralintervallen gleich sein» Außerdem sollen sich die spektralen Intervalle nicht überlappen« Wie in Zusammenhang mit Figur 1 erläutert wurde, aoll die Nahfilter-Bandbreite auf 15 Mikron zentriert sein und sich nicht beträchtlich Über 14,5 Mikron hinaus erstrecken, da, wenn das Band au breit 1st, eine su große Bindringtiefe für den Nahteraperaturbereioh der Fall wäre« Deshalb ist eine Bandbreite von 1 Mikron fUr beide Filter ein vernunftiger Kompromißο Der Zerhacker 20 enthält, wie dargestellt, auoh magnetische Streifen 26₉ die in Kombination mit einem Bezugssignalgenerator 28 verwendet werden, ua ein Besugsslgnal zu erzeugen, das zu dar elektronleahen Auswertungsechaltung 32 geleitet wir(J₀ Die Filter 22 und 24 sind zwar in den Zerhacker eingebracht, es können jedooh auch getrennte Filter vor dem Detektor angeordnet sein, wobei das Zerhaokerblatt abwechselnd die Energie aus dem Gesichtsfeld durch die in verschiedenen festen Stellungen angeordneten Filter leitet» Die dargestellte Aus-

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8Λ0 ORfGJNAI.

- to -

fUbrungsform wird in Anbetracht ihrer Einfachheit bevor» eugtp

Die Signal« von dom Infrarotdetektor 16 warden zu der elektronischen Auswertungsachaltung 32 2uaaraman eilt Eegugesignalen aus. dem Besiugaaignalgenerator 28 geleitete Die elektronische Schaltung 32 verstärkt und deauräuliert synchron die Signale, die von dem Detektor 16 erzeugt werden, ao daß ein StrahlungemeS-Ausgangasignal *u einem Meßgerät 34 und einer Alarmvorrichtung 36 geleitet wird. Die Schaltung 32 ist in Üblicher Weise gebaut und es kann e»B₀ die verwendet werden» die in dom Präscisionsetrahlungstherao*» meter JRT-5 von der Anmelderin verwendet wird, Bas Meßgerät 34 aat Ausgang ist ein Mull-MeBgerät₉ das proportional der Strahlungsdifferena und daher der Temperaturdifferene in den zwei Bereichen, aus denen Strahlung auf den Infrarot-* detektor 16 geleitet wird, abgelenkt wird· Daa Meßgerät seigt nicht nur die Größe der Teoperaturdifferens, sondern auch an, ob die ieraperatur la Fernbereich größer odor kleiner als die Temperatur im Hahbereioh lat„ Die Alarmvorrioh-*» tung. 36 kann aus einer Lampe oder einer Reihe ?on Laatpen bestehen, die entspreehend der Temperaturdifferens aufleuchten, um die Möglichkeit einer Turbulenz vor den Plugaeug visuell anzuzeigen» Hit größer wordondaa Signal und bei progressiv aufleuchtenden lampen wird die aunehnend· Gefahr der Turbulence angezeigte

Eine der Schwierigkeiten, die bei der Anwendung der. Infrarotteohnik für die Wahrnehmung von Klarluftturbulenzen existiert, ist das Probleo der Änderung der Umgebungstemperatur. Das Instrument nach dieser Erfindung wird diesen Froblen gerecht, indem nur die Slgnaldifferens von dem fernen leaperatürbereich und den nahen Temperaturbereich dee Flugaeug· angeaeigt wird, eo daß Jedes Signal in gleicher

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Weiße durch Temperaturänderunen in der Umgebung des Instruments ,die Frmoter-Durchliiesigkeitj die elektronischen Veränderungen Uodglc beeinflußt wirde Jode dieser Änderungen beeinflußt jedeβ Signal gleichermaßen und deshalb wird die Ausgangeaignal Differen« nicht beeinflußt.

Ein weiteres Problem ist die Verstellung des Flugeeuge ua Beine Querachaa_f also seine Nickechwingungeno Bie Hickschwingungen den Flugzeuge bewirken, daß die Sichtlinie nicht waagerecht bleibt, und da die normalο Atmosphärentemperatur ein senkrechtes Gefälle hat, taetet daa Instrument wärmere Luft in der Ferne ab, wenn, daa Flugzeug mit eeiner Nase nach unten schwenkt, oder kältere Luft, yiexui das Flugzeug mit seiner Nase nach oben schwenkte Dies iet kein Irrtum dea Inotruiaente₉ da eine tatsächliche Temperaturdtfferena abgetastet wird, doch erzeugt dieser Vorgang eine Anzahl von unerwünschten Signalen und macht es schwierig _? ein Kriterium für die Erzeugung von Alarmsignalen iu bestimmen.. Gemäß dieser Erfindung wird diese Schwierigkeit beseitigt, indem der rerschwenkbare Spiegel 12 nicksohwin~ ßUitgsotabilioiert wird» so daß die horizontale Richtlinie das Instruments, erhalten bleibt» Der Faltepiegel 12 umfaßt einen Teil eines Miniatur-Positions-Servomeohanistaua,, der so arbeitet,, daß die optische Sichtlinie niokeohwingunge-Btabilialort ist_c so daß das Radiometer, unabhängig von den Nickschwingungen das Flugzeugs, irataor horiaontal gerichtet ieto Nickachwingungs-Beaugesignal* werden.ron einem Vertikalkreisel 46 abgeleitet! der itamer in einem Flugaeug vorhanden ist« Ss kann jedoch auch ein Vertikal Bezugskreisel und eine Niveauregelvorrichtung rorgosehen sein, wenn das Krelselaignal im Flugzeug nicht £ur Verfugung steht oder Kur Verwendung für das orfindungsgemöße Servoeteuersystern nicht geeignet lato Bezugssignale von dem Vertikalkreisel werden an einen Drehmelder 44 gelegt« der mit dem Spiegel

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12 gekoppelt isto Abweichsignal* werden von dem Drehmelder 44 erzeugt, wenn äae Flugseug um seine Queraohee schwingt» Diθββ Signale werden au einem Servoverstärker 40 und von da aus au einem Servomotor und einer Rückführung 42 geleitet, die die lage dee Spiegele entsprechend der Einstellung dee Flugzeuge um seine Queraohee korrigierte

Im Betrieb wird der Detektor in dor Hauptsache im Horizontalflug in großen Flughöhen benutzt. Das Gesichtsfeld ist geradeaus nach vorwärts gerichtet und wird durch Kommandosignale von dem Vertikalkreisel des Flugzeugs um die Quer» achse stabilisiert„ In ruhiger Luft ist die Auagangesignaldifferen« nahe Kuli _t jedoch wenn eine Temperaturdiekontiw nuität sieh nähert, steigt das Ausgangssignal des Radiometers an, bis ein vorher eingestellter Wert erreicht wird, su welchem Zeitpunkt die Alarmeinrichtung 36 betätigt wirdo Wie oben ausgeführt, kann oine weiter detaillierte Signal« information durch Verwendung der Alarmeinrichtung alt mehreren Lampen erhalten werden₉ die aufeinanderfolgend aufleuchten, wenn die äignalstärke zunimmt₀

Bei einem Flugzeug, das mit einer Geschwindigkeit von 600 Keilen pro Stunde fliegt; ergibt eine erste OAT-Warmmg 40 Meilen vorher 4 Minuten Zeit für eine Korrektur der Flugrichtung, Deshalb muß, wenn ein Alarm gegeben wird, dae Signal sum Anlegen der Sicherheitsgurte gegeben und der Radiometerauegang kontinuierlich beobachtet werden. Wenn das Signal schnell ansteigt ₉ verringert der Pilot die Fluggeschwindigkeit, um den Turbulenjsbereich optimal »u durchfliegen, oder möglicherweise erfordert die Situation «ine Änderung der Flughöhe_o

Bereiche von Klarluftturbulenzen erstrecken sich in horizontaler Riohtung über Streoken von 50 Meilen oder darUber

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hinaua und sind oft in vertikaler Riohtung in einer Schicht von der Größenordnung von 1OOO Pu S (300 ni) lokalisier to Saher ist es bei einem WahrnehDungsbereich von 30 bis 40 Keilen nicht zweotaaäßig, zu versuchen, diese Bereich· au umgehen, indem man in horizontaler Eichtung die Luft weiter abtastet und um die Turbulenzbereiche herumzufliegen versucht. Infolge der vertikalen Ausbreitung der Luftturbulen-2en 1st «β schneller und wirkungevoller, die Höhe au ändern. Deshalb ist es wünschenswert, daa Radiotteter, wenn ein Alarn empfangen worden ist, in eine vertikale Abtaetungastellung einzustellen»

Dies wird gemäß der Erfindung einfach bewirkt, indem der BlckechwingungGH'Stabilisatlonespiegel 12 die Fähigkeit hat, das Gesichtsfeld des Radiometers üb + 10° in vertikaler Riohtung su verschwenken Wenn die Alarmvorrichtung 36 betätigt wist, wird von einem Sägezahngenerator 3Θ eine sägezahnförnlge Well« etwa 5 Sekunden lang den su der Servoeinrichtung 40 geleiteten Hioksohwlngungsalgnal überlagert. Daduroh wird eine vertikal« Abtastung durch den Spiegel 12 erhalten.

Bas Aussehen einer graphischen Anzeige einer solchen vertikalen Abtastung ist in jfigur 7 dargestellt, wo Aer Rudionaterausgang A T in horizontaler Riohtung in Abhängigkeit von den vertikalen üiohtwinkel angedeutet wird· Ba· Zentren der Anzeige entspricht der jeweiligen Höhe und des Radio- «eter-Blfferenzeneignal Hull» Die Art Abtastung erfolgt Über +3°, was bei 30 Meilen + 8000 Puö (2500 n) entspricht« Bei Fehlen von Turbulenzen zeigt der Ausgang nomn» 1erweise ein· relativ kontinuierlich· Abnahme der Temperatur nit der Höhe, da die Temperatur in vertikaler Hichtung abnimmt» Sin Turbulenabereloh wird als Einbuchtung oder UnregeloaSigkeit, die sich der geraden Kurve Überlagert,

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angezeigt. Obgleich nur «in Slohtwlnkel und nicht die Höhe selbst angezeigt werden kann, gibt die vertikale ffullwlnkeletellung immer die jeweilige Hone des Flugzeuge anο Deshalb gibt die Anzeige an, ob es besser ist, in größerer oder geringerer Höhe.zu fliegen und veiter gibt eie einen qualitativen Hinweis, wie groß die Änderung d«r Flughöhe notwendigerweise sein muß. Wann «ine neue Plughöhe erreicht ist, wird sich herausstellen, ob die Turbulenzschioht umgangen 1st öder nichtο

Die Erfindung wurde unter Verwendung von zwei Wellenlängen zur Wahrnehmung eines Teils des Temperaturprofils «Ines Kiarluftturbulenzbereiohes mit einen zunehmenden Signal beschrieben» das eine Anzeige fUr die Entfernung der Diskontinuität ergibt» Dies bildet die einfachste und wirtschaftlichste Lösung, Es wird jedoch hervorgehobene daß daa Instrument bo modifiziert werden kann« daß mehrere Wellenlängen und mehrer· filter verwendet werden können» um spektral das Äbsörptloneband abzutasten» wobei sin koaplettes Temperaturprofil längs der Sichtlinle erhalten wird, wenn dies notwendig erscheint«

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Claims

Patentansprüche

Klarluftturbulenz-Detektor für ein Plugaeug, un die Temperatür der Atmosphäre in größerer Entfernung absutssten und dadurch Turbulenzen in dtr Atmosphäre su bestimmen, gekennzeichnet durch

(a) einen Infrarot-Detektor (16),

(b) einen Strahleneerhacker (20), der vor dt« Infrarot-Detektor angeordnet ist,

(β) Filtereinrichtungen vor dem Infrarot-Detektor alt wenigstens swei verschiedenen Filtern (22, 24), u» die Strahlung von wenigstens swei verschiedenen Wellenlängen in Infraroten innerhalb dee 15 JU KOhlendioxydbandes, wovon eine Wellenlänge in de« Zentrum des Bandes in einem Bereich hoher Absorption und die andere Wellenlänge in dem Bandbereioh alt relativ niederer Absorption liegt, su dem Detektor durehBulas8on_s der Signale entsprechend der auf ihn auffallenden Strahlung erseugt»

(d) optische Einrichtungen mit eines beweglichen Spiegel (12), der die Strahlung aus einer Luftschicht in horizontaler Sichtlinie der Atmosphäre auf den Infrarot-Detektor durch die Filtereinrichtung ablenkt,

(e)StabilisationaeinriQhtungen (22, 44« 46), die den beweglichen Spiegel um die Flugeβugquerachse stabilisieren, so daß dieser immer in horizontaler Richtung die Atmosphäre auf den Infrarot-Detektor abbildet und

(f) Einrichtungen (32, 34), die mit dem Detektor gekoppelt sind, um die Größe der Differens des Signale anzuzeigen ₀

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2. !Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennseiohnet, da8 eioh die Filtereinrichtungen (22, 24) auf den Strahlungseerhacker (20) befinden.

3» Detektor nach Anspruch 1 oder 2, daduroh gekenneeiohne t, daß die Flltereinriohtungen ein Filterrad (20) mit Tier Segmenten aufweisen, die paarweise abwechselnd die Strahlung von swei verschiedenen Infrarot-Wellenlängen auf den Detektor (16) fallen lassen.

4· Detektor nach Anepruoh 1, 2 oder 3, daduroh gekennzeichnet, daß er ein Immersionsthermistorboloaeter ieto

S» Detektor nach Anepruoh 1, 2, 3 oder 4» daduroh gekennzeichnet« daß die Stabilieationseinriehtungen

(a) einen Drehmelder (44), der ait dee beweglichen Spiegel (12) gekoppelt lst_t

(b) Einrichtungen (46), um ein eretee vertikales' Beeugssignal 8U dem Drehmelder zu leiten,

(o) einen Servo-Verstärker (40),

(d) Einrichtungen, um die Signale von dem Drehmelder «u de· Servo-Veretärker z\x leiten,

(e) eine Servo-EUoicfUhrung (42), die mit de« beweglichen Spiegel gekoppelt ist« und

(f) Irinrichtungen» um den Servo-Veretärker alt der 8ervo-RUckfUhrung au koppeln,

aufweisen«

6« Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5_S gekennaeiohnet duroh eine Alarmeinriohtung (36), die alt diesem Detektor gekoppelt ist, um «inen Alare jsu erseugen, wenn ein vorbestimmtes Niveau des Differenssignalβ aus

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dem Detektor überschritten wird»

Detektor nach einem der AnaprUohβ 1 fei« 6» gekennzeichnet durch Einrichtungen (38), die den beweglichen Spiegel so antreiben, daß er in vertikaler Richtung eine Abtaatbewegung ausfuhrt»

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