DE19507235C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Messung und Nutzung atmosphärischer Störungen beim antriebslosen Flug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung und Nutzung atmosphärischer Störungen mittels eines antriebslosen Fluggeräts mit einem Druck- und Temperaturer­ fassungsgerät.

Zur Ermittlung von atmosphärischen Störungen beim antriebs­ losen Flug, wie Aufwindgebieten, die auch als Thermik bekannt sind, werden heute fast ausschließlich Meßgeräte, die als Variometer bekannt sind, auf der Basis der Messung von Luft­ druckänderungen benutzt. Dazu wird der Luftdruck, in dem sich das antriebslose Fluggerät gerade befindet, in einem Vorrats­ behälter gespeichert und das Einströmen von Luft in den Vorratsbehälter beim Sinkflug des antriebslosen Fluggeräts oder das Ausströmen der Luft aus dem Vorratsbehälter beim Steigflug des antriebslosen Fluggeräts gemessen und als Steig- oder Sinkgeschwindigkeit des antriebslosen Fluggeräts strömungsmechanisch erfaßt und mechanisch, elektrisch oder elektroakustisch zur Anzeige gebracht. Voraussetzung für eine Anzeige der Steig- oder Sinkgeschwindigkeit, ist jedoch, daß sich das antriebslose Fluggerät bereits im Steig- oder Sink­ flug mit seiner gesamten Flugmasse befindet. Ein wesentlicher Nachteil der Erfassung atmosphärischer Störungen beim an­ triebslosen Flug mittels Variometern ist, daß erst nach Überwindung der Massenträgheit des Fluggerätes durch die atmosphärische Störung eine Wahrnehmung und Anzeige der Störung erfolgen kann.

Diese Verzögerung bewirkt nachteilig, daß ein Einfliegen in eine atmosphärische Störung wie ein Thermik- oder Aufwindge­ biet zu spät angezeigt wird. Ferner wird der Bereich größter Steigung länger als tatsächlich vorhanden vorgetäuscht und ein Abfallen der Thermik zu spät erfaßt.

Weitere Anwendungen, die auf Luftdruckmessungen in Luftfahrzeugen basierend sind Geräte zur Ermittlung des Windgradienten an Bord. Dies geschieht beim Stand der Technik nach DE 36 39 398 C1 mit Hilfe von Differenzdruckmessungen von mehreren, räumlich distanziert angebrachten Druckmeßsonden.

Temperaturerfassungen der Innen- und Außentemperaturen sind in antriebslosen Fluggeräten durchaus bekannt. Diese Anzeigen dienen jedoch im wesentlichen der Warnung vor Vereisungs­ gefahren oder der Überwachung von Auslösetemperaturen für Thermikwetterlagen, wie sie durch den allgemeinen Wetter­ dienst bekannt gegeben werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzuge­ ben, wodurch die Nachteile im Stand der Technik überwunden werden. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, atmosphärische Störungen zur Anzeige zu bringen, sobald ein antriebsloses Fluggerät in ein Aufwind- oder Thermikgebiet einfliegt oder sich in diesem befindet oder dieses Gebiet verläßt, ohne daß das Fluggerät in seiner Gesamtheit von der atmosphärischen Störung erfaßt sein muß und ohne daß eine Flugbahnänderung zur Voraussetzung für eine Anzeige erforder­ lich ist.

Diese Aufgabe wird, soweit es die Angabe eines Verfahrens be­ trifft, dadurch gelöst, daß zunächst der Sollverlauf von Temperatur und Druck für eine ruhende Standardatmosphäre in Abhängigkeit von der Flughöhe parametriert wird und durch Parallelmessung von Temperatur und Druck während eines Fluges eine Detektion von Abweichungen eines gemessenen Temperatur- Druck-Verlaufs vom Sollverlauf eine verzögerungsarme Anzeige einer atmosphärischen Störung insbesondere eines Aufwindge­ bietes oder einer Thermikblase erfolgt.

Bei dieser Lösung wird berücksichtigt, daß sich die von der Thermik abhängigen antriebslosen Fluggeräte in ruhender Luft auf einer abwärts gerichteten Gleitflugbahn bewegen. Die hierbei auftretenden Druck- und Temperaturänderungen werden fortlaufend gemessen und das daraus gebildete Differenzsignal mit der Sollwertkurve für ruhige Luft verglichen. Die Ab­ weichung, die in ruhiger Luft gegen Null tendiert, wird verstärkt der Anzeige zur Verfügung gestellt.

Bei Einflug aus einem Gebiet ruhender Luft in den thermisch beeinflußten Bereich ergibt sich durch die Temperaturzunahme (bereinigt um die höhenbedingte Temperaturveränderung) eine Abweichung und damit ein Tendenzsignal, das der zeitlichen Signaländerung proportional ist. Beim Weiterflug in das Thermikzentrum vergrößert sich das Signal nur noch bei weiter steigender Temperaturzunahme, bei konstanter Zunahme bleibt das Signal konstant. Bei stationärem Kreisflug im Thermikzen­ trum geht das Signal, da hier keine weitere Zunahme mehr erfolgt, gegen Null. Das Verlassen bewirkt eine Temperatur­ abnahme und somit ein negatives Tendenzsignal bis zum Errei­ chen der ruhigen Luft.

Alle Temperaturveränderungen, die rein höhenbedingt erfolgen, werden kompensiert, so daß vorteilhaft für die Anzeige nur die durch die Thermik bedingten Veränderungen als Signale zur Verfügung stehen.

Die Anzeige der Signale erfolgt ähnlich wie bei bekannten Variometeranzeigen in der Kanzel oder auf dem Armaturenbrett eines antriebslosen Fluggerätes.

In einer bevorzugten Durchführung des Verfahrens erfolgt eine manuelle Anpassung der Anzeige, wobei die Parametrierung des Sollverlaufs oder der Sollkurven von Temperatur und Druck bei konstantem Sinkflug des antriebslosen Fluggeräts in ruhender Luft erfolgt und dieser erwartete Atmosphärenverlauf am Anzeigegerät zum Nullabgleich der Abweichungen dient. Dieses hat den Vorteil, daß keine aufwendige elektronische Abgleich- und Rechenkapazität zur Anpassung an die jeweilige Wetterlage erforderlich ist und trotzdem ein exakte Parametrierung während des Gleitflugs in ruhender Luft erfolgen kann. Dar­ über hinaus müssen keine Normkennlinien für den Temperatur- und Druckverlauf vor Antritt eines Fluges gespeichert werden, sondern können während eines Fluges erflogen und ständig den Umgebungsbedingungen angepaßt werden. Dazu wird vorzugsweise der gespeicherte Sollverlauf mit den auftretenden Temperatur- und Druckänderungen beim Flug durch ruhende Luft, die frei von atmosphärischen Störungen ist, fortlaufend verglichen und ein Differenzsignal zum Sollwertverlauf für ruhige Luft erzeugt. Die Abweichung dieses Differenzsignals vom Sollwert tendiert in ruhiger Luft gegen Null und wird nach Verstärkung vorzugsweise durch einen Differentiator ausgewertet und der Anzeige zur Verfügung gestellt.

Vorzugsweise wird an dem Differentiatorausgang ein um die höhenbedingte Temperaturänderung bereinigtes und der zeitli­ chen Signaländerung proportionales Tendenzsignal ausgegeben, das sich beim Einfliegen insbesondere in ein Aufwindgebiet vergrößert, bei konstanter Temperaturzunahme konstant bleibt und sich bei weiter steigender Temperaturzunahme vergrößert, bei gleichbleibender Temperatur gegen Null geht, sowie sich beim Verlassen insbesondere eines Aufwindgebietes in ein negatives Tendenzsignal umkehrt bis es beim Erreichen ruhen­ der Luft wieder gegen Null tendiert.

Da Temperaturabweichungen in der Atmosphäre von den bekannten höhenabhängigen Temperaturverläufen mit wesentlich geringerer Verzögerung feststellbar sind, als das Aufsteigen oder Ab­ sinken eines gesamten Fluggerätes, wird vorteilhaft mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine nahezu verzögerungsfreie Anzeige beim Einfliegen, beim Ausfliegen oder beim Verbleiben des Fluggerätes in einem Thermikgebiet ermöglicht.

Die Aufgabe, eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, wird dadurch gelöst, daß eine Druckmeßsonde, die mit der Umgebungsluft in Wirkverbindung steht, über einen mechanisch-elektrischen Wandler und einen Verstärker mit einem Komperator verbunden ist und parallel dazu eine Temperaturmeßsonde aufweist, die mit der Umgebungs­ luft des antriebslosen Fluggerätes in Kontakt ist und über einen physikalisch-elektrischen Wandler und einen Verstärker mit dem Komparator verbunden ist, wobei der Komparator über einen Abgleichwiderstand mit einem Speicher in Wirkverbindung steht und der Komparator die Sollwertkurven für Temperatur- und Druck bei ruhenden Luft als elektrisches Signal W des Abgleichswiderstands mit den Temperatur- und Druckdaten (T, D) vergleicht und über einen Verstärker mit einem Differen­ tiator in Wirkverbindung steht, der die sich zeitlich ändern­ den Abweichungen an einen angeschlossenen Verstärker zur Ausgabe an ein Anzeigegerät überträgt.

Der wesentliche Vorteil der Vorrichtung ist die sofortige Anzeige eines Einflugs in ein Thermikgebiet. Die trägheits­ verzögerte Vertikalbewegung des Fluggeräts, die für die Anzeige mittels klassischer Instrumente Voraussetzung ist, wird nicht benötigt. Darüberhinaus werden Temperaturverände­ rungen durch Steig- oder Sinkflug ausgefiltert oder kompen­ siert.

Zusätzlich kann vorteilhaft pulsierende Thermik in der Ruhe­ phase bei der die Luftmasse zwar wärmer als die Umgebungsluft ist, aber kurzzeitig keine Aufwärtsbewegung auftritt, erfaßt werden.

Die Anzeigeverzögerung beschränkt sich bei dieser Vorrichtung lediglich auf die Ansprechzeit oder Zeitkonstante einer Temperaturmeßsonde, die die Temperaturänderung der Umgebungs­ luft feststellt. Da die Zeitkonstanten derartiger Meßsonden unter einer Sekunde im Millisekundenbereich liegen, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung wesentlich schneller und exakter als eine Variometeranzeige, die erst möglich ist, wenn die gesamte Masse des antriebslosen Fluggerätes seine Flugbahn geändert hat, was durchaus im Bereich von mehreren Sekunden liegen kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Anzeigegerät ein analoges Zeigerinstrument, ein digitalisier­ tes Anzeigegerät mit variabler Dämpfung, ein Integrator mit Anzeige der zeitlichen Mittelwerte oder eine frequenz- und taktmodulierte Tongeneratoranzeige. Die Art der Anzeige ist vorteilhaft an die Bedürfnisse des Piloten eines antriebs­ losen Fluggerätes anpaßbar. Es können sowohl ein mittleres Steigen zur Anzeige gebracht werden, als auch ein akustisches Signal, das mit seiner Tonhöhe oder Impulsfolge die aktuelle Stärke des Steigens oder des Sinkens in einem Thermikgebiet anzeigt. Eine digitalisierte Anzeige oder Ziffernanzeige ist genauso darstellbar, wie eine analoge Zeigeranzeige.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Druckmeßgerät ein temperaturkompensierter Membransen­ sor mit einer auf der Druckmembran integrierten Widerstands­ meßbrücke zur Absolutdruckmessung, wobei die Verformungen der Druckmembran Widerstandsänderungen hervorruft, die durch die Widerstandsmeßbrücke in elektrische Signale umgewandelt werden. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß der Druck­ meßanteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung relativ kompakt und für eine elektrische Weiterverarbeitung der Druckmeßwerte besonders geeignet ist. Anstelle eines Membransensors kann auch ein Druckmeßsensor auf der Basis eines piezoelektrischen Kristalls eingesetzt werden.

Zur Kompensation der Temperaturabhängigkeit weist der Mem­ bransensor beispielsweise eine kalibrierte Zenerdiode auf die die temperaturbedingte Schrumpfung und Ausdehnung der Membran bei der elektronischen Weiterverarbeitung der Druckmeßsignale kompensiert.

Als Temperaturmeßsonde wird vorzugsweise ein Miniatur-Silizi­ um-Planar-Sensor mit geringer Masse und kurzer Ansprechzeit eingesetzt, wobei die thermische Zeitkonstante diese Sonde unter 1 s/°C liegt. Das hat den Vorteil, daß Umgebungstempe­ raturänderungen, die in Thermikgebieten bei Zehntel eines °C liegen können, innerhalb weniger als 100 Millisekunden ange­ zeigt werden.

Die anliegenden Figuren, Tabellen und Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern und ein bevorzugtes Ausführungsbei­ spiel dokumentieren.

Fig. 1 zeigt drei wesentliche Phasen beim Einflug eines antriebslosen Fluggerätes in ein Thermik- oder Aufwindgebiet mit dem Verlauf der Isothermen und Isobaren in vertikaler Staffelung und in horizonta­ ler Richtung.

Fig. 2 zeigt einen Kreisflug in Draufsicht eines antriebs­ losen Fluggeräts in einem Thermikgebiet mit geogra­ phischer Staffelung der Isobaren.

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 4 zeigt die Schaltung einer bevorzugten Ausführungs­ form der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 1 zeigt drei wesentliche Phasen zwischen den Punkten A- B, B-C, C-D beim Einflug eines antriebslosen Fluggerätes in ein Thermik- oder Aufwindgebiet mit dem Verlauf der Isother­ men 3 in durchgezogenen Linien und Isobaren 4 in gestrichel­ ten Linien in vertikaler Staffelung und in horizontaler Richtung. Dabei zeigen die Pfeile F die Höhe der Temperatur­ differenz zwischen einer stabilen Atmosphäre und einer atmosphärischen Störung, wie sie prinzipiell in Thermikgebie­ ten auftreten. Die horizontale Erstreckung dieser Prinzip­ skizze kann sich beispielsweise auf eine Länge von 5 km ausdehnen. Die vertikale Staffelung kann sich beispielsweise auf eine Höhe zwischen 800 und 1000 m erstrecken. Die Tempe­ ratur nimmt mit zunehmender Höhe ab und ist auf gleichblei­ bender Höhe in stabiler Atmosphäre am rechten und linken Rand des betrachteten Gebietes konstant. Der Luftdruck nimmt entsprechend der barometrischen Höhenformel mit der Höhe ab und ist auf gleichbleibender Höhe in kleinflächigen Gebieten, wie dem hier betrachteten konstant, wenn von großflächigen wetterbedingten Hoch- oder Tiefdruckzonen abgesehen wird.

Die Kurve 5 in Fig. 1 veranschaulicht den Einflug eines an­ triebslosen Fluggerätes in das Thermikgebiet, aus einem Gebiet mit stabiler Atmosphäre. In der ersten Phase vom Punkt A zum Punkt B befindet sich das Fluggerät in stabiler Atmosphäre und der Pilot hat Zeit und Gelegenheit gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Anpassung des Arbeitspunktes des Komparators durch Verstellen eines Potentiometers durch­ zuführen und damit eine Parametrierung der der Gleitflugbe­ dingungen vorzunehmen. Sobald der Punkt B überflogen wird zeigt das erfindungsgemäße Verfahren eine atmosphärische Störung an, da die Isothermen nicht mehr parallel mit den Isobaren vertikal gestaffelt sind, sondern eine Temperatur­ differenz entsprechend den Pfeilen F auftritt. Bereits an Fig. 1 ist erkennbar, daß lokale atmosphärische Störungen, wie Thermik oder Aufwinde durch Isothermen wesentlich deutli­ cher angezeigt werden als durch Isobaren. Nach Einflug in ein Thermikgebiet mit einem antriebslosen Fluggerät bei 100 bis 250 km/Std Geschwindigkeit wird mit herkömmlichen Mitteln, wie Variometern, erst in der Steigphase, der Flugphase C-D, eine deutliche Anzeige der atmosphärischen Störung erfolgen, was bei enger Thermik, wie in diesem Beispiel, dazu führt, daß das Thermikgebiet bereits durchflogen ist, bevor das her­ kömmliche Erfassungsverfahren auf die Druckdifferenz P zwi­ schen Punkt C und D reagiert.

Das erfindungsgemäße Verfahren macht es möglich, daß der Temperaturanstieg beim Durchfliegen des Punktes B bereits erfaßt wird und auch der Temperaturabfall im Punkt D exakt angezeigt wird und kein Steigen, wie beim herkömmlichem Verfahren meßtechnisch vorgetäuscht wird.

Noch deutlicher ist dieses in Fig. 2 zu sehen, die einen Kreisflug in Pfeilrichtung K in Draufsicht eines antriebs­ losen Fluggeräts in einem Thermikgebiet mit geographischer Staffelung der Isothermen zeigt. Dabei liegt das Zentrum des Aufwindgebiets im Bereich 2 mit der größten Temperaturüberhö­ hung und wird von einem atmosphärisch stabilen Gebiet 1 mit Null-Überhöhung umgeben. Dazwischen liegen geschlossene Isothermen 3, die die Zunahme der Temperaturdifferenz zwischen Bereich 1 und Bereich 3 in gleichbleibender Höhe zeigen. Die Anflugphase ist wieder mit A-B gekennzeichnet, in der ein Nullabgleich vorgenommen werden kann. Unmittelbar beim Einflug in das Thermikgebiet am Punkt B wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Thermik angezeigt und die Schwankungen in der Aufwindstärke können in jeder Phase des Kreisfluges mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erfaßt und mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Anzeige gebracht werden.

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vor­ richtung. Ein Drucksensor 6, beispielsweise TSP 411HB-A von Texas Instruments, ist über einen Verstärker 8 an einen Eingangsanschluß eines Komparators 10 angeschlossen und liefert das Signal D. An einen zweiten Anschluß des Kompara­ tors 10 ist über einen Verstärker 9 ein Temperatursensor 7, beispielsweise KTY 11-6 von Siemens, angeschlossen und lie­ fert das Signal T. Ein dritter Eingang verbindet den Kom­ parator 10 mit einem Anpassungswiderstand 11, mit dem eine Anpassung des Arbeitsbereichs des Komparators an unterschied­ liche Wetterlagen mittels des Signals W vorgenommen werden kann. Der Komparator bildet ein Differenzsignal Y = D-T+W und leitet dieses Signal Y über einen Verstärker 12, einen Diffe­ rentiator 13 und einem weiteren Verstärker 14 in Reihenschal­ tung dem Anzeigegerät 15 zu.

Der Drucksensor 6 ist ein temperaturkompensierter Membransen­ sor zur Absolutdruckmessung. Verformungen der Druckmembran bewirken bei diesem Sensortyp Widerstandsänderungen in der auf der Membran integrierten Widerstands-Meßbrücke. Zur Kompensation der Temperaturabhängigkeit der Brückenwiderstände wird eine kalibrierte Zenerdiode verwendet. Die Zenerspannung dient als Versorgungsspannung für die Meßbrücke, wobei der positive Temperaturkoeffizient (TC) der Zenerdiode den nega­ tiven TC der Meßbrücke von typisch - 0,2%/K (bei 1 bar) auf typisch ± 0,02%/K kompensiert.

Die folgende Tabelle zeigt im Detail die Parameterwerte des Drucksensors, beispielsweise TSP 411HB-A von Texas Instru­ ments:

Als Temperatursensor 7 wird beispielsweise ein Miniatur-Sili­ zium-Planar-Temperatursensor mit geringer Masse und kurzen Ansprechzeiten, wie beispielsweise der KTY 11-6 von Siemens eingesetzt. Seine Parameter zeigt die folgende Tabelle für eine Sensorcharakteristik bei T_A = 25°C und I_B = 1mA:

Fig. 3 zeigt die gleichzeitige Messung von Temperatur und Druck über parallele Meßketten. Die Ausgangskennlinien bzw. die Empfindlichkeiten der beiden Meßzweige lassen sich ge­ trennt voneinander über die Verstärkerstufen 8 und 9 variie­ ren. Die Verstärkungsfaktoren werden dabei so eingestellt, daß das vertikale Druck-und Temperaturprofil der ruhenden Standardatmosphäre zwei annähernd deckungsgleiche Kennlinien erzeugt, die sich am Komparatorausgang gegenseitig kompensie­ ren (T-D). Bei Flugbewegungen in ruhender Atmosphäre ver­ ursachen deshalb höhenbedingte Druck-und Temperaturverände­ rungen nahezu keine Signaländerung Y am Komparatorausgang, während thermikbedingte Temperaturabweichungen ein Differenz­ signal Y hervorrufen.

Zusätzlich erreicht man mit der Differenzsignalbildung eine Empfindlichkeitssteigerung, da die großen Offsetanteile der beiden Meßgrößen eliminiert werden. Über die dem Komparator nachgeschaltete Verstärkerstufe 12 kann deshalb das Diffe­ renzsignal ein weiteres Mal verstärkt werden, wobei die Aussteuerungsgrenzen des Verstärkers den Arbeitsbereich der Gesamtschaltung bestimmen. Die Anpassung des Arbeitsbereiches an die je nach Wetterlage verschiedenen Temperatur-und Druck- Basiswerte erfolgt durch Addition einer einstellbaren Off­ setspannung am Komparatoreingang. Eine Anpassung der Aus­ steuerungsgrenzen der beiden Eingangsmeßzweige ist wegen der geringeren Verstärkung durch die Verstärker 8 und 9 im all­ gemeinen nicht notwendig.

Zur weiteren Auswertung gelangt das verstärkte Komparatoraus­ gangssignal in ein Differenzierglied 13. Die Beschränkung auf die Tendenzanzeige 15 läßt eine weitere Signalverstärkung 14 am Differentiatorausgang zu, ohne daß dabei gleichzeitig der Arbeitsbereich der Gesamtmeßkette verkleinert wird.

Fig. 4 zeigt die Schaltung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Ausführung der bevor­ zugten Ausführungsform erfolgt als Analogschaltung mit dem Operationsverstärker TL 084 (Texas Instruments). Der Aufbau erfolgt durch direkte Verdrahtung der Bauelemente auf Lochra­ sterplatine.

Bei dem IC TL 084 handelt es sich um eine im einem DIL-Gehäuse integrierte Viererkombination von Operationsverstärkern mit FET-Eingangsstufen. Für den Schaltungsaufbau einer Ausfüh­ rungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit sieben Opera­ tionsverstärkern werden zwei IC′s (IC 1, IC 2) benötigt.

Der Drucksensor 6, TSP 411HB-A, wird am Vorwiderstand R3 betrieben, dieser begrenzt den Eingangsstrom auf 1.9 mA. Die symmetrische Brückenspannung wird an den Anschlüssen 1 und 5 abgenommen und über den Differenzverstärker IC 1B (Verstär­ kungsfaktor A=45,5) in ein asymmetrisches Signal gewandelt. Nach einer weiteren Verstärkung im Verstärker 8, IC 1D (A von 1.3 bis 14.3 einstellbar) gelangt das Drucksignal an den ebenfalls als Differenzverstärker ausgeführten Komparator, 10, IC 1A.

Der Temperatursensor 7, KTY 11-6 wird mit dem Vorwiderstand R12 betrieben, neben der Begrenzung des Eingangsstroms dient dieser zugleich als optimierter Vorwiderstand zur Linearisie­ rung der Sensorkennlinie. Im Temperaturbereich von 0 bis 30 °C ergibt sich hierdurch eine maximale Linearitätsabweichung der Sensor-Ausgangskennlinie von ca. 0.1°C gegenüber der Bezugsgeraden. Nach der Verstärkung im nichtinvertierenden Verstärker 9, IC 1C ( A von 10.6 bis 257) gelangt das Tempe­ ratursignal an den invertierenden Eingang des Komparators 10, IC 1A.

Die Anpassung des Arbeitsbereiches an verschiedene, durch die Wetterlage vorgegebene Temperatur- und Druck-Basiswerte kann über das Potentiometer 11 vorgenommen werden. Durch diese Einstellung der Offsetspannung am nichtinvertierenden Kom­ paratoreingang läßt sich die Differenzspannung am Komparator­ ausgang minimieren und auf die Aussteuerungsgrenzen der nachfolgenden Verstärkerstufe 12, IC 2A (A von 11 bis ∞) abstimmen.

Zur Differentation gelangt das Ausgangssignal der Verstärker­ stufe 12, IC 2A an ein CR-Glied (Hochpaß 1. Ordnung) dem zur Impedanzwandlung der Spannungsfolger IC 2B nachgeschaltet ist. Der Differentiator 13 besitzt eine Zeitkonstante τ = 3.3 ms. Für Signal-Änderungsfrequenzen f 4.8 Hz kann die Aus­ gangsspannung als proportional zum Differential der Eingangs­ spannung angesehen werden. Bei Berücksichtigung einer Tempe­ ratur-Nachweisgrenze von ΛT = 0.1°C pro 10 m horizontaler Flugstrecke ist eine maximale Signal-Änderungsfrequenz von ca. 1 Hz zu erwarten. Die Annahme von höheren Änderungsge­ schwindigkeiten ist auch in Hinblick auf die Sensor- und Anzeigenträgheit nicht sinnvoll.

Das Differentiator-Ausgangssignal wird in der Verstärkerstufe 14, IC 2C (A von 101 bis ∞) noch einmal verstärkt und gelangt dann an die Analoganzeige 15 (Amperemeter 100 µA). Mit dem Um­ schalter S1 kann zwischen der Anzeige des Absolutwertes und der Tendenzanzeige umgeschaltet werden.

Die Anzeige kann wie eine herkömmliche Variometeranzeige gestaltet werden oder durch Digitalisieren der Sensorsignale mit nachgeschalteter digitaler Signalverarbeitung für eine Ziffernanzeige aufbereitet werden. Darüberhinaus kann auch eine automatische Anpassung der Kennlinieneinstellung an den aktuellen Gesamtatmosphären-Verlauf installiert werden, so daß die manuelle Anpassung entfällt.

Claims (7)

1. Verfahren zur Messung und Nutzung atmosphärischer Störungen, insbesondere von Aufwindgebieten oder Thermikgebieten mittels eines antriebslosen Fluggeräts mit einem Druck- und Temperatur­ erfassungsgerät, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein Sollverlauf oder Sollkurven von Temperatur und Druck für eine ruhende Standard­ atmosphäre in Abhängigkeit von der Flughöhe parametriert und gespeichert werden und durch Parallelmessung von Temperatur und Druck während eines Fluges eine Detektion von Abweichungen eines gemessenen Temperatur-Druck-Verlaufs vom Sollverlauf eine verzögerungsarme Anzeige einer atmosphärischen Störung erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Parametrierung des Sollverlaufs oder der Sollkurven von Temperatur und Druck bei konstantem Sinkflug des antriebslosen Fluggeräts in ruhender Luft erfolgt und dieser erwartete Atmosphärenverlauf am Anzeigegerät zum Nullabgleich der Abweichungen dient.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gespeicherte Sollverlauf mit den auftretenden Temperatur- und Druck­ änderungen beim Flug durch ruhende Luft, die frei von atmosphärischen Störungen ist, fortlaufend verglichen wird, wobei ein Differenzsignal zum Sollwertverlauf für ruhige Luft erzeugt wird, dessen Abweichung vom Sollwert in ruhiger Luft gegen Null tendiert und verstärkt wird und dem Anzeigegerät zur Verfügung gestellt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Differenzsignal zum Sollwertverlauf für ruhige Luft einem Differentiator zugeführt wird und ein Tendenzsignal gebildet wird und dieses Tendenzsignal zur Anzeige des Einfliegens und des Verlassens eines Gebiets mit atmosphärischer Störung dient.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens der Messung und Nutzung atmosphärischer Störungen mittels eines antriebslosen Flug­ geräts mit einem Temperatur- und Druckerfassungsgerät, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckmeßsonde, die mit der Umgebungsluft in Wirkverbindung steht, über einen mechanisch-elektrischen Wandler und einen Verstärker mit einem Komparator verbunden ist und parallel dazu eine Temperaturmeßsonde aufweist, die mit der Umgebungsluft des antriebslosen Fluggeräts in Kontakt ist und über einen physikalisch- elektrischen Wandler und einen Verstärker mit dem Komparator ver­ bunden ist, wobei der Komparator über einen Abgleichwiderstand mit einem Speicher in Wirkverbindung steht und der Komparator die Soll­ wertkurven für Temperatur und Druck bei ruhender Luft als elektrisches Signal W eines Anpassungswiderstands mit den Temperatur- und Druckdaten (T, D) vergleicht und über einen Verstärker mit einem Differentiator in Wirkverbindung steht, der die sich zeitlich ändernden Abweichungen an einen angeschlossenen Verstärker zur Ausgabe an ein Anzeigegerät überträgt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das An­ zeigegerät ein analoges Zeigerinstrument, ein digitalisiertes Anzeige­ gerät mit variabler Dämpfung, ein Integrator mit Anzeige der zeitlichen Mittelwerte oder ein frequenz- und taktmodulierter Tongenerator ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmeßsonde ein Miniatur-Silizium-Planar-Sensor mit geringer Masse und kurzer Ansprechzeit ist, wobei die thermische Zeitkonstante unter 1 s/°C liegt.