DE2648430A1 - System zur erzeugung einer anzeige der windscherung - Google Patents

System zur erzeugung einer anzeige der windscherung

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DE2648430A1 DE19762648430 DE2648430A DE2648430A1 DE 2648430 A1 DE2648430 A1 DE 2648430A1 DE 19762648430 DE19762648430 DE 19762648430 DE 2648430 A DE2648430 A DE 2648430A DE 2648430 A1 DE2648430 A1 DE 2648430A1
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Description

Die Erfindung betrifft Flugzeuginstrumente und insbesondere ein solches Instrument, welches eine Ausgangsgröße zur Anzeige der Windscherungsverhältnisse erzeugt.
Die Windscherung kann als der Flugzustand definiert werden, der dann besteht, wenn die Geschwindigkeit und/oder die Richtung des Windes sich bei relativ geringen Änderungen der Höhe bedeutend ändert. Die Windscherung kann eine besonders gefährliche Situation hervorrufen, wenn ein Flugzeug durch die Luftmasse beim Landeanflug auf einem Flughafen absinkt. Informationen bezüglich der momentanen Windscherungsverhältnisse können den Piloten vor bevorstehenden Änderungen in der Luftgeschwindigkeit des Flugzeuges warnen, so daß er in der Lage ist, sofort korrigierende Maßnahmen zu treffen. Wie bereits bemerkt, kann diese Art Information besonders bei der Durchführung von Landungen in hohem Maße nützlich sein zur Vermeidung von Unfällen. Weiterhin kann diese Information dem Kontrollturm zugeleitet werden und dazu benutzt werden, andere vor der Landung stehende Flugzeuge zu warnen. Bisher wurde kein System zur Erzeugung von Informationen über die momentane Windscherung entwickelt. Das System gemäß der vorliegenden Erfindung bildet daher einen bedeutenden Beitrag zum Stand
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ORIGINAL INSPECTED
If
der Technik durch Verbesserung der Flugsicherheit besonders bei Landemanövern.
Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, eine Einrichtung zur Erzeugung eines Signals zur Anzeige der Windscherung zu schaffen, welche von dem Piloten eines Flugzeuges besonders während der Landemanöver verwendet werden kann. Diese Einrichtung soll ein Signal entsprechend der Windscherung zur Übermittlung zu einer Bodenstation erzeugen, wo es für die Leitung weiterer Flugzeuge verwendet werden kann.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung im Zusammenhang mit der scheniatischen Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Systems;
Fig. 2 ein Blockschaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
Fig. 3 eine Kurvendarstellung typischer Windscherungsverhältnisse und
Fig. 4 eine schematische Darstellung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Zusammengefaßt arbeitet die erfindungsgemäße Anordnung wie folgt:
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Das elektrische Ausgangssigiial eines Wandlers oder Messfühlers für die momentane Luftgeschwindigkeit des Flugzeuges wird differenziert um ein Ausgangssignal zu erzeugen, welches der Änderungsgeschwindigkeit der Luftgeschwindigkeit entspricht. An dem Flugzeug ist ein Beschleunigungsmesser befestigt, welcher die Beschleunigung entlang der Rumpfbezugslinie des Flugzeuges erfasst. Das Ausgangssignal des Beschleunigungsmessers wird einer Summierungseinrichtung zugeführt, welche auch noch das Ausgangssignal eines Vertikalkreisels erhält, das entsprechend der Schwerebeschleunigung (g * sinö) mit einer Konstanten multipliziert wird. Die Komponente des Beschleunigungssignals, welche der Grosse g * sinö entspricht, wird vom Ausgangssignal des Beschleunigungsmesser in der Summierungseinrichtung abgezogen, um ein Ausgangssignal zu erhalten, welches die horizontale Beschleunigung (inertial) des Flugzeuges darstellt. Dieses horizontale Beschleunigungssignal wird von dem differenzierten Luftgeschwindigkeitssignal in einer Summierungseinrichtung abgezogen, wobei das Ausgangssignal dieser zweiten Summierungseinrichtung die Windscherung darstellt. Zum besseren Verständnis dafür, dass dieses Ausgangssignal eine echte Wiedergabe der momentanen Windscherung darstellt, ist zu beachten, dass eine Verzögerung in der Beschleunigung(oder AbbremsungJ des Flugzeuges bei Änderung der Windgeschwindigkeit besteht. Daher wird selbst bei einer Windscherung, die gross genug ist, um die Inectialbeschleunigung des Flugzeuges zu beeinflussen, eine solche resultierende Beschleunigung an einem Zeitpunkt nach dem Zeitpunkt auftreten, an dem das differenzierte Ausgangssignal des Wandlers für die momentane Luftgeschwindigkeit, welches teilweise die als Ursache dieser Beschleunigung auftretende Windscherung darstellt, mit dem Ausgangssignal des Beschleunigungsmessers summiert wird.
Das Signal entsprechend der Amplitude der Windscherung wird einer geeigneten Signalverarbeitungseinrichtung zugeführt, welche eine Einrichtung zur Direktanzeige und einen Schwellwertdetektor enthalten kann, der mit einer Warneinrichtung
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zusammen arbeitet, welche ein Warnsignal liefert, wenn die Windscherung einen vorgegebenen Wert übersteigt. Weiterhin kann die Signalverarbeitungseinrichtung noch einen Spitzenwertdetektor und eine Speichereinrichtung zur Erzeugung einer Anzeige entsprechend dem Spitzenwert der Windscherung über einer vorgegebenen Zeitdauer enthalten oder einen Sender zur Fernmessung, mit dem Signale für die Windscherung an eine Bodenstation zur Anzeige übertragen werden.
Es wird nunmehr Bezug genommen auf die Figur 3, welche typische WindseherungsVerhältnisse zeigt. Wie ersichtlich, ändert sich die Windgeschwindigkeit von 1oo Knoten bei etwa 3oo m Höhe (1.OOO Fuss) bis auf 2o Knoten am Boden. Zur Vereinfachung der Darstellung wird angenommen, dass über diesen Höhenbereich keine Änderung der Windrichtung erfolgt. Es ist ersichtlich, dass bei der Durchführung eines Landeanflugs ein Pilot mit einer beträchtlichen Änderung der Luftgeschwindigkeit zu tun hat, wobei die Geschwindigkeit dieser Änderung mit veränderlicher Höhe in verschiedenen Höhenbereichen verschieden ist.
Es wird nunmehr Bezug genommen auf die Figur 1, welche die grundsätzliche Arbeitsweise des erfindungsgemässen Systems schematisch darstellt. Der Generator 11 zur Erzeugung des differenzierten Signals (d/dt) der momentanen Luftgeschwindigkeit liefert ein Ausgangssignal U, welches die Änderungsgeschwindigkeit der momentanen Luftgeschwindigkeit des Flugzeugs darstellt. Wie noch nachstehend im Zusammenhang mit Figur 2 erläutert, kann ein solches Signal bequem dadurch erzeugt werden, dass das elektrische Ausgangssignal eines Wandlers oder Messwertaufnehmers für die momentane Luftgeschwindigkeit differenziert wird (ein solcher Wandler steht normalerweise im Flugzeug zu Verfügung). Der Generator 12 für die Horizontalbeschleunigung des Flugzeuges liefert ein Ausgangssignal X, das der Horizontalbeschleunigung des Flugzeuges entspricht. Dieses Signal kann man mit Hilfe eines Beschleunigungsmessers erhalten,
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welcher entlang der RumrfLinie des Flugzeuges befestigt ist, wobei das Ausgangssignal des Beschleunigungsmessers zur Beseitigung von vertikalen Beschleunigungskompönenten in Folge der Schwerkraft kompensiert wird. Ein solches Ausgangssignal kann auch unmittelbar von dem Beschleunigungsmesser entnommen werden, in^dem ein solcher Beschleunigungsmesser auf einer Plattform mit Inertialstabilisierung befestigt wird, so dass er unabhängig von der Neigung des Flugzeuges in einer horizontalen Ebene stabilisiert verbleibt.
»t
Das Horizontalbeschleunigungssignal X wird von dem Signal U für die Änderungsgeschwindigkeit der momentanen Luftgeschwindigkeit in der Summierungseinrichtung 14 abgezogen. Das Ausgangs signal der Summierungseinrichtung 14 entspricht der Windscherung Vws und entspricht der Änderungsgeschwindigkeit der Windgeschwindigkeit. Dieses Windscherungssignal kann selbstverständlich positiv oder negativ sein. Das Windscherungssignal wird einer Signalverarbeitungseinrichtung 16 zugeführt, welche eine Anzeige enthalten kann, die kontinuierlich die gemessene Windscherung anzeigt. Weiterhin kann die Signalverarbeitungseinrichtung 16 noch eine Spitzensignaleinrichtung enthalten, welche die Spitzenamplitude der Windscherung über einem vorgegebenem Zeitintervall anzeigt, sowie eine Schwelldetektoreinrichtung, welche mit einer Warneinrichtung zusammenarbeitet und anzeigt, wenn die Windscherung eine vorgegebene Amplitude überschritten hat. Weiterhin kann die SignalVerarbeitungseinrichtung auch noch ein Fernmess-System zur Übermittlung von Signalen entsprechend der gemessenen Windscherung an eine Bodenstation zur Anzeige enthalten.
Die Figur 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung in Form einer Blockschaltung. Der Wandler 21 für die momentane Luftgeschwindigkeit erhält das Ausgangssignal eines Pitot-Rohrs des Flugzeuges und erzeugt ein elektrisches Ausgangs-
signal U entsprechend der momentanen Luftgeschwindigkeit des
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Flugzeuges. Dieses elektrische Ausgangssignal wird in einem Differenzierglied 22 differenziert zur Erzeugung eines Ausgangssignals U entsprechend der Änderungsgeschwindigkeit der momentanen Luftgeschwindigkeit. Der Beschleunigungsmesser 24 ist entlang der Längsachse des Flugzeuges (Rumpfbezugslinie) befestigt und liefert ein Ausgangssignal proportional der Grosse X + g sin0, wobei X die Horizontalbeschleunigung des Flugzeuges, g die Erdbeschleunigung und θ der Neigungswinkel des Flugzeuges ist. Der Vertikalkreisel 3o liefert ein elektrisches Ausgangssignal entsprechend sinö und dieses Signal wird im Verstärker 32 mit einer Konstante entsprechend der Schwerkraft multipliziert. Das Ausgangssignal des Verstärkers 32 wird von dem Ausgangssignal des Beschleunigungsmessers 24 in der Summiereinrichtung 33 subtrahiert zur Erzeugung eines Signals x, welches der Horizontalbeschleunigung des Flugzeuges unabhängig von seinem Neigungswinkel entspricht. Das Ausgangssignal der Summiereinrichtung 33 wird in Summiereinrichtung 36 von dem Ausgangssignals des Differenziergliedes 22 subtrahiert.
Wenn keine Windscherung vorhanden ist, dann ist das Ausgangssignal der Summiereinrichtung 36 Null. "Bei ansteigendem Wind wird U positiver sein als X und dies wird zu einem positiven Ausgangssignal für die Windscherung von der Summiereinrichtung 36 führen. Bei abnehmendem Wind wird die Summiereinrichtung 36 ein negatives Ausgangssignal für die Windscherung liefern. Das Ausgangssignal für die Windscherung an der Summierungseinrichtung 36 kann auf mehrfache Weise benutzt werden. Erstens kann das Signal unmittelbar über einen Wahlschalter 4o der Anzeige 42 zugeführt werden. Die Anzeige 42 kann ein Galvanometer enthalten, welches so geeicht ist, dass es direkt die Windscherung in Knoten pro Minute anzeigt. Alternativ kann es eine digitale Anzeige enthalten, welche die gleiche Grosse anzeigt. Das Ausgangssignal kann auch noch dem Spitzenwertdetektor 43 und von dort dem Speicher 44 zugeführt werden. Dieser
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kann eine kapazitive Speicherschaltung enthalten, welche das vom Detektor 43 empfangene Spitzensignal speichert. Der Schalter 4o kann dazu verwendet werden, alternativ eine Anzeige auf der Anzeigevorrichtung 42 für das im Speicher 44 gespeicherte Spitzensignal zu erhalten oder eine Anzeige der momentanen Grosse der Windscherung zu erhalten, wie sie am Ausgang der Summierungseinrichtung 36 erscheint. Der Speicher 44 kann nach Beendigung einer vorgegebenen Überwachungsperiode auf Null zurückgestellt werden.
Ein Schwellwertdetektor 46 arbeitet in Verbindung mit der Warneinrichtung 47 und wird dazu benutzt, dem Piloten ein Warnsignal dafür zu geben, dass eine gefährliche Windscherung vorhanden ist. Der Schwellwertdetektor 46 kann eine Triggerschaltung enthalten, die so vorgespannt ist, dass sie betätigt wird, wenn das ihr von der Summierungseinrichtung 36 zugeführte Signal einen vorgegebenen Wert übersteigt, wobei dieser Wert einen vorgegebenen Windscherung entspricht. Wenn der Schwellwertdetektor 46 betätigt wird, dann betätigt er seinerseits eine Warneinrichtung, welche eine Hupe, einen Summer, eine Warnlampe oder dergleichen enthalten kann.
Es kann auch noch ein Fernmess-Sender 5o vorgesehen sein, um Informationen über die Windscherung an eine Bodenstation zu senden -, wo sie dann durch das Kontrollpersonal am Boden zur Leitung weiterer Flugzeuge bei der Landung benutzt werden kann. Auf diese Weise kann man genaue Informationen erhalten um anfliegende Piloten vor gefährlichen Windseherungs-Verhältnissen zu warnen.
Es wird nunmehr auf die Figur 4 Bezug genommen, welche eine praktische Ausführung der bevorzugten Ausführungsform schematisch darstellt. Das Ausgangssignal der Anzeigeeinrichtung 21 der momentanen Luftgeschwindigkeit, welche das normalerweise im Flugzeug verwendete Anzeigeinstrument für die Luftgeschwindigkeit sein kann, wird durch das Differenzierglied 22 diffe-
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renziert, welches den Kondensator 51, den Widerstand 52 und den Verstärker 53 enthält. Das Ausgangssignal des Verstärkers
53 stellt die Änderungsgeschwindigkeit der momentanen Luftgeschwindigkeit des Flugzeuges dar und wird über den Widerstand
54 dem Summierverstärker 36 zugeführt. Der Beschleunigungsmesser 24 ist wie bereits bemerkt an dem Flugzeug so befestigt, dass er die Beschleunigungen entlang der Rumpflinie erfasst. Für den Beschleunigungsmesser 24 kann ein handelsmässig erhältlicher Beschleunigungsmesser verwendet werden, beispielsweise das Modell Nr. 971-418-oo3, wie es von der Firma Sunstrand Data Control hergestellt wird. Das Ausgangssignal des Beschleunigungsmessers ist eine Spannung entsprechend der erfassten Beschleunigung und wird über den Widerstand 55 dem Summierverstärker 33 zugeführt.
Als Vertikalkreisel 3o kann der normalerweise in einem Flugzeug zur Anzeige des Neigungswinkels des Flugzeuges verwendete Vertikalkreisel verwendet werden. Er liefert ein elektrisches Ausgangssignal, das mit einer vorgegebenen Konstante (K) entsprechend der Erdbeschleunigung verstärkt wird. Das Ausgangssignal des Verstärkers 32 wird über den Widerstand 56 dem Summierverstärker 33 zugeführt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 32 wird dabei dem Summierverstärker 33 mit einer solchen Polarität zugeführt, dass es von dem Ausgangssignal des Beschleunigungsmessers 24 subtrahiert wird und man damit ein Eingangssignal zum Verstärker 33 entsprechend der horizontalen Inertialbeschleunigung des Flugzeuges erhält. Das Ausgangssignal des Verstärkers 33 wird über den Summierungswiderstand 5 8 dem Verstärker 36 zugeführt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 33 wird dabei dem Verstärker 36 mit einer solchen Polarität zugeführt, dass es vom Ausgangssignal des Verstärkers 53 subtrahiert wird. Das Ausgangssignal des Verstärkers 36 stellt daher die Windscherung dar (die Differenz zwischen der Änderungsgeschwindigkeit der momentanen Luftgeschwindigkeit und der horizontalen Inertialbeschleunigung
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des Flugzeuges). Das Ausgangssignals des Verstärkers 36 wird über den Wahlschalter 4o dem Analog-Digital-Wandler 60 zugeführt und dort in digitale Form zur Anzeige auf einer digitalen Anzeige 42 umgewandelt.
Das Ausgangssignals des Verstärkers 36 wird auch noch über den Widerstand 62 dem Verstärker 63 und von diesem Verstärker über den Widerstand 64 und die Diode 65 dem Kondensator 66 zugeführt, welcher den Spitzenwert des Signals speichert. Der Kondensator 66 kann mit Hilfe eines Rücksetzschalters 72 durch den Widerstand 7o entladen werden und auf diese Weise kann ein neuer Zyklus für die Ermittlung des Spitzenwertes eingeleitet werden. Das Spitzensignal wird dem Verstärker 75 zugeführt, dessen Ausgang selektiv mit Hilfe des Wahlschalters 4o auf den Analog-Digital-Wandler 60 geschaltet werden kann.
Das Ausgangssignal des Verstärkers 36 wird auch noch über die Widerstände 83 bzw. 84 den Verstärkern 81 bzw. 82 zugeführt. ' Mit Hilfe eines Gleichspannungsnetzteils 86 und eines Potentiometers 87 erhält man ein Gleichspannungs-Bezugssignal. Dieses Bezugssignal wird mit Hilfe des Potentiometers so eingestellt, dass es einen vorgegebenen Warnpegel für die Windscherung darstellt. Das Bezugssignal wird vom Potentiometer 87 über den Widerstand 89 dem negativen Eingang des Verstärkers 82 zugeführt, so dass dieser Verstärker eine Ausgangssignal besitzt, wenn das Eingangssignal für die Windscherung am Verstärker über den Wert der Bezugsspannung ansteigt. Andererseits werden das Bezugssignal vom Potentiometer 87 und das Windscherungssignal beide dem negativen Eingang des Verstärkers 81 zugeführt und dort summiert. Der Verstärker ist an seinem positiven Eingang so vorgespannt, dass beim Absinken des Windscherungssignals unter eine vorgegebene Amplitude am Verstärker 81 ein Ausgangssignal erzeugt wird. Die Ausgangssignale der Verstärker 81 bzw. 82 werden den elektronischen Schaltern 9o bzw. 91 zugeführt und betätigen diese Schalter ent-
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fix,
sprechend vorgegebenen Grenzwerten für'ßin und Aus'bezüglich der Windseherungssignale. Wenn der elektronische Schälter 9o betätigt wird, verbindet er das Netzteil 93 mit der Warnlampe 95. In ähnlicher Weise liefert der elektronische Schalter 91 Leistung aus dem Netzteil 93 zur Warnlampe 96. Die Warnlampe 95 kann ein rotes Licht sein und eine verminderte Luftgeschwindigkeit anzeigen und die Warnlampe 96 kann ein Weißes Licht sein und eine ansteigende Luftgeschwindigkeit anzeigen.
Vorstehend wurde die Erfindung im einzelnen ausführlich im Zusammenhang mit bestimmten Ausführungsformen beschrieben. Diese Ausführungsformen sollen jedoch keine Beschränkung beinhalten.
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Claims (7)

  1. Patentansprüche:
    >»—
    f 1.) !System zur Erzeugung eines Signals entsprechend den bei ^—«-"'einem Flugzeug auftretenden Windscherungsverhältnissen, dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst eine Einrichtung zur Erzeugung eines Signals entsprechend der Änderungsgeschwindigkeit der momentanen Luftgeschwindigkeit des Flugzeuges,
    Einrichtung zur Erzeugung eines Signals entsprechend der horizontalen Inertialbeschleunigung des Flugzeuges, Subtraktionseinrichtungen zur Subtraktion des zweiten vorgenannten Signals von dem ersten Signal zur Erzeugung eines Ausgangssignals entsprechend der Windscherung, und eine Einrichtung - zur Verarbeitung des Ausgangssignals zur Erzielung einer Anzeige entsprechend der Amplitude des Windseherungssignals.
  2. 2.) System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinrichtung eine Anzeige(42)zur direkten Anzeige der Amplitude des Windseherungssignals enthält.
  3. 3.) System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinrichtung eine Warneinrichtung (47) zur Erzeugung eines Warnsignals enthält, sowie einen Detektor (46), welcher bei Übersteigen eines vorgegebenen Wertes durch das Windscherungssignal die Warneinrichtung (47) betätigt.
  4. 4.) System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Signalverarbeitung noch einen Spitzendetektor (43) zur Erzeugung eines Ausgangssignals entsprechend des Spitzenwertes des Windseherungssignals enthält sowie einen Speicher (44) zur Speicherung des Spitzenwertes des Detektors (43) und eine Anzeigeeinrichtung (42) zur Anzeige des in dem Speicher gespeicherten Spitzenwertsignals.
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  5. 5.) System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die SignalVerarbeitungseinrichtung (16) einen Fernmess-Sender (5o) zur Übermittlung des Signals für die Windscherung an eine Bodenstation enthält.
  6. 6.) System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (11) zur Erzeugung eines Signals entsprechend der Änderungsgeschwindigkeit der Luftgeschwindigkeit einen Wandler (21) für die momentane Luftgeschwindigkeit mit einem Ausgangssignal entsprechend dieser momentanen Luftgeschwindigkeit und ein Differenzierglied (22) zur Differenzierung des Ausgangssignals des Wandlers (21) umfasst.
  7. 7.) System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erzeugung eines Signals entsprechend der Horizontalbeschleunigung des Flugzeuges einen Beschleunigungsmesser enthält, welcher entlang der Rumpfbezugslinie des Flugzeuges befestigt ist zur Erfassung von Beschleunigungen entlang dieser Bezugslinie, sowie eine Einrichtung (3o, 32) zur Erzeugung eines Signals entsprechend dem Steigungswinkel des Flugzeuges und eine Einrichtung (33) zur Subtraktion dieses Signals entsprechend der Steigung des Flugzeuges von dem Ausgangssignal des Beschleunigungsmesserp(24).
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DE2648430A 1975-11-05 1976-10-26 System zur Erzeugung eines Signals für die an einem Flugzeug auftretenden Windscherungsverhältnisse Expired DE2648430C3 (de)

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