DE2648430C3 - System zur Erzeugung eines Signals für die an einem Flugzeug auftretenden Windscherungsverhältnisse - Google Patents

System zur Erzeugung eines Signals für die an einem Flugzeug auftretenden Windscherungsverhältnisse

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DE2648430C3
DE2648430C3 DE2648430A DE2648430A DE2648430C3 DE 2648430 C3 DE2648430 C3 DE 2648430C3 DE 2648430 A DE2648430 A DE 2648430A DE 2648430 A DE2648430 A DE 2648430A DE 2648430 C3 DE2648430 C3 DE 2648430C3
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Description

Die Erfindung betrifft ein System zur Erzeugung eines Signals für die an einem Flugzeug auftretenden WindschefUngsverhältnissei insbesondere ein 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 Windscherung kann besonders gefährliche Situationen dann hervorrufen, wenn ein Flugzeug absinkt. Informationen bezüglich der momentanen Windscherungsver-
i" hältnisse können den Piloten vor bevorstehenden Änderungen in der Luftgeschwindigkeit des Flugzeugs warnen, so daß er in der Lage ist, sofort korrigierende Maßnahmen zu treffen. Weiterhin können diese Informationen dem Kontrollturm zugeleitet 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 der Technik durch Verbesserung der Flugsicherheit besonders bei Landemanövern.
Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, ein System zur Erzeugung eines Signals zur Anzeige der momentanen Windscherung im Bereich des Flugzeugs · zu schaffen, welche von dem Piloten besonders während der Landemanöver verwendet werden kann. Dieses System soll ein Signal entsprechend der Windscherung zur Übermittlung zu einer Bodenstation erzeugen, wo es für die Leitung weiterer Flugzeuge verwendet werden kann.
Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung gelöst durch eine Einrichtung zur Erzeugung eines ersten Signals für die Änderungsgeschwindigkeit der momentanen Luft geschwindigkeit des Flug/eugs. eine Einrichtung /ur
• Erzeugung eines zweiten Signals für die horizontale Beschleunigung des Flug/eugs. eine Subtraktionseinrichtung /ur Subirakiion des /weilen Signals von dem ersten Signal /ur Erzeugung eines Ausgangssignals für die Windscherung. und eine Einrichtung /ur Verarbei-
'■■ tung des Ausgangssignals /ur Er/ii'jrtg einer Anzeige der Amplitude des Windscherungssignals.
Vorteilhafte Weiterbildungen djr Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispicl der '· Erfindung an Hand der Zeichnung näher beschrieben. Es /eigl
Fig. I eine schematische Dai teilung der Windscherungssignaler/eugung.
F i g. 2 ein Blockschaltbild eines bevor/ugten Ausfüh-■' rungsbeispiels der Erfindung.
Fig. 3 eine Kurvendarstellung typischer Windscherungsverhältnisse und
Fig. 4 eine schematische Darstellung des bevorzugten Atisführungsbeispielsder Erfindung.
Zusammengefaßt arbeitel c'ie Anordnung wie folgt:
Das elektrische Ausgangssignal eines Wandlers oder Meßfühlers für die momentane Luftgeschwindigkeit des Flugzeugs wird differenziert, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, welches der Änderungsgeschwindigkeit der ··'■ Lufigeschwindigkeit entspricht. An dem Flugzeug ist ein Beschlriinigungsrnesser befestigt, welcher die Beschleunigung entlang der Rumpfbezugslinie des Flugzeugs erfaßt. Das Ausgangssignal des Beschleunigungsmessers wird einer Summierungseinrichtung zugeführt, <"'■ welche auch noch das Ausgarigsstghal eines Vertikal· kreiseis erhält, das entsprechend der Schwerebeschleunigung (g' sin Θ), wobei Θ den Längsneigungswinkel des Flugzeugs darstellt, mit einer Konstanten mullipll·
.J
ziert wird. Die Komponente des, Besehleunigungssignals, weiche der Größe g ■ sin B entspricht, wird vom Ausgangssignal des Beschleunigungsmessers in der Summierungseinrichtung abgezogen, um ein Ausgangssignal zu erhalten, welches die horizontale Beschleunigung des Flugzeugs 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 dem Beschleunigungs- oder Abbremsungs-Ansprechverhalten des Flugzeugs bei Änderung der Windgeschwindigkeit besteht. Daher wird selbst bei einer Windscherung, die groß genug ist, um die Inertialbeschleunigung des Flugzeugs zu beeinflussen, eine solche resultierende Beschleunigung an einem Zeitpunkt nach dem Zeitpunkt auftreten, an dem das differenzierte Ausgangssignal des Wandlers für die momentane Lufigeschwinüigkeit. weiches leiiweise die als Ursache dieser Beschleunigung auftretende Windscherung darstellt, mit dem Ausgangssig.ul des Beschleunigungsmessers summiert wird.
D.is Signal entsprechend der Amplitude der Windschcrung wird einer geeigneten Signalverarbeitungseinrichtung zugeführt, welche eine Einrichtung zur Direktanzeige und einen .Schwellwerldeteklor enthalten kann, der mit einer Warneinrichtung zusammen arbeitet, welche ein Warnsign.il liefert, wenn die Windscherung einen vorgegebenen Wert übersteigt. Weilerhin kann die Signalverarbeitungseinrichtung noch einen Spitzenwertdelektor und eine Speichereinrichtung zur Erzeugung einer Anzeige entsprechend dem Spitzenwert der Windscherung über einer vorge gebenen Zeitdauer enthalten oder einen Sender zur Fernmessung, mit dem Signale für die Windscherung an eine Bodenstation zur Anzeige übertragen werden.
Fs wird nunmehr Bezug genommen auf die Fig. i. welche typiscne Windscherungsverhaltnisse zeigt. Wie ersichtlich, ändert sieh die Windgeschwindigkeit von 185 km/h bei etwa 300 m Hohe (1000 FuIJ) bis aul }7 km/h am Boden. Zur Vereinfachung der Darstellung wird angenommen, daß iiber diesen 1 löhenbereich keine Änderung der Windrichtung erfolgt. Fs ist ersichtlich, dall bei der Durchführung eines l.andeanflugs ein Pilot mit einer beträchtlichen Änderung der Luftgeschwin digkeit zu tun hai. wobei Jie Geschwindigkeit dieser Änderung mit veränderlicher Höhe in verschiedenen Höhenbereichen verschieden ist.
Gemäß F ι g. 1 liefert der Generator 11 zur F.rzeugung des difiercnzierten Signals (d/d/^der momentanen Luftgeschwindigkeit ein Ausgangssignal H. welches die Änderungsgeschwindigkeit der momentanen l.uftgeschwindigkeit des Flugzeugs darstellt. Wie noch nachstehend im Zusammenhang mit F i g. 2 erläutert, kann ein solches Signal bequem dadurch erzeugt werden, daß das elektrische Ausgangssignal eines Wandlers oder Meßwertaufnehmers für die momentane l.uftgeschwindigkeit differenziert wird (ein Solcher Wandler steht normalerweise im Flugzeug zur Verfügung). Der Generator 12 für die Horizontalbeschleüiiigung des Flugzeugs liefert ein Ausgangssignal X, das der Horizontalbeschleunigung des Flugzeugs entspricht. Dieses Signal kann man mit Hilfe eines Beschleunigungsmessers erhalten, welcher entlang der Rumpflinie des Flugzeugs befestigt isj, wobei das Ausgangssignal des Beschleunigungsmessers zur Beseitigung von vertikalen Beschleuniiiungskomponenten infolge der Schwerkraft kompensiert wird. Ein solches Ausgangs signal kann auch unmittelbar von dem Beschleunigungsmesser entnommen werden, indem ein solcher Beschleunigungsmesseraufeiner Plattform mit Inertialstabilisierung befestigt wird, so daß er unabhängig von der Neigung des Flugzeugs in einer horizontalen Ebene stabilisiert verbleibt.
Das Horizontalbeschleunigungssignal X wird von dem Signal LJ für die Änderungsgeschwindigkeit der momentanen Luftgeschwindigkeit in der Summierungseinrichtung 14 abgezogen. Das Ausgangssignal der Summierungseinrichtung 14 entspricht der Windscherung V„s 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 Signalver Deitungsemrichtung 16 noch eine Spitzensignaieinncntng entnahen. 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 Bodenstalion zur Anzeige enthalten
Die F i g. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform in Form einer Blockschaltung Der Wandler 21 fur die momentane l.uftgeschwindigkeit erhält das Ausgangssignal eines Pilot-Rohrs des Flugzeugs und erzeugt ein elektrisches Ausgangssignal U entsprechend der momentanen Luftgeschwindigkeit des Flugzeugs. Dieses elektrische Ausgangssignal wird in einem Differenzierglied 22 differenziert zur Frzeugung eines Ausga,,gssignals 11 entsprechend der Änderungsgeschwindigkeit der momentanen Luftgeschwindigkeit. Der Beschleuni gunbsmesser 24 ist entlang der Längsachse des Flugzeugs (Rumpfbezugslime) befestigt und liefert c:n Ausgangssignal proportional der f iröCe X + e sin (-). wobei V die Horizontalbeschleunigung des Flugzeugs, g die Erdbeschleunigung und Θ der Neigungswinkel des Flugzeugs ist. [5er Vertikalkreisel 30 liefert ein elektrisches Ausgangssignal entsprechend sin Θ, 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 F.rzeugung eines Sii?nau Y. welches der Horizontalbeschleunigung des Flugzeugs unabhängig von seinem Neigungswinkel entspricht Das Ausj>ngssignal der Summiereinnchtung 33 wird in .Summiereinrichtung 36 von dem Ausgangssignal des Differerziergliedes 22 subtrahiert.
Wenn keine Windscherung vorhanden ist. dann ist das Ausgangssignal de, Summiereinrichtung 36 Null. Bei ansteigendem Wind wird LJ größer 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 Wählschalter 40 der Anzeige 42 zugeführt werden. Die Anzeige 42 kann ein Galvanometer enthalten, welches so geeicht ist, daß es direkt die Windscherung anzeigt. Alternativ kann es eine digitale Anzeige enthalten, welche die gleiche Größe anzeigt. Das Ausgangssignal kann auch noch dem Spitzenwertdetektor 43 und von dort dem Speicher 44 zugeführt werden. Dieser kann eine kapazitive Speicherschaltung enthalten, welche das vom Detektor 43 empfangene Spitzensignal speichert. Der Schalter 40 kann dazu verwendet werden, alternativ eine Anzeige auf der Anzeigevorrichtung 42 für das im Speicher 44 gespeicherte Spitzertsignal zu erhallen oder eine Anzeige der momentanen Größe 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.
Kin Schwellwertdetektor 46 arbeitet in Verbinduns 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 einer vorgegebenen Windscherung entspricht. Wenn der Schwellwertdetektor 46 betätigt wird, dann betätigt er seinerseits eine Warneinrichtung, welche eine Hupe, einen Summer, eine Warnlampe od. dgl. enthalten kann.
Es kann auch noch ein Fernmeß-Sender 50 vorgesehen sein, um Informationen über die Windscherung an eine Bodenstalion 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 Windscherungsverhältnissen zu warnen.
Es wird nunmehr auf die Fig.4 Bezug genommen, welche eine praktische Ausführung der bevorzugten Ausführungsform schematisch darstellt. Das Ausgangsaigiui! uci AtIZ-CIgCCMiI iutiung 2i uci lüutlictiuiiicii Luftgeschwindigkeit, welche das normalerweise im Flugzeug verwendete Anzeigeinstrument für die Luftgeschwindigkeit sein kann, wird durch das Differenzierglied 22 differenziert, welches den Kondensator 51. den Widerstand 52 und den Verstärker 53 enthält. Das Ausgangssignal des Verstärkers 53 stellt die Änderungsgeschwindigkeit der momentanen Luftgeschwindigkeit des Flugzeugs dar und wird über den Widerstand 54 dem Summiervei stärker 36 zugeführt. Der Beschleunigungsmesser 24 ist, wie bereits bemerkt, an dem Flugzeug so befestigt, daß er die Beschleunigungen entlang der Rumpflinie erfaßt. Das Ausgangssignal des Beschleunigungsmessers ist eine Spannung entsprechend der erfaßten Beschleunigung und wird über den Widerstand 55 dem Summierverstärker 33 zugeführt
Als Vertikalkreisel 30 kann der normalerweise in einem Flugzeug zur Anzeige des Neigungswinkels des Flugzeugs 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
Summierverstarker 33 zugeführt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 32 wird dabei dem Summierverstarker 33 mit einer solchen Polarität zugeführt, daß es von dem Ausgangssignal des Beschleunigungsmessers 24 sublrahicrt wird und man damit ein Eingangssignal zum Verstärker 33 entsprechend der horizontalen Beschleunigung des Flugzeugs erhält. Das Ausgangssignal des Verstärkers 33 wird über den Summierungswidcrstand 58 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 Änderungsgeschwindigkcil der momentanen Luflgcschwin digkeit und der horizontalen Beschleunigung des Flugzeugs). Das Ausgangssignal des Verstärkers 36 wird über den Wählschalter 40 dem Analog-Digital-Wandler 60 zugeführt und dort in digitale Form zur Anzeige auf einer digitalen Anzeige 42 umgewandelt.
Das Ausgangssignal 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 70 entladen werden und auf diese Weise kann fin neuer Zyklus für die Ermittlung des Spitzenwertes eingeleitet werden. Das Spitzensignal wird dem Verstärker 75 zugeführt, dessen Ausgang selektiv mit Hilfe des Wahlschalters 40 auf den Analog-Digital-Wandler60 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 ein
besitzt, wenn uas 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
5u Absinken des Windscherungssignals unter eine vorgegebene Amplitude am Verstärker 81 ein Ausgang^ignal erzeugt wird. Die Ausgangssignale der Verstärker 81 bzw. 82 werden den elektronischen Schaltern 90 bzw. 91 zugeführt und betätigen diese Schalter entsprechend vorgegebenen Grenzwerten für »Ein« und »Aus« bezüglich der Windscherungssignale. Wenn der elektronische Schalter 90 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 abnehmende Luftgeschwindigkeit anzeigen, und die Warnlampe 96 kann ein weißes Licht sein und eine ansteigende Luftgeschwindigkeit anzeigen.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:
1. System zur Erzeugung eines Signals für die an einem Flugzeug auftretenden Windscherungsverhältnisse, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Erzeugung eines ersten Signals für die Änderungsgeschwindigkeit der momentanen Luftgeschwindigkeit des Flugzeugs, eine Einrichtung zur Erzeugung eines zweiten Signals für die horizontale Beschleunigung des Flugzeugs, eine Subtraktionseinrichtung zur Subtraktion des zweiten Signals von dem ersten Signal zur Erzeugung eines Ausgangssignals für die Windscherung, und eine Einrichtung zur Verarbeitung des Ausgangssignals zur Erzielung einer Anzeige (42) der Amplitude des Windscherungssignals.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinrichtung eine Warneinrichtung (47) /ur Erzeugung eines Warnsignals enthält, st,v ie einen Detektor (461), welcher bei Übersteigen eines vorgegebenen Wertes des Wind scherungssignals die Warneinrichtung(47) betätigt.
3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Signalverarbeitung noch einen Spitzenwertdetektor (43) /ur Erzeugung eines Ausgangssignals für den Spitzenwert des Windscherungssignals enthalt sowie einen Speicher (44) zur Speicherung des Spit/enwertes des Detektors (43) und eine Anzeigeeinrichtung (42) zur Anzeige des in dem Speicher gespeicherten Spit/enwertsignals.
4 System nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtung (16) einen Fernmeß-Sendei· (50) ,.ur Übermittlung des Signals für die Windscherung an eine Bodenstation enthält.
5. System nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (11) zur Erzeugung eines Signals für ciie Änderungsgeschwindigkcit der Lufigeschwindigkeit einen Wandler (21) für die momentane Luftgeschwindigkeit mit einem Ausgangssignal entsprechend dieser momentanen L.uftgeschwmdigkeit und ein Differenzierglied (22) zui Differenzierung des Ausgangssignals des Wandlers (21)umfaßt.
b. System nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung eines Signals entsprechend der Hori/ontalbeschleunigung des Flugzeugs einen Beschleunigungsmesser (24) enthält, welcher entlang der Rumpfbe/ugslinie des Flugzeugs befestigt ist /ur Erfassung von Beschleunigungen V + g sm (-) entlang dieser Be/ugslinie sowie eine Einricntung (30, 32) zur Erzeugung eines Signals g sin Θ entsprechend dem I.ängsneigungs •winkel des Flugzeugs und eine Einrichtung (33) zur Subtraktion dieses Signals entsprechend dem Längs· Neigungswinkel des Flugzeugs von dem Ausgangssignal des Beschleunigungsmessers, wobei V die Horizontalbeschleunigung des Flugzeugs, g die Erdbeschleunigung und β der Längsneigungswinkel des Flugzeugs ist.
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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