DE2724860C2 - Fahrtanzeigeinstrument für Flugzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrtanzeigeinstrument für Flugzeuge mit einer feststehenden Fahrtskala und einem über der Fahrtskala spielenden Zeiger, der durch ein vom Staudruck gesteuertes Meßwerk auslenkbar ist.

Zur Anzeige des aerodynamischen Strömungszustandes wird bei Flugzeugen üblicherweise die Fahrt ν (in Knoten) benutzt die aus einer Staudruckmessung abgeleitet wird. Die Fahrtmessung wird beispielsweise benötigt um eine von der Flugsicherung vorgeschriebene Geschwindigkeit einzuhalten, oder bei bestimmten Flugmanövern wie der Waffenablieferung. Die Fahrt muß unterhalb eines bestimmten kritischen Wertes gehalten werden, um den Staudruck aus Gründen der Strukturfestigkeit und des Flatterns zu begrenzen. Nach diesen Kriterien wird am Fahrtmesser ein Sollwert eingestellt und manuell oder automatisch geregelt

Die Fahrt muß mit Sicherheit oberhalb eines kritischen Wertes, der »Abreißgeschwindigkeit« vs· liegen, bei welcher die Strömung abreißt und der Auftrieb schlagartig wegfällt Die Abreißgeschwindigkeit vs ist abhängig von der Geometrie des Flugzeuges, also beispielsweise von der Stellung der Landeklappen, und vom Flugzeuggewicht G. Sie stellt also keinen konstanten Wert dar, sondern mt-ß vom Piloten unter Berücksichtigung des Flugeewichts G bestimmt werden. Das beansprucht den Piloten in unerwünschter Weise und kann in kritischen Situationen zu schwerwiegenden Fehlsteuerungen führen.

Eine andere Größe, die unabhängig vom Fiuggewicht den aerodynamischen Strömungszustand eindeutig wiedergibt ist der Auftriebsbeiwert Ca- Dieser Auftriebsbeiwert hängt vom Anstellwinkel und von der Klappenstellung ab. Der Auftrieb des Flugzeugs ist gleich Staudruck mal Auftriebsbeiwert mal Flügelfläche. Je höher der Auftriebsbeiwert Ca ist je größer also z. B. der Anstellwinkel wird, desto kleiner kann der Staudruck und damit die Fahrt werden, ohne daß sich das Gleichgewicht zwischen Auftrieb und Fluggewicht ändert

Durch einen Auftriebsbeiwert lassen sich eindeutig aerodynamische Strömungszustände festlegen, durch die jeweils eines der nachstehenden Kriterien erfüllt wird: maximaler Steigwinkel, größte Steiggeschwindigkeit, steilstes Sinken, größte Reichweite, minimaler Treibstoffverbrauch, engste Kurvenradien oder niedrigste zulässige Fahrt (Fluggeschwindigkeit). Bei einem

ίο bestimmten Wert Ctm« des Auftriebsbeiwertes, der aber anders als die Abreißgeschwindigkeit unabhängig vom Fluggewicht ist, erfolgt wieder das Abreißen der Strömung. Wenn der aerodynamische Strömungszustand nur durch die Fahrt angezeigt wird, muß der Pilot

υ auch in den vorgenannten Fällen wieder über das schwierig zu ermittelnde Fluggewicht mit Hilfe seines Flughandbuches die zugehörige Fahrt ermitteln.

Es ist bekannt, den Auftriebsbeiwert C_A unmittelbar zu messen und anzuzeigen (DE-OS 24 30 805). Es ist auch bekannt, den Anstellwinkel zu messen, der eindeutig mit dem Auftriebsbeiwert zusammenhängt. Diese Messung und Anzeige des Auftriebsbeiwertes oder Anstellwinkels ist von besonderer Bedeutung bei Kampfflugzeugen.

2-, Für Auftriebsbeiwert oder Fahrt können Sollwerte entsprechend den jeweiligen Erfordernissen vorgegeben und manuell oder automatisch eingehalten werden, !n der Praxis bringt die getrennte Anzeige von Fahrt und Auftriebsbeiwert oder Anstellwinkel und das

in Erfordernis des abwechselnden Ablesens für den Piloten Adaptionsprobleme mit sich. Das gilt insbesondere, weil sich diese beiden Größen gegensinnig ändern: Eine Verringerung der Fahrt bewirkt eine Vergrößerung des Anstellwinkels und damit des Auftriebsbeiwertes.

υ Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Flugzeuginstrument zu schaffen, das gleichzeitig sowohl die Fahrt als auch eine dem Auftriebsbeiwert entsprechende Größe in anschaulicher, für den Piloten bequemer Weise anzeigt wobei nach Vorgabe eines

w gewünschten Auftriebsbeiwertes ein Sollwertzeiger für die Fahrtanzeige automatisch auf den zugeordneten

Fahrtsollwert eingestellt und bei Veränderungen diesem

nachgeführt wird.

Erfindungsgemäß wird ein Fahrtanzeigeinstrument

der eingangs definierten Art so ausgebildet, daß die Fahrtskala logarithmisch und der Zeiger durch das Meßwerk um einen ersten Weg auslenkbar ist der linear vom Logarithmus der Fahrt abhängig ist daß zusätzlich zu der feststehenden logarithmischen

5<i Fahrtskala eine bewegliche ebenfalls logarithmische Skala in gleichem Maßstab wie die Fahrtskala vorgesehen ist die gegenüber der Fahrtskala um einen zweiten Weg verstellbar ist der linear vom Logarithmus des maximalen Auftriebsbeiwertes und vom Logarith mus des Fluggewichts abhängt und die lineare Abhängigkeit so gewählt ist daß für ein bekanntes Fluggewicht und einen bekannten maximalen Auftriebsbeiwert der Skalenanfang der beweglichen Skala mit dem der zugehörigen Abreißgeschwindigkeit entspre chenden Punkt der Fahrtskala fluchtet wobei an der beweglichen Skala das Verhältnis von Fahrt zu Abreißgeschwindigkeit ablesbar ist.

Es sind dann zwei Skalen vorhanden, von denen die eine feststehende die übliche Fahrtskala ist und von denen die andere bewegliche in Werten des Verhältnisses v/vjvon Fahrt und Abreißgeschwindigkeit geteilt ist Die bewegliche Skala stellt sich in Abhängigkeit von dem der jeweiligen Flugzeuggeometrie (z. B. Lande-

klappenstellung) entsprechenden maximalen Auftriebsbeiwert Ctrn«, dem Fluggewicht G und dem Lastvielfachen ein. Die Justage ist so, daß für irgendeinen bekannten aerodynamischen Strömungszustand mit bekanntem Fluggewicht, bekannter Klappenstellung und Flügelgeometrie und dementsprechend bekannter Abreißgeschwindigkeit v_s der dem Wert v/vs=\ entsprechende Punkt der beweglichen Skala auf dem dieser Abreißgeschwindigkeit entsprechenden Punkt der festen Skala steht. Der Zeiger zeigt dann über der festen Skala die Fahrt und über der beweglichen Skala das Verhältnis von Fahrt und AbreiBgeschwindigkeit an. Ändert sich, ausgehend von diesem bekannten aerodynamischen Strömungszustand die Flugzeuggeometrie und damit der maximale Auftriebsbeiwert Q™, beispielsweise beim Ausfahren der Landeklappen, so bringt das eine Versteilung der beweglichen Skala mit sich. Durch die logarithmische Charakteristik des Zeigermeßwerkes und die dadurch bedingte logarithmische Teilung der feststehenden Skala und durch die ebenfalls logarithmische Verstellcharakteristik der beweglichen Skala, die ebenfalls logarithmisch geteilt ist, wird sichergestellt, daß auch bei diesen Änderungen der »v/vs= !«-Punkt der beweglichen Skala stets auf dem der jeweiligen Abreißgeschwindigkeit entsprechenden Punkt der feststehenden Skala steht und daß der Zeiger über der beweglichen Skala stets richtig das Verhältnis von Fahrt und jeweiliger Abreißgeschwindigkeit anzeigt.

Aus den eingangs erwähnten Gründen ist es in vielen Fällen vorteilhaft, einen bestimmten Auftriebsbeiwert Caum vorzugeben, der beispielsweise in einem vorgegebenen Sicherheitsabstand von dem maximalen Auftriebsbeiwert liegt, und die Fahrt so zu regeln, daß dieser Auftriebsbeiwert gehalten wird.

In weiterer Ausbildung der Erfindung wird dies dadurch ermöglicht, daß an der Fahrtskala ein Sollwertzeiger vorgesehen ist, daß an dem Fahrtanzeigeinstrument ein Sollwert des Auftriebsbeiwertes mittels eines Sollwertgebers einstellbar ist und daß ein Rechner vorgesehen ist, der von dem Signal des Sollwertgebers, dem Signal der Auftriebsbeiwert-Meßvorrichtung und einem dem Staudruck proportionalen Signal von einem Staudruckmesser beaufschlagt ist und der ein den Sollwert des Staudrucks wiedergebendes Ausgangssignal liefert, von welchem der Sollwertzeiger steuerbar ist

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert:

F i g. 1 ist eine Vorderansicht eines nach der Erfindung ausgebildeten Fahrtanzeigeinstruments für Flugzeuge;

F i g. 2 ist ein zugehöriges Blockschaltbild; F i g. 3 zeigt die verschiedenen internen Regelkreise.

Das Fahrtanzeigeinstrument von F i g. 1 enthält eine Frontplatte 10 mit einer ringförmigen festen Skala 12 zur Anzeige der Fahrt in Knoten. Die Skala 12 ist logarithmisch geteilt und erstreckt sich in dem dargestellten Ausführungsbeispiel von 70 Knoten bis 400 Knoten. Eine Marke 14 ist in üblicher Weise im Bereich zwischen 250 und 300 Knoten angebracht, welche eine Höchstgeschwindigkeit angibt, die aus Stabilitätsgründen nicht überschritten werden sollte. Konzentrisch innerhalb der festen äußeren Fahrtskala 12 ist eine innere Skala 16 angeordnet die um ihren

Mittelpunkt und den der Fahrtskala 12 drehbeweglich ist. Durch diesen Mittelpunkt verläuft die Achse 18 eines Zeigers 20 der über den beiden Skalen 12 und 16 spielt. Mit dem Zeiger 20 ist eine Scheibe 22 verbunden, die > einen undurchsichtigen Teil 24 und ein durchsichtiges Fenster 26 aufweist. Der undurchsichtige Teil 24 deckt den größten Teil der inneren Skala 16 ab. Nur ein begrenzter Abschnitt dieser Skala um den Zeiger 20 herum ist durch das Fenster 26 sichtbar.

ίο Auf dem unteren Teil der Frontplatte sind ein Digitalanzeiger 28 für das Flugzeuggewicht ein Digitalanzeiger 30 für einen Sollwert des Verhältnisses v/vs von Fahrt zu Abreißgeschwindigkeit, ein Digitalanzeiger 32 für einen Sollwert v_c der Fahrt, ein

ι -. Digitalanzeiger 34 für die Machzahl und ein Digitalanzeiger 36 für eine kommandierte Machzahl angeordnet. Unterhalb der Digitalanzeiger 30, 32 und 36 befinden sich kombinierte Tasten und Stellknöpfe 38, 40 bzw. 42 zur Einstellung der jeweiligen Sollwerte. Auf der linken

2« Seite der Frontpiatte iü sind zwei Tasten 44 und 4ö vorgesehen, mit denen sich typische, für einen Flugzeugtyp nur in Abhängigkeit von Auftriebsklappenstellung und Schub veränderliche Flugzustände einstellen lassen. Durch die Taste 46 wird der Gwz-Wert

2") eingestellt, mit dem der größtmögliche Bahnwinkel erreicht wird. Durch die Taste 44 wird der Qjo/rWert eingestellt, mit dem die größtmögliche Steiggeschwindigkeit (zeitliche Höhenänderung) erreicht wird.

Bevor die Steuerung des Zeigers 20 und der

in beweglichen Skala 16 in Abhängigkeit von den Meßgrößen Auftriebsbeiwert C_A und Staudruck q im einzelnen beschrieben wird, ist es erforderlich, die Zusammenhänge zwischen den verschiedenen Größen zu untersuchen.

j) Es werden nachstehend die benutzten Bezeichnungen aufgeführt. Es bedeuten:

A = Auftrieb,

Ca = Auftriebsbeiwert,

4(i G = Fluggewicht

g — Erdbeschleunigung,

S = Flügelfläche,

η = Lastvielfaches,

g_s - effektive Flächenbelastung "^' .

ν = Fahrt (Fluggeschwindigkeit),

k = Verhältnis von Fahrt zu Abreißgeschwindigkeit,

q = Staudruck,

vi r = Regelkreiskonstanten,

T = Zeitkonstante,

ρο = Luftdichte in Meereshöhe,

Q = Luftdichte,

Via=; = angezeigte Geschwindigkeit,

vtas = wahre Geschwindigkeit

κ = Isotropenexponent der Luft

p(h) = statischer Luftdruck in der Höhe h.

Es werden folgende Indizes verwendet:

A — Auftrieb,

S = Abreißzustand (Stall),

max = Maximalwert

soll = Sollwert

soll r — errechneter Sollwert

c = kommandierter Wert

Oberhalb eines bestimmten Auftriebsbeiwertes C_Amax reißt die Strömung am Flügel ab. Die zugehörige

909 615/463

kritische Fluggeschwindigkeit ist die Abreißgeschwindigkeit Ks. Der zu dieser Abreißgeschwindigkeit gehörende Staudruck 175 ergibt sich aus

"(I

Der Zusammenhang zwischen Auftrieb A, Fluggewicht G, Lasts ielfachem η und Flügelfläche 5 ist gegeben durch

/	= ,Ί G - i/ C1 ■	<\s =	2 G 1 ''O S Ctmax	S.	(2)
wobei sich für den Abreißzustand	ergibt
/ι G = ί/s C ,,„„., S		(2a)
	(3)

Die Fahrt r kann als ein Vielfaches der Abreißgeschwindigkeit is definiert werden:

r = A ■ v_s. (4)

Entsprechend Gleichung (I), (2) und (4) gilt A = η G = y A- r C₁ = 'f ii C , · S. |5) Daraus folgt:

C.4 — jj C i,„„_x.

(5a)

Das bedeutet folgendes: Der maximale Auftriebsbeiwert Cawu ist eine für ein bestimmtes Flugzeug bekannte Größe, die sich nur in Abhängigkeit von Klappenstellung, Machzahl und Flügelgeometrie ändert. Demnach ist die Grolle Jt, also das Verhältnis v/v_s von Fahrt und Abreißgeschwindigkeit dem Auftriebsbeiwert analog.

Die Fahrtskala 12 iist logarithmisch geteilt, und der Zeigerausschlag ist dementsprechend proportional dem Logarithmus der Fahrt, wobei der Skalenanfang einer bestimmten Fahrt v, von beispielsweise 70 Knoten entspricht Der Zeigerausschlag φ in Abhängigkeit von der Fahrt κ, und damit die Skalenteilung, ist somit gegeben durch

1 = α (In r — In i\

wobei a ein Proportionalitätsfaktor ist und »In« den natürlichen Logarithmus bedeutet

Entsprechend gilt fiir den der Abreißgeschwindigkeit Kszugeordneten Zeigerausschlag γ

= α (In νs — In v,

(6a)

Die bewegliche innere Skala 16 ist in Werten von k- v/vs logarithmisch geteilt Sie beginnt mit Jt= 1, und die den verschiedenen Jt-Werten zugeordneten Skalenstriche sind gegenüber dem Anfangspunkt der Skala (»Jt= 1 «-Punkt) um

* = α In A- (71

(mit dem gleichen Proportionalitätsfaktor wie die erste

Skala) winkelversetzt. Steht dann z. B. der »λ= 1 «-Punkt der beweglichen Skala 16 auf der 100-Knoten-Marke der Fahrtskala Ii, dann ist der »Jt=l,l«-Punkt der beweglichen Skala in Deckung mit der 110-Knoten-

-, Marke der Fahrtskala 12. Steht der »Ar= 1 «-Punkt der beweglichen Skala 16 auf der 120-Knoten-Marke, dann ist entsprechend der »Ar=l,l«-Punkt in Deckung mit einem der Fahrt 132 Knoten entsprechenden Stelle der Fahrtskala.

in Diese bewegliche innere Skala wird nun mit dem »A:= 1«-Punkt gegenüber dem Skalenanfang der Fahrtskala um den Winkel ψ verdreht, der von dem maximalen Auftriebsbeiwert &_m„ abhängt. Dieser maximale Auftriebsbeiwert CU_m„ ändert sich, wie

ι i gesagt, in Abhängigkeit von der Klappenstellung.

Durch Logarithmieren von Gleichung (3) ur.i Einsetzen von In Ks in Gleichung (6a) ergibt sich

γ = " (In g, - In C („,,„) + ", (In 2 - In ..„) - ο In r„.

Dabei ist a wieder der Proportionalitätsfaktor der Fahrtskala 12 und des Zeigerausschlages. Die erste _>■> Klammer ist variabel, während die beiden anderen Terme nur Konstanten enthalten.

Bei einer bestimmten Fluggeschwindigkeit κ ist der Zeigerausschlag nach Gleichung (6) bestimmt. Der Winkel <x zwischen der Zeigerstellung und dem in »Jt= 1«-Punkt ist

Aus Gleichung (6) und |6a) ergibt sich

oder

= ο (In r - In vj - υ (In r._s - In r„) (10)

\ = α In ----- = a In A

in Übereinstimmung mit Gleichung (7). Über der in der beschriebenen Weise beweglichen Skala 16 wird also das Verhältnis k von Fahrt zu Abreißgeschwindigkeit richtig angezeigt

Mit dem beschriebenen Gerät lassen sich alternativ fünf für den Strömungszustand des Flugzeuges wichtige Betriebswerte einstellen. Die Wahl der Betriebsarten erfolgt durch Drücken einer der Tasten 42, 40, 38, 44 oder 46. Es wird dann der Sollwertzeiger 48 über einen internen Regelkreis auf den zugehörigen Fahrtsollwert eingestellt Die Betriebsarten sind gegeneinander verriegelt Die jeweils gewählte Betriebsart wird durch Aufleuchten einer Anzeigelampe in der entsprechenden Taste angezeigt Die Betriebsartentasten 38, 40 und 42 sind mit den jeweiligen Einstellpotentiometern kombiniert Die Betriebsarten sind:

1. Einhaltung einer vom Piloten eingegebenen Mach-

zahL Dazu wird Taste 42 vom Piloten gedrückt und die Machzahl mittels des damit verbundenen Potentiometer-Stellknopfes eingestellt bzw. der vorher eingestellte Wert übernommen.

2. Einhaltung einer vom Piloten eingegebenen Fahrt Dazu wird Taste 40 vom Piloten gedrückt und die Fahrt mittels des damit verbundenen Potentiometer-Sieüknopfes eingestellt bzw. der vorher eingestellte Wert übernommen.

3. Einhaltung eines vom Piloten vorgegebenen Sicherheitsabstandes (d. h. »Ar«-Wertes) von der Abreißgeschwindigkeit vs. Dazu wird Taste 38 vom Piloten gedrückt und der A>Ar«-Wert mittels des damit verbundenen Potentiometer-Steilknopfes eingestellt bzw. der vorher eingestellte Wert übernommen.

4. Fliegen mit größtem Bahnwinkel. Dazu wird, wie

oben erwähnt, Taste 46 gedrückt.

5. Fliegen mit größter Steiggeschwindigkeit. Dazu wird,

wie ebenfalls oben schon erwähnt, Taste 44 gedrückt.

Die Betriebsarten 3,4 und S geben unmittelbar einen kommandierten Auftriebsbeiwert C(_JO//vor. Die Abweichung zwischen Sollwertanzeiger 48 und Fahrtanzeiger 20 kann vom Piloten oder vom Autopiloten ausgeregelt wefden.

Wenn ein Auftriebsbeiwert Casoii kommandiert ist, dann soll der .Sollwertzeiger 48 sich automatisch auf den zugehörigen Fahrtsollwert einstellen. Dabei muß auch das Fluggewid 5 G ermittelt werden, da die μ einem vorgegebenen Auftriebsbeiwert gehörige Fahrt vom Fluggewicht abhängig ist

Gemessen werden die tatsächliche Fahrt bzw. der tatsächlich auftretende Staudruck ς und der tatsächliche Auftriebsbeiwert Ct, der beispielsweise von einer Meßvorrichtung nach Art der DE-OS 24 30 805 geliefert wird. Vorgegeben wird ferner der kommandierte Auftriebsbeiwert, der vom Piloten an dem Stellknopf 38 oder durch die Tasten 44 und 46 eingestellt wird. Schließlich liefert ein auf die Flugzeuggeometrie, z. B. Klappenstellung ansprechender Geber ein den maximalen Auftriebsbeiwert C^_n wiedergebendes Signal.

Mit qsoiir ist nachstehend der Wert des Staudruckes bezeichnet, welcher der tatsächlichen Stellung des Sollwertzeigers 48 auf der Fahrtskala 12 entspricht. Mit q$oii ist dagegen der Sollwert des Staudrucks bezeichnet, der genau dem kommandierten Auftriebsbeiwert Gt*,// entspricht Der Sollwertzeiger 48 soll diesem Wert q_soii durch einen instrumenteninternen Regelkreis nachgeführt werden. Dieser Regelkreis hat nichts mit der manuellen oder automatischen Fahrtregelung des Flugzeuges zu tun. In dem Regelkreis hat die Größe q,_oii die Funktion der Führungsgröße, während die Größe <7so//_rdie Regelgröße darstellt, welche dieser Führungsgröße nachgeführt wird. Da der Sollwert q_soii des Staudrucks wegen der Abhängigkeit vom Fluggewicht in nicht eindeutiger Weise von dem kommandierten Auftriebsbeiwert Casoü abhängt, wird der Regelkreis ziemlich verwickelt Die Abhängigkeiten sollen daher stufenweise unter vereinfachenden Annahmen untersucht werden.

Es sei zunächst angenommen, daß durch den Piloten oder Autopiloten der kommandierte Auftriebsbeiwert genau eingehalten wird.

Der dem kommandierten Auftriebsbeiwert C_Asoii entsprechende Sollwert q^n des Staudruckes ergibt sich

(14)

gs =

«■ G

Dabei ist die Größe gs, in die das Fluggewicht und das Lastvielfache /i eingeht, nicht genau bekannt. Dementsprechend ist der sich rechnerisch aus Gleichung (14) ergebende Wert q_soii_n auf den der Sollwertzeiger 48 eingestellt wird, mit einem Fehler Aq, behaftet.

= l/sn/l —

(15)

ίο Wenn nun, wie angenommen, der kommandierte Auftriebsbeiwert Cu₀// genau eingehalten wird, dann ist der richtige Sollwert q,_oii des Staudruckes gleich dem tatsächlich gemessenen Staudruck q. Es ist also

'' ■!</«=</ -«/„„Ir· <lfi|

Der Regelkreis muß den Anzeigefehler Aq, des Staudrucksollwertes zum Verschwinden bringen. Es würde also praktisch der Sollwertzeiger 48 dem Zeiger 20 nachgeführt.

Der Fehler Aq, beruht auf einem Fehler in der Bestimmung von g, Der fehlerhafte Wert von g» der zu dem fehlerhaften Wert q„n_r führt, sei mit ^„bezeichnet. Die Abweichung dieses Wertes g_sm von dem (unbekannten) richtigen Wert g» ist mit Ag, bezeichnet. Es ist also

= f?,_ra+

Eingesetzt in Gleichung (14), ergibt sich

(17)

(IS)

oder

Über einen Koeffizienlenvergleieh ergibt sich

~C_A„„

C.,sol, ■

(18a)

(18b)

Setzt man diese Ausdrücke in Gleichung (16) ein. so ergibt sich

g, = qC._i!U,„- g_sm.

(Ί9)

Der Anzeigefehler Aq₁ ist als Unterschied der Stellungen von SoUwertzeiger 48 und Fahrtzeiger 20 meßbar und wird in dem instrumenteninternen Regelkreis durch Variation der bei der Berechnung des Staudruck-Sollwertes q_mn_r benutzten Größe g_s zu null gemacht Es wird hierzu eine PI-Regelung benutzt, d. h. der Regelkreis bildet bei Auftreten eines Anzeigefehlers A q_s die Größe g, nach der Beziehung

= gsm + r₀ I q_s + r, I I q_s d f.

(20)

Es ist somit

q«,ii r = -7; (gsm + »h (</„,,,, — q) + r, / (q_M/, _r — </) d f.

(21)

Die Beziehung •wischen q und ί/«,» _r wird Übersichtlicher mit Hilfe der Laplace-Transformation:

_ (»Ί + r_Os)g — gsm " -t pi)

" r_t + (r₀ — C_AinU) s " ~

wobei s die Variable der Laplace-Transformierten ist.

Bei einer sprungförmigen Veränderung des Staudrucks q, z. B. infolge einer Änderung des Lastvielfajb-en, und exakter Einhaltung des kommandierten Auftriebsbeiwertes Casob ergibt sich somit folgende Änderung von q^an also folgende Bewegung der Sollwertmarke 48: Zunächst läuft die Sollwertmarke durch den Proportioualanteil der Regelung sprungartig in eine neue Stellung. Von dieser Stellung aus läuft sie durch den Integralanteil der Regelung mit einer /.euKonstamen

10

15 Stellung ein, die unter der hier gemachten Annahme mit der Stellung des Zeigers 20 übereinstimmt

Die vorstehenden Untersuchungen gingen von der Annahme einer exakten Einhaltung des aerodynamisehen Strömungszustandes aus. Diese Einschränkung ist unrealistisch, und es müssen auch Abweichungen des tatsächlichen Auftriebsbeiwertes Ca von dem kommandierten Auftriebsbeiwert C_Asoii und des tatsächlichen Staudrucks q von dem sich aus dem kommandierten Auftriebsbeiwert Ca»// nach Gleichung (14) — auch bei richtigem g_s — ergebenden Staudruck-Sollwert qsoti berücksichtigt werden. Es ist

20

T =

(23)

in die dem richtigen Sollwert q«>ii entsprechende

Unter der weiteren Annahme kleiner Abweichungen

läßt sich Gleichung (17) in eine Reihe entwickeln und entsprechend vereinfachen:

. gj Λ ₊ _ίϋ:±Λ (27-

q*,i\ q ~ Ca*u \ ^cAi-Ii J '

₍ c_A = C₁₁₁₀₁₁ — C_A (24)

\a = a ·,—a (25)

Unter der vorläufigen Annahme, daß g_s genau bekannt und dementsprechend ς,οΐι exakt ermittelt ist, ergibt sich aus den Gleichungen (14), (24) und (25):

(26)

oder wegen Gleichung (14)

_Λ q _ _ 8« } C*

und, wieder wegen Gleichung (K)

ρ — _

AC*

(28)

(29)

Damit sind alle erforderlichen Gleichungen zusammengestellt um die korrekte Stellung dei Sollwertzel· gers 48 zu ermitteln und herzustellen. Dtbei wird wie folgt vorgegangen:

q*,u - q + Aq. Es wird q gemessen, A q wird bestimmt aus g, wird nach dem oben unter Annahme exakter

Einhaltung des aerodynamischen Strömungszustandes

ja beschriebenen Verfahren bestimmt Der Anfangswert ga, der in Rechnung gesetzten Flächenbelastung kann

g,,, = c_A- q (30)

gewonnen werden. Bei starker Turbulenz ist der aus dem Auftriebsbeiwert Ca und dem Staudruck q ermittelte Wert stark verrauscht und stört den Regelkreis erheblich. Es kann daher zweckmäßig statt dessen ein wahrscheinlicher Wert von g_m fest vorgege ben werden. Da der Regelkreis integrales Verhalten aufweist hat der Anfangswert nur Einfluß auf das Einschaltverhalten nicht aber auf den Endwert

Bei korrekter Arbeitsweise des Regelkreises zum Einstellen eines Sollwertes der Fahrt bei Vorgabe eines Sollwerts des Aiiftriebsbeiwertes Cam« stellt sich durch ^'^{e 0}^¹'¹ beschriebene Pl-Regelung in dem Regelkreis ein Signa! ein, das genau den Wert g, wiedergibt Das Flui5gewic.it Gnrßbl sich dann zu

55 ^s" η '

Das Lastvielfkche η kann direkt mittels eines flugzeugfest installierten Vertikalbeschleunigungsmes-

Hü**"' ^**"* '* ** ^Vertikalbe"

IC

Dabei wird C_A,„,_t vorgegeben. C_Λ wird gemessen. und I C,| wird dann bestimmt aus

Das Fluggewicht ergib; sich dann zu

C = .V

Der Regelkreis ist in Pig.2 als Blockschaltbild dargestellt

Als Meßwertgeber sind ein Vertikalbeschleunigungsmesser 50, ein Staudruckmesser 52 und eine Meßvorrichtung 54 für den Auftriebsbeiwert Ct vorgesehen, weiche letztere nach Art der DE-OS 2430 805 aufgebaut sein kann. Ein Sollwertgeber 56 liefert ein Signal, das den Sollwert Ca₃₀B des Auftriebsbeiwertes wiedergibt Ein Klappenfühler 58 liefert in üblicher Weise ein die Stellung der Landeklappen wiedergebendes Signal η κ- Dieses Signal ηκ ist auf einen Funktionsgeber 60 geschaltet, welcher nach den bekannten Charakteristiken des Flugzeuges ein Ausgangssignal liefert, das den maximalen Auftriebsbeiwert Caoux wiedergibt

Das Signal Guides Sollwertgebers 56 und das Signal Ca der Meßvorrichtung 54 sind in einem Summierpunkt

62 gegeneinandergeschaltet Es wird so ein Signal ACa erhalten. Dieses Signal AC_A liegt als Zählergröße an einem Eingang eines ersten Quotientenbüdners 63 an. An dem anderen Eingang des ersten Quotientenbildners

63 liegt das Signa! Ca»« von dem Sollwertgeber 56. Der Ausgang des ersten Quotientenbililners 63 liegt an einem Eingang einet MultipliziergEiedes 64. An dem anderen Eingang des Multipliziergliedes 64 liegt der Ausgang eines zweiten Quotientenbildners 66. Der Ausgang des Multipliziergliedes 61 wird an einem Summationspunkt 68 dem Signal q des Staudruckmessers 52 Oberlagert Dem so erhaltenen Signal wird in einem Summationspunkt 70 der Ausgang des Quotientenbildners 66 entgegengeschaltet wodurch — wie noch gezeigt wird — ein Anzeigefehlersignal erzeugt wird, das dem Anzeigefehler des Sollwcrtzeigers 48 entspricht Dieses Anzeigefehlersignal wird einmal, wie bei 72 angedeutet ist direkt mit einem Faktor n, und zum anderen Ober einen Integrator 74 und, wie bei 76 angedeutet ist mit einem Faktor λ auf zwei Eingänge eines Summierverstärkers 78 geschaltet Auf einen dritten Eingang des Summierverstärkers 78 wird ein festes Signal gegeben, das den wahrscheinlichen Wert von gsm, also den Anfangswert der in Rechnung gesetzten Flächenbelastung wiedergibt Der Ausgang des Summierverstärkers 78 liegt als Zahlergröße an einem Eingang des zweiten Quotientenbildners 66. An dem anderen Eingang des Quotientenbildners 66 liegt als Nennergröße das Signal Cmoo des Sollwertgebers 56.

Der Ausgang des Summierverstärkers 78 liegt außerdem als Zählergröße an einem dritten Quotientenbildner 80 an. An dem anderen Eingang des Quotientenbildners 80 liegt als Nennergröße der Ausgang ζ des Vertikalbeschleunigungsmessers 50. Der Ausgang des Quotientenbildners 80 wird, wie bei 82 angedeutet mit einem festen Faktor S · g multipliziert und durch ein Filter 84 geglättet Das so erhaltene Signal repräsentiert wie noch erläutert wird, das Fluggewicht G.

Das Ausgangssignal Ca der Meßeinrichtung 54 für den Auftriebsbeiwert liegt zusammen mit dem Signal Caimx des Funktionsgebers 60 an einem vierten Quotientenbildner 86 an, der gemäß Gleichung (5a) ein das Quadrat des Verhältnisses von Fahrt und Abreißgesehwindigkeit *² liefert

Das Ausgangssignal q des Staudruckmessers 52 ist auf ein Logarithmierglied 88 geschaltet Der Ausgang des Logarithmiergliedes 88 wird, wie bei 90 angedeutet ist mit einem Faktor 0,5 multipliziert und liegt an einem Eingang eines Summierverstärkers 92 an. An einem anderen Eingang des Summierverstftrkers 92 HeRt ein

Signal an, das den Ausdruck

-y- (In 2 — In eo) — In v„

repräsentiert wobei, wie gesagt, ρο die Luftdichte auf Meereshöhe und v, der Anfangswert der Fahrtskala ist In der Praxis wird dieses Signal empirisch justiert so daß für den Staudruck, welcher der Fahrt v, entspricht

ίο das Ausgangssignal des Summierverstärkers 92 verschwindet Das Ausgangssignal des Summierverstärkers 512 beaufschlagt ein Meßwerk 94, das den Zeiger 20 siuslenkt Der Ausgang des zweiten Quotientenbildners 66 liegt

is Ober ein Glättungsglied 96 an einem Logarithmierglied SB an. Der Ausgang des Logarithmiergliedes 98 wird, wie bei 100 angedeutet ist mit einem Faktor 0,5 multipliziert und liegt an einem Eingang eines Summierverstärkers 102 an. An dem anderen Eingang des Summierverstärkers 102 liegt — ähnlich wie bei dem Verstärker 92 — ein Signal entsprechend

y (In 2 - In p,) - In v_a

an. Der Ausgang des Summierverstärkers 102 beaufschlagt eine Stellvorrichtung 104 für den Sollwertzeiger 48. Das dem maximalen Auftriebsbeiwert Caoox entspre chende Ausgangssignal des Funktionsgebers 60 liegt an einem Logarithmierglied 106 an. Der Ausgang des Logarithmiergliedes 106 liegt an einem Eingang eines Differenzverstärkers 108 an. Das Ausgangssignal des Summierverstärkers 78, welcher die effektive Flächen-

js belastung g, repräsentiert, liegt an dem Logarithmierglied 110 an, dessen Aasgangssignal auf den anderen Eingang des Differenzverstärkers 108 geschaltet ist Der Ausgang des Summierverstärkers 108 wird, wie bei 112 angedeutet mit 0,5 multipliziert und auf einem Summierverstärker 114 gegeben. An einem anderen Eingang des Summierverstärkers 114 liegt ein Signal, welches die Größe

Uo = γ [In 2 - In O₀] - In v_a

repräsentiert Der Ausgang des Summierverstärkers 114 beaufschlagt einen Stellmechanismus 116 zur Verstellung der beweglichen Skala. In der Praxis wird

so das vorerwähnte Signal am anderen Eingang des Summierverstärkers 114 empirisch so eingestellt daß der Skalenanfang (k-1) der beweglichen Skala 16 bei einem bestimmten bekannten aerodynamischen Strömungszustand und einem bestimmten bekannten Flug-

ss gewicht auf dem Punkt der Fahrtskala 12 steht welcher dem zugehörigen Wert der Abreißgeschwindigkeit zugeordnet ist

Die beschriebene Anordnung wirkt wie folgt: Der Ausgang des Summierverstärken 78 liefert im

μ Rahmen der PI-Regelung ein Signal, das entsprechend Gleichung (20) auf einen Wert einläuft welcher dem fichtigen Weft g, der effektiven Flächenbelastung entspricht Der Quotientenbildner 66 dividiert g, von Gleichung (20) durch &*>» liefert also an seinem Ausgang q^r von Gleichung (21). Der Quotientenbildner 63 dividiert ACa durch Cax* Am Ausgang des Multipliziergliedes 64 erscheint daher Aq gemäß Gleichung (28). In dem Summationspunkt 68 wird

q+Aq, also nach Gleichung (25) der tatsächliche dem kommandierten Auftriebsbeiwert entsprechende Sollwert qsoii des Staudrucks gebildet In dem Summationspunkt 70 wird die Differenz q^-q«,«, gebildet Das ist nach Gleichung (16) der Anzeigefehler Aq, der Anzeige des Staudruck-Sollwertes durch den So'lwertzeiger 48. Diese Größe Aq, bildet richtig den Eingang des »PI-Reglers« 72,74,76,78 und wird durch diesen durch Änderung von q_mp_r auf null geregelt q^ir folgt durch diese Regelung q„u nach. Das geglättete «^,-Signal liefert somit auch bei Änderungen desFluggewichtes G im Gleichgewichtszustand stets korrekt den Sollwert q_mii des Staudrucks, der einem kommandierten Auftriebsbeiwert entspricht

Die Auslenkung des Zeigers 20 soll logarithmisch von der Fahrt abhängen. Dementsprechend wird das Staudrucksigna! q logarithmic! und der Logarithmus mit 0,5 multipliziert, was der Bildung der Quadratwurzel aus σ entspricht Dem so erhaltenen Signal

{In₉

wird im Summierverstärker 92 das Signal
4" (In 2 - In O₀) - In v_a
überlagert Das Meßwerte 94 erhält daher ein Signal

-,- (In q + In 2 — In O₀) - In v_a ,
und das ist wegen

In ν— In ν* Die Anzeige des Meßwe kes 94 ist daher eine logarithmische Fahrtanzeige mit einem Skalenanfang Vf

In der gleichen Weise wird das g^/r-Signal durch das Logarithmierglied 98, die Multiplikation bei 100 und den Summierverstärker 102 in eine logarithmische Einstellung des Sollwertzeigers 48 über der Fahrtskala 12 umgesetzt

Der Ausgang des Summierverstärkers 78 liefert, wie erläutert die effektive Flächenbelastung g, Der Quotientenbildner 80 bildet g/z. Multipliziert mit S · g bei 82 ergibt sich nach Gleichung (34) ein das Fluggewicht G wiedergebendes Signal. Da das Vertikalbeschleunigungssignal ζ stark verrauscht ist und andererseits das Fluggewicht sich nur langsam ändert wird das Signal durch das Filter 84 geglättet Es wird durch den Digitalanzeiger 28 (F i g. 1) angezeigt

Der Differenzverstärker 108 liefert ein Signal ln£,—In CUm«. Mit 0,5 multipliziert liegt am Eingang des Summierverstärkers 114 dann ein Signal

-j (Ing,- In C_Amax).

Diesem Signal wird ein fester Wert

I 60 überlagert

U₀ = -^- (In 2 - In ρ₀) - In v„

gang des Summierverstä'rkers 114 ergibt sich dann 4- (In g, - In C._imHX) + ylln 2 - In «„) - « v„,

also abgesehen von den Proportionalitätsfaktor der Wert von ψ gemäß Gleichung (8). Um diesen Winkel wird die Skala 16 verdreht

Durch die Erfindung wird somit ein Fahrtanzeigeinstrument geschaffen, bei welchem außer einer üblichen

in Fahrtanzeige weiterhin über einer sich automatisch entsprechend maximalem Auftriebsbeiwert und Fluggewicht einstellenden zweiten Skala das Verhältnis von Fahrt zu Abreißgeschwindigkeit ständig angezeigt wird. Es kann an dem Fahrtanzeigeinstrument weiterhin ein Sollwert CU*,// des Auftriebsbeiwertes vorgegeben werden. Ein Sollwertzeiger läuft dann automatisch in eine Position auf der Fahrtskala, die unter Berücksichtigung von Fluggewicht und maximalem Auftriebswert dem zugehörigen Fahrtsollwert entspricht Es erfolgt schließlich eine digitale Anzeige des Fluggewichts.

Der interne Regelkreis zur Ermittlung des Fahrtsollwertes kann gegebenenfalls vereinfacht werden, indem als

g, = g»m = C · q (30a)

25 angenommen wird. Es ergibt sich dann die in Fig.3 dargestellte vereinfachte Anordnung, wobei in Fig.3 für entsprechende TeHe die gleichen Bezugszeichen benutzt sind wie in den F i g. 1 und 2.

jo Bei der Ausführung nach Fig.3 wird das den Staudruck q wiedergebende Signal von dem Staudruckmesser 52 zusammen mit dem den Auftriebsbeiwert C_A wiedergebenden Signal von der Meßvorrichtung 54 einem Multiplizierglied 118 zugeführt Das Ausgangssignal des Multipliziergliedes 118, das nach Gleichung (30a) der effektiven Flächenbelastung g, entspricht wie sie in F i g. 2 als Signal am Ausgang des Summierverstärkers 78 erscheint wird auf ein Glättungsfilter 84 gegeben, das in seiner Funktion dem entsprechend bezeichneten Filter in Fig.2 entspricht Im übrigen erfolgt die Verarbeitung der Signale im oberen Teil von Fig.3 in gleicher Weise wie in Fig.2 zur Erzielung einer Fahrtanzeige, einer Anzeige des Fluggewichts G und einer Verstellung der »Aw-Skala 16.

In Fig.3 sind weiterhin jedoch die internen Regelkreise für die Einstellung des Sollwertzeigers 48 bei den verschiedenen obenerwähnten Betriebsarten dargestellt
Die Regelkreise zur Einstellung des Sollwertzeigers 48 enthalten gemeinsam das Filter 120, das den halben

iogarithmierten Sollwert des Staudrucks -jln 9*,//glättet

und den Summationsverstärker 102, der dem ebenso bezeichneten Teil von Fig.2 entspricht und der in Fig.3 nur als Summationspunkt dargestellt ist Dort wird eine Spannung

U₀ = y (In 2 - In O₀) - In υ.

Wenn zu ^ In q_KH die Spannung Ik addiert wird, ergibt

an dem Summierverstärker 114 überlagert. Am Aus- sich

-- (In <j,„/i + In 2 - In O₀) - In v„ -■ In - In v_a = In i)_M(/- In v„.

Es erfolgt somit dann richtig eine logarithmische Anzeige des Fahrtsollwertes iWi wobei bei einem der Fahrt v, entsprechenden Staudruck-Sollwert das auf die Stellvorrichtung 104 gegebene Signal Null wird und der Sollwertzeiger 48 auf dem Skalenanfang der Fahrtskala 12 steht

Die Schalter 38, 46, 44, 40 und 42 für die verschiedenen Betriebsarten sind in Fi g. 3 als Kontakte 38', 46', 44', 40" und 42' eines Wählschalters 122 dargestellt, durch welche jeweils genau einer der internen Regelkreise 124,126,128,130 und 132 auf den Eingang des Filters 120 schaltbar ist

Wenn die Machzahl Ma^g mittels des Stellknopfes 42 kommandiert wird, wobei der Schaltarm 134 des Wählschalters 122 in seine: untersten Stellung ist, so ergibt sich folgendes:

Der Staudruck q hängt mit der Machzahl Ma nach der folgenden Beziehung zusammen:

so

iu wobei

ViAS = angezeigte Geschwindigkeit,

vtas = wahre Geschwindigkeit,

Q₀ = Luftdichte in Meereshöhe,

Q = Luftdichte,

χ = Isotropenexponent der Luft,

p(h) = statischer Luftdruck in der Höhe Λ.

Der einer kommandierten Machzahl Ma₅₀U entsprechende Staudruck-Sollwert ^ergibt sich zu

15 <7wii = γ- Ρ
Es wird also

= 4r pih) Mh , (35) = — ' P

Qo

(36)

(37)

Es wird

~ In q_uU = ^(In χ - In 2) + -i- In ρ + In

(38)

addiert man hierzu

so ergibt sich

U₀ = ~ (In 2 -In₀₁)- In υ..

-^- (In χ — In O₀) + y In ρ + In Ma - In v_a = In Mfl„„ |/'^~ - In d„ = In υ_Μΐ, - In w_o. (39)

40

45

In dem internen Regelkreis 132 von F i g. 3 wird diese Operation durchgeführt.

Der Machzahlgeber 42" liefert ein der kommandierten Machzahl Ma₅₀U entsprechendes Signal. Dieses Signal wird durch ein Logarithmierglied 136 logarithmiert In einem Summationspunkt 138 wird dem logarithmierten Signal In Ma₅₀U ein konstantes Signal

2(Ιηρο-Ιη2) aberlagert Von einem Druckgeber 140 wird ein den statischen Druck ρ ir der Flughöhe wiedergebendes Signal erzeugt Dieses Signal wird mittels eines Logarithmiergliedes 142 Iogarithmiert und mit einem Faktor OJS, wie bei 144 angedeutet, ebenfalls auf den Summationspunkt 238 aufgeschaltet

Es wird auf diese Weise die Gleichung (38) nachgebildet Zu dem so erhaltenen Signal wird im Summationspunkt 102 in Analogie zu Gleichung (39) die konstante Spannung Lh addiert, so daß ein Signal in V₁₀₀-In v₍ erhalte» wird. Es wird also der einer kommandierten Machzahl Ma₃₀B zugeordnete Fahrtsollwert v,„B logarithm! ich angezeigt wobei richtig dem Wert κ· der Skalen* nfang der Fahrtskala 12 entspricht

Auf diese Anzeige des Fahrtsollwertes V₅₀U bei eo kommandierter Machzahl Ma kann a U. verzichtet werden, da das Gerät die durch die digitalen Anzeigen 36 und 34 kommandierte und die tatsächliche Machzahl sowieso anzeigt In diesem Falle müßte der Sollwertzeiger 48 bei Kommandieren einer Machzahl in eine eindeutige Stellung, z. B. an den Skalenanfang der Fahrtskala 12, gefahrer, werden, um den Piloten nicht zu jrritieren.

Wenn die Fahrt v_c kommandiert werden soll, wird der Schaltarm 134 des Wählschalters 122 auf den zweituntersten Kontakt 40' geschaltet, so daß der interne Regelkreis 130 wirksam wird Mittels des Fahrtsollwertgebers 40" wird ein die kommandierte Fahrt V_c wiedergebendes Signal erzeugt Dieses Signal wird durch ein Logarithmierglied 146 Iogarithmiert In einem Summationspunkt 148 wird dem Signal ein konstantes Signal

y (In 2 - In O₀)

entgegengeschaltet, während im Summationspunkt 102 das Signa!

U₀ = y (In 2 - In O₀) - In v„

addiert wird. Die Stellvorrichtung 104 für den Zeiger 48 erhält dann ein Signal

In Vc-In ν.,

d.h., der Sollwerteeiger 48 wird entsprechend dem Logarithmus der kommandierten Fahrt v_c ausgelenkt wobei ve Y, richtig dem Skalenanfang der Skala 12 entspricht

Die internen Regelkreise 128 und 126 zum Fliegen mit größtem Bahnwinkel bzw. mit größter Steiggeschwindigkeit sind abgesehen von den numerischen Werten übereinstimmend aufgebaut, und daher wird nur der Regelkreis 128 näher beschrieben.

Ein Geber 150 gibt einen festen Wert Cw= Ca(X) vor, der dem Auftriebsbeiwert für maximalen Bahnwinkel entspricht. Es ist nach Gleichung (14)

Nach Gleichung (5a) ist

Nach Gleichung (14) ist

Daraus folgt

y In q,„n = y (In g, - In C_Am„). (40)
Addiert man dazu

V„ = ~-_Ί (In 2 - In »„) - In r„.

so ergibt sich wie oben gezeigt, wieder In v„n- In v,.

Diese Operation wird in dem internen Regelkreis 128 mit den Signaien durchgeführt:

Das Signal Ca»»« Ca/x) vom Geber 150 wird durch ein Logarithmierglied 152 ! igarithmiert. Dem so erhaltenen Signal In Ca»» wird fm Summationspunkt 154 ein Signal In g, entgegengeschaltet Dieses letztere Signal wird vom Ausgang des Filters 84 über ein Logarithmierglied 110 erhalten, wobei das letztere gleichzeitig die Funktion des l^cgarithmiergliedes 110 von F i g. 2 erfüllt Die Summe wird analog zu Gleichung (40) mit einem Faktor 0,5 aufgeschaltet, wie bei 156 angedeutet ist Durch Addition des Signals Lh im Summationspunkt 102 ergibt sich am Eingang der Stellvorrichtung 104 ein Signal In Vj₀//- In r»

Im internen Regelkreis 124 kann an einem »k«·Wertgeber 38" ein bestimmtes Verhältnis Ar₅₀// von Fahrt ν und Abreißgeschwindigkeit v, kommandiert werden.

C Atoll

r*,„ ■ g,
C Amai

Damit wird
, In (/,„„ = >.n k„„, + ^ In g, - ^ In C_Amai

(42)

Diese Operation wird in dem Regelkreis 124 durchgeführt:
Das Signal k_mn von atm »k«-Wertgeber 38" wird

UUtLM cii'i LoguiilhülicrgMcu Ü5S iügifiüiu"iicfu Dem SO

erhaltenen Signal In k„u wird in einem Summationspunkt 160 ein Signal j I" C_Ami„ entgegengeschaltet, das

von dem mit dem Faktor 0,5, wie bei 162 angedeutet, aufge.'ichalteten Ausgang des Logarithmiergliedes 106 erhalten wird Ebenfalls mit dem Faktor 0$, wie bei 164 angedeutet, wird im Sunnmierpunkt 160 ein Signal In g, aufgeschaltet, das vom Ausgang des Logarithmiergliedes 110 ,»-halten wird

In der obersten Stellung des Schaltarmes 134 des Wählschalters 122 wird das so erhaltene Signal nach Oberlagerung des Signals Lib im Summationspunkt 102 auf die Stellvorrichtung 104 geschaltet und bewirkt die Verstellung des So!lwertzei;gers 48 wieder in eine Stellung In v„j- In ν»

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (15)

1. Patentansprüche;

   1, Fahrtanzeige instrument für Flugzeuge mit einer feststehenden Fiihrtskala und einem über der ■Fahrtskala spielenden Zeiger, der durch ein vom Staudruck gesteuertes Meßwerk auslenkbar ist, dadurch gekennzeichnet,
   daß die Fahrtskaln (12) lpgarithmisch und der Zeiger (20) durch das Meßwerk (94) um einen ersten Weg (φ) auslenkbar ist, der linear vom Logarithmus der Fahrt (v) abhängig ist, daß zusätzlich zu der feststehenden logarithmischen Fahrtskala (12) eine bewegliche ebenfalls logarithmische Skala (16) in gleichem Maßstab wie die Fahrtskala (12) vorgesehen ist, die gegenüber der Fahrtskala (12) um einen zweiten Weg (g>) verstellbar ist der linear vom Logarithmus des maximalen Auftriebsbeiwertes (Caimx) und vom !Logarithmus des Fluggewichts (G) abhängt, und die lineare Abhängigkeit so gewählt ist daß für eil bekanntes Fluggewicht und einen bekannten rcaximalen Auftriebsbeiwert der Skalenanfang der beweglichen Skala (16) mit dem der zugehörigen Abreißgeschwindigkeit entsprechenden Punkt der Fahrtskala (12) fluchtet, wobei an der beweglichen Skala (16) das Verhältnis (k) von Fahrt (v)zü Abreißgeschwindigkeit (V₁^ ablesbar ist
2. 2. F&hrtanzeigeinstrument nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

   einen Flächenbeiastungsgeber (78,110), der ein den Logarithmus der effektiven Flächenbelastung (g₅) wiedergebendes Signal liefert,
   einen auf Änderungen der Flugzeuggeometrie ansprechenden Geber (58, 60, 106), der ein den Logarithmus des maximalen Auftriebsbeiwertes (Caoox) wiedergebendes Signal liefert und
   einen von den Signalen der beiden Geber beaufschlagten Stellmechanismus (108,112,114,116), der die bewegliche Skala (16) um den besagten zweiten Weg verstellt, der proportional zu

   -=- (In 2 - In o₀ - In d„) + -=- (ln( η -=) - In C^₁J)

   2 L \ \ J/ J

   ist wobei

   C_Amtx der maximale Auftriebswert,

   5 die Flügelfläche,

   ρο die Luftdichte in Meereshöhe, η das Lastvielfache und

   v, der Anfingswert der Fahrtskala
3. 3. Fahrtanzeigeiristrui.ient nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet

   daß der auf Änderungen der Flugzeuggeometrie ansprechende Geber einen Klappenfühler (58), einen von dem Signal (ηκ) des Klappenfühlers (58) beaufschlagten Funktionsgeber (60) zur Erzeugung eines dem maximalen Auftriebsbeiwert (Ca*™) proportionalen Signals als Funktion des Klappenfühler-Signals (ηκ) und ein von dem besagten Funktionsgeber-Siignal beaufschlagtes Logarithmierglied (106) enthält
4. 4. Fahrtanzeigeinstrument nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,

   daß der Stellmechimismus einen Differenzverstärker (108) enthält, dem das dem Logarithmus des maximalen Auftriübsbeiwertes (CAmtx) und das dem Logarithmus der effektiven Flächenbelastung f ^-!proportionale Signal zugeführt werden, und

   einen Summierverstärker (114), dem das mit dem Faktor 0,5 versehene Ausgangssignal des Differenz-Verstärkers sowie ein festes aber justierbares Signal (lh) zugeführt wind, welches proportional zu

   gangssignal mit einem Faktor 0,5 (bei 90) an einem Summierverstärke)! (92) anliegt, wobei durch den Summierverstärker (92) dem logarithmierten Ausgangssignal ein konstantes oder fest einstellbares Signal

   j- [In 2 - In _eo] - In f.

   -=- (In 2 - In o₀) - In v_a

   60

   ist, sowie einen vom Ausgang des Summierverstärkers (114) gesteuerten Stellmotor (116) zur Verstellung der beweglichen Skala.
5. 5. Fahrtanzeigeinstrument nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Signal, das dem Staudruck (q) proportional ist, auf ein elektrisches Logarithmierglied (88) geschaltet ist, dessen Ausüberlagert wird und der Ausgang des Summierverstärkers (92) das Meßwerk (94) für den Zeiger (20) beaufschlagt
6. 6. Fahrtanzeigeinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeiger (20) um eine Zeigerachse (ifc) beweglich und die Fahrtskala (12) eine ringförmige äußere Skala konzentrisch zu der Zeigerachse (18) ist und daß die bewegliche Skala (16) konzentrisch innerhalb der feststehenden äußeren Skala und um die Zeigerachse (18) verdrehbar angeordnet ist
7. 7. Fahrtanzeigeinstrument für Flugzeuge nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Zeiger (20) eine Abdeckung (24) verbunden ist, welche den größten Teil der beweglichen Skala (16) abdeckt und mit dem Fenster (26) versehen ist, das nur einen begrenzten Bereich der beweglichen Skala (16) um den Zeiger (20) herum frei läßt
8. 8. Fahrtanzeigeinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet

   daß an der Fahrtskala (12) ein Sollwertzeiger vorgesehen ist,

   daß an dem Fahrtanzeigeinstrument ein Sollwert des Auftriebsbeiwertes (C_Äsoii) mittels eines Sollwertgebers (56) einstellbar ist und
   daß ein Rechner (F i g. 2) vorgesehen ist, der von dem Signal des Sollwertgebers (56), dem Signal der Auftriebswert-Meßvorrichtung (54) und einem dem Staudruck (q) proportionalen Signal von einem Staudruckmesser (52) beaufschlagt ist und der ein den Sollwert des Staudrucks wiedergebendes Ausgangssignal (q_loii) liefert, von welchem der Sollwertzeiger (48) steuerbar ist
9. 9. Fahrtanzeigeinstrument nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,

   daß an einem Summationspunkt (62) das Signal (CasoiÖ des Sollwertgebers (56) dem Signal (CaJ der Meßeinrichtung (54) für den Auftriebsbeiwert entgegengeschaltet ist,

   daß das erhaltene Differenzsignal (ACa) als Zählergröße an einem Eingang eines ersten Quotientenbildners (63) anliegt, auf dessen anderen Eingang das Signal fCuo^Mes Sollwertgebers (56) geschaltet ist ι ο daß der Ausgang des ersten Quotientenbildners (63) an einem Eingang eines Multipliziergliedes (64) anliegt, auf dessen anderen Eingang der Ausgang eines zweiten Quotientenbildners (66) geschaltet ist daß der Ausgang des Multipliziergliedes (64) an einem Summationspunkt (68) dem Signal (q) des Staudruckmessers (52) überlagert ist, daß dem so erhaltenen Signal (qsoi) an einem Summationspunkt (70) das Ausgangssignal (qsoiir) des zweiten Quotientenbildners (66) zur Bildung eines Anzeigefjehlersignals (Aq₅) entgegengeschaltet ist

   daß das Anzeigefehlersignal (Aq_s) einmal dkekt und einmal über einen Integrator (74) auf zwei Eingänge eines Summierverstärkers (78) geschaltet ist an dessen dritten Eingang ein den wahrscheinlichen Wert der effektiven Flächenbelastung q_sm darstellendes festes Signal anliegt

   daß das Ausgangssignal des Summierverstärkers (78) als Zählergröße an einem Eingang des zweiten Quotientenbildners (66) anliegt auf dessen anderen Eingang das Signal (CasoIi) des Sollwertgebers (56) geschaltet ist und

   daß das Ausgangssignal des zweiten Quotientenbildners (66) einen Stellmechanismus (104) für den Sollwertzeiger (48) steuert
10. 10. Fahrtanzeigeinstrument nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet daß zur Bildung eines die effektive Flächenbelastung wiedergebenden Signals der Ausgang (Ca) der Meßvorrichtung für den Auftriebsbeiwert und das Signal (q) von dem Staudruckmesser an einem Multiplizierglied anliegen, welches die effektive Flächenbelastung g_s näherungsweise als Ausgangssignal

    β =e =C · a

    liefert
11. 11. Fahrtanzeigeinstrument nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das besagte Ausgangssignal gs auf ein elektrisches Logarithmierglied (98) geschaltet ist, dessen Ausgang multipliziert mit einem Faktor 0,5 an einem Eingang eines Summierverstärkers (102) anliegt, auf dessen anderen Eingang ein durch den Skalenanfang (v.) und die mittlere Luftdichte am Boden Qo) bestimmtes konstantes oder fast einstellbares Signal

    γ [In 2 - In _Po] - In vA

    60

    anliegt und dessen Ausgang den Stellmechanismus (104) des Sollwertzeigers (48) beaufschlagt
12. 12. Fahrtanzeigeinstrument nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet,

    daß der Ausgang des Summierverstärkers (78) an einem Eingang eines zweiten Multipliziergliedes (80) anliegt an dessen anderem Eingang ein der Normalbeschleunigunp fjt) längs der Hochachse des Flugzeugs proportionales Signal anliegt, wobei der Ausgang des Multipliziergliedes (80) dem Fluggewicht (Gy proportional ist
13. 13. Fahrtanzeigeinstrument nach Anspruch 2 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Flächenbelastungsgeber von dem Ausgang-des Summierverstärkers (78) bzw. Multipliziergliedes (118) in Verbindung mit einem nachgeschalteten Logarithmierglied (110) gebildet wird.
14. 14. Fahrtanzeigeinstrument nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Instrument Betriebsartenschalter vorgesehen sind, durch welche wahlweise nachstehende Betriebsarten vorgebbar und ein zugehöriger interner Regelkreis (124, 126, 128, 130, 132) einschaltbar ist durch weichen der Sollwertzeiger automatisch auf einen der Betriebsart entsprechenden Fahrtsollwert eingestellt wird:

    (a) Einhaltung einer vorgegebenen Machzahl,

    (b) Einhaltung einer vorgegebenen Fahrt,

    (c) Einhaltung eines vorgegebenem Sicherheitsabstandes von der Abreißgeschwindigkeit

    (d) Fliegen mit größtem Bahnwinkel,

    (e) Fliegen mit größter Steiggeschwindigkeit
15. 15. Fahrtanzeigeinstrument nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,

    daß an einem Stellmechanismus für den Sollwertzeiger (48) ein durch den Skalenanfang (vj und die mittlere Luftdichte (ρο) in Meereshöhe bestimmtes konstantes oder fest einstellbares Signal

    y [In 2 — In

    - In ι

    sowie über eine Anordnung von sich gegenseitig verriegelnden Schaltern wahlweise eines der folgenden Signale anliegt:

    (a) das durch ein Logarithmierglied (136) logarithmierte Ausgangssignal eines Machzahl-Sollwertgebers (42"), dem ein dem statischen Druck in der Flughöhe entsprechendes, von einem Druckgeber (140) geliefertes, durch ein Logarithmierglied (142) iogarithmiertes und mit dem Faktor 0,5 aufgeschaltetes Signal sowie ein konstantes Signal entsprechend

    -'- (In χ - In 2)

    überlagert ist, wobei χ der Isotropenexponent der Luft ist,

    (b) ein der kommandierten Fahrt entsprechendes Singal von einem Fahrtsollwertgeber (40"), dis durch ein Logarithmierglied (146) logavithmiert wird und dem ein konstantes Signal entsprechend

    (Z₀ = y (In 2 - In Q₀) - In v„

    ''entgegengeschaltet ist,

    (c) ein dem kommandierten Verhältnis (k_Ku) von Fahrt zu Abr»ißgeschwindigkeit entsprechendes Signal von einem »k«-Wertgeber (38"), das durch ein Logarithmierglied (158) logarithmiert

    wird und dem ein durch ein weiteres Logarithniierglied (106) logarithmiertes und mit einem Faktor 0,5 aufgeschaltetes, den maximalen Auftriebsbeiwert (Ca™*) wiedergebendes Signal entgegengeschaltet und ein dem Logarithmus der effektiven Flächenbelastung (g,) entsprechendes, mit einem Faktor 0,5 aufgeschaltetes Signal überlagert ist,

    (d) ein festes Signal von einem ersten Signalgeber (150), das einem dem steilsten Bahnwinkel zugeordneten kommandierten Auftriebsbeiwert (Casoii) entspricht, das durch ein Logarithmierglied (152) logarithmiert wird und dem ein dem Logarithmus der effektiven Flächenbelastung (g_s) entsprechendes Signal entgegengeschaltet ist, wobei das resultierende Signal mit einem Faktor 0,5 aufgeschaltet wird, oder

    (e) ein festes Signal von einem zweiten Signalgeber, das einem der größten Steiggeschwindigkeit zugeordneten kommandierten Auftriebsbeiwert (Ca„h) entspricht, das durch ein Logarithmierglied logarithmiert wird und dem ein dem Logarithmus der effektiven Flächenbelastung (g_s) entsprechendes Signal entgegengeschaltet ist, wobei das resultierende Signal mit einem Faktor 0,5 aufgeschaltet wird.