DE3138985A1

DE3138985A1 - Fahrtmesser fuer niedrige geschwindigkeiten

Info

Publication number: DE3138985A1
Application number: DE19813138985
Authority: DE
Inventors: Peter Ing.(grad.) 8190 Wolfratshausen Miller; Ulrich Dipl.-Ing. 8026 Ebenhausen Stuke; Wolf Ing.(grad.) 8120 Weilheim Willershausen
Original assignee: Apparatebau Gauting GmbH; AOA Apparatebau Gauting GmbH
Current assignee: Apparatebau Gauting GmbH; AOA Apparatebau Gauting GmbH
Priority date: 1981-09-30
Filing date: 1981-09-30
Publication date: 1983-04-14

Description

Fahrtmesser für niedrige Geschwindigkeiten Die Erfindung bezieht sich auf einen Fahrtmesser für niedrige Geschwindigkeiten, insbesondere der Fluggeschwindigkeit von Hängegleitern oder dergleichen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Für Hängegleiter bzw. Drachenfluggeräte, mit leichten Hilfsmotoren ausgestattete Hängegleiter oder extrem leichte Flugzeuge sind Instrumente für die Überwachung und Steuerung der jeweiligen Flugzustände notwendig, zu denen Fahrtmesser zählen. Die für schwerere Flugzeuge entwickelten Fahrtmesser sind in ihrem Aufbau und in ihrer Justierung kompliziert, wobei jedoch das Gewicht keine bedeutende Rolle spielt, da ein Überschuß an Auftriebskraft verfügbar ist. Für extrem leichte Fluggeräte der vorstehend genannten Art kommt daher der Einsatz der bekannten Fahrtmesser nicht in Frage.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Fahrtmesser gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, der bei einfachem und leichtem Aufbau die genaue Messung niedrigerIFluggeschwindigkeiten erlaubt.
Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Mitteln gelöst.
Der erfindungsgemäße Fahrtmesser hat somit lediglich einen Strömungskanal, eine im Strömungskanal angebrachte Windfahne aus Federmaterial und eine Meßeinrichtung zur Erfassung der Durchbiegung der Windfahne. Damit hat der Fahrtmesser einen äußerst einfachen Aufbau, bei dem das Gewicht der Bauelemente ohne Schwierigkeiten gering gehalten werden kann und trotzdem eine bestimmte notwendige Festigkeit erreicht werden kann. Durch die Verwendung von Federmaterial mit temperaturunabhängigem Federverhalten für die Windfahne wird die erforderlIche Genauigkeit erreicht.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Fahrtmessers sind in den Unteransprüchen angeführt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Querschnittansicht das Grundprinzip des Fahrtmessers.
Fig. 2 a und b zeigen schematisch in einer Schnittansicht bzw. einer Draufsicht ein erstes Ausführungsbeispiel.
Fig. 3 bis 5 zeigen jeweils in einer Schnittansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel.
Nach Fig. 1 wird bei dem Fahrtmesser innerhalb eines Strömungskanals 1 eine aus Federmaterial bestehende Windfahne 2 an einem Ende mittels einer Klemmvorrichtung so festgelegt, daß sie quer zu der Durchflußrichtung in dem Strömungskanal 1 steht. Die beiden offenen Enden.
des Strömungskanals 1 werden mit der Flugrichtung des betreffenden Fluggeräts ausgerichtet, so daß durch die Fluggeschwindigkeit eine Luftströmung 4 in dem Strömungskanal 1 hervorgerufen wird, welche eine Kraft an der Windfahne 2 ausübt. Dadurch wird die Windfahne 2 verbogen, wobei das Ausmaß der Verbiegung ein Maß für die Luftströmung und damit für die Fluggeschwindigkeit darstellt. Das Federmaterial der Windfahne 2 ist ein Material mit von der Temperatur unabhängigem Federverhalten, so daß die Durchbiegung bei gleicher Luftströmung unabhängig von der Temperatur gleich ist. Die Durchbiegung wird mittels einer Meßeinrichtung erfaßt, wie sie bei einem der nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele eingesetzt wird.
Bei dem in den Fig. 2a und 2b dargestellten Ausführungsbeispiel des Fahrtmessers hat die Meßeinrichtung Dehnungsmeßstreifen 5, die auf die beiden Flächen der Wind -fahne 2 aufgeklebt sind. Eine Verbiegung der Windfahne 2 ruft an den einander bezüglich der Windfahne gegenübergesetzten Dehnungsmeßstreifen eine Widerstandsänderung entgegengesetzten Vorzeichens hervor, die auf bekannte Weise gemessen wird. Durch Brückenschaltung der beiden einander gegenübergesetzten Dehnungsmeßstreifen 5 werden temperaturbedingte Widerstandsänderungen kompensiert, die an beiden Dehnungsmeßstreifen auftreten. Bei dem in Fig. 2a und 2b gezeigten Ausführungsbeispiel werden insgesamt vier Dehnungsmeßstreifen 5 verwendet, die paarweise beidseitiLg eines Ausschnittes 6 in der Windfahne 2 aufgebracht sind. Mit dem Ausschnitt 6 wird der die Durchbiegung bestimmende Querschnitt der Windfahne 2 in dem Bereich der Dehnungsmeßstreifen 5 verringert, so daß dort die stärkste Durchbiegung auftritt. Dadurch wird die von der Luftströmung und damit der Fluggeschwindigkeit abhängige Durchbiegung der Windfahne 2 an den Dehnungsmeßstreifen 5 konzentriert, so daß an diesen eine höhere Widerstandsänderung erfaßt werden kann.
Bei den in den Fig. 3 bis 5 gezeigten Ausführungsbeispielen wird die Durchbiegung der Windfahne 2 dadurch erfaßt, daß eine von der Durchbiegung hervorgerufene Auslenkung des freien Endes der Windfahne 2 mittels der Meßeinrichtung erfaßt wird. Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist an dem freien Ende der Windfahne 2 ein Permanentmagnet 7 angebracht, dem an dem Strömungskanal 1 eine Feldplatte 8 gegenübergesetzt ist. Eine durch die Durchbiegung der Windfahne 2 hervorgerufene Lageänderung des Permanentmagneten 7 verändert das Magnetfeld in der Feldplatte 8, die einen magnetfeldabhängigen Widerstand in Brückenschaltung darstellt. Somit wird durch die Ermittlung der von der Magnetfeldänderung abhängigen Widerstandsänderung die Auslenkung des Permanentmagneten 7 und damit die Durchbiegung der Windfahne 2 erfaßt, wobei auf Temperaturänderungen beruhende Widerstandsänderungen durch die Brückenanordnung kompensiert werden. Der Permanentmagnet ist vorzugsweise ein Kobalt-Samarlum-Magnet, der sich durch hohe magnetische Feldstärke bei geringen Abmessungen und' -geringem Gewicht auszeichnet, wobei das Magnetfeld sehr konstant ist und keine oder nur äußerst geringe Änderungen durch Fremdfelder entstehen. Nach Fig. 3 ist die Feldplatte 8 außerhalb des Strömungskanals 1 dem Permanentmagneten 7 gegenübergesetzt. Hierzu muß der Strömungskanal 1 aus unmagnetischem Material bestehen. Im Falle eines Strömungskanals 1 aus magnetischem Material ist die Feldplatte 8 innerhalb des Kanals anzuordnen.
Bei dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel des Fahrtmessers hat die Meßeinrichtung einen. Körper 9 aus hochpermeablem Material, der an dem freien Ende der Windfahne angebracht ist, sowie eine Spulenvorrichtung 10, die außerhalb des Strömungskanals 1 gegenüber dem Körper 9 angebracht ist. Der Strömungskanal 1 besteht aus nichtleitendem Material. Die Spulenvorrichtung 10 ist aus zwei zueinander bezüglich der Ruhelage des Körpers 9 symmetrischen Teilspulen aufgebaut. Sobald aufgrund einer Durchbiegung der Windfahne 2 der Körper 9 ausgelenkt wird, wird die Induktivität einer Teilspule gesteigert, während die Induktivität der anderen Teilspule verringert wird. Die beiden Teilspulen sind derart in einer Brückenanordnung geschaltet, daß die durch die Versetzung des Körpers 9 verursachten Induktivitätsänderungen zu einer Signaladdition führen,-während andere, beispielsweise durch Temperaturänderungen oder dergleichen hervorgerufene Induktionsänderungen kompensiert werden, sowie in die beiden Teilspulen einstreuende Störsignale einander aufheben.
Bei dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel besteht der Strömungskanal 1 aus nicht-leitendem Material. Die Meßeinrichtung weist eine Elektrodenplatte 11 auf, die senkrecht zur Fläche der Windfahne 2 stehend an dem freien Ende derselben angebracht ist. Der Elektrodenplatte 11 ist eine Elektrodenanordnung 12 der Meßeinrichtung gegenübergesetzt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat die Elektrodenanordnung 12 zwei Elektroden, die bei der Ruhelage der Windfahne 2 und damit der Elektrodenplatte ii symmetrisch zu dieser angeordnet sind und an eine Brückenschaltung der Meßeinrichtung angeschlossen sind. Die Windfahne 2 dient als Anschlußleitung für die Elektrodenplatte 11. Sobald durch eine Durchbiegung der Windfahne 2 das freie Ende ders-elben zusammen mit der Elektrodenplatte 11 ausgelenkt wird, erhöht sich die Kapazität zwischen der Elektrodenplatte 11 und der einen Elektrode, während die Kapazität zwischen der Elektrodenplatte 11 und der anderen Elektrode geringer wird. Mit der Brückenschaltung der Meßeinrichtung werden diese Kapazitätsänderungen additiv erfaßt, während auf Anderungen der Dielektrizitätskonstanten beruhende Kapazitätsänderungen an den beiden Elektroden kompensiert werden und durch Fremdfelder zwischen einer jeweiligen Elektrode und der Elektrodenplatte 11 hervorgerufene Störsignale einander aufheben.
Bei der Meßeinrichtung gemäß den Ausführungsbeispielen des Fahrtmessers kann die Erfassung der Durchbiegung oder Auslenkung der Windfahne 2 auch mittels eines einzigen Dehnungsmeßstreifens 5, eines einzigen magnetfeldabhängigen Widerstands 8, einer einzigen Spule 10 oder einer einzigen Elektrode 12 erfolgen, wobei dann eine eventuell auftretende Temperaturabhängigkeit des Erfassungswerts anderweitig zu kompensieren ist und eingestreute Störspannungen auf andere Weise als durch Gegentaktschaltung unterdrückt werden müssen. Ein erwünschter Funktionszusammenhang zwischen der Fluggeschwindigkeit und dem Erfassungswert der Meßeinrichtung kann in der Meßeinrichtung elektronisch vorgenommen werden. Der Funktionszusammenhang kann bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 3 bis 5 durch die Formung und Relativanordnung der jeweiligen Fühlelemente, nämlich des Perma- nentmagneten 7 und der Feldplatte bzw. des magnetfeldabhängigen Widerstands 8, des hochpermeablen Körpers 9 und der Spulenanordnung 10 bzw. der Elektrodenplatte 11 und der Elektrodenanordnung 12 beeinflußt werden.
In weiterer Ausgestaltung wird bei dem Fahrtmesser auf elektronische Weise eine Änderung des Strömungsdrucks kompensiert, die auf eine Lufttemperaturänderung zurückzuführen ist. Hierzu wird gemäß Fig. 5 in dem Strömungskanal 1 ein Temperaturfühler 13 angeordnet, der schnell auf Temperaturänderungen anspricht, wie beispielsweise der Temperaturfühler PT100. Mit diesem Temperaturfühler 13 wird in der Meeinrichtung der Meßwert für die Durchbiegung bzw. Auslenkung der Windfahne 2 hinsichtlich der Lufttemperatur korrigiert. Ein derartiger Lufttemperaturfühler 13 kann auch bei den anderen Ausführungsbeispielen des Fahrtmessers eingesetzt werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 kann an die Stelle der als magnetfeldabhängiger Sensor dienenden Feldplatte 8 auch ein Hallgenerator treten, dessen Ausgangsspannung von der Relativlage des Permanentmagneten 7 abhängt und damit ein Mat für die Aus lenkung der Windfahne 2 darstellt. Vorzugsweise wird der Hallgenerator in einer symmetrischen Ausführung gewählt, um damit in einer Brücken- oder Gegentaktschaltung etwaige Temperaturgänge zu kompensieren und Störeinstreuungen aufzuheben.
Ein Fahrtmesser für niedrige Geschwindigkeiten, insbesondere die Fluggeschwindigkeiten von Hängegleitern oder dergl., hat einen an beiden Enden offenen Strömungskanal, in dem quer zur Durchflußrichtung stehend eine Windfahne mit einem Ende fest angespannt ist, die aus einem Federmaterial mit temperaturabhängigem Federverhalten besteht und deren Durchbiegung mittels einer Meßeinrichtung erfaßbar ist. Dieser Fahrtmesser kann äußerst leicht, einfach und robust aufgebaut werden.

Claims

Patentansprüche Fahrtmesser für niedrige Geschwindigkeiten, insbesondere die Fluggeschwindigkeit von Hängegleitern oder dergleichen, gekennzeichnet durch einen Strömungskanal (1), der an seinen beiden Enden in der Fahrtrichtung offen ist, eine Windfahne (2), die in dem Strömungskanal quer zur Durchflußrichtung stehend an einem Ende eingespannt ist und aus einem Federmaterial mit temperaturunabhängigem Federverhalten besteht, und eine Meßeinrichtung (5;7,8;9,10;11,12) zur Erfassung der Durchbiegung der Windfahne.
2. Fahrtmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung mindestens einen Dehnungsmeßstreifen (5) aufweist, der fest auf die Windfahne (2) aufgebracht ist.
3. Fahrtmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Biegequerschnitt der Windfahne (2) an der Anbringungsstelle des mindestens einen Dehnungsmeßstreifens (5) durch einen Ausschnitt (6) verringert ist.
4. Fahrtmesser nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch ein Paar jeweilsan einander gegenüberliegenden Flächen der Windfahne (2) angebrachter Dehnungsmeßstreifen (5), die an eine Brückenschaltung angeschlossen sind.
5. Fahrtmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Meßeinrichtung (7, 8; 9, 10; 11, 12) die Durchbiegung der Windfahne (2) durch Ermitteln der Auslenkung des freien Endes derselben erfaßbar ist.
6. Fahrtmesser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, da:3 die Meßeinrichtung (7, 8) einen an dem freien Ende der Windfahne (2) angebrachten Permanentmagneten (7) und einen dem Permanentmagneten gegenübergesetzten magnetfeldabhängigen Sensor (8) aufweist.
7; Fahrtmesser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dat der magnetfeldabhängige Sensor (8) ein magnetfeldabhängiger Widerstand ist.
8. Fahrtmesser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, da3 der magnetfeldabhängige Widerstand (8) als Brückenschaltungs-Feldplatte ausgeführt ist.
9. Fahrtmesser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, da3 der magnetfeldabhängige Sensor (8) ein Hallgenerator ist.
10. Fahrtmesser nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daS der Permanentmagnet (7) ein Kobalt-Samarium-Magnet ist.
11. Fahrtmesser nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal (1) aus unmagnetischem Material besteht und der magnetfeldabhängige Widerstand (8) dem Permanentmagneten (7) an der Außenseite des Strömungskanals gegenübergesetzt ist.
12. Fahrtmesser pach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (9, 10) einen an dem freien Ende der Windfahne (2) angebrachten hochpermeablen Körper (9) und eine dem Körper gegenübergesetzte Spulenvorrichtung aufweist, deren Induktionsänderung erfaßbar ist.
13. Fahrtmesser nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenvorrichtung (10) in Brückenschaltung ausgeführt ist.
14. Fahrtmesser nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal (1) aus nichtleitendem Material besteht und die Spulenvorrichtung (10) dem hochpermeablen Körper (9) außerhalb des Strömungskanals gegenübergesetzt ist.
15. Fahrtmesser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal (1) aus nicht-leitendem Material besteht und die Meßeinrichtung (11,12) eine auf das freie Ende der Windfahne (2) senkrecht hierzu aufgesetzte Elektrodenplatte (11) und eine der Elektrodenplatte innerhalb oder außerhalb des Strömungska nals gegenübergesetzte Elektrodenanordnung (12) aufweist, die mit der Elektrodenplatte zusammen eine erfaßbare Kapazität bildet.
16. Fahrtmesser nact, Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenanordnung (12) zwei in Brükkenschaltung geschaltete Elektroden aufweist.
17. Fahrtmesser nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Strömungskanal (1) nahe der Windfahne (2) ein schnellansprechender Temperaturfühler zur Lufttemperaturmessung angeordnet ist,