DE3417830A1

DE3417830A1 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von warnsignalen bei uebermaessig grosser bodenannaeherung eines flugzeugs

Info

Publication number: DE3417830A1
Application number: DE19843417830
Authority: DE
Inventors: Noel S. Bothell Wash. Paterson; Everette E. Seattle Wash. Vermilion
Original assignee: Sundstrand Data Control Inc
Current assignee: Sundstrand Data Control Inc
Priority date: 1983-05-13
Filing date: 1984-05-14
Publication date: 1984-11-15
Also published as: GB2148224A; FR2545928A1; GB8428727D0; BE899644A; FI841911A0; JPS59216796A; AU547722B2; SE8402468L; GB8411769D0; IT8448177A0; GR82060B; FI74252B; DE3417830C2; GB2140368A; NL8401533A; ES532432A0; IL71349A; CA1241081A; CH657820A5; ES8502932A1

Description

Sundstrand Data Control, Inc. Redmond, Washington 98o52, V.St.A.

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Warnsignalen bei übermäßig großer Bodenannäherung

eines Flugzeugs

Die Erfindung betrifft ein Bodennähewarnsystem für Flugzeuge und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung, bei denen die Höhe über Grund und die Annäherungsgeschwindigkeit des Flugzeugs erfaßt werden und zur Bestimmung einer gefährlichen Flugsituation dienen. Aus den US-Patentschriften 3 934 221, 3 934 222, 3 944 968, 3 946 358 und 3 958 218 desselben Anmelders sind Bodenannäherungswarnsysteme, die bei einer gefährlichen Flugsituation ein Warnsignal erzeugen, bekannt. Alle diese Systeme überwachen die Funkhöhe und die Funkhöhenannäherungsgeschwindigkeit und erzeugen ein Warnsignal, falls die Annäherungsgeschwindigkeit bei der Ist-Flughöhe des Flugzeugs übermäßig gToß ist.

Die bekannten Systeme sind jedoch für den Einsatz in Transportflugzeugen entworfen und können nicht in sehr beweglichen Hochleistungsflugzeugen wie Jägern oder Kampfflugzeugen

572-B01731/AtAl

verwendet werden, deren Flugprofile und Betriebscharakteristiken sich wesentlich von denen der Transportflugzeuge unterscheiden. Folglich erzeugen die für den Einsatz in Transportflugzeugen entworfenen Systeme mit großer Wahrscheinlichkeit bei normalen Flugsituationen eines taktischen Flugzeugs Falschalarme und bei anderen Flugsituationen keinen Alarm oder ein unpassendes Warnsignal.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Warnsignalen bei übermäßig großer Bodenannäherung eines Flugzeugs zu ermöglichen, die insbesondere für den Einsatz in hochbeweglichen Hochleistungsflugzeugen wie Jägern oder Kampfflugzeugen geeignet sind und deren Warneinhüllende für die Betriebs- und Leistungscharakteristika solcher Flugzeuge zugeschnitten ist. Die Erzeugung von Warnsignalen soll als Funktion der Flug-Höhe, Luftgeschwindigkeit und der Waffenladung bei Tiefflügen freigegeben werden und während anderer Flugphasen wie taktischer Manöver , die normalerweise eine starke Bodenannäherung beinhalten , gesperrt werden, um die Erzeugung von unnötigen Warnsignalen zu verringern.

Die Betriebs- und Flugcharakteristiken sind bei Hochleistungsflugzeugen wie Jägern und Kampfflugzeugen ganz anders als bei Transportflugzeugen. Für solche Hochleistungsflugzeuge sind Tiefflüge über abwechselnd ansteigendem und fallenden Terrain durchaus übliche Flugbewegungen. Da solche Tiefflüge häufig auch mit hoher Geschwindigkeit bei Nacht erfolgen, ist eine versehentliche Bodenberührung insbesondere falls das Flugzeug über allmählich ansteigendem Gelände geflogen wird, möglich.

Folglich ergibt sich der Wunsch, den Piloten bei bevorstehender Bodenberührung mit genügend großer Warnzeit zu warnen, daß er korrigierende Maßnahmen ergreifen kann. Die für den Einsatz in Transportflugzeugen entworfenen Systeme würden

jedoch keine geeigneten Warnsignale liefern, da diese Flugzeuge üblicherweise nicht im Tiefflug wie die taktischen Flugzeuge fliegen. Somit würden die für Transportflugzeuge entworfenen Systeme Falschalarme und unnötige Warnsignale erzeugen, die den Piloten ablenken würden.

Deshalb wird gemäß der Erfindung zur Lösung der obigen Aufgabe die Annäherungsgeschwindigkeit des Flugzeugs überwacht, wenn die Waffen nicht geladen sind, das Flugzeug zwischen 30 m und 600 m (100 ft bis 1800 ft) hoch ist und die Luftgeschwindigkeit 360 km/h (200 kts) überschreitet und ein Warnsignal erzeugt, falls die Funkhöhenrate eine vorgegebene Sicherheitsgrenze für die Ist-Funkhöhe des Flugzeugs überschreitet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Logik-Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Warnvorrichtung; und

Fig. 2 graphisch die zur Erzeugung eines Warnsignals nötige Funkhöhen-Näherungsgeschwindigkeit als Funktion der Funkhöhe.

In Figur 1 ist in Form eines Logik-Blockschaltbilds ein Ausführungsbeispiel 10 der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung eines Warnsignals bei übermäßig großer Bodenannäherung dargestellt. Die Vorrichtung 10 enthält zur Darstellung ihrer logischen Funktion eine Reihe von Gattern, Vergleichern und ähnlichen Schaltelementen, kann jedoch selbstverständlich aus anders gearteten Logikelementen aufgebaut sein. Insbesondere kann die Vorrichtung 10 in verschiedenartiger analoger und digitaler Weise realisiert werden.

Die von der beschriebenen Vorrichtung verwendeten Signale sind die Funkhöhe, die Funkhöhenrate, die Luftgeschwindigkeit und ein Signal, das angibt, ob die Waffen geladen sind und verschiedene Gültigkeitssignale. Dabei hängt es vom Flugzeugtyp ab, in dem die Vorrichtung eingesetzt wird, ob die in Figur 1 dargestellten Signale von einzelnen Instrumenten wie einem Funkhöhenmesser 12, einer Funkhöhenratenschaltung 14, einen Luftgeschwindigkeitssignalquelle 18, einem Luftdatenrechner oder einem Luftgeschwindigkeitsgeber, einer Waffenladesteuerung 20 und einem diskreten Element, das angibt, ob die Räder belastet sind oder nicht, abgeleitet werden. In anderen Fällen können die Signale von einem in gewissen neueren Flugzeugen vorhandenen digitalen Datenbus zugeführt werden.

Da das System beim Marschflug des Flugzeugs betrieben werden soll, wird seine Funktion während anderer Betriebsphasen wie z.B. taktischem Flug oder beim Landeanflug gesperrt, damit bei solchen Flugphasen, die auch eine relativ große Bodenannäherung bedingen, möglichst keine Falschwarnsignale erzeugt werden. Deshalb wird die Vorrichtung 10 gesperrt, wenn die Waffen geladen sind und wenn die Luftgeschwindigkeit des Flugzeugs einen vorgegebenen Wert unterschreitet wie z.B. 360 km/h (200 kts).

Diese Sperrfunktion wird von zwei UND-Gliedern 22 und 24 ausgeführt. Das UND-Glied 22 empfängt von der Waffenladesteuerung 20 ein Signal und sperrt das UND-Glied 24, wenn die Waffen geladen sind. Zusätzlich empfängt das UND-Glied 22 ein Signal von einem Luftgeschwindigkeitsvergleicher 26, der das von der Luftgeschwindigkeitssignalquelle 18 empfangene Luftgeschwindigkeitssignal mit einem eine Luftgeschwindigkeit von 360 km/h (200 kts) angebenden Referenzsignal vergleicht und ein Ausgangssignal abgibt, das anzeigt, ob die Luftgeschwindigkeit über oder unter 360 km/h (200 kts) liegt.

Zusätzlich empfängt das UND-Glied 22 ein Signal, das den unbelasteten Zustand der Räder angibt und gibt die Vorrichtung 10 nur frei, wenn das Flugzeug fliegt. Zusätzlich empfängt das UND-Glied 22 ein Signal, das den Sperrzustand des Funkhöhenmessers anzeigt und setzt die Vorrichtung 10 außer Betrieb, falls das Funkhöhenmesser fehlerhaft arbeitet.

Falls die vier dem UND-Glied 22 zugeführten Bedingungen gleichzeitig erfüllt sind, nämlich die Luftgeschwindigkeit 360 km/h (200 kts) überschreitet, das Funkhöhenmesser nicht gesperrt ist, die Waffen nicht geladen sind und das Flugzeug fliegt, gibt das UND-Glied 22 ein Freigabesignal an das UND-Glied 24, das damit von einem Modusvergleicher 28 und einem Höhenvergleicher 30 gesteuert wird. Der Höhenvergleicher 30 empfängt Signale, die die Funkhöhe des Funkhöhenmessers 12 darstellen und vergleicht das Funkhöhensignal mit einem die Funkhöhe 30 m (100 ft) darstellenden Bezugssignal. Falls die Funkhöhe 30 m (100 ft) überschreitet, führt der Höhenvergleicher 30 dem UND-Glied 24 ein Freigabesignal zu, das damit vom Modusvergleicher 28 gesteuert wird.

Der Modusvergleicher 28 dient zur Aktivierung des Warnsignals, falls eine gefährliche Flugsituation auftritt. Dazu vergleicht der Modusvergleicher 28 die Flughöhe über dem Erdboden, die durch das Funkhöhenmessersignal des Funkhöhenmessers 12 mit dem Funkhöhenratensignal, das die Ratenschaltung 14 erzeugt. Solange die Annäherungsgeschwindigkeit bei der Ist-Funkhöhe des Flugzeugs nicht übergroß wird, wird kein Warnsignal erzeugt. Wenn jedoch die Annäherungsgeschwindigkeit einen Wert erreicht, der eine gefährliche Flugsituation bedeutet, führt der Modusvergleicher 28 dem UND-Glied 24 ein Signal zu, das das UND-Glied 24 völlig freigibt, dessen Ausgangssignal die Erzeugung eines Warnsignals aktiviert.

• · ft ♦

Die vorangehende Beschreibung führte aus, daß bei Tiefflügen das Warnsignal früh genug erzeugt werden muß, damit der Pilot rechtzeitig Gegenmaßnahmen ergreifen kann. Zusätzlich muß das erzeugte Warnsignal die spezifische Situation genau wiedergeben, damit der Pilot sofort weiß, welche Maßnahme er ergreifen muß. Deshalb ist in der Vorrichtung 10 ein Sprachwarnsignalgenerator 32 vorgesehen, der das erzeugte Sprachwarnsignal direkt oder indirekt einem Wandler 37 , der ein Lautsprecher sein kann, zuführt. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel erzeugt der Sprachwarngenerator 32 zwei unterschiedliche Warnsignale. Vorzugsweise ist das erste Sprachwarnsignal ein Hinweis wie z.B. das Wort "Gelände" ("TERRAIN"). Dazu erzeugt der Sprachwarngenerator 32 durch die Einheit 36 ein zweites unterschiedliches Sprachwarnsignal wie z.B. "Whoop-Whoop-Hochziehen" ("WHOOP-WHOOP PULL UP"), das dem Piloten die genaue Handlungsweise, die er ergreifen muß, um die gefährliche Situation zu vermeiden, mitteilt. Obwohl in Figur 1 der Sprachwarngenerator 32 als aus zwei Einheiten 34 und 36 bestehend dargestellt ist, kann er jedoch auch in einer praktischen Ausführungsform als einziger Sprachwarngenerator mit zwei einprogrammierten unterschiedlichen Sprachwarnsignalen bestehen.

Der Warngenerator 32 wird von dem UND-Glied 24, einer Verzögerungsschaltung 38 und einem UND-Glied 40 angesteuert. Wenn das UND-Glied 24 ein Warnaktivierungssignal erzeugt, wird die Einheit 34 des Generators 32, sowie die Verzögerungsschaltung 38 angesteuert. Daraufhin wird sofort das Sprachwarnsignal "Gelände" ("TERRAIN") erzeugt. Die Verzögerungsschaltung 38 verzögert das vom UND-Glied 24 abgegebene Signal um eine vorgegebene Zeitdauer, beispielsweise beim vorliegenden Ausführungsbeispiel um 1,4 s. Das ist gleich der Zeitdauer, die zur zweimaligen Wiederholung des Sprachwarnsignals "Gelände" ("TERRAIN") nötig ist. Die Verzögerungsschaltung 38 legt ihr Ausgangssignal 1,4 s nach der Erzeugung des Warnaktivierungs· signals durch das UND-Glied 24 dem UND-Glied 40 an, wodurch

dieses freigegeben wird und das Aktivierungssignal der Einheit 36 des Warngenerators 32 zuführt. Daraufhin wird durch die Einheit 36 das "Whoop-whoop-Hochziehen" ("WHOOP-WHOOP-PULL UP")-Warnsignal nach zweimaliger Wiederholung des "Gelände"-Warnsignals erzeugt. Demgemäß wird das Sprachwarnsignal "Gelände" zweimal wiederholt und weist den Piloten auf eine gefährliche Flugsituation hin. Wenn daraufhin keine Reaktion erfolgt, wird nach 1,4 s das Warnsignal "Whoop-Whoop-Hochziehen" erzeugt, das dem Piloten die zur Korrektur des Flugwegs nötige Handlung mitteilt.

Figur 2 zeigt graphisch die Beziehung zwischen der Funkhöhe und der Funkhöhen-Annäherungsgeschwindigkeit, die zur Erzeugung eines Warnsignals erfüllt sein muß und zwar ist dies durch den schraffierten Bereich wiedergegeben. Sofern die Funkhöhe des Flugzeugs 600 m (1800 ft) unterschreitet und über 30 m (100 ft) liegt, wird ein Warnsignal erzeugt, wenn die Annäherungsgeschwindigkeit 75 m/s (15.000 ft/min) überschreitet. Die zur Erzeugung des Warnsignals nötige Annäherungsgeschwindigkeit wird linear mit der Funkhöhe bis 30 m (100 ft) verringert, so daß bei 30 m Funkhöhe ein Warnsignal bei etwa 13 m/s (2800 ft/min) erzeugt wird.

Die Einhüllende des in Figur 2 gezeigten, schraffierten Bereichs, ist an die Betriebs- und Flugcharakteristika von Jägern bzw. Kampfflugzeugen wie dem Flugzeugtyp Fairchild A10 angepaßt und unterscheidet sich beträchtlich von der bei Transportflugzeugen verwendeten Warneinhüllenden. Weil Jäger bzw. Kampfflugzeuge normalerweise beim Marschflug unterhalb 600 m (1800 ft) Flughöhe bleiben, wird die Erzeugung von Warnsignalen bei größeren Flughöhen gesperrt. Da Jäger und Kampfflugzeuge wesentlich wendiger als Transportflugzeuge sind, erlaubt die Vorrichtung auch wesentlich höhere Annäherungsgeschwindigkeiten, bevor das Warnsignal erzeugt wird. Bei 500 m Funkhöhe erlaubt die Vor-

richtung eine Annäherungsgeschwindigkeit von etwa 62,5 m/s (12.500 ft/min), bevor ein Warnsignal erzeugt wird, wohingegen ein für Transportflugzeuge entworfenes System ein Warnsignal erzeugen würde, wenn bei der betreffenden Höhe die Annäherungsgeschwindigkeit 12,5 m/s (3500 ft/min) überschreitet .

"/!if*

- Leerseite -

Claims

Patentansprüche

1 ./ Vorrichtung zur Erzeugung von Warnsignalen bei übermäßig ^ großer Bodenannäherungsgeschwindigkeit eines Flugzeugs,

gekennzeichnet durch

eine Einrichtung (10), die auf Signale über die Flughöhe, die Annäherungsgeschwindigkeit und die Luftgeschwindigkeit des Flugzeugs anspricht und ein Warnsignal erzeugt, falls die Flughöhe unterhalb 600 m (1800 ft) liegt und die Annäherungsgeschwindigkeit 75 m/s (15.000 ft/min) und die Luftgeschwindigkeit eine vorgegebene Luftgeschwindigkeit überschreiten.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die vorgegebene Luftgeschwindigkeit etwa 360 km/h (200 kts) beträgt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Vorrichtung (10) eine Einrichtung (28, 30) aufweist, die ein Warnsignal bereits bei geringeren Annäherungsgeschwindigkeiten als 75 m/s (15.000 ft/min), wenn die Flughöhe geringer als 600 m (1800 ft) ist , aktiviert.

572-B01731/AtAl
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

daß das Warnsignal erzeugt wird, wenn die Annäherungsgeschwindigkeit etwa 13 m/s (2800 ft/min) bei der ungefähren Flughöhe 30 m (100 ft) überschreitet.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß die Einrichtung (28, 30),die zur Erzeugung des Warnsignals nötige Annäherungsgeschwindigkeit abhängig von der Flughöhe bis zur Annäherungsgeschwindigkeit 75m/s (15.000 ft/min) bis zur Flughöhe 600 m (1800 ft) über Grund erhöht.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

daß die zur Erzeugung eines Warnsignals nötige Annäherungsgeschwindigkeit linear zwischen 30 m (100 ft) und 600 m (1800 ft) über Grund erhöht wird.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzei chnet durch

eine Einrichtung (24, 30), die die Erzeugung des Warnsignals verhindert, wenn die Flughöhe weniger als 30 m (100 ft) beträgt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

eine Einrichtung (20, 22), die den Waffenladezustand überwacht und die Erzeugung des Warnsignals sperrt, wenn die Waffen geladen sind.
9. Vorrichtung zur Erzeugung von Warnsignalen bei übermäßig hoher Bodenannäherungsgeschwindigkeit eines taktischen Flugzeugs,

gekennzeichnet durch

eine Einrichtung (20), die ein Signal erzeugt, das angibt, daß die Waffen geladen sind,

eine Einrichtung (12, 14), die ein Signal über die Bodenannäherungsgeschwindigkeit des Flugzeugs erzeugt,

eine Einrichtung (12, 30), die ein Signal erzeugt, des die Flughöhe über Grund angibt, und

eine Einrichtung (22, 24, 28, 32, 34, 38, 40), die auf die von den Einrichtungen (20; 12, 14; 12, 30) erzeugten Signale anspricht und ein Warnsignal erzeugt, falls das Flugzeug die Waffen nicht geladen hat und eine von der Flughöhe über Grund abhängige Bodenannäherungsgeschwindigkeit überschreitet.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9 ,
gekennzeichnet durch

eine Einrichtung (18, 22, 26), die ein Signal über die Luftgeschwindigkeit des Flugzeugs erzeugt und die Erzeugung eines Warnsignals freigibt, wenn das Flugzeug eine vorgegebene Luftgeschwindigkeit überschreitet.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,

daß die vorgegebene Luftgeschwindigkeit etwa 360 km/h (200 kts) beträgt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Einrichtung (24, 30), die Erzeugung des Warnsignals verhindert, wenn die Flughöhe 30 m (100 ft) über Grund unterschreitet.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,

daß die Einrichtung (24, 28) die Erzeugung des Warnsignals verhindert, falls die Flughöhe 600 m (1800 ft) über Grund überschreitet.
14. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,

daß die Einrichtung (24, 28) die Erzeugung des Warnsignals aktiviert, wenn die Flughöhe 600 m (1800 ft) unterschreitet und die Annäherungsgeschwindigkeit 75 m/s (15.000 ft/min) überschreitet.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekenn zeichnet,

daß die Einrichtung (24, 28) die Erzeugung des Warnsignals aktiviert, wenn die Flughöhe 30 m (100 ft) über Grund überschreitet und die Bodenannäherungsgeschwindigkeit etwa 13 m/s (2800 ft/min) überschreitet.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,

daß die zur Erzeugung des Warnsignals nötige Bodenannäherungsgeschwindigkeit linear ab der Flughöhe 30 m (100 ft) bis zur Flughöhe 600 m (1800 ft) anwächst.
17. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,

daß die Einrichtung (12) ein Funkhöhenmesser aufweist.
18. Verfahren zur Erzeugung eines Warnsignals bei übermäßig großer Bodenannäherungsgeschwindigkeit eines Flugzeugs,

gekennzeichnet durch folgende
Schritte:

Erfassung des Waffenladezustandes, der Bodenannäherungsgeschwindigkeit, der Flughöhe über Grund und

Erzeugung eines Warnsignals, falls die Waffen nicht geladen sind und die Bodenannäherungsgeschwindigkeit bestimmte, von der Flughöhe abhängige Werte überschreitet.