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Einrichtung zum Kenntlichmachen des Luftraumes über einem Flugplatz
Zum Kenntlichmachen des Luftraumes über einem Flugplatz und zum Erleichtern der
Ortung von Luftfahrzeugen während des Landungsvorganges ist die Aufstellung von
elektromagnetischen oder akustischen Sendern auf dem Flugplatz vorgeschlagen worden,
die einen oder mehrere kegelförmige Strahlen aussenden. Auch bei schlechter Sicht,
beispielsweise bei Nebel oder sehr niedrig hängenden Wolken, soll dadurch dem Führer
des Luftfahrzeuges ermöglicht werden, an der richtigen Stelle des Flugplatzes zu
landen. Bei den bekannten Anordnungen besteht der Hörbereich aus einem Kegel, dessen
Spitze der Sender auf dem Flugplatz ist und dessen Achse senkrecht steht oder mehr
oder weniger geneigt ist, beispielsweise in der Richtung der Landungsbahn oder in
der Richtung der Flugplatzgrenze. Bei dieser Anordnung ist es in großer Höhe verhältnismäßig
leicht, in den Hörbereich hineinzugelangen. Es besteht jedoch die Schwierigkeit,
in geringer Höhe über dem Flugplatz den Hörbereich wieder zu finden, wenn der Flugzeugführer
einmal aus ihm herausgeraten ist.
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Eine andere bekännte Einrichtung sieht eine Anzahl vori Scheinwerfern
vor, -die auf gegenüberliegenden Seiten des Flugplatzes unter größerem Abstand voneinander
aufgestellt sind und mit parallel gerichteten Strahlen zur Erzeugung eines dachförmigen
Gerüstes aus Lichtbalken über dem Flugplatz dienen. Diese Anordnung von Strahlenbündeln
hat aber den großen Nachteil, daß bei unsichtigem Wetter ein Flugzeug in den nicht
erhellten Teil des Luftraumes geraten kann, der zwischen den nebeneinanderliegenden
sich kreuzenden Strahlenbündeln besteht, und so über den Flugplatz hinausfliegt.
Außerdem kann aus dem in jeder Höhe praktisch den gleichen Querschnitt aufweisenden
Strahlenbündel beim Durchfliegen eines solchen Bündels nicht auf die Höhe des Luftfahrzeuges
über dem Flugplatz geschlossen werden, wie es bei einem sich stark nach oben hin
erweiternden Strahlenbündel möglich ist.
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Den Gegenstand der Erfindung bildet eine Einrichtung zum Orten von
Luftfahrzeugen über einem Flugplatz, bei der die-vorerwähnten Nachteile dadurch
vermieden werden, daß von gegenüberliegenden Stellen des Flugplatzes - aus von Schallsendergruppen
aus Strahlenbündel derart ausgestrahlt werden,
daß die aus den Strahlen
der aneinandergereihten Schallbündel erzeugten äußeren Schallwände in gleicher Richtung
wie die Begrenzungslinien des Flugplatzes verlaufen, während die inneren Schallwände
unter einem-Winkel in einer gewissen Höhe über dem Landeplatz sich durchsetzen.
Die Schallwände erstrecken sich also über die ganze Länge des Flugplatzes, und ein
Überfliegen des Flugplatzes von einem landenden Luftfahrzeug, ohne in die Schallwand
zu geraten, ist unmöglich. Ebenso läßt sich bei der Form der Schallwände, die einen
vom Sendeort aus zunehmenden Querschnitt besitzen, eine einwandfreie Höliebestimmung
vornehmen, da der Flugzeugführer beim Durchfliegen der einzelnen Hörzonen genügend
Zeit besitzt, die Höhe des Flugzeuges an Hand der wechselnden Zeitdauer der Signale
zu bestimmen. Zur Unterscheidung werden die von den verschiedenen Schallsendern
ausgehenden Schallwellen verschieden nach einem verabredeten Schlüssel moduliert.
Dadurch wird erreicht, daß in bestimmten Bezirken über dem Flugplatz der Schall
von mehreren Stellen, in seitlich davon gelegenen Bezirken jedoch nur von einer
einzigen Stelle her empfangen wird. In den Bezirken direkt über dem Flugplatz in
der Nähe des Bodens werden keine Schallwellen empfangen. Der Flugzeugführer kann
infolgedessen durch Abhören der verschiedenartigen Signale mit hinreichender Sicherheit
seinen Flugort und die Höhe des Flugzeuges über dem Flugplatz bestimmen.
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Eine derartige akustische Einrichtung auf dem Flugplatz kann in Verbindung
mit einem auf dem Flugzeug angeordneten akustischen Höhenmesser benutzt werden,
bei dem aus dem Zeitunterschied von Schallwellen vorzugsweise hoher Frequenz, die
vom Flugzeug ausgesandt werden und nach Rückstrahlen am Erdboden auf dem Flugzeug
wieder aufgenommen werden, die Höhe über dem Erdboden bestimmt wird. Der Schallempfänger
einer derartigen Anordnung kann nun bei Annäherung an den Flugplatz alsdann zur
Aufnahme der vom Flugplatz gemäß der Erfindung ausgesandten akustischen Signale
benutzt werden, um mit Sicherheit auf dem Flugplatz zu landen. Dabei ist angenommen,
daß das Flugzeug bei größerer Entfernung von dem Flugplatz durch Funksignale oder
geeignete andere weitreichende Signale zum Flugplatz hingeführt wird. Erst bei größerer
Annäherung an den Flugplatz benutzt der Flugzeugführer den akustischen Höhenmesser
in Verbindung mit der gemäß der Erfindung auf dem Flugplatz vorgesehenen akustischen
Einrichtung. Während der Flugzeugführer auf diese Weise die genaue Lage des Flugplatzes
feststellt, erhält er zugleich eine ungefähre Anzeige über die Höhe, in der er sich
befindet.
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Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung näher erläutert werden.
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Abb. i zeigt einen Schallsender, wie er bei der Einrichtung gemäß
der Erfindung zu verwenden ist, Abb. 2 ein Flugzeug mit einem Schallempfänger, wie
er in Verbindung mit der Einrichtung gemäß Abb. i benutzt werden kann, die Abb.3
und 4. zeigen die verschiedenen Schallwellenbereiche über dem Flugplatz, die durch
die erfindungsgemäße akustische Einrichtung über dem Flugplatz entstehen.
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Abb. 5 zeigt ein akustisches Filter, wie es in Verbindung mit der
Empfangseinrichtung gemäß Abb. 2 benutzt werden kann und Abb.6 die elektrischen
Verbindungen für die Schallsender gemäß der Erfindung. Abb. i zeigt drei in einer
Ebene fächerförmig angeordnete Megaphone i, durch die ein annähernd fächerförmiges
Schallwellenbündel in den Raum ausgestrahlt wird. Es können gegebenenfalls auch
mehr als drei Megaphone in dieser Weise angeordnet werden. In jedem Megaphon ist
eine Pfeife 2 hoher Schwingungszahl angeordnet, die über die Zuleitung 3 mit einem
Preßluftbehälter 4 in Verbindung steht. In der Leitung 3 ist ein durch einen Motor
6 mittels eines Schnekkenradgetriebes 9, io angetriebenes Ventil 5 vorgesehen, mittels
dessen die Schallwellen nach einem verabredeten Schlüssel moduliert werden können.
Das Schneckenrad 9 sitzt auf der Welle des Motors 6 und steht mit dem Zahnrad io
in Eingriff, das mit einer Nockenscheibe 7 verbunden ist. Gegen diese Nockenscheibe
wird die Rolle eines Hebels 8 mitt.els der Feder i i gedrückt. Das der Rolle 8 entgegengesetzte
Ende des Hebels drückt auf das Ventil 5, so daß das Ventil in Abhängigkeit von der
Stellung der Nockenscheibe 7 betätigt wird. Die Nocken der Scheibe 7 sind in dem
dargestellten Beispiel so verteilt, daß das Ventil im Rhythmus kurzlang-kurz-lang....
geöffnet wird.
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Zum Empfang der von dieser Einrichtung ausgesandten Schallwellen kann
das in Abb. 2 dargestellte Empfangssystem des auf dem Flugzeug angeordneten akustischen
Höhenmessers benutzt werden.
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Diese Empfangseinrichtung besteht aus einem Empfangsmegaphon 12, das
vorzugsweise am Schwanz des Flugzeuges angeordnet ist und über eine Schalleitung
13 und gegebenenfalls ein akustisches Filter 14 mit einem Stethoskop 15 in Verbindung
steht, das der Flugzeugführer trägt. Zur akustischen Höhenbestimmung des Flugzeuges
ist in Verbindung
mit diesem Empfangssystem ein Sendemegaphon 16
vorgesehen, das eine z. B. von den Auspuffgasen des Flugzeugmotors angetriebene
Pfeife besitzt, durch die bei Betätigung des Ventils 17' Schallstöße ausgesandt
werden. Schallsender und Schallempfänger sind außerdem noch durch eine Schalleitung
i8 miteinander verbunden, durch die dem Schallempfänger der vom Sender ausgehende
Schallstoß in geringer Stärke direkt zugeführt wird, so daß durch Ermittlung des
zwischen dem direkt zugeführten und nach Rückstrahlung am Erdboden aufgenommenen
Schallstoßes bestehenden Zeitunterschiedes eine genaue Höhenbestimmung möglich ist.
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Die Art, wie die in Abb. 2 beispielsweise dargestellte akustische
Empfangsanordnung in Verbindung mit der auf dem Flugplatz befindlichen akustischen
Einrichtung nach Abb. i benutzt werden kann, zeigt Abb. 3. Das Rechteckig stellt
den Flugplatz dar. Gemäß der Erfindung sind vorzugsweise an den vier Seiten des
Flugplatzes bei 2o, 21, 22 und 23 Schallsendergruppen gemäß Abb. i aufgestellt,
so daß der Flugplatz an seinen Seitenlinien akustisch gekennzeichnet ist. Die Richtung,
in der sich die von dem Schallsender ausgestrahlten Wellen in dem Raum über dem
Flugplatz ausbreiten, ist durch die Linien 24, 25, 26, 24', 25', 26' in Abb. 3 und
27 und 27' in Abb. 4 dargestellt. Die Linien 24, 25, 26 sowie 24', 25', 26' stellen
die Schnittflächen der Schallstrahlenbündel der Schallsender 2o und 21 in Ebenen
verschiedener Höhe über dem Flugplatz dar. Die Linien 27 und 27' in Abb. 4 zeigen
den Längsschnitt der von den Sendern 20 und 21 ausgehenden Schallstrahlenbündel
in einer, Ebene (Bildebene), die senkrecht zum Erdboden steht und durch die Sender
2o und 21 verläuft. Wie aus Abb.4 ersichtlich, ist der Winkel, unter dem die Schallstrahlen
vom Sender 2o und 21 ausgehen, so gewählt, daß sich die beiden Schallstrahlenbündel
in einer durch die Höhe 28 angedeuteten Höhe überlappen, während sie in niedrigerer
Höhe vöneinander getrennt sind.
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In Abb. 4 sind durch die strichpunktierten Linien 30 und 31
die Signale angedeutet, die von den Sendergruppen 2o und 21 ausgesandt werden. Durch
passende Einstellung der Nocken der Scheiben 17 und Regelung der Geschwindigkeit
der Antriebsmotoren können die von den beiden Sendern 2o und 21 ausgesandten Signale
bezüglich ihrer zeitlichen Folge so aufeinander abgestimmt werden, daß sie sich
ergänzen. Zu diesem Zweck sind die Nockenscheiben 7 mit Einstellschrauben 32 versehen
und als Antriebsmotore Gleichlaufmotoren vorgesehen. Die Nocken-Scheiben können
so eingestellt werden, daß z. B. der Sender 2o lang-kurz sendet, während der Sender
2i kurz-lang sendet, so daß in dem Bereich 33 die Schallsender sich vollkommen überblenden
und einen ununterbrochenen Ton im Empfängermegaphon des Flugzeuges erzeugen. Die
in den Bezirken 34 und 35 aufgenommenen akustischen Signale unterscheiden sich also
von den im Bereich 33 aufgenommenen Signalen, so daß beim Überfliegen des Flugplatzes
aus der Verschiedenheit der aufgenommenen Signale mit Leichtigkeit der Ort des Flugzeuges
in bezug auf den Landungsplatz festgestellt werden kann.
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Um die Brauchbarkeit dieser Einrichtung für die Ortung von Flugzeugen
noch näher darzulegen, sei angenommen, daß ein Flugzeug 35' im Nebel hoch über dem
Flugplatz fliegt, nachdem es hierhin mit Hilfe von Funksignalen, die von den bei
36 aufgestellten, vorzugsweise in einer Richtung mit den Schallsendern 2o und 21
liegenden Funkfeuern ausgehen, geleitet ist. Diese Funkfeuer können nach dem bekannten
Gleichsignalverfahren arbeiten und ermöglichen eine Führung des Flugzeuges bis über
die Mitte des Flugplatzes. Hört nun der Flugzeugführer mit dem Stethoskop seines
akustischen Höhenmessers, dessen Schallsender schweigt, die akustischen Signale,
die von den auf dem Flugplatz aufgestellten Schallsendern ausgesandt werden, ab,
so empfängt er bei Annäherung an den Flugplatz zuerst Signale, die von der Schallsendergruppe
2o ausgehen, also Signale im Rhythmus langkurz-lang-kurz ... Fliegt er in
der gleichen' Höhe weiter, so empfängt er nach kurzem einen ununterbrochenen Ton,
der beim Weiterfliegen in ein Signal kurz-lang-kurz-lang ...
übergeht. Hieraus
kann er entnehmen, daß er sich noch oberhalb einer bestimmten, durch den Punkt 37
angegebenen Höhe befindet. Diese Höhe ist durch den Schnittpunkt der Begrenzungslinien
der von den beiden verschiedenen Seiten des Flugplatzes ausgehenden Schallwellenbündeln
bestimmt. Eine genauere Bestimmung seiner Höhe kann er durch Beobachtung der Zeitdauer,
während deren die verschiedenen Signale auftreten, vornehmen. Das Flugzeug kann
dann umkehren und in tieferer Höhe zurückfliegen, wie durch 37' angedeutet ist.
Jetzt empfängt er zuerst Signale kurzlang, dann überhaupt keine Signale und schließlich
Signale langkurz, woraus er entnehmen kann, daß er den Flugplatz direkt überquert
und auch etwa die Höhe bestimmen kann. Er kehrt dann um und fliegt in einer Höhe,
die durch 38 angedeutet ist, zurück. In dieser Höhe stellt er fest, daß nunmehr
die Zeit, in der er keine Signale empfängt, größer ist als die Zeiten,
in
denen er die beiden verschiedenen Signale aufnimmt. Hierdurch kann er die Lage des
Flugplatzes und seiner Grenzlinien recht genau ermitteln. Er kann dann in eine noch
sicherere Höhe niedergehen, aus der er das Landungsfeld bereits sehen kann, so daß
eine Landung selbst bei schlechter Sicht unter Zuhilfenahme der Augen alsdann möglich
ist.
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Wenn eine Landung bei sehr schlechter Sicht mit Hilfe der Augen, selbst
bei Erreichen einer sehr geringen Höhe, nicht möglich ist. kann der Flugzeugführer
das akustische Echometer mit zu Hilfe nehmen und damit die Höhe beim Landen bestimmen.
Er kann dabei so vorgehen, daß er, nachdem er in der durch die Linie 38 angedeuteten
Höhe oder noch etwas tiefer gegangen ist, ungefähr an das Ende des Flugplatzes fliegt,
dann den Schallsender des akustischen Höhenmessers anstellt und nach der Echomethode
die Höhe bestimmen. An der Grenzlinie des Landeplatzes empfängt er dann die Signale
des am Boden aufgestellten Senders. Er stellt dann seinen Motor ab und geht im Gleitflug
nieder, dabei die Anzeige des Höhenmessers beobachtend, bis die ausgesandten Zeichen
und die Echozeichen ineinander übergehen. Alsdann setzt er zur Landung an. Es ist
noch darauf hinzuweisen, daß durch die fächerförmige Gestaltung der von den Schallsendergruppen
2o und 21 ausgehenden Schallwellenbündel, die in der Anflugrichtung verhältnismäßig
schmal sind, dagegen in seitlicher Richtung sich verhältnismäßig weit erstrecken,
der Flugzeugführer beim Anfliegen des Flugplatzes in großer Höhe mit Sicherheit
in den Bereich der vom Boden ausgesandten Schallwellen gelangt. Dadurch, daß die
Schallwellenbündel mit abnehmender Höhe immer schmaler werden, wird der Flugzeugführer
beim Niedergehen mit Sicherheit auf die Mitte des Flugplatzes hingeführt, so daß
er an der geeigneten Stelle landen kann.
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Die Nocken der Scheiben 7 der Sender 2o und 2 i können so gegeneinander
ausgetauscht werden, daß der Flugzeugführer in der richtigen Windrichtung auf den
Flugplatz hingeleitet wird. So kann z. B. die allgemeine Vorschrift für den Flugzeugführer
lauten, daß er in derjenigen Richtung zu landen hat, in der er zuerst die Signale
langkurz erhält. Ist dies die Richtung von Westen her, so «-erden, wenn er von Osten
her landen soll, die Nocken der Sender 2o und 21 in ihrer Stellung vertauscht. Soll
er von Norden oder Süden her landen, so «-erden statt der Sender 20 und 21 die Sender
22 und 23 benutzt. Diese Sender können so ausgebildet sein, daß sie die gleichen
Signale aussenden «-ie die Sender 2o und 2i. Vorzugsweise erhalten sie aber eine
andere Kennung, z. B. kurz-kurz-lang und lang-kurz-kurz, so daß der Flugzeugführer
weiß, aus welcher Richtung er landet. Vorzugsweise werden die von den entgegengesetzten
Seiten des Flugplatzes ausgesandten Signale in ihrer zeitlichen Länge und Folge
so aufeinander abgestimmt, daß sie sich in dem Bezirke 38 zu einem ununterbrochenen
Tone ergänzen.
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Um die verschiedenen Sendergruppen auf dem Flugplatz wahlweise zu
betätigen, kann eine Schaltanordnung gemäß Abb. 6 gewählt werden. Die für die vier
Sendergruppen vorgesehenen Gleichlaufmotoren 6 sind mittels eines Dreiwegschalters
4o an ein gemeinsames Wechselstromnetz angeschlossen. Auf diese Weise können entweder
zwei entgegengesetzte Sendergruppen oder auch alle vier Sendergruppen nach Wahl
eingeschaltet werden.
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Alle vier Sendergruppen können mit Vorteil dann gleichzeitig benutzt
«erden, wenn es nicht erwünscht ist, durch Funkfeuer den Kurs über dem Flugplatz
festzulegen. Senden alle Sendergruppen in der angegebenen Weise Signale aus, so
setzen sich diese Signale hoch über dem Flugplatz zu einem ununterbrochenen Ton
zusammen und legen dadurch die Lage des Landungsplatzes fest.
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Die Festlegung des Landungsplatzes durch Schallwände kann besonders
in Verbindung mit selbsttätig gesteuerten Flugzeugen nützlich sein. Der Bereich,
wo keine Signale auftreten, kann bei dieser Art von sich langsam bewegenden Flugzeugen
leicht aufgefunden werden.
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Bei der Kennzeichnung des Flugplatzes durch Schallwellen in der beschriebenen
Art ist es angebracht, die Tonhöhe der vom Boden ausgesandten Schallwellen so zu
wählen, daß j sie leicht aus dem Flugzeuggeräusch und sonstigem Geräusch herausgehört
werden können. Zu diesem Zweck wird in bereits vorgeschlagener Weise eine Schwingungszahl
von 2ooo bis 4000 für die Schallwellen be- j nutzt. Z. B. werden mit einer Schwingungszahl
von 3000 sehr befriedigende Ergebnisse erzielt.
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Zusätzlich kann zur Ausscheidung von Störgeräuschen, insbesondere
solcher niederer i Schwingungszahl, in Verbindung mit dem Empfangsmegaphon des akustischen
Höhenmessers ein akustisches Filter benutzt werden. Dieses Filter kann, wie es in
Abb. 5 -dargestellt ist, aus einem engen Rohr 41 von etwa io mm Durchmesser bestehen,
das in der Längsrichtung eine Reihe von Öffnungen 42 aufweist. Diese Öffnungen stehen
mit Kammern in Verbindung, die durch Filzwände 44 abgeteilt sind und mit einem Dämp-
; fungsmittel, z. B. Watte, gefüllt sind. Um einen Überdruck aus den Kammern abzuleiten,
ist
ein Ventil 45 vorgesehen. Das Filter ist durch ein Gehäuse 43 nach außen hin schalldicht
abgeschlossen.
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Die Verwendung von Schallwellen hoher,-Schwingungszahl hat zugleich
den besonderen Vorteil, daß bei dieser Schwingungszahl die Sender- und Empfängermegaphone
besonders gute Richteigenschaften erhalten können. Denn wenn die Schwingungszahl
der ausgestrahlten Wellen sehr hoch ist, also ihre Wellenlänge sehr klein ist, können
die Abmessungen der Megaphone groß im Verhältnis zur Wellenlänge gewählt werden.
So kann z. B. der Durchmesser der Öffnung der Megaphone zwei- oder dreimal so groß
wie die Wellenlänge der Schallwellen gemacht werden, während die Länge des Konusses
der Megaphone das Zwei- bis Dreifache des Durchmessers der Öffnung betragen kann.
Je schärfer gerichtet die Schallwellenbündel sind, um so genauer liegen die einzelnen
akustischen Bereiche über dem Flugplatz fest und um so sicherer ist infolgedessen
die Bestimmung der Lage des Flugplatzes.