DE951535C

DE951535C - Navigation device for aircraft

Info

Publication number: DE951535C
Application number: DES38791A
Authority: DE
Inventors: Hugh Brougham Sedgfield
Original assignee: Sperry Gyroscope Co Ltd
Current assignee: Sperry Gyroscope Co Ltd
Priority date: 1953-04-24
Filing date: 1954-04-21
Publication date: 1956-10-31

Description

Navigationsgerät für Flugzeuge Die Erfindung betrifft ein Navigationsgerät, das es dem Flugzeugführer erleichtert, die Längsneigung seines Flugzeuges einzuregeln.Navigation device for aircraft The invention relates to a navigation device, which makes it easier for the pilot to regulate the pitch of his aircraft.

Es ist üblich, ein Flugzeug mit einer Einrichtung auszurüsten, die die Längsneigung des Flugzeuges mißt oder anzeigt, so daß der Pilot den Erdboden nicht zu sehen braucht, um festzustellen, wie er die Steuerorgane betätigen muß, die die Längsneigung des Flugzeuges ändern. It is common practice to equip an aircraft with a facility that measures or displays the pitch of the aircraft so that the pilot hits the ground does not need to see to determine how to operate the controls, which change the pitch of the aircraft.

Es ist ebenfalls üblich, die Höhe des Flugzeuges anzuzeigen. Um dem Piloten zu helfen, sein Flugzeug im Waagerechtflug zu halten, hat man vorgeschlagen, ein Instrument anzubringen, das die Abweichung von einer festgesetzten Höhe anzeigt. It is also common practice to display the aircraft's altitude. To that To help pilots keep their aircraft level, it has been suggested that to install an instrument that shows the deviation from a specified height.

Man hat ferner vorgeschlagen, daß die Angaben eines Längsneigungsanzeigers in Abhängigkeit von der Abweichung des Flugzeuges von einer festgesetzten Höhe geändert werden. Ein Gerät, das diese Aufgabe erfüllt, ist in der britischen Patentschrift 690 985 beschrieben. Dieses sogenannte Flugrichtgerät gibt durch ein einziges Kreuzzeiger-Anzeigegerät an, wie weit das Flugzeug von bestimmten festgesetzten Flugbahnen sowohl in der Höhe als auch im Azimut abweicht. Unter bestimmten Umständen wird der waagerechte Zeiger, der die Höhenabweichung von der Flugbahn angibt, abhängig von einem resultierenden Signal eingestellt, das durch algebraische Zusammensetzung eines primären Signals, welches ein Maß für die Abweichung des Flugzeuges von einer festgesetzten Längsneigung ist, und eines sekundären Signals entsteht, das ein Maß für die Abweichung des Flugzeuges von einer festgesetzten Höhe ist. It has also been proposed that the information from a pitch indicator changed depending on the deviation of the aircraft from a fixed altitude will. One device that accomplishes this task is disclosed in British Patent 690 985. This so-called flight alignment device gives a single cross pointer display device of how far the aircraft is from certain fixed trajectories in both the height as well as deviates in azimuth. Under certain circumstances the horizontal pointer, which indicates the altitude deviation from the flight path, depending on a resulting one Signal set, which is generated by algebraic composition of a primary signal, which is a measure of the deviation of the aircraft from a fixed pitch is, and a secondary signal is generated, which is a measure of the deviation of the aircraft is of a fixed height.

Bei einer anderen Anordnung wird die Höhenangabe von einem Instrument gegeben, bei dem ein Zeiger in Abhängigkeit von einem primären Signal und die Nullmarke des Instruments in Abhängigkeit von einem sekundären Signal eingestellt wird, so daß die Lage des Zeigers gegenüber der Nullmarke von der Differenz zwischen primärem und sekundärem Signal abhängt. In another arrangement, the height is indicated by an instrument given in which a pointer as a function of a primary signal and the zero mark of the instrument is set as a function of a secondary signal, see above that the position of the pointer relative to the zero mark depends on the difference between primary and the secondary signal.

Auf diese Weise kann der Führer von Flugzeugen, die mit dem vorstehend beschriebenen Gerät ausgerüstet sind, sein Flugzeug so steuern, daß es in konstanter Höhe fliegt, -ohne daß er die Angaben eines Neigungsanzeigers und eines Höhenmessers im Kopfe zu kombinieren braucht. Die Angaben dieser zwei Instrumente werden dem Piloten kombiniert geliefert, so daß er sein Flugzeug nur so zu steuern braucht, daß der Zeiger des Anzeigegerätes in Nullstellung bleibt. Wenn das Flugzeug von der festgesetzten Höhe abweicht, gibt das Anzeigegerät dem Piloten Richtung und Größe der Steuerbewegung an, die er machen muß, um das Flugzeug auf die festgesetzte Höhe zurückzubringen. Da das System die Angaben für den Piloten kombiniert, ehe sie auf dem Anzeigegerät sichtbar werden, hat der Pilot es nicht nötig, die Angaben im Kopfe zu kombinieren. In this way the operator of aircraft that is familiar with the above described device are equipped to control his aircraft so that it is in constant Altitude flies, -without that he has the information of an inclination indicator and an altimeter needs to combine in the head. The indications of these two instruments are the Pilots delivered combined, so that he only needs to control his aircraft in such a way that the pointer of the indicator remains in the zero position. If the plane is from deviates from the set altitude, the display device gives the pilot direction and The amount of control movement he must make to get the aircraft to the set Bring back height. Since the system combines the information for the pilot before If they are visible on the display device, the pilot does not need to provide the information to combine in the head.

Wenn dieses Gerät es dem Piloten auch erleichtert, sein Flugzeug in waagerechter Flugbahn zu halten, liefert es doch keine Angabe, die ihm unmittelbar hilft, wenn er sein Flugzeug mit einer bestimmten Geschwindigkeit steigen oder sinken lassen will. Demgemäß bezweckt die Erfindung die Ausbildung eines Navigationsgerätes, das es dem Piloten erleicbtert, sein Flugzeug so zu steuern, daß es eine gewünschte Steig- oder Sinkgeschwindigkeit einhält. If this device also makes it easier for the pilot, his aircraft Keeping it in a horizontal trajectory does not provide any information that is directly relevant to it helps when he ascends or descends his plane at a certain speed want to let. Accordingly, the invention aims to design a navigation device, that the pilot learns to control his aircraft in such a way that it gives a desired one Keeps the rate of climb or descent.

Nach der Erfindung ist ein Navigationsgerät für Flugzeuge zur Einhaltung einer gewünschten Steig- oder Sinkgeschwindigkeit, bei dem einem Anzeigegerät kombinierte Signale zugeführt werden, von denen das eine von einem Längsneigungs messer und das andere von einem Abweichungen von der Sollflughöhe angebenden Höhenmeßaggregat erzeugt wird, in der Weise ausgebildet, daß das Höhenmeßaggregat eine Regelvorrichtung enthält, die das Ausgangssignal des Höhenmessers entsprechend dem Signal einer zur Einstellung der Steig oder Sinkgeschwindigkeit dienenden Einstellvorrichtung stetig ändert. According to the invention is a navigation device for aircraft for compliance a desired rate of climb or descent at the one indicator combined Signals are supplied, one of which is from a pitch meter and the other by an altitude measuring unit indicating deviations from the nominal flight altitude is generated, designed in such a way that the height measuring unit has a control device contains that the output signal of the altimeter according to the signal of a for Adjustment of the climb or descent speed adjusting device steadily changes.

Vorzugsweise wird das Längsneigungssignal mit dem Höhenabweichungssignal kombiniert und ein einziger Zeiger gegenüber einer festen- Bezugsmarke bewegt. The pitch signal is preferably matched with the height deviation signal combined and a single pointer moves with respect to a fixed reference mark.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung. Es zeigt Fig. I ein Schaltschema eines Flugrichtgerätes mit dem zugehörigen elektrischen Kreis, bei dem die wahre und die Soll-Höhe mechanisch verglichen werden, Fig. 2 ein ähnliches Schaltschema, bei dem die wahre und die Soll-Höhe elektrisch verglichen werden. Further details and advantages of the invention emerge from the following description of exemplary embodiments with reference to the drawing. It shows Fig. I is a circuit diagram of a flight straightening device with the associated electrical Circle in which the true and the target height are compared mechanically, FIG. 2 a similar switching scheme in which the true and the target altitude are compared electrically will.

Aus Fig. I ist ersichtlich, daß dem Flugzeugführer ein Handregler IO zur Verfügung steht, an dem er eine gewünschte Steig- oder Sinkgeschwindigkeit einstellen kann. Durch den Regler IO wird der Abgriff IOa eines Potentiometers P1 eingestellt, dessen Wicklung an eine Gleichspannungsquelle DC angeschlossen ist, so daß Richtung und Größe der Spannung zwischen dem Abgriff IOa und dem MittelpunktM der Wicklung Maße für Richtung und Größe der gewünschten Höhenänderungsgeschwindigkeit des Flugzeuges sind. From Fig. I it can be seen that the pilot has a hand controller IO is available at which he can set a desired rate of climb or descent can adjust. The tap IOa of a potentiometer P1 set whose winding is connected to a DC voltage source, so that the direction and magnitude of the voltage between the tap IOa and the midpoint M. of the winding Dimensions for the direction and size of the desired rate of change in height of the aircraft.

Mit dieser Spannung wird ein integrierender Motor II angetrieben, dessen Welle sich mit einer Geschwindigkeit dreht, die im wesentlichen proportional der angelegten Spannung ist. Eine Kurvenscheibe 12 auf der Welle des integrierenden Motors II verschiebt das eine Ende einer Barometerkapsel I3, die an diesem Ende an einer nicht dargestellten Blattfeder befestigt ist, die dieses Ende der Kapsel immer gegen die Kurvenscheibe 12 drückt. Das andere Ende der Kapsel trägt den Anker 14a eines Gebers I4, welcher parallel zu einer nicht dargestellten Wechselstromquelle geschaltet ist. Die Kurvenscheibe 12 kann eine nichtlineare Steigung haben und damit die Nichtlinearität der Kapselkennlinie ausgleichen. An integrating motor II is driven with this voltage, whose shaft rotates at a speed which is substantially proportional is the applied voltage. A cam 12 on the shaft of the integrating Motors II moves one end of a barometer capsule I3 to that end is attached to a leaf spring, not shown, which this end of the capsule always presses against the cam 12. The other end of the capsule carries the anchor 14a of a transmitter I4, which is parallel to an alternating current source, not shown is switched. The cam 12 can have a non-linear slope and thus compensate for the non-linearity of the capsule characteristic.

Unter dem Einfluß der Höhenänderung verlängert oder verkürzt sich die Barometerkapsel I3, während die Kurvenscheibe 12 die Barometerkapsel in einer dieser Verlängerung oder Verkürzung entgegengesetzten Richtung bewegt.Under the influence of the change in height it lengthens or shortens the barometer capsule I3, while the cam 12 is the barometer capsule in a this lengthening or shortening moves in the opposite direction.

Ein von dem Geber 14 geliefertes Abweichungssignal 0h ist ein Maß für die Differenz zwischen der wahren und der Soll-Höhe des Flugzeuges und wird der Eingangsklemme 15 eines Mischverstärkers A1 eines Flugrichtgerätes zugeführt. A deviation signal 0h supplied by the transmitter 14 is a measure for the difference between the true and the target altitude of the aircraft and will the input terminal 15 of a mixer amplifier A1 of a flight direction device.

Die Spannung am Abgriff IOa des Potentiometers P wird außerdem über einen Modulator Mt und einen Widerstand R1 der Eingangsklemme 15 des Verstärkers,41 zugeführt. Dem Verstärker Aj wird ferner ein Längsneigungssignal eines Lotkreisels G1 zugeführt, das mit dem anderen Signal kombiniert wird.The voltage at the tap IOa of the potentiometer P is also about a modulator Mt and a resistor R1 of the input terminal 15 of the amplifier, 41 fed. The amplifier Aj also receives a pitch signal from a gyro G1 which is combined with the other signal.

Die Ausgangsgröße an den Klemmen-I6, I7 des Mischverstärkers A, wird einem phasenrichtungsempfindlichen Gleichrichter 18 zugeführt, der eine Ausgangsgleichspannung liefert, die nach Größe und Polarität von der algebraischen Summe der verschiedenen dem Mischverstärker zugeführten Regelgrößen abhängt. Die Ausgangsspannung des phasenrichtungsempflndlichen Gleichrichters I8 wird einer der Meßwicklungen 19 eines Kreuz- zeiger-Anzeigegerätes 20 mit Nullpunkt in der Mitte so zugeführt, daß der waagerechte Zeiger 2I in seiner Nullage steht, wenn die algebraische Summe der den Eingangsklemmen des Mischverstärkers 243 zugeführten Regelgrößen Null ist, wodurch angezeigt wird, daß das Flugzeug der gewünschten Flugbahn folgt und mit der gewünschten Geschwindigkeit steigt oder sinkt. Die den senkrechten Zeiger 22 einstellenden Signale werden hier nicht betrachtet, da sie für die Erörterung der Erfindung nicht wesentlich sind. The output variable at terminals-I6, I7 of mixer amplifier A, is a phase-direction-sensitive rectifier 18 fed to the output DC voltage returns the magnitude and polarity of the algebraic sum of the various the control variables fed to the mixer amplifier depends. The output voltage of the phase direction sensitive Rectifier I8 is one of the measuring windings 19 of a cross pointer display device 20 with the zero point in the middle fed so that the horizontal pointer 2I in its Zero position is when the algebraic sum of the input terminals of the mixer amplifier 243 supplied control variables is zero, which indicates that the aircraft is the desired trajectory and increases or decreases at the desired speed. The signals setting the vertical pointer 22 are not considered here, as they are not essential to the discussion of the invention.

Das Gerät arbeitet wie folgt: Ist der Handregler ro auf Waagerechtflug eingestellt, so ist der Motor 11 in Ruhe und infolgedessen die Ausgangsgröße des Gebers 14 ein Maß für die Abweichung des Flugzeuges von der Soll-Höhe zur Zeit, als der Regler Io eingestellt würde. Unter diesen Umständen arbeitet das Gerät genau wie das in der britischen Patentschrift 690 985 beschriebene, und es hilft dem Piloten, sein Flugzeug im Waagerechtflug zu halten. The device works as follows: If the handheld controller ro is on level flight is set, the motor 11 is at rest and, as a result, the output variable of the Encoder 14 is a measure for the deviation of the aircraft from the target altitude at the time, than the controller Io would be set. Under these circumstances, the device works accurately like that described in UK Patent 690,985, and it helps the pilot to keep his aircraft level.

Stellt jedoch der Pilot am Regler 10 eine von Null verschiedene Steig- oder Sinkgeschwindigkeit ein, so wird zunächst der waagerechte Zeiger 2I des Anzeigegerätes 20 aus der Nullstellung einen Ausschlag zeigen, der nach Größe und Richtung der eingestellten Steig- oder Sinkgeschwindigkeit entspricht. Der Pilot betätigt nun die Flugzeugsteuerung, bis der Zeiger 2I in seine Nullage zurückgebracht ist, d. h. bis das dem Verstärker A1 vom Potentiometer P1 zugeführte Signal durch das von dem Kreisellot G1 abgegebene Signal aufgehoben wird. Infolge dieser Steuerung durch den Piloten sinkt oder steigt das Flugzeug annähernd mit der gewünschten, jedoch wahrscheinlich nicht mit genau der am Handregler 10 eingestellten Geschwindigkeit. Infolgedessen wird nach einiger Zeit ein erheblicher Unterschied zwischen der tatsächlichen, durch die Barometerkapsel 13 angegebenen Höhe und der von dem integrierenden Motor I I abgeleiteten Soll-Höhe entstanden sein. If, however, the pilot sets a non-zero climb rate on controller 10 or sinking speed, then the horizontal pointer 2I of the display device is first 20 show a deflection from the zero position, depending on the size and direction of the corresponds to the set rate of climb or descent. The pilot now actuates the aircraft controls until the pointer 2I is returned to its zero position, d. H. until the signal fed to the amplifier A1 by the potentiometer P1 is replaced by the from the signal emitted by the gyroscope G1 is canceled. As a result of this control by the pilot goes down or the aircraft rises approximately at the desired rate, however probably not with exactly the speed set on the handheld controller 10. As a result, after a while, there will be a significant difference between the actual, indicated by the barometer capsule 13 height and that of the integrating motor I I derived target height.

Daraufhin wird ein Abweichungssignal 0h vom Geber 14 dem Mischverstärker A1 zugeführt, so daß der Zeiger 21 in einer solchen Richtung bewegt wird, daß der Pilot, wenn er durch Steuern seines Flugzeuges den Zeiger 2I nach Null zurückbringt, die neue tatsächliche Steig- oder Sinkgeschwindigkeit der eingestellten mehr angleicht.A deviation signal 0h is then sent from the transmitter 14 to the mixer amplifier A1 supplied so that the pointer 21 is moved in such a direction that the Pilot, if he brings the pointer 2I back to zero by steering his aircraft, the new actual rate of climb or descent more closely approximates the set one.

Offenbar würde das System nach Fig. I auch dann befriedigend arbeiten, wenn die elektrische Kopplung des eingestellten Eingangswertes mit den anderen zur Steuerung des Anzeigegerätes 20 dienenden Signalen Oll über M1, R1 in Wegfall käme. Aus diesem Grunde ist die Verbindung gestrichelt gezeichnet. Das Gerät würde dann wie folgt arbeiten: Ist der Handregler 10 auf Waagerechtflug eingestellt, so ist der integrierende Motor II in Ruhe, und der Ausgangswert des Gebers I4 ist ein Maß für die Abweichung des Flugzeuges von der Soll-Höhe zur Zeit, als der Handregler 10 eingestellt wurde. Stellt jedoch der Pilot am Regler 10 eine von Null verschiedene Steig- oder Sinkgeschwindigkeit ein, so dreht sich die Welle des integrierenden Motors 11, und die Kurvenscheibe I2 verschiebt das Ende der Barometerkapsel 13, so daß der Geber 14 ein Signal liefert, das dem Verstärker H1 zugeführt wird. Dieses Signal wird nur dann durch das von G1 stammende Signal aufgewogen, wenn der Pilot die Längsneigung des Flugzeuges ändert, um den Zeiger 21 in die Nullstellung zu bringen. Dadurch wird die Steiggeschwindigkeit des Flugzeuges der am Handregler 10 eingestellten angepaßt, ohne daß hierzu das Signal verwendet wird, welches durch den den Modulator M1 und den Widerstand R1 enthaltenden Zweig -übertragen wird. Das bedeutet jedoch, daß während des ganzen Steig- oder Sinkvorganges der Geber 14 dauernd ein Ausgangssignal liefern muß, welches das Signal des Lotkreisels G1 aufwiegt. Obviously the system according to Fig. I would also work satisfactorily if if the electrical coupling of the set input value with the other for Control of the display device 20 serving signals Oll via M1, R1 would be omitted. For this reason, the connection is shown in dashed lines. The device would then work as follows: If the hand controller 10 is set to level flight, then is the integrating motor II at rest, and the output value of the encoder I4 is a measure for the deviation of the aircraft from the target altitude at the time when the handheld controller 10 was discontinued. However, if the pilot sets a non-zero value on controller 10 If the rate of rise or fall is a, then the shaft of the integrating Motor 11, and the cam I2 moves the end of the barometer capsule 13, so that the transmitter 14 supplies a signal which is fed to the amplifier H1. This Signal is only outweighed by the signal from G1 when the pilot the pitch of the aircraft changes in order to move the pointer 21 to the zero position bring. This makes the rate of climb of the aircraft the same as that of the handheld controller 10 adjusted without using the signal which is transmitted by the branch containing the modulator M1 and the resistor R1 is transmitted. However, this means that the transmitter will be used during the entire ascent or descent process 14 must continuously deliver an output signal, which the signal of the gyro G1 outweighs.

Die gewünschte Steig- oder Sinkgeschwindigkeit wird nicht so schnell wie in dem anderen Fält erreicht. The desired rate of climb or descent will not be that fast as achieved in the other folds.

In Fig. 2 haben Teile, die mit denen in Fig. I übereinstimmen, die gleichen Bezugszeichen. Die Welle des integrierenden Motors 11 bewegt den Läufer eines Wechselstrompotentiometers P2. Die an P2 abgegriffene Spannung ist ein Maß für die Soll-Höhe und wird einer elektrischen Subtraktionsstufe zugeführt, die als Ganzes mit S bezeichnet ist. Die vom Geber 14 gelieferte Spannung ist dagegen ein Maß für die wirkliche Höhe und wird ebenfalls der Subtraktionsstufe S zugeführt, Die resultierende, von S gelieferte Spannung wird der Eingangsklemme 15 des Verstärkers A, zugeführt. Auf diese Weise wird die Soll-Höhe mit der wirklichen Höhe elektrisch verglichen. Das System arbeitet sinngemäß ähnlich wie die oben beschriebene Ausführungsform nach Fig. I. In Fig. 2 parts which correspond to those in Fig. I have the same reference numerals. The shaft of the integrating motor 11 moves the rotor an alternating current potentiometer P2. The voltage tapped at P2 is a measure for the target altitude and is fed to an electrical subtraction stage, which is called Whole is designated with S. The voltage supplied by the encoder 14, however, is a Measure for the real height and is also fed to the subtraction stage S, The resulting voltage supplied by S is input terminal 15 of the amplifier A, supplied. In this way the target altitude becomes electrical with the real altitude compared. The system works in a similar way to the embodiment described above according to Fig. I.

Beim Inbetriebsetzen des Systems wird der Handregler 10 so eingestellt, daß der Motor II sich im Sinne einer Verringerung der resultierenden Spannung an der Subtraktionsstufe S dreht. Sobald das von dem Potentiometer P2 erzeugte Signal das von dem Geber 14 herrührende aufwiegt, wird der Handregler 10 in die Mittelstellung zurückgedreht. When the system is started up, the handheld controller 10 is set so that that the motor II turns on in terms of a reduction in the resulting voltage the subtraction stage S rotates. As soon as the signal generated by the potentiometer P2 what comes from the transmitter 14 outweighs, the hand controller 10 is in the middle position turned back.

Das System arbeitet dann zunächst wie das in der britischen Patentschrift 690 985 beschriebene, d. h. wenn der Zeiger 21 auf der Nullmarke gehalten wird, so wird eine gleichbleibende Flughöhe eingehalten. Die Einstellung auf eine gewünschte Steig- oder Sinkgeschwindigkeit im Sinne der Erfindung erfolgt in gleicher Weise wie vorher .beschrieben durch entsprechende Betätigung des Handreglers IO. The system then initially works like that in the British patent specification 690 985, i.e. H. if the pointer 21 is held on the zero mark, in this way a constant flight altitude is maintained. Setting to a desired The rate of rise or fall within the meaning of the invention takes place in the same way as previously described by actuating the hand controller IO accordingly.

Claims

CLAIMS: I. Aircraft Compliance Navigator a desired rate of climb or descent at the one indicator combined Signals are fed, one of which is from a longitudinal inclinometer and the other others from an altitude measuring unit indicating deviations from the target flight altitude is generated, characterized in that the height measuring unit is a control device tion (II, I2 in Fig. I or II, P2, S in Fig. 2) contains the output signal of the Altimeter (13, I4, I4a) according to the signal of a setting of the climbing or the setting device (P1) used for the sinking speed changes continuously.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the combined Signals of the inclinometer (G1) and the height measuring unit a single Adjust the pointer (2I) in relation to a fixed reference mark.

3. Apparatus according to claim I or 2, characterized in that the Altimeter (13, 14, I4a) of the altitude measuring unit sends a signal for the actual flight altitude supplies, and that the signal indicating the deviation from the target flight altitude is formed is calculated as the difference between the actual flight altitude signal and a signal for the target flight altitude, that of an adjustable signal generator, e.g. B. a potentiometer (P2) supplied is, and that the control device has a motor (II) which is with a the set climb; or rate of descent proportional to angular velocity rotates and the signal generator (P2) controls so that the signal generated by this constantly changes according to the angular speed of the motor.

4. Apparatus according to claim I or 2, characterized in that the Altimeter has a barometer capsule (I3), under the action of which a signal is generated which is a measure of the deviation of the aircraft from one due to the location of the Capsule is certain nominal height, and that the control device has a motor (11), which is proportional to one of the set rate of climb or descent Angular speed rotates and the barometer capsule depending on its angular position shifts steadily.

5. Device according to one of claims I to 3, characterized by a electrical coupling (Mt, R) of the set rate of climb or descent corresponding signal with the other used to control the display device (20) Signals (0h)