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Gerät zum Anzeigen derjenigen Luftgeschwindigkeit für sich ändernde
Höhen, die der kritischen, äquivalenten Luftgeschwindigkeit bei Meeresspiegelhöhe
entspricht Die Erfindung betrifft ein Gerät, um für sich ändernde Höhen diejenige
Luftgeschwindigkeit anzuzeigen, die der kritischen, äquivalenten Luftgeschwindigkeit
bei Meeresspiegelhöhe entspricht. Dieses Gerät ist mit einer auf den Druck der Außenluft
ansprechenden Vorrichtung zur Messung des statischen Druckes versehen, die mittels
eines Rechengetriebes mit einem über einer Skala bewegbaren Zeiger verbunden ist.
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Zur Erläuterung der Erfindung werden zunächst einige Begriffe definiert,
die im nachfolgenden häufig benutzt werden und für das Verständnis der Erfindung
wesentlich sind.
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Unter der angezeigten Luftgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit
des Flugzeuges mit Bezug auf die umgebende Luft zu verstehen, wie sie auf der Skala
eines nach dem Differenzdruck arbeitenden Geschwindigkeitsmessers abgelesen wird.
Unter der wahren Luftgeschwindigkeit ist die wahre Geschwindigkeit des Flugzeuges
mit Bezug auf die umgebende Luft zu verstehen. Die wahre Luftgeschwindigkeit kann
aus der angezeigten Luftgeschwindigkeit abgeleitet werden, indem eine Korrektur
hinsichtlich der Luftdichte gemacht wird. Die äquivalente Geschwindigkeit ist diejenige
Geschwindigkeit des Flugzeuges mit Bezug auf die umgebende Luft, die bei Meereshöhe
die gleichen aerodynamischen Beanspruchungswirkungen auf die Flugzeugbauteile hervorrufen
würden wie diejenigen, denen das Flugzeug tatsächlich unter den herrschenden Flugbedingungen
ausgesetzt ist.
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Bis jetzt war es üblich, die einem Flugzeug unter gegebenen Bedingungen
erlaubte Höchstgeschwindigkeit durch die einer vorausbestimmten Machzahl entsprechende
Luftgeschwindigkeit zu bestimmen, d. h. durch einen vorbestimmten Wert des Verhältnisses
zwischen der Luftgeschwindigkeit des Flugzeuges und der Schallgeschwindigkeit unter
den in Betracht kommenden Bedingungen.
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Auch ist es bereits vorgeschlagen worden, einen Luftgeschwindigkeitsanzeiger
mit einer beweglichen Meßmarke zu versehen, die sich in Abhängigkeit von den Flugbedingungen
verstellt, um denjenigen Wert derjenigen angezeigten Luftgeschwindigkeit anzugeben,
der der erlaubten Höchstmachzahl entspricht. Somit kann der Flugzeugführer durch
einen einfachen Blick auf das Zifferblatt des Anzeigers seine augenblickliche Geschwindigkeit
mit der unter den in Betracht kommenden Bedingungen vorgeschriebenen Höchstgeschwindigkeit
vergleichen.
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Es ist jedoch festgestellt worden, daß es in zahlreichen Fällen zu
einem genaueren Ergebnis führt und vorteilhafter ist, die Grenze der höchstzulässigen
Geschwindigkeit nicht mehr durch den Wert der Machzahl, sondern durch den Wert der
äquivalenten Luftgeschwindigkeit auszudrücken. Die äquivalente Luftgeschwindigkeit
berechnet sich in Abhängigkeit von der Machzahl M und dem statischen Druck P gemäß
folgender Formel:
wobei c0 die Schallgeschwindigkeit (c0 = 1Z4 1224 km/h) und PO der Druck der Normalatmosphäre
am Meeresspiegel sind.
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Die Erfindung hat sich die Schaffung eines bequemen Mittels zur Aufgabe
gestellt, um in jedem Augenblick die Luftgeschwindigkeit des Flugzeuges mit einem
als Sicherheitsgrenze gewählten vorbestimmten Wert der äquivalenten Luftgeschwindigkeit
vergleichen zu können.
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Die Erfindung sieht ein für das Flugwesen bestimmtes Gerät vor, bei
welchem das Rechengetriebe derart ausgebildet ist, daß der mit der Vorrichtung zur
Messung des statischen Druckes verbundene Zeiger jeweils die äquivalente Luftgeschwindigkeit
in Abhängigkeit von der Höhe anzeigt.
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Gemäß der vorzugsweise angewendeten Ausführungsform ist das Getriebe
zwischen der Vorrichtung zur Messung des statischen Druckes und einem als bewegbare
Meßmarke ausgeführten Bezugsglied mit Einstellmitteln versehen, die inbesondere
erlauben, die vorgeschriebene äquivalente Luftgeschwindigkeit je nach dem Flugzeugtyp
zu ändern, in dem der Apparat eingebaut ist. Die
bewegbare Meßmarke
ist derartig angeordnet, daß sie einen bequemen Sichtvergleich mit einem anderen,
die augenblickliche L Luftgeschwindigkeit anzeigenden bewegbaren Zeiger erlaubt,
der durch ein auf den Strömungsdruck ansprechendes Druckmeßorgan betätigt wird.
Die Meßmarke und der Zeiger sind mit Bezug auf dasselbe Zifferblatt bewegbar, und
ihre Steuerorgane werden vorzugsweise in demselben Gehäuse gelagert.
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Während sich in dem bekannten, bereits erwähnten Apparat, in dem
sich eine bewegbare Meßmarke verstellt, um die dem kritischen Wert der Machzahl
entsprechende Luftgeschwindigkeit anzuzeigen, diese Meßmarke in Richtung abnehmender
Geschwindigkeiten bewegt, wenn die Flughöhe zunimmt, verstellt sich die bewegbare
Meß-
marke der Erfindung im Gegenteil hierzu in Richtung zunehmender Geschwindigkeiten
bei sich vergrößernden Flughöhen. Diese Eigenschaft wird durch die nachstehenden
Tabellen erläutert, die sich einerseits auf den Flug mit konstanter Machzahl (bekanntes
Verfahren) und andererseits auf den Flug mit konstanter äquivalenter Luftgeschwindigkeit
in verschiedenen Flughöhen beziehen. In der Tabelle I ist als kritischer Wert der
Machzahl der Wert von 1059 angenommen, der einer Luftgeschwindigkeit von 1296 kmlh
in Normalatmosphäre auf Meeresspiegelhöhe (Temperatur der umgebenden Luft 15°C)
entspricht. In der Tabelle II ist die gleiche Geschwindigkeit von 1296 km als kritischer
Wert der äquivalenten Luftgeschwindigkeit angenommen.
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Tabelle I Flug mit konstanter Machzahl
| Höhe | Temperatur | Äquivalente Luft- X | Angezeigte Luft-|
Wahre Luft- |
| geschwindigkeit Machzahl geschwindigkeit geschwindigkeit |
| m ° K km/h km/h km/h |
| 0 288,0 1296 i 1,059 1296 1296 |
| 6 100 248,4 878 1,059 937 li98 |
| 12200 218,0 557 1,059 618 1120 |
| 18300 218,0 346 1,059 391 1120 |
Tabelle II Flug mit konstanter äquivalenter Luftgeschwindigkeit
| Höhe Temperatur Äquivalente Luft- | | Angezeigte Luft- Wahre
Luft- |
| geschwindigkeit Mach zahl geschwindigkeit geschwindigkeit |
| m OK km/h km/h kmh |
| 0 288,0 1296 1,059 1296 1296 |
| 6 100 248,4 1296 1,563 1387 1772 |
| 12200 218,0 1296 2,462 1444 2610 |
| 18300 218,0 1296 1 3,969 1478 4203 |
An Hand der Zeichnung wird nunmehr ein Ausführungsbeispiel des den Gegenstand der
Erfindung bildenden Apparates beschrieben. Es wird betont, daß sich die Erfindung
nicht auf die abgebildeten oder beschriebenen Einzelheiten beschränkt. In der Zeichnung
zeigt Fig. 1 eine schematische Ansicht des Apparates, bei der die tatsächliche räumliche
Anordnung der verschiedenen Organe nicht beibehalten worden ist, um eine klare Abbildung
zu ermöglichen, Fig. 2 einen Axialschnitt durch das Gehäuse, der die Anordnung verschiedener
Organe veranschaulicht, Fig. 3 eine Außenansicht des Apparates.
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In Fig. 1 ist ein Luftgeschwindigkeitsanzeiger 10 abgebildet, der
in einem Gehäuse gelagert ist, das durch das Rechteck 11 schematisch dargestellt
ist. In dieses Gehäuse treten zwei Anschlüsse 12 und 14 ein, von denen der Anschluß
12 über eine nicht dargestellte Rohrleitung mit einer Stelle zur Abnahme des statischen
Druckes verbunden ist, so daß dieser Druck in dem von dem Gehäuse 11 umschlossenen
Raum herrscht. Das äußere Ende des Anschlusses 14 ist mit einer Stelle zur Abnahme
des Gesamtdruckes eines Prandtlischen Staurohrs verbunden; während das Innere dieses
Anschlusses diesen Druck durch ein Rohr 16 und einen Kanal 22 in ein Druckmeßelement
17 leitet, das über ein Zwischenglied 18 an einer Innenwand 19 des Gehäuses befestigt
ist. Der Kanal 22 führt durch das Zwischenglied 18 und verbindet das Rohr 16 mit
dem Druckmeßelement 17.
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Das bewegbare Ende des Druckmeßelementes bzw. der Druckdose 17 betätigt
in Abhängigkeit von dem Strömungsdruck einen Zeiger 24, der vor dem in Stunden-
kilometer
geeichten Zifferblatt 23 bewegbar ist. Zu diesem Zweck ist auf der freien Seite
der Druckdose 17 das eine Ende eines Armes 45 angelenkt, dessen anderes Ende an
einer Stange 47 angelenkt ist, die in einer Querbohrung 49 einer Welle 48 vorzugleiten
vermag, wobei mittels einer Schraube 50 die Stange 47 in einer beliebigen Stellung
festgeklemmt werden kann. In einem anderen Punkt der Welle 48 ist ein Hebel 51 befestigt,
dessen freies Ende einen Finger 52 trägt, der auf einen anderen Finger 53 drückt,
der lotrecht zu dem ersten gerichtet und an einer parallel zur Welle 48 liegenden
Welle 54 befestigt ist. Eine Schraubenfeder 58 drückt den Finger 53 gegen den Finger
52. Die Welle 54 trägt ein Zahnrad 57, das in ein auf der Achse 56 des Zeigers 24
befestigtes Ritzel 55 eingreift.
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Das Gehäuse 11 enthält eine zweite Druckdose 20, die luftleer und
nach außen abgeschlossen ist; ihr eines Ende ist über ein Zwischenglied 21 an einer
Wand 19 des Gehäuses befestigt. An das freie Ende der Druckdose ist eine Stange
28 angelenkt, an deren freies Ende eine andere Stange 30 angelenkt ist, die in einem
in einer Welle 32 vorgesehenen Bohrloch gleitbar ist. Mittels einer Schraube 33
kann die Stange 30 in einer beliebigen Stellung festgeklemmt werden. Auf der Welle
32 ist ein Hebel 34 befestigt, der mittels eines Fingers 35 einen auf einer Welle
37 befestigten Finger 36 betätigt; eine an dieser Welle befestigte Schraubenfeder
9 drückt den Finger 35 gegen den Finger 36. Die Welle 37 trägt andererseits einen
abgewinkelten Finger 38, dessen abgewinkeltes Ende in einen haarnadelförmigen Teil
39 eingeführt ist, der mittels einer Nabe 40 auf einer Welle 41 befestigt ist. Ein
auf
dieser Welle befestigtes Ritzel 42 nimmt ein Zahnrad 43 mit,
das auf einer Welle 44 befestigt ist, welche die über dem Zifferblatt 23 bewegbare
Meßmarke 26 trägt. Zur besseren Darstellung ist in der Abbildung die die Meßmarke
tragende Welle 44 mit Bezug auf das Zifferblatt exzentrisch abgebildet.
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Tatsächlich kann, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, die die Meßmarke
26 tragende Welle 44 in Gestalt einer Hohlwelle vorgesehen werden, die die den Zeiger
24 tragende Welle koaxial umschließt.
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Gemäß der Gesamtansicht der Fig. 3 steht die bewegliche Meßmarke
26 in der Nähe des Skalenstriches 7, der einer Geschwindigkeit von 700 Knoten =
- 1300 km/h am Meeresspiegel entspricht. Die Einstellung erfolgt im Herstellungswerk
je nach dem Typ des Flugzeuges, in welches der Apparat eingebaut werden soll. In
einer Flughöhe von 20 000 m wird sich die bewegliche Meßmarke in die punktiert eingezeichnete
Stellung in die Nähe des Skalenstriches 8 entsprechend einer Geschwindigkeit von
800 Knoten = 1500 km gestellt haben.
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Somit sieht der Flugzeugführer in jedem Augenblick die angezeigte
Luftgeschwindigkeit, die nicht überschritten werden darf, damit nicht die zulässige
äquivalente Luftgeschwindigkeit überschritten wird.
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In dem abgebildeten Ausführungsbeispiel kann die Einstellung mittels
eines Systems von einstellbaren Schubstangen 28, 30, 32 und insbesondere mittels
der Schraube 33 ausgeführt werden.
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Zahlreiche Änderungen und Varianten können vorgenommen werden, ohne
vom Wesen der Erfindung abzuweichen. Insbesondere können die abgebildeten mechanischen
Getriebe durch irgendwelche anderen Getriebe ersetzt werden. An die Stelle der Druckdosen
können andere, gleichwertige Mittel treten.
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Der Mechanismus des Anzeigers der äquivalenten Luftgeschwindigkeit
könnte in einem Gehäuse angeordnet werden, welches unabhängig von dem Gehäuse ist,
das die Vorrichtung zum Angeben der angezeigten Luftgeschwindigkeit enthält. Der
Mechanismus könnte ebenfalls allein, unabhängig vom Geschwindigkeitsanzeiger, benutzt
werden. Andererseits könnte der Geschwindigkeitsanzeiger nicht nur mit dem Anzeiger
der äquivalenten Luftgeschwindigkeit, sondern ebenfalls mit einem Machmesser bekannter
Art verbunden werden. In dieser Hinsicht könnte der Apparat alle möglichen erwünschten
Verbindungen von verschiedenen bewegbaren oder festen
Zeigern und Meßmarken in verschiedenen
Anordnungen aufweisen, ohne von dem Erfindungsgedanken abzuweichen.
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PATENTANSPR£3CHE 1. Gerät, um für sich ändernde Höhen diejenige Luftgeschwindigkeit
anzuzeigen, die der kritischen, äquivalenten Luftgeschwindigkeit bei Meeresspiegelhöhe
entspricht, mit einer auf den Druck der Außenluft ansprechenden Vorrichtung zur
Messung des statischen Druckes, die mittels eines Rechengetriebes mit einem über
einer Skala bewegbaren Zeiger verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Rechengetriebe
derart ausgebildet ist, daß der mit der Vorrichtung zur Messung des statischen Druckes
verbundene Zeiger jeweils die äquivalente Luftgeschwindigkeit in Abhängigkeit von
der Höhe anzeigt.