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Flugwegschreiber für die simultane Darstellung von Blindlandeanflügen
Bei Landungen unter Schlechtwetterbedingungen, die bis kurz vor dem Aufsetzen des
Flugzeuges auf der Landebahn keine Möglichkeit einer visuellen Navigation bieten,
ist der Flugzeugführer für den Landeanflug, d. h. für die letzten 15 bis 30 km vor
Erreichen der Flugplatzgrenze, auf die Anwendung von künstlichen Navigationsmitteln
angewiesen. Dies betrifft sowohl für die Horizontal- als auch für die Vertikalnavigation
zu. Der Landeanflug unter Blindflugbedingungen stellt an den Flugzeugführer besonders
hohe Anforderungen, weil die anzustrebende Flugbahn in beiden Koordinaten mit großer
Genauigkeit eingehalten werden muß; denn nur dann ist sichergestellt, daß die Landebahn
sowohl in der Horizontalebene als auch in der Vertikalen innerhalb der zulässigen
Abweichungstoleranzen erreicht wird.
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Um die im praktischen Flugbetrieb eingesetzten Flugzeugführer im Blindflug
und in der Navigation unter Blindflugbedingungen zu unterweisen und später in ständiger
Übung zu erhalten, wurden Flugübungsgeräte entwickelt, welche in der Instrumentierung
und in der Steuerhandhabung genau einem Flugzeug entsprechen. Die Instrumente reagieren
auf die Steuerbetätigungen in derselben Weise wie im fliegenden Flugzeug, so daß
dem in der Kabine des übungsgerätes sitzenden Flugschüler die absolute Nachahmung
eines Blindfluges vermittelt wird.
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Zur Beurteilung des Schülers im Hinblick auf die gestellten Navigationsaufgaben
wird daneben automatisch der zurückgelegte Flugweg (in der Horizontalprojektion)
maßstabsgerecht auf einer Karte aufgezeichnet. Solche Flugübungsgeräte haben sich
in der Praxis gut bewährt und gehören seit langer Zeit zum festen Bestand der Flugzeugführerausbildung.
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Die Verwendung dieser Flugübungsgeräte für die Durchführung von Landeanflügen
hat jedoch entscheidende Nachteile. Der verwendete Abbildungsmaßstab gestattet zwar
eine gute Beurteilung des ersten Teils des Anfluges, bei welchem in einer größeren
Entfernung des Flugplatzes (15 bis 30 km) beispielsweise Kurvenmanöver durchgeführt
werden müssen, die so viel Raum beanspruchen, daß sich ein größerer Abbildungsmaßstab
aus Platzgründen verbietet. Für den letzten Teil des Anfluges jedoch, bei welchem
seitliche Abweichungen von 10 m schon von Bedeutung sind, ist der verwendete Maßstab
völlig unzureichend zur Beurteilung des Anfluges in der Endphase. Die Schwierigkeit
liegt also darin, daß der zu Beginn des Anfluges zur Darstellung der erforderlichen
Flugmanöver benötigte kleine Maßstab nicht ausreicht, um die notwendige Genauigkeit
in der Anzeige von seitlichen Abweichungen in Flugplatznähe zu gewährleisten.
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Als heiterer Mangel wird das völlige Fehlen einer
| Flugbahnniederschrift über den Höhenverlauf des |
| Anfluges, insbesondere für die letzten, entscheidenden |
| Kilometer vor Erreichen der Landebahn, empfunden. |
| Hier ist man zur Beurteilung des Anfluges auf grobe |
| Schätzung angewiesen. |
| In Erkenntnis dieser Mängel wurden neuere Flug- |
| übungsgeräte mit zusätzlichen Flugwegschreibern aus- |
| gerüstet, «-elche bei kontinuierlichem (von den Flug- |
| bewegungen unabhängigem) Vorschub in Richtung |
| der Anflugebene die in Winkelgraden gemessenen |
| Ouerabweichungen des Flugzeuges von der Anflug- |
| ebene aufzeichnen. Die registrierten seitlichen Grad- |
| abweichungen von der vertikalen Anflugebene ent- |
| sprechen der Anzeige der bekannten Blindlandeanlage |
| ILS, welche dem Flugzeugführer innerhalb von ±2,5° |
| maximalem Meßbereich die seitliche Abweichung |
| seines Flugzeuges von der Anflugebene, bezogen auf |
| den hinter der Landebahn aufgestellten ILS-Sender, |
| anzeigt. |
| Die Fehler in der Einhaltung der vorgeschriebenen |
| Gleitwegebene werden ebenfalls in Winkelgraden auf- |
| gezeichnet, hier innerhalb eines maximalen Meß- |
| bereiches von ±0,7°. Diese Aufzeichnung entspricht |
| der dem Flugzeugführer beim ILS-Anflug übermittel- |
| ten Anzeige des Gleitwegsenders, der sich auf der |
| Schnittlinie der Gleitwegebene mit der Landebahn, |
| also auf der Höhe des vorgesehenen Aufsatzpunktes |
| befindet. |
| Dieser Flugwegschreiber verbessert die Beurtei- |
| lungsmöglichkeit von Landeanflügen bei Flugiibungs- |
| geräten wesentlich; denn durch die Darstellung der |
| seitlichen Abweichungen von den beiden Anflugebenen |
| in Winkelgraden wird der tatsächliche seitliche Fehler |
mit Annäherung an den Aufsatzpunkt in ständig wachsender Größe
dargestellt. Allerdings geht durch die dargestellte Winkelabweichung bei konstantem
Papiervorschub die modellgetreue Darstellung der Flugbahn verloren. Eine modellähnliche
Wiedergabe der Flugbahn ist aber wünschenswert, z. B. tun nachträglich an Hand des
Flugwegschreibers den Kurs oder die Bahneignung an kritischen Punkten der Flugbahn
zu überprüfen. Bei Verwendung des Flug-Wegschreibers für die labormäßige Untersuchung
von Flugbahnrechnern ist die Modellähnlichkeit der geschriebenen Flugwege unerläßlich.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Flugwegschreiber für
die gesonderte Aufzeichnung der horizontalen und der vertikalen Flugbahn, der, ohne
auf die Vorteile der beschriebenen Flugbahnschreiber zu verzichten, die Flugbahn
modellähnlich abbildet.
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Wie schon weiter oben dargelegt, muß bei der Darstellung eines Blindanfluges
der gewählte Abbildungsmaßstab für den Beginn des Anfluges so klein gewählt werden,
daß das Anflugmanöver an die Anflugebene von der zur Verfügung stehenden Papierbreite
aufgenommen werden kann. Bei fortschreitender Annäherung an die Landebahn werden
die vorkommenden Abweichungen des Flugzeuges von der Anflugebene immer kleiner,
so daß der Flugweg unter Zugrundelegung derselben Papierbreite in einen wachsenden
Maßstab abgebildet werden kann. Unter Berücksichtigung dieser Tatsache arbeitet
der vorliegende Flugwegschreiber nicht reit einem konstanten Abbildungsmaßstab,
sondern mit einem veränderlichen Maßstab, der mit Annäherung an die Landebahn insbesondere
stetig wächst.
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Der Flugwegschreiber für die Darstellung des vertikalen Flugweges
arbeitet grundsätzlich nach denselben Verfahren wie der horizontale Flugwegschreiber.
Sie unterscheiden sich lediglich in der Wahl der verwendeten Maßstabsgrößen. Die
im folgenden dargestellte Wirkungsweise des Flugwegschreibers für den Horizontalanflug
gilt daher sinngemäß auch für den Aufbau des Vertikalflugwegschreibers.
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In Fig. 1 ist die Horizontalprojektion eines Landeanfluges schematisch
dargestellt. AE stellt die Anflugebene, LB die Landebahn, FS den augenblicklichen
Flugzeugstandort und FB die Flugbahn dar. BP ist ein in der Anflugebene -liegender
Bezugspunkt, von welchem aus die auf die Anflugebene AE projizierte Entfernung E
des Flugzeuges FS gemessen wird. AP ist der Aufsatzpunkt des Flugzeuges auf der
Landebahn, bei welchem der Anflug beendet ist. Eo ist die Entfernung des Aufsatzpunktes
vom Bezugspunkt BP
und J E = E-Eo die Strecke zwischen Anflugbeginn
und Anflugende.
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Der Flugweg wird durch einen Schreibwagen, welcher sich mittels Eigenantrieb
über das Papier bewegt, aufgezeichnet. Seine Geschwindigkeit beträgt T-"'
= h. m, (1)
worin hm die Modellgeschwindigkeit, L' die Fluggeschwindigkeit
und 31 der augenblickliche (veränderliche) Abbildungsmaßstab ist.
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Der Abbildungsmaßstab 31 soll mit der Annäherung des Flugzeuges
an den Bezugspunkt BP wachsen. Dies wird ausgedrückt in der Gleichung
E -J 'V = C. (2)
worin C eine unveränderliche Konstante ist, deren
Dimension eine Länge ist. Sind Anflugstrecken J E = E-Eo und die gewünschten
Abbildungsmaßstäbe JIe und HO für Anflugbeginn und Anflugende festgelegt, so kann
aus diesen Werten durch Einsetzen in den Gleichungen (1) und (2) die Lage des Bezugspunktes
BP ermittelt werden.
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E; ergibt sich für die Entfernung F_,:
Ist auf die Weise E, für die gewünschten Modellverhältnisse festgelegt, so läßt
sich die zur Erfüllung dieser Modellverhältnisse erforderliche Modellgeschwindigkeit
für jede Anflugentfernung nach der Gleichung
ermitteln. Für die gerätemäßige Verwirklichung des Flugwegschreibers wäre es ohne
weiteres möglich, den Flugweg von einem Schreibwagen, dessen Fahrtrichtung mit der
Flugrichtung des Flugübungsgerätes in Übereinstimmung gehalten wird, auf eine ebene
Unterlage aufzeichnen zu lassen. Seine Antriebsgeschwindigkeit 1°"t müßte hierbei
kontinuierlich nach Gleichung (-1) verändert werden. Die aufgezeichnete Flugbahn
würde im wesentlichen entlang der Anflugebene verlaufen, d.li., der Anflugschrieb
hätte in Richtung der Anflugebene (Hauptanflugrichtung) eine sehr viel größere Ausdehnung
als in der Richtung quer zur Anflugebene. Es erscheint deshalb zweckmäßiger, den
Flugweg auf eine in der Hauptanflugrichtung über eine Trommel ablaufende Papierbahn
aufzuzeichnen. Der Schreibwagen ist hierbei so über der Trommel gelagert, daß er
nur seitliche Bewegungen ausführen kann.
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Die Bewegungsrichtung des Schreibrades wird dadurch in zwei Komponenten
zerlegt, nämlich parallel und quer zur Anflugebene. Die wesentlich größeren Bewegungen
in Richtung der Anflugebene bewirken den Ablauf des Papiers über der Trommel, während
die kleineren Ouerabweichungen seitliche Bewegungen des Schreibwagens längs einer
-Mantellinie der Trommel hervorrufen. Das im folgenden näher beschriebene Ausführungsbeispiel
ist nach diesem Prinzip aufgebaut.
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Das Gerät ist schematisch in Fig.2 in Vorderansicht und in Fig. 3
in Seitenansicht dargestellt. Das auf einer Vorratstrommel 1 aufgewickelte Papier
läuft über eine Trommel 2 ab. Auf der Trommel 2 ruht das Antriebsrad 3 des Schreibwagens
5 und zeichnet auf dem ablaufenden Papier den Flugweg 4 auf. Der Schreibwagen 5
ist um eine senkrechte Achse 6 in einem Ausleger 7 drehbar gelagert und ruht mit
seinem eigenen Gewicht auf der Trommel t auf. Der Ausleger 7 wird durch eine Führungsschiene
8, welche parallel zur Achse der Trommel 2 angeordnet ist, so geführt, daß der Schreibwagen
5 nur Bewegungen parallel zur Achse der Trommelt ausführen kann. Eine Winkelfernübertragungseinrichtung
9 übermittelt den am Flugül)ungsgerät anliegenden Kurs auf den Schreibwagen, so
daß die Laufrichtung des Antriebsrades 3 stets finit der vom Flugzeugführer eingehaltenen
Flugrichtung übereinstimmt. Mit 15 sind die zum Winkelfernübertragungsgeber führenden
Leitungen bezeichnet.
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Der Antrieb des Laufrades 3, welches seinerseits Papier und Trommel
2 antreibt und dabei den Flugweg
aufzeichnet, erfolgt über ein
geeignetes Getriebe durch einen Spezialmotor 10, dessen Drehzahl in einem weiten
Bereich proportional der angelegten Spannung ist. Seine Spannung erhält er über
einen Spannungsteiler 11. Die Stellung des beweglichen Schleifers 12 auf dem Spannungsteiler
wird durch eine vorzugsweise auswechselbar vorgesehene Kurvenscheibe 13 bestimmt.
Die Kurvenscheibe 13 wird über ein Getriebe durch die Trommel t angetrieben. Damit
ist jeder Anflugentfernung E eine feste Stellung der Kurvenscheibe 13 zugeordnet.
Die Form der Kurvenscheibe kann leicht so gestaltet werden, daß der Schleifer 12
für jede Anflugentfernung E am Spannungsteiler 11 die für den Motor 10 erforderliche
Spannung abgreift. Für feststehende Modellverhältnisse läßt sich die Gleichung
ohne weiteres durch die Kurvenscheibe erfüllen, da E als einzige Veränderliche durch
die Stellung der Kurvenscheibe bekannt ist. Voraussetzung ist allerdings, daß dem
Anflug eine unveränderliche Fluggeschwindigkeit L° zugrunde gelegt wird.
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Die für den Motor 10 erforderliche Spannung ließe sich aber auch durch
einen Rechner ermitteln, der den Wert hm aus der dem Flugübungsgerät entnommenen
Anflugentfernung und der ebenfalls registrierten Fluggeschwindigkeit errechnet.
In diesem Falle könnte auch eine während des Anfluges beliebig veränderliche Fluggeschwindigkeit
h berücksichtigt werden. In Fig. 2 stellt die Linie 14 die Projektion der Anflugebene
dar und ist auf dem Papier als Längslinie parallel zum Papierrand vorgezeichnet.
Mit dieser Richtung muß also der Grundkurs der Anflugebene übereinstimmen. Aus diesem
Grunde ist das Gehäuse des Winkelfernübertragers 9 auf dem Ausleger 7 drehbar angeordnet.
Er muß vor Beginn des Anfluges an Hand einer Einstellskala auf den bekannten Grundkurs
der Anflugebene eingestellt werden. Damit wird erreicht, daß das Antriebsrad 3 sich
dann parallel zum Papierrand bewegt, wenn das Flug-Übungsgerät auf dem Kurs der
Anflugebene liegt.
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Der Flugwegschreiber für die Aufzeichnung des Höhenverlaufes entspricht
in allen Teilen dem für die Aufzeichnung des horizontalen Flugweges beschriebenen.
Sinngemäß übermittelt in diesem Falle der Winkelfernübertrager anstatt des Kurses
die Bahnneigung des Flugzeuges. Der am Gehäuse des Winkelfernübertragers einzustellende
Winkel entspricht der Neigung der Gleitwegebene zur Horizontalen. Die einzustellenden
Maßstabsverhältnisse sind natürlich unabhängig von der Maßstabeinstellung des Horizontalschreibers
und können auf andere für die Aufzeichnung des Höhenverlaufs des Anfluges geeignetere
Werte abgestimmt werden.