DE1262045B - Flugzeughoehenmesser - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

GOIl

Deutschem.: 42 k-9/03

Nummer: 1262 045

Aktenzeichen: K 52803IX b/42 k

Anmeldetag: 27. April 1964

Auslegetag: 29. Februar 1968

Die Erfindung betrifft einen Flugzeughöhenmesser mit von der Flugzeuggeschwindigkeit unabhängiger Anzeige, mit einer ersten auf den statischen Druck ansprechenden druckempfindlichen Kapsel, die über ein Gestänge mit einer Anzeigevorrichtung verbunden ist und mit einer zweiten, auf den dynamischen Überdruck ansprechenden druckempfindlichen Kapsel, die auf das Verbindungsgestänge zwischen der Anzeigevorrichtung und der ersten druckempfindlichen Kapsel im Sinne der Kompensation des Einflusses der Flugzeuggeschwindigkeit auf die Höhenanzeige einwirkt. Derartige Flugzeughöhenmesser sind bereits bekannt. Diese sind jedoch sehr kompliziert aufgebaut und arbeiten nicht voll befriedigend.

In der folgenden Beschreibung und den An-Sprüchen dient der Ausdruck »statische Systemfehler« zur Bezeichnung desjenigen durch das System für den statischen Druck bedingten Höhenmeßfehlers, der auf den Druckunterschied an den mit dem Höhenmesser kraftschlüssig verbundenen Öffnungen für den statischen Druck und dem statischen Druck in der freien Strömung zurückgeht. Dieser Fehler wird durch die Strömungsbedingungen im Bereich der statischen Druckrohre des Flugzeuges verursacht und besitzt eine Größe, die im allgemeinen als eine Funktion der Machschen Zahl des Flugzeuges betrachtet wird.

Die heutige hohe Luftverkehrsdichte macht es unbedingt erforderlich, Höhenmesser zu entwickeln, die Meßwerte mit nur geringen Fehlerabweichungen liefern. Obgleich in den letzten Jahren die grundsätzlichen Höhenmessermechanismen derart verbessert worden sind, daß die meisten den Instrumenten innewohnenden Fehler innerhalb des Bereiches der für die praktische Herstellung und für den Betrieb maßgebenden Anforderungen liegen, so wurde zur Kompensation des durch das System für den statischen Druck bedingten Höhenmesseranzeigefehlers wenig Erfolg erzielt. Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mechanismus zur Kompensation des durch das System für den statischen Druck bedingten Fehlers in einem Flugzeughöhenmesser.

Durch die vorliegende Erfindung wird deshalb ein verhältnismäßig einfacher Kompensationsmechanismus zur Korrektur des durch das System für den statischen Druck bedingten Anzeigefehlers in Flugzeughöhenmessern angegeben, wobei dieser Mechanismus in einfacher Weise in Höhenmessern zur Verwendung in Flugzeugen geeignet sein soll, die mit unter der Schallgrenze, etwas über der Schallgrenze oder im Überschallbereich liegender Geschwindigkeit fliegen.

Diese Aufgabe wird bei einem Höhenmesser der Flugzeughöhenmesser

Anmelder:

Kollsman Instrument Corporation,

Elmhurst, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. C. Wallach, Dipl.-Ing. G. Koch
und Dr. T. Haibach, Patentanwälte,
8000 München 2, Kaufingerstr. 8

Als Erfinder benannt:
Walter Angst Douglaston,
Long Island, N. Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 29. April 1963 (276 271)

eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die erste druckempfindliche Kapsel über ein flexibles Ausgangsglied, ein Kompensationsglied, einen Höhenlenker und eine Schwenkwelle mit der Anzeigevorrichtung verbunden ist, daß das Kompensationsglied mit dem flexiblen Ausgangsglied in der Weise verbunden ist, daß das flexible Ausgangsglied als Drehpunkt für das Kompensationsglied dient, daß ein Ende des Kompensationsgliedes mit einem Ende des Höhenlenkers verbunden ist, während das andere Ende des Kompensationsglieds an einer Seite eines drehbaren ersten Kompensationshebels anliegt und daß die zweite druckempfindliche Kapsel über einen Verbindungslenker mit dem ersten Kompensationshebel und einem zweiten, ebenfalls drehbaren Kompensationshebel in der Weise verbunden ist, daß durch die Ausdehnung der zweiten druckempfindlichen Kapsel eine Drehung des ersten und zweiten Kompensationshebels um deren Drehpunkte in entgegengesetzten Drehrichtungen bewirkt wird, wodurch eine Drehung des Kompensationsglieds bewirkt wird, wodurch der Höhenlenker in eine in Abhängigkeit von* der Machzahl korrigierte Stellung gebracht wird.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer Kompensationsvorrichtung für einen Höhenmesser,

809 510/142

3 ' 4

F i g. 2 eine schematische perspektivische Ansicht Mit einem Ende der Differentialmenibran ist ein

eines Höhenmessers mit einem Kompensationsmecha- Glied 27 verbunden; das gegenüberliegende Ende dienismus gemäß Fig. 1, ses Gliedes ist.an zwei Kompensationshebeln28 und

F i g. 3 eine graphische Darstellung der durch das 29 befestigt. Der erste Kompensationshebel 28 ist System für den statischen Druck bedingten Fehler in 5 drehbar an einem festen Schwenkzapfen 30 gelagert verschiedenen Flugzeugtypen, in denen der Höhen- und zusätzlich innerhalb eines Schlitzes 31 in dem messerkompensationsmechanismus der Erfindung Lenker 27 befestigt. Besitzt das Verhältnis des jeweiverwendet werden kann. !igen tatsächlichen statischen Höhendrucks gegen-

In der Zeichnung weist der in F i g. 2 gezeigte über dem theoretischen Höhendruck den Wert Eins, Höhenmesser zwei auf statischen Druck anspre- io so nimmt der erste Kompensationshebel 28 die in chende Aneroiden 11 auf, die jeweils mit einer F i g. 1 gezeigte Stellung parallel zum Anschlagfinger Schwenkwelle 12 verbunden sind. Die Schwenkwellen 18 und an diesem anliegend ein, so daß keine Korreksind ihrerseits über einen weiter unten noch zu be- tür erzeugt wird. Bei einer Ausdehnung der Differenschreibenden Mechanismus mit einem Höhenanzei- tialmembran 21 wird der Lenker 27 in F i g. 1 nach gerzähler 13 gekoppelt. Jeder Aneroid 11 ist mit der 15 links verschoben, wodurch der Kompensationshebel entsprechenden Schwenkwelle 12 über ein der Korn- 28 der Anschlagfinger 18 und der Korrekturhebel 16 pensationsvorrichtung zugeordnetes mechanisches im Uhrzeigersinn um den feststehenden Drehpunkt Gestänge verbunden, was in F i g. 1 als Ganzes mit 30 gedreht werden. Für einen gegebenen Wert des 14 bezeichnet ist und in F i g. 2 aus Gründen der bes- Differenzdrucks wird der Hebel 28 in eine Winkelseren Übersichtlichkeit fortgelassen ist. 20 stellung verschwenkt, die proportional zum Höhen-

Die F i g. 1 zeigt das mechanische Gestänge, das ausgang des Aneroids 11 (der annähernd log P_s war) jeweils jedes Aneroid mit der zugeordneten Schwenk- und dem Ausgang der Membran 21 ist.
welle koppelt; dieses mechanische Gestänge weist Man erkennt, daß eine Eichung der Korrektur für

einen üblichen Höhenlenker 15 auf, der, anstatt un- einen beliebigen bestimmten Höhenmesser durch eine mittelbar mit dem Aneroid (s. F i g. 2) verstiftet zu 25 geeignete Einstellung der Hemmvorrichtung 20 für sein, an einem S-förmigen Korrekturhebel 16 be- die Differentialmembran und durch die Relativstelfestigt ist, der mittels eines Federdrehpunkts 17 am lung des Korrekturhebels 16 und des dazugehörigen Aneroid drehbar gelagert ist. Das der Verbindung Kompensationshebels 28 erreicht wird,
mit dem Höhenlenker 15 gegenüberliegende Ende des Für solche Höhenmesser, die in Überschallflug-

Korrekturhebels 16 ist an einem Anschlagfinger 18 30 zeugen verwendet werden, in denen ein durch die befestigt, der einen an dessen Ende ausgebildeten Bugwelle bedingter Fehler auftritt, muß die durch Folgestift 19 aufweist. Der Korrekturmechanismus den Kompensationsmechanismus 14 bewirkte Kor-14 bewirkt eine Drehbewegung des Anschlagfingers rektur scharf abfallen, nachdem die Stoßwelle die 18 und des daran befestigten Korrekturhebels 16, Mündung der statischen Öffnung passiert hat. Dies ist wodurch eine Korrektur in das mechanische Gestänge 35 darin begründet, daß der statische Systemfehler uneingeführt wird, das auf rein mechanische Weise den mittelbar nach dem Vorbeilaufen der Stoßwelle an von der Machschen Zahl abhängigen Fehler des auf den statischen Öffnungen (s. die nachstehend beden statischen Druck ansprechenden Aneroids 11 schriebene Kurve 46 in F i g. 3) praktisch vernachkorrigiert. lässigbar klein wird. Um den erforderlichen Abfall

Insbesondere weist der Kompensationsmechanis- 40 zu erreichen, ist der zweite Ausgleichhebel 29 in dem mus eine Differentialmembran 21 auf, welche die Lenker 27 befestigt und gegenüber dem ersten Hebel Differenz zwischen dem Staudruck am Kopf der 28 um einen festliegenden Schwenkzapf en 33 dreh-Pitotröhre und dem der jeweiligen Flugzeughöhe ent- bar. Wird der erste Hebel 28 bis zur Berührung mit sprechenden statischen Druck mißt. Die Machsche dem zweiten Hebel 29 verschwenkt, so treibt dieser Zahl steht bekanntlich in funktioneller Beziehung 45 zweite Hebel den ersten sowie den Anschlagfinger 18 zum Verhältnis dieser Größen, und damit ist die Ver- und den hier mit verbundenen Korrekturhebel 16 in Schiebung der Differentialmembran 21 eine Funktion verhältnismäßig kurzer Zeit in die in F i g. 1 gezeigte der Machschen Zahl. Nullkorrekturstellung. Der Schlitz 31 besitzt eine aus-

Die Differentialmembran ist ein Diaphragma des reichende Länge, um das Spiel des Hebels 28 aufzu-Typs zur Messung der Luftgeschwindigkeit vom 50 nehmen, wenn dieser durch den Hebel 29 in die Nulllog AP-Typ, wobei Δ Ρ die Differenz zwischen dem korrekturstellung zurückgeführt wird.
Gesamtdruck (in der Pitotröhre) und dem tatsäch- Der beschriebene Kompensationsmechanismus ist

liehen jeweiligen statischen Höhendruck ist. Da eine vom Höhenmechanismus unabhängig, wodurch die wahre log zdP-Messung mit der Membran aHein nicht Notwendigkeit zusätzlicher Wellen im Höhenmeßmöglich ist, wird der Membran vorzugsweise ein 55 räderwerk entfällt. Der hiermit zusammenarbeitende Hemmsystem22 zugeordnet. Die Hemmvorrichtung Höhenmechanismus weist nach der Fig. 2 zwei weist einen Träger 23 mit einem daran befestigten Zahnsektoren 34 auf, die von den Schwenkwellen 12 biegsamen Glied 24 auf, das gegen ein mit der Mem- angetrieben werden. Wie bereits erwähnt, werden die bran 21 verbundenes Glied 25 vorgespannt ist. Die Schwenkwellen durch das vorher beschriebene, auf auf das biegsame Glied wirkende Vorspannkraft kann 60 das Aneroid ansprechende Hebelwerk und den zugemittels Einstellschrauben verändert werden, die sich ordneten Kompensationsmechanismus 14 betätigt,
durch den Träger 23 hindurcherstrecken und mit Die Zahnsektoren 34 treiben ein Umkehrgetriebe

dem biegsamen Glied 24 in Eingriff kommen. Die 35 zur Einstellung des Höhenanzeigezählers 13. Das schematisch bei 26 angedeuteten Einstellschrauben Getriebe weist zwei mit Zwischenraum angeordnete bewirken eine Veränderung der effektiven Länge 65 Räder 36 auf, die mit einem Ritzel 37 im Eingriff des biegsamen Gliedes 24 und variieren dadurch die kämmen, das auf einer drehbar gelagerten Stange 38 der Differentialmembran aufgedrückten Hemmeigen- befestigt ist. Ein durch einen Handkorrekturknopf 41 schäften. betätigbares Schneckenradgetriebe 39 ist zur Korrek-

tür der Barometereinstellung vorgesehen. Das Schneckenradgetriebe 39 ist mit einem Zahnsektor 42 verbunden, das die Korrektur durch die planetgetriebeartige Wirkung der Stange 38 in das mit dem Höhenanzeiger 13 verbundene Getriebe einführt. Im Eingriff mit dem von Hand betätigten Korrekturmechanismus können eine übliche Zeigernadel 43 und ein Barometereinstellzähler 44 vorgesehen sein.

Der beschriebene Kompensationsmechanismus kann zur Korrektur der durch das Systeem für den statischen Druck bedingten Fehler in verschiedenen Flugzeugtypen verwendet werden, die mit Geschwindigkeiten unterhalb der Schallgrenze, etwas oberhalb der Schallgrenze oder mit Überschallgeschwindigkeit fliegen. In F i g. 3 ist mit 45 der durch das System für den statischen Druck bedingte Fehler eines Unterschallflugzeugtyps gezeigt. Der in einem derartigen Flugzeug auftretende Höhenmeßfehler steigt allmählich auf einen Maximalwert von etwa 100 Metern (300 Fuß) bei Mach 1,0 an. Es hat sich gezeigt, daß der Kompensationsmechanismus gemäß der Erfindung diesen Fehler auf 13 Meter (40 Fuß) oder auf 90% des statischen Fehlers berichtigt, je nachdem, welcher Wert größer ist.

Kurve 46 in F i g. 3 zeigt den durch das System für den statischen Druck bedingten Fehler, der bei der Höhenmessung mit einem zweiten Flugzeugtyp auftritt. Nimmt man an, daß eine unmittelbar in Abhängigkeit vom Druck betriebene Machanzeigevorrichtung bestenfalls eine Genauigkeit von 0,01 aufweist, so hat es sich erwiesen, daß der beschriebene Korrekturmechanismus die Höhenmessung in einem Flugzeug dieses Typs bis auf eine Genauigkeit von + 0,02 M zu korrigieren vermag.

Die Fehlerkurve für einen dritten Flugzeugtyp ist in F i g. 3 mit 47 bezeichnet. Es ist zu bemerken, daß ein Höhenmeßfehler in einem derartigen Überschallflugzeug bei Mach 1,6 bis zu 670 Meter (2000 Fuß) ausmachen kann, also ein Fehler, der wesentlich größer ist als im Unterschallbereich. Es hat sich gezeigt, daß hier eine Korrektur von einer Größenordnung erreicht wird, wie sie in Zusammenhang mit der Kurve 46 beschrieben wurde, und daß insbesondere der »Sägezahn«-Fehler, der zwischen dem Unter- und Überschallbereich auftritt, in eine glattverlaufende Kurve ausgemittelt wird, wie dies bei 47 a unter Verwendung eines Geräts gemäß der Erfindung angedeutet ist.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Flugzeughöhenmesser mit von der Flugzeuggeschwindigkeit unabhängiger Anzeige, mit einer ersten auf den statischen Druck ansprechenden druckempfindlichen Kapsel, die über ein Gestänge mit einer Anzeigevorrichtung verbunden ist und mit einer zweiten, auf den dynamischen Überdruck ansprechenden druckempfindlichen Kapsel, die auf das Verbindungsgestänge zwischen der Anzeigevorrichtung und der ersten druckempfindlichen Kapsel im Sinne der Kompensation des Einflusses der Flugzeuggeschwindigkeit auf die Höhenanzeige einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die erste druckempfindliche Kapsel (11) über ein flexibles Ausgangsglied (17), ein Kompensationsglied (16), einen Höhenlenker (15) und eine Schwenkwelle (12) mit der Anzeigevorrichtung (13) verbunden ist, daß das Kompensationsglied (16) mit dem flexiblen Ausgangsglied (17) in der Weise verbunden ist, daß das flexible Ausgangsglied (17) als Drehpunkt für das Kompensationsglied (16) dient, daß ein Ende des Kompensationsgliedes (16) mit einem Ende des Höhenlenkers (15) verbunden ist, während das andere Ende des Kompensationsglieds (16) an einer Seite eines drehbaren ersten Kompensationshebels (28) anliegt und daß die zweite druckempfindliche Kapsel (21) über einen Verbindungslenker (27) mit dem ersten Kompensationshebel (28) und einem zweiten, ebenfalls drehbaren Kompensationshebel (29) in der Weise verbunden ist, daß durch die Ausdehnung der zweiten druckempfindlichen Kapsel (21) eine Drehung des ersten und zweiten Kompensationshebels (28 und 29) um deren Drehpunkte (30, 33) in entgegengesetzten Drehrichtungen bewirkt wird, wodurch eine Drehung des Kompensationsglieds (16) bewirkt wird, wodurch der Höhenlenker (15) in eine in Abhängigkeit von der Machzahl korrigierte Stellung gebracht wird.

2. Flugzeughöhenmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen (31, 32) zwischen dem ersten bzw. zweiten Kompensationshebel (28, 29) und dem Verbindungslenker (27) Spiel aufweisen.

3. Flugzeughöhenmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kompensationsglied (16) S-Form aufweist.

4. Flugzeughöhenmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er eine weitere auf statischen Druck ansprechende, erste druckempfindliche Kapsel (11) aufweist, die über ein gleiches, eine gleiche Kompensationsvorrichtung (14) aufweisendes Gestänge (15, 12) mit der Anzeigevorrichtung (13) verbunden ist.

5. Flugzeughöhenmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweiten, auf den dynamischen Überdruck ansprechenden druckempfindlichen Kapsel (21) eine variierbare Hemmvorrichtung (22) zugeordnet ist, die die Ausdehnungseigenschaften der Kapsel beeinflußt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 676 443;
französische Patentschrift Nr. 1322 405;
»Luftfahrttechnik«, 1962, März, S. 59.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

809 510/142 2.68 © Bundesdruckerei Berlin