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Warneinrichtung für Luftfahrzeuge Es ist bekannt, d!aß unter normalen
Flugbedingungen die mechanischen Beanspruchungen, denen der Flugkörper und das Triebwerk
unterworfen werden, von zwei Ursachen herrühren: Von dem dynamischen Druck, dem
das Luftfahrzeug ausgesetzt ist und der mit der Relativgeschwindigkeit zur umgebenden
Luft ansteigt und recht hohe Werte annehmen kann, und von den durch die Kompressibilität
der Luft hervorgerufenen Vibrationserscheinungen, die plötzlich auftreten, wenn
sich die Relativgeschwindigkeit des Luftfahrzeuges in bezug auf die umgebende Luft
der Schallgeschwindigkeit nähert, d. h. die Machzahl einen bestimmten Wert annimmt.
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Die Schallgeschwindigkeit in der Atmosphäre ist von der Temperatur
und damit auch von -der Flughöhe abhängig. Daraus folgt, daß es einen von den Flugbedingungen
abhängigen Punkt gibt, bei dem bereits Viibrationserscheinungen auftreten, während
die Geschwindigkeit, bei welcher der dynamische Druck die zulässige Grenze überschreitet,
noch gar nicht erreicht ist.
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Man ersieht daraus, daß .die Höchstgeschwindigkeit des Luftfahrzeuges
durch das außerordentliche Anwachsen des dynamischen Druckes und das Auftreten von
Kompressibilitätserscheinungen, also Vibration, bestimmt wird. Die Schallgeschwindigkeit
nimmt mit Steigender Höhe ab, d. h. auch grob gesagt, bei niedriger Flughöhe wird
die Höchstgeschwindigkeit durch den ersten der beiden Faktoren - den dynamischen
Druck - und bei großen Flughöhen durch den zweiten Faktor - die Kompressibilität
der Luft - bestimmt. Die Höhe, in .der beide Faktoren einander ablösen, hängt dabei
übrigens von der gerade herrschenden vertikalen Temperaturverteilung am Flugort
ab.
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Die dynamische Geschwindigkeit des Luftfahrzeuges, die die Höhe der
Druckbeanspruchung bestimmt, ist praktisch nur eine Funktion des dynamischen Druckes,
d. h. des Verhältnisses zwischen dem Gesamtdruck und dem statischen Druck. Diese
Drücke werden mit einem Pitot-Rohr oder einem ähnlichen Instrument gemessen. Andererseits
ist die Machzahl, durch die das Auftreten von Kompressihilitätseffekten bestimmt
wird, eine Funktion des Verhältnisses zwischen dem genannten dynamischen Druck und
dem statischen Druck.
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An Bord eines Luftfahrzeuges sind normalerweise verschiedene Instrumente
zur Anzeige der dynamischen Geschwindigkeit und der Machzahl vorgesehen. Diese Instrumente
haben im allgemeinen zwei Zeiger, die sich auf zwei ,getrennten oder einer gemeinsamen
Skala bewegen, und von denen einer die dynamische Geschwindigkeit (»angezeigter
Wert« oder »korrigierter Wert«) und der iandere die Machzahl anzeigt. Die zulässigen
Höchstwerte für beide Geschwindigkeiten werden .durch zwei Marken auf den beiden
Skalen bzw. der gemeinsamen Skala angegeben. Der Pilot eines mit einem derartigen
Instrument ausgerüsteten Luftfahrzeuges muß nun dauernd beide Zeiger beobachten
und die Geschwindigkeit herabsetzen, solyald ein Zeiger seine Grenzmarke erreicht,
ohne daß er im allgemeinen dabei weiß, welcher Zeiger zuerst die Grenzmarke erreichte.
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In schnellen Luftfahrzeugen ist nun der Pilot ohnedies schon von einer
Unmenge von Instrumenten in Anspruch genommen, auf deren Anzeige hin er verschiedene
Manöver in kürzester Zeit auszuführen hat.
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Der Erfindung liegt nun @die Aufgabe zugrunde, eine Warneinrichtung
zu schaffen, die beim Überschreiten der zulässigen Geschwindigkeiten selbsttätig
anspricht.
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Die erfindungsgemäße Warneinrichtung für Luftfahrzeuge, die bei Überschreiten
der von der Flughöhe abhängigen, maximal zulässigen Geschwindigkeit anspricht, ist
gekennzeichnet durch eine erste vom dynamischen Druck .gesteuerte Einrichtung, die
bei Erreichen einer bestimmten einstellbaren dynamischen Geschwindigkeit anspricht,
eine zweite vom dynamischen und statischen Druck gesteuerte Einrichtung, die beim
Erreichen einer bestimmten einstellbaren Machzahl anspricht, und eine dritte Einrichtung,
die .beim Ansprechen der ersten oder der zweiten Einrichtung ein Warn- und/oder
Steuersignal abgibt.
Gemäß der Erfindung .besteht die -erste und
die zweite Einrichtung aus je einem Paar elektrischer Kontakte, durch 'die eine
elektrische, vorzugsweise aus einem Relais bestehende dritte Einrichtung zum Ansprechen
gebracht wird.
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In einer besonderen Ausführungsform ist je ein Kontakt -der beiden
Kontaktpaare fest miteinander verbunden, der von einer auf -den dynamischen Druck
ansprechenden Manometerkapsel bewegt wird, während der zweite Kontakt eines Paares
festgelegt und der zweite Kontakt des anderen Paares von einer zweiten, auf den
statischen Druck ansprechenden Manometerkapsel bewegt wird.
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Gemäß einem weiteren Merkmal,der Erfindung sind die Werte, auf die
die erste und die zweite Einrichtung ansprechen sollen, durch Verstellen des Abstandes
zwischen den beiden Kontaktpaaren einstellbar.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind
elastische Mittel vorgesehen, um das Auftreten eines zu hohen Kontaktdruckes zwischen
den beiden Kontaktpaaren zu verhindern.
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Im folgenden sei ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der
Zeichnung näher erläutert. Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung des beanspruchten
Gerätes nach der Erfindung; Fg. 2 zeigt -ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise
des Warngerätes nach Fig. 1.
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In Fig. 1 zeigt das gestrichelte Rechteck 12 ein Gehäuse, das durch
-die Öffnung 14 mit dem außerhalb des Luftfahrzeuges wirkenden statischen Druck
verbunden ist. In diesem Gehäuse sind zwei Manometerkapseln 18 und 24 befestigt,
auf deren Außenwand der statische Druck einwirkt. Das Innere der Kapsel 18 ist über
das Rohr 22 und den Flansch 16 mit dem von einem Pitot-Rohr oder- einem ähnlichen
Instrument abgeleiteten Gcsämtdrückverbunden. Der Deckel der Kapsel 18 bewegt
sich also unter rdem Einfluß der Differenz zwischen dem Gesamtdruck und dem statischen
Druck, d. h. dem sogenannten dynamischen Druck. Das Innere der Kapsel 24 ist dagegen
luftleer, so daß sich ihr Deckel unter dem Einfluß des statischen Druckes bewegt.
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An dem beweglichen Deckel der dynamischen Kapsel 18 ist über einen
nur schematisch dargestellten und mit 32 bezeichneten Mechanismus ein Arm 36 befestigt,
an dessen beiden Enden sich elektrische Kontakte 38 und 40 befinden. Bewegt sich
der Deckei der Kapsel 18 unter dem Einfluß des dynamischen Drukkes, d. h.
der Geschwindigkeit des Luftfahrzeuges in bezug auf idie umgebende Luft, so verschiebt
sich der Arm 36 parallel zu sich selbst. _ Dem Kontakt 38 gegenüber ist ein zweiter
Kontakt 44 fest angeordnet. Ein weiterer, dem Kontakt 40 gegenüberliegender Kontakt
42 ist über einen ebenfalls nur schematisch dargestellten und mit 34 bezeichneten
Mechanismus mit dem beweglichen Deckel der statischen Kapsel 24 verbunden. Bewegt
sich der Deckel dieser Kapsel unter -dem Einfluß des statischen Druckes, d. h. der
Flughöhe des Luftfahrzeuges, so verändert sich der Abstand zwischen den Kontakten
40 und 42.
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Man kann jetzt leicht erkennen, daß der Abstand zwischen den Kontakten
38 und 44 nur eine Funktion des dynamischen Druckes ist, während der Abstand zwischen
den beiden Kontakten 40 -und 42 eine Funktion des dynamischen und des statischen
Drukkes ist. Die Mechanismen 32 und 34 sind so aufgebaut, daß die beiden Funktionen
den richtigen Verlauf haben, d. h. der Abstand. zwischen den Kontakten 38 und. 44
als Funktion (des dynamischen Druckes der dynamischen -Geschwindigkeit des Luftfahrzeuges
proportional und der Abstand zwischen den Kontakten 40 und 42 als Funktion des dynamischen
und statischen Druckes der Machzahl proportional ist. Der Aufbau derartiger Mechanismen
ist aus der Technik der aeronautischen Meßinstrumente hinreichend bekannt, so daß
an dieser Stelle auf eine nähere Erläuterung verzichtet werden kann.
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Um die zulässigen Werte der dynamischen Geschwindigkeit und der Machzahl
einzustellen, müssen Mittel vorgesehen sein, um den Abstand zwischen den Kontakten
der beiden Kontaktpaare 38, 44 und 40, 42 verstellen zu können. Diese Mittel sind
zweckmäßigerweise in den Mechanismen 32 und 34 enthalten und in der Fig. 1 nur durch
Pfeile angedeutet.
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Um zu verhindern, d:aß zwischen den geschlossenen Kontakten ein zu
hoher Kontaktdruck auftritt, sind elastische Mittel vorgesehen. So ist der feste
Kontakt 44 unter Zwischenschaltung einer Feder 48 auf seiner Unterlage befestigt.
Beim zweiten Kontaktpaar ist dagegen die ganze aus dem Kontakt 42 und dem Mechanismus34
und der Manometerdose24 bestehende Baugruppe über eine gleichartige Feder 28 auf
der Unterlage befestigt.
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Die Einrichtung enthält weiterhin ein Relais 56, durch das ein ein
Warn- und/oder Steuersignal abgebendes Gerät 60, :das auch von -der eigentlichen
Warneinrichtung entfernt angeordnet sein kann, eingeschaltet wird. Der Erregerstromkreis
des Relais 56, in dem ,die Stromquelle nicht dargestellt ist, ist normalerweise
zwischen den beiden Leitungen 50 und 58 unterbrochen. Wie in Fi,g. 1 dargestellt,
sind die beiden Kontaktpaare38, 44 und 40, 42 durch die beiden Leitungen 52 und
54 parallel geschaltet, so daß das Relais erregt wird, wenn sich eines der beiden
Kontaktpaare schließt. Dadurch wird dann eine Anzeige und/oder ein Steuersignal
ausgelöst, so z. B. ein optisches Alarmsignal und ein Steuersignal, das dem Triebwerk
zugeführt wird und automatisch die Geschwindigkeit des Luftfahrzeuges herabsetzt.
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Die Wirkungsweise der in Fig. 1 ,dargestellten Einrichtung sei jetzt
näher an Hand des Dingrammes von Fig. 2 erläutert. Als Abszisse ist -die (angezeigte)
dynamische Geschwindigkeit auf der unteren Skala in km pro Stunde und auf der oberen
Skala in cmHg der :dynamische Druck aufgetragen. Als Ordinate ist die Flughöhe auf
der linken Skala in m und auf der rechten Skala in cmHg der statische Druck aufgetragen.
Beide Achsen sind so beziffert, daß die Druckskalen linear sind. Es sei jetzt angenommen,
daß vom Konstrukteur des Luftfahrzeuges eine Höchstgeschwindigkeit von 750 km pro
Stunde festgelegt wurde, bei deren Überschreiten der dynamische Druck für den Flugkörper
gefährlich werden kann. Der zulässige Höchstwert der Machzahl, bei dessen überschreiten
gefährliche Kompressibilitätseffekte auftreten können, sei 0,8. Im Diagramm ist
die erste dieser beiden Grenzen durch eine Gerade parallel zur Ordinate lind die
zweite durch eine nach links geneigte Gerade eingezeichnet. Durch diese beiden Gerarden
wird die Di@agrammfläche in vier Teilflächen El, B, C
und D zerschnitten,
von denen nur die Teilfläche A
einen sicheren Bereich darstellt. Sind die
Bedingungen so, @daß sich das Luftfahrzeug innerhalb -des Bereiches A befindet,
so sind die beiden Kontaktpaare 38, 44 und 40, 42 nicht geschlossen; das Relais
56 wird also nicht erregt. Befindet sich das Luftfahrzeug in großer Höhe und fliegt
mit einer Geschwindigkeit, die bereits die Machzahl 0,8 erreicht, den Wert
760 km pro Stunde aber noch nicht überschreitet, so
schließt sich
das Kontaktpaar 40, 42 und das Relais 56 wird erregt (Bereich B). Fliegt andererseits
das Luftfahrzeug in niedriger Höhe und hat die dynamische Geschwindigkeit bereits
den Wert 750 km pro Stunde erreicht, ist aber die Machzahl 0,8 noch nicht überschritten,
so schließt das Kontaktpaar 38, 44, und das Relais 56 wird wiederum erregt (Bereich
C). Werden schließlich die beiden vorgeschriebenen Grenzen 750 km pro Stunde und
Machzahl 0,8 überschritten, so schließen sich beide Kontaktpaare und erregen das
Relais (Bereich D). Es ist klar, daß die beiden Grenzen 750 km pro Stunde und Machzahl
0,8 in diesem Falle nur als Beispiel gewählt wurden. Die Warneinrichtung nach der
Erfindung läßt sich natürlich auch in Luftfahrzeugen verwenden, die mit Überschallgeschwindigkeit
oder einem Mehrfachen der Schallgeschwindigkeit fliegen. In jedem Falle lassen sich
die gewählten Grenzwerte für die dynamische Geschwindigkeit und die Machzahl, bei
deren Überschreiten ein Warnsignal ausgelöst werden soll, durch Verändern des Abstandes
zwischen den Kontakten eines Kontaktpaares einstellen. Durch die Verwendung eines
Warngerätes nach der Erfindung wird die Arbeit eines Piloten in schnellen und schnellsten
Luftfahrzeugen vereinfacht, da für ihn .das Beobachten von Zeigerinstrumenten zur
Überwachung der Höchstgeschwindigkeiten und dadurch eine Ursache von Fehlern fortfällt,
die sehr schwerwiegende Folgerungen haben können.
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Abgesehen von dem in Fig. 1 erläuterten Ausführungsbeispiel sind natürlich
noch verschiedene andere Modifikationen des Erfindungsgedankens denkbar. So sei
besonders darauf hingewiesen, daß die beiden vom dynamischen und vom dynamischen
und statischen Druck gesteuerten Einrichtungen nicht zwangläufig elektrische Kontakte
sein müssen, sondern auch die Form von elektrischen Signalgebern (mit veränderbarer
Induktivität, Kapazität oder Widerstand) haben oder rein mechanische Glieder sein
können.
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Die dynamische Geschwindigkeit, auf ,die die Warneinrichtung nach
der Erfindung anspricht, muß, wie für den Fachmann klar ist, nicht zwangläufig die
sogenannte »angezeigte Geschwindigkeit« sein. Es kann als Bezugswert ebenso die
»korrigierte Geschwindigkeit« oder die »äquivalente Geschwindigkeit« gewählt werden.