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Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Flughöhe über einem Ziel
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Flughöhe
eines Luftfahrzeuges über einem Ziel vom Flugzeug aus.
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Es sind Ibereits Navigationsgeräte für Luftfahrzeuge bekannt, die
aus einer um eine lotrechte Achse drehbaren und parallel zur wahren Flugrichtung
über Grund einstellbaren Visiereinrichtung und einer Zeit- oder Geschwindigkeitsmeßeinrichtung
bestehen, zum Messen der scheinbaren Bewelgung eines angezielten Geländepunktes.
Mit diesen Vorrichtungen wird zwar in der Regel bei bekannter Flughöhe der Abtriftwinkel
und die Geschwindigkeit über Grund bestimmt, aber es ist auch umgekehrt möglich,
bei bekannter Geschwindigkeit über Grund die Flughöhe zu ermitteln. Es ist ferner
schon vorgeschlagen worden, unter Verwendung einer ähnlichen Vorrichtung ohne Kenntnis
der Geschwindigkeit über Grund die Flughöhe dadurch zu hestimmen, daß die Beobachtungen
bei geänderter Flughöhe vorgenommen werden. Dieses Verfahren ist jedoch infolge
der hierbei notwendigen Änderungen der Flughöhe für viele Verwendungszwecke nicht
geeignet.
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Bei dem neuen Verfahren zur Bestimmung der Flughöhe wird ebenfalls
mittels einer parallel zur wahren Flugrichtunb über Grund einstellbaren Visiereinrichtung
und einer Zeitmeßeinrichtung die scheinbare Bewegung eines Geländepunktes gemessen,
die Höhenbestimmung erfolgt jedoch erfindungsgemäß dadurch, daß man den Zielpunkt,
in bezug auf den die Flughöhe zu bestimmen ist, in geradem horizontalem Anfluge
kurz nacheinander zwei in einer zur Flugrichtung parallelen Horizontalen liegende,
durch je zwei Visierlinien begrenzte Meßstrecl<en gleicher Länge bei zwei verschiedenen
gemessenen Eigengeschwindigkeiten des Fahrzeuges (relativ zur umgehenden Luft) durchwandern
läßt und die dazu erforderlichen Zeiten mittels einer Stoppuhr bestimmt, und daß
mittels eines geeigneten Rechenschiebers durch Einstellung der gemessenen Eigengeschwindigkeiten
und der reziproken Zeitwerte an den dazu bestimmten linearen bzw. hyperbolischen
Skalen die Differenzen der Eigengeschwindigkeiten und der reziproken Meßzeiten eingestellt
werden, worauf auf der Höhenskala die jeweilige Flughöhe abgelesen werden kann.
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Die zur Durchführung dieses Verfahrens, dessen Grundlage in Fig.
I schematisch dargestellt ist, dienende Einrichtung besteht aus einem Visierigerät
mit vier unveränderlichen Visierlinien (Fig. 2) und aus einem Mehrfachrechenschieber
(Fig. 3 und). Der Rechenschieber
trägt zwei identische lineare
Geschwindigl:eitsteilungen zur Bestimmung der Eigengeschwindigkeitsdifferenz, zwei
identische reziproke Zeitteilungen zur Bestimmung der Differenz der reziproken Meßzeiten
und zwei logarithmische Teilungen zur Bestimmung der Differenz der Logarithmen der
beiden erhaltenen Differenzen.
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In Fig. 1-ist Oi die obere Visiermarke eines im Luftfahrzeug um eine
vertikale Achse mittels zweier Scharniere (Fig. 2) verschwenkhar am Flugzeugrumpf
gelagerten Visiergerätes, bestehend aus einem vertikalen rechtwinkligen Dreiecks
rahmen, an dessen Basis vier in einer Horizontalen angeordnete Visiermarken P1,
P2, Pa und P4 so verteilt sind, daß P1P2 = P3P4 = h/n ist, wenn k = O1P4 die vertikale
Kathete des Visierldreieckes O,P,P4 und n eine gewisse konstante Zahl, z. B. n =
2 bezeichnet.
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Bewegt sich nun das Luftfahrzeug mit der bekannten Eigengeschwindigkeit
v1 horizontal in der unbekannten Höhe H über der durch den geradlinig angeflogenen
Zielpunkt gelegten Horizontalebene, so bestimmt man zunächst mittels Stoppuhr jene
Zeit tl, in welh cher der Zielpunkt die Meßstrecke 1), Pl = durchwandert, d. h.
scheinbar aus der ersten Ziellinie O1Z1 in die zweite Ziellinie O1Z2 gelangt. In
dieser Zeit t, hat aber das Flugzeug die Strecke O1O2 = Z1Z2 = u1t1 = H/n mit der
wahren Geschwindigkeit u1 = v1 # w' durchflogen, wenn ei und w' die in die Flugrichtung
O1O2 fallenden Komponenten, der Eigengeschwindigkeit v, und der nach Größe und Richtung
unbekannten Windgeschwindigkeit zu sind. Dabei ist v,' = v, cos o1, wenn v, die
etwa mittels eines Staudruckmessers zu messende Eigengeschwindigkeit des Flugzeuges
und der Seitentriftwinkel ist. Hat nun das Ziel die zweite Visierlinie °2P2 passiert,
so wird die Eigengeschwindigkeit möglichst stark geändert, z. B. von etwa 300 km/Std.
entsprechend v1 = 80 m/s, auf etwa 180 km/Std. entsprechend V2 = 50 mls herabgesetzt
und bei Seitentrift das Steuer so eingestellt, daß der Zielpunkt Z1 geradlinig angeflogen
wird. Nun bestimmt man mit der Stoppuhr jene Zeit t2, in welcher der Zielpunkt die
Meßstrecke P3P4 zwischen den Ziellinien OSP3 und 03P4 durchwandert. In dieser Zeit
t hat das Flugzeug die Strecke O3O4 = Z1Z2 = u2t2 = H/n mit der wahren Geschwindigkeit
u2 = v2' # w' durchflogen, wenn v2' = v2 cos #2 die in die Flugrichtung fallende
Komponente der Eigengeschwindigkeit v bei dem Seitentriftwinkel a2 ist.
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Nun ergibt sich aus obigen Gleichungen H/nt1 = u1 und H ff t2 woraus
folgt:
Bei kleinen Seitentriften kann man annähernd cos al = cos a2 = I setzen und erhält
für die gesuchte Höhe den Ausdruck
der nunmehr mechanisch, etwa mittels eines geeigneten Rechenschiebers zu ermitteln
wäre.
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Ein solcher Rechenschieber (Fig. 3 und 4) besteht aus einer rechteckigen
Grundplatte I, in der drei Schieber A, B und C geführt sind.
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Die obere Teilung V, der GrundpIatte ist linear und gleich der Teilung
V2 des oberen Schiebers A und dient mit dieser zur Bestimmung der Eigengeschwindigkeitsdifferenz
v1-v2. Die untere Teilung T1 der Grundplatte ist nach den reziproken Meßzeiten t,
geteilt, jedoch nach den Zeiten beziffert. Sie dient in Verbindung mit der völlig
ülbereinstimmenden Teilung des Schiebers B zur Bestimmung der Differenz
Die mittlere Skala der Grundplatte ist logarithmisch nach den Eigengeschwindigkeitsdifferenzen
(v1-v2) beziffert. Sie dient in Verbindung mit der logarithmischen, nach
bezifferten Teilung des mittleren Schiebers C zur Bestimmung des Wertes
Der logarithmischen Teilung der Geschwindigkeitsdifferenzen v1-v2 ist eine weitere
logarithmische Teilung an der festen Grundplatte für die gesuchte Höhe in zugeordnet,
z. B. gemäß der Zeichnung unmittelbar darüber, wobei die Bezifferung dem Faktor
n Rechnung trägt, welcher bei den gemachten Annahmen gleich 2 ist, so daß die Bezifferung
der Teilstriche für H gleich dem Doppelten der Bezifferung der Teilstriche für v,-v
ist.
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Die Handhabung dieses Schiebers ist sehr einfach: Die während des
Fluges von nach O2 gemessene Eigengeschwindigkeit, z. B. v1 = 80 m/s, wird auf der
Skala V1 mittels der Schubmarke Ma und der der gemessenen Zeit, z. B. t1 = 15 Sek.
reziproke Wert auf der Skala T1 mittels der Schubmarke Mb auf den Teilstrich 15
eingestellt. Nun wird eine andere Eigengeschwindigkeit, z. B. nach der obigen Annahme
V2 = som/s, gemessen und vermittels des Schiebers A auf die Schubmarke lL, eingestellt.
Die sich ergebende Diffreenz v1-v2 = 30 wird mittels der Schubmarke Mc auf der festen
mittleren Teilung für lg (v1-v2) eingestellt.
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Die Strecke 0,04 wird dann durchflogen und die ermittelte Zeit t2
= 24 Sek. mittels des Schiebers B auf die Schubmarke Mb eingestellt. Dabei ergibt
sich am unteren Rechenschieber unter der Ablesemarke 00 die Ablesung 40 als reziproker
Wert der Differenz der reziproken Werte der Meßzeiten 15 und
nun wirkt layer mittlere Senieber C so 5<3- verstellt, daß sein Teilstrich 40
mit der an den Teilstrich 30 eingestellten Schubmarke Mb übereinstimmt. Dabei gelangt
die Einstellmarke des Schiebers C zur Deckung mit dem Teilstrich 12 der Skala log
(v,-v1). Dieser Teilstrich liegt unterhalb des Teilstrichs 24 der Teilung lg H,
welche die zu bestimmende Höhe H für den gewählten Faktor = 2 in Hektometern angibt.