DE2603546C3

DE2603546C3 - Bodennahe-Warnanordnung fur Flugzeuge

Info

Publication number: DE2603546C3
Application number: DE2603546A
Authority: DE
Inventors: Carles D. Bellevue Bateman; Hans R. Kirkland Mueller
Original assignee: Sundstrand Data Control Inc
Current assignee: Sundstrand Data Control Inc
Priority date: 1975-03-06
Filing date: 1976-01-30
Publication date: 1980-02-07
Also published as: GB1498166A; JPS51109700A; FR2303270B1; IT1057303B; GB1498167A; AU504001B2; SE7602210L; SE8004683L; CA1071740A; DE2603546B2; JPS5740444B2; SE429788B; AU8649475A; DE2603546A1; FR2303270A1; US3934221A; JPS56124013A; JPS5739365B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Bodennähe-Warnanordnung für Flugzeuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs j.

Es sind bereits Bodennähe-Warnanordnungen bekannt (vgl. US-PS 37 15 718 sowie den älteren Vorschlag gemäß DE-OS 25 27 056), bei denen ein aus einem Radarhöhenmescer abgeleitetes Radar-Höhenänderungssignal verwendet wird, das die zeitliche Änderung aer Flugzeug-Höhe über dem Boden (auch Höhenänderungsgeschwindigkeit genannt) darstellt, wobei ein symmetrischer Höhenänderungssignal-Begrenzer bzw. Höhenänderungsgeschwindigkeits-Begrenzer die Amplitude des Höhenänderungssignals sowohl für zunehmende als auch für abnehmende zeitliche Änderungen der Flugzeug-Höhe über dem Boden auf denselben Maximalwert begrenzt Das begrenzte Höhenänderungssignal dient dann als Eingangssignal für ein Komplementärfilter, das die hohen Frequenzanteile aus dem Radar-Höhenänderungssignal entfernt

Es wurde jedoch festgestellt, daß eine negative Steigung bzw. ein Gefälle (d. h. ein Geknde, dessen Abstand zum beispielsweise horizontal fliegenden Flugzeug ständig zunimmt) am (Tiefpaß-)KompIementärfilter eine beträchtliche Spannung mit Nicht-Warn-Polarität erzeugt, wenn das Flugzeug verhältnismäßig schnell über welliges Gelände mit relativ starken Steigungen fliegt Wegen des »negativ vorgespannten« Zustandes der Warnanordnung wird dadurch das Warnsignal verzögert erzeugt, wenn das Flugzeug eine positive Steigung bzw. einen Geländeanstieg überquert. Gleichzeitig ist außerordentlich wichtig, daß die Anzahl von Störwarnungen auf ein absolutes Minimum verringert wird, da jede Stör- bzw. Fehlwarnung das Vertrauen der Flugzeugbesatzung zur Warnanordnung κ beeinträchtigt und die Bedeutung der Warnanordnung als Sicherheitsinstrument in Frage stellt. Daraus ergibt sich also die Problemstellung, wie die Empfindlichkeit der Warnanordnung gesteigert werden kann, um durch negative Steigungen verursachte Verzögerungseinflüsse zu vermeiden und dabei gleichzeitig die Anzahl der Störwarnungen kleinstmöglich zu halten.

Ferner ist es zweckmäßig, die Höhe zu vergrößern, bei der die Warnanordnung anspricht, und gleichzeitig die sich bei welligem Gelände in dieser größeren Höhe ergebende Anzahl der Störwarnungen zu verringern.

F.s ist daher Aufgabe der Erfindung, die Bodennähe-Warnanordnung in ihrem Zeitverhalten zu verbessern, also zwar einerseits die Empfindlichkeit zu steigern, um bei Überfliegen von Gelände mit negativer Steigung w verursachte Verzögerungen zu vermeiden, jedoch andererseits die Anzahl von Fehlwarnungen möglichst klein zu halten.

Die grundsätzliche Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch den kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Begrenzung und vorzugsweise Überlagerung bzw. Vorspannung des Höhenänderungssignals haben negative Geländesteigungen einen wesentlich geringeren Einfluß auf die Warnanordnung als positive Geländesteigungen.

Im folgenden werden die mit der erfindungsgemäßen Bodennähe-Warnanordnung erzielbaren Vorteile, insbesondere anhand ihres bevorzugten Ausführungsbeispiels, näher erläutert:

Die bevorzugte Bcdennähe-Wamanordnung erhält Eingangssignale aus einem Radarhöhenmesser und aus einem Luftdruckhöhenmesser. Beide Eingangssignaie werden differenziert, so daß ein Radar-Höhenänderungssignal sowie ein LuftdrucU-Höhenänderungssignal erzeugt werden. Das Radar-Höhenänderungssignal wird vor dem Einspeisen in einen Tiefpaßfilterteil eines «.omplementärfilters durch einen Höhenändenmgssignal-Begrenzer begrenzt Das Luftdruck-Höhenänderungssignal wird in einen Hochpaßfilterteil des Komplementärfilters eingespeist Das gefilterte und begrenzte Radar-Höhenänderungssignal wird dann mit dem gefilterten Luftdruck-Höhenänderungssignal zu einem kombinierten bzw. Kombinations-Höhenänderungssignal zusammengefaßt Dieses Kombinationssignal wird überlagert und mit einem Signal aus dem Radarhöhenmesser des Flugzeugs, der die Höhe des Flugzeugs über dem Boden bzw. Bodenhöhe anzeigt, verglichen, um die gewünschte Warn-Kennlinie zu erzeugen. Diese Warn-Kennünie bzw. -Hüllkurve beschreibt die Erzeugung eines Wnrnsignais, das bei einer bestimmten Kombination zwischen der Bodenanriähf jngsgeschwindigkeit und der Bodenhöhe erzeugt wild je größer die Bodenhöhe ist, um so größer muß die Bodenannäherungsgeschwindigkeit sein, damit ein Warnsignal ausgelöst werden kann.

Wi=; bereits gesagt, erzeugt jedoch das Komplementärfilter eine negative Ladung bzw. Spannung bzw. Vorspannung, wenn das Flugzeug über ein Gelände mit negativer Steigung fliegt Diese Vorspannung verringert die Ansprechempfindlichkeit der Warnanordnung auf eine positive bzw. zunehmende Steigung. Um Verzögerungen für das Warnsignal auszuschalten, wenn das Flugzeug mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit eine Reihe positiver und negativer Steigungen überfliegt muß der Einfluß der Vorspannung bei negativen Steigungen auf die Warnanordnung verringert werden. Dies geschieht im begrenzenden Teil der Schaltungsanordnung, in dem ein Begrenzer mit unsymmetrischer Kennlinie vorgesehen wird. Mit anderen Wor'en: Der Absolutwert der durch eine negative Steigung erzeugten maximal zulässigen Amplitude des Radar-Höhenuiiderungssignals wird gegenüber dem Absolutwert der durch eine positive Steigung erzeugten maximal zulässigen Amplitude verringert. In bestimmten Fällen ist es außerdem vorteilhaft, das Höhenänderungssignal derart zu überlagern, daß sogar das größtmögliche, durch eine negative Steigung erzeugte Signal dieselbe Polarität wie ein durch eine positive Steigung erzeugtes Signal aufweist.

Da die Verzögerung des Warnsignal* infolge negativer Steigungen nur bei verhältnismäßig hohen Geschwindigkeiten des Flugzeugs ein nennenswertes Problem darstellt, ist vorzugsweise eine 1 'mru-tming vorgesehen, die die Arbeitsweise des I loViuiiuleriings signal-Begrenzers durch Verringerung iler \ i'rspaii nung und durch Abschwächung der iirsvminetuM-heii Signalbegrenzung ändert, wenn sich das flugzeug mn niedriger Geschwindigkeit bewegt. Diese Hetnebsuni schaltung wird dadurch erreicht, daß der Hegreiizei ii-.it Signale anspritzt, die anzeigen, ob die l.uinlekliippen des Flugzeugs oben oder unten sind.

Zusätzlich zur unsymmetrischen Begrenzung des Radar-Höhenänderungssignals erhöht der Begrenzer den maximal zulässigen Wert des Radar-llöheniiiule rungssignals, das eine Bodenannäherung ausdrückt, mit steigender Bodenannäherungsgeschwindigkeit. Diese Maßnahme heißt »weiche Begrenzung«. Durch eine Kennlinie mit weicher Begrenzung wird die Höhl·, bei der ein Warnsignal ausgelöst wird, mit steigendet¹

Bodenannäherungsgeschwindigkeit erhöht. Oberhalb einer vorbestimmten Höhe kann also die Amplitude des über den Begrenzer übertragenen Radar-Höhenändefungssignals Um so größer sein, je höher die Bodenannäherungsgeschwindigkeit ist. Durch diese Kennlinie mit weicher Begrenzung wird der Flugzeugbesatzung bei verhältnismäßig hoher Bodenannäherungsgeschwindigkeit eine bessere Warnzeit gegeben. Es ist jedoch vorteilhaft, diese Kennlinie mit weicher Begrenzung oberhalb einer bestimmten Höhe zu begrenzen, da ein stark welliges Gelände Stör- bzw. Fehlw^rnungen verursachen kann. Infolgedessen wird das Warnsignal oberhalb einer ausreichend großen Höhe gesperrt, so daß selbst sehr hohe Bodenannäherungsgeschwindigkeiten keine unmittelbare Gefahr für die Sicherheit des Flugzeugs darstellen.

Durch die Erfindung wird also eine Bodennähe-Warnanordnung mit einem Radar-Höhenmesser (zusätzlich kann auch ein Luftdruck-Höhenmesser verwendet werden) angegeben, bei der die Bodenannäherungsgeschwindigkeit mit der Flugzeug-Höhe über dem Boden verglichen wird, um ein Warnsignal zu erzeugen, wenn die Bodenannäherungsgeschwindigkeit bei einer bestimmten Höhe zu groß ist, wobei das Bodenannäherungsgeschwindigkeitssignal abhängig von der Bodenannäherungsgeschwindigkeit und vorzugsweise der Konfiguration des Flugzeugs begrenzt und überlagert wird, um die Ansprechempfindlichkeit der Warnanordnung wesentlich zu erhöhen und gleichzeitig die Anzahl der Störwarnungen zu verringern. Die Amplitudengrenze des Bodenannäherungsgeschwindigkeitssignals wird oberhalb einer vorbestimmten Höhe in Abhängigkeit vom Bodenannäherungsgeschwindigkeitssignal selbst verändert, um bei höherer Bodenannäherungsgeschwindigkeit eine größere Warnzeit zur Verfugung zu stellen. Ferner wird vorzugsweise eine auf die Stellung der Landeklappen des Flugzeugs ansprechende Schaltungsanordnung angewendet, die die Kennlinie des Begrenzers derart ändert, daß Warn-Parameter berücksichtigt werden, die bei niedriger Flugzeuggeschwindigkeit den Betriebszustand genauer wiedergeben.

Die Erfindune wird nun an AusführunesbeisDielen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Bodennähe-Warnanordnung.

F i g. 2 eine durch die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 erzeugte »Warn-Hüllkurve«.

F i g. 3 eine erste Begrenzer-Schaltung und die Schaltung eines Komplementärfilters,

F i g. 4 die Arbeitskennlinie der ersten Begrenzer-Schaltung.

F i g. 5 eine zweite Begrenzer-Schaltung und die Schaltung des Komplementärfilters,

F i g. 6 die Arbeitskennlinie der zweiten Begrenzer-Schaltung,

F i g. 7 ein Flugzeug-Flugprofil über dem Boden mit einer Anzeige der erzeugten Warnsignale.

F i g. 1 zeigt ein Blockschaltbild der Bodennähe-Warnanordnung, die von der in der US-PS 37 15 718 beschriebenen Warnanordnung ausgeht Ein Höhenänderungssignal-Begrenzer 10 (nachstehend kurz Begrenzer genannt) wird von einem Eingangssignal Hr gespeist, das die aus einem Radarhöhenmesser (auch Funkhöhenmesser genannt) abgeleitete zeitliche Änderung der Radarhöhe darstellt und deshalb auch Radar-Höhenänderungssignaj genannt wird. Das Ausgangssignal des Begrenzers 10, Hru wird als eines der Eingangssignale eines Komplementärfilters 12 verwendet. Ein anderes Eingangssignal des KomplementärfiU ters 12 ist ein Signal Hb, das die zeitliche Änderung der Luftdruckhöhe des Flugzeugs (kurz Luftiirück-Höhenänderungssignal genannt) darstellt. Das Komplemeritärfilter 12 filtert die hochfrequenten Anteile des Signals Hrl und die niederfrequenten Anteile des Signals Hb aus Und erzeugt aus den gefilterten Signalen ein kombiniertes Signal ΛΌ Das Signal Hc wird in einem Addierer 14 mit einem Signal verknüpft, das eine zeitliche Änderung der Radarhöhe von 2000 fl/min bzw. 610m/rriiti darstellt. Das überlagerte /ic-Slgnal wird durch ein Skalierglied 16 skaliert (d h. mit einem Maßstabfaktor bewertet) und dient als Eingangssignal eines weiteren Addierers 18. In den anderen Eingang des Addierers 18 wird ein aus dem Radarhöhenmesser abgeleitetes Signal liR eingespeist, das die Höhe des Flugzeugs über dem Boden (kurz Bodenhöhe genannt) darstellt. Das Ausgangssignal des Addierers 18 wird dann in einen

Vefgleiui'ici 20 eingoäpcisi, ucf ein TrärriSigfiäi ίΓΠΓΠ6Γ

2ö dann erzeugt, wenn das Ausgaiiguignal des Addierers 18 positiv ist.

F i g. 2 zeigt eine Warn-Kennlinie bzw. -Hüllkurve der Warnanordnung nach Fig. 1. Die Basis-Warn-Kennlinie ist in F i g. 2 durch eine schraffierte Fläche 23 rechts neben einer Kurve 22 und unterhalb einer Kurve 24 dargestellt. Aus der Steigung der Kurve 22 läßt sich entnehmen, daß die Bodenhöhe des Flugzeugs zur Vermeidung der Auslösung eines Warnsignals mit steigendem Kombinations-Höhenänderungssignal H₍

JO ebenfalls zunehmen muß. Da die Amplituden des Signals Hr und damit des Signals Hc durch den Begrenzer 10 begrenzt sind, beträgt die maximale Höhe, bei der das Warnsignal erzeugt werden kann, näherungsweise 1500 ft bzw. 457 m über dem Boden, was durch die Kurve 24 dargestellt ist. Somit erzeugt der Begrenzer 10 zusammen mit den übrigen Komponenten der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 eine durch die Kurven 22 und 24 nach F i g. 2 begrenzte Warn-Kennlinie.

Ein weiteres Eingangssignal des Begrenzers 10 stellt die Lage der Landeklappen des Flugzeugs dar. Durch Einspeisung eines Landeklappensignals in den Begrenzer 10 wird die Amplitude des Signals Hri weiter begrenzt, so daß die Maximalhöhe, bei der ein Warnsignal erzeugt werden kann, ungefähr 789 ft bzw. 240 m beträgt. Der Betriebszustand »Landeklappen unten« der Bodennähe-Warnanordnung ist in Fig. 2 durch eine Kurve 26 dargestellt An dieser Stelle sei erwähnt, daß das Warnsignal auch bei einer Höhe unterhalb 50 ft bzw. 15 m gesperrt wird (vgl. Kurve 28 in Fig. 2). so daß kurz vor dem Aufsetzen des Flugzeugs auf der Landebahn das Warnsignal nicht erzeugt ."ird.

Ein erstes Ausführungsbeispiel eines verbesserten Begrenzers ist in F i g. 3 dargestellt Das Signal Hr wird über einen Widerstand 30 in den negativen Eingang eines Operationsverstärkers 32 eingespeist. Der positive Eingang des Operationsverstärkers 32 ist geerdet Ein Brückengleichrichter 34 nimmt das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 32 auf, wobei der gewünschte Betriebs- bzw. Arbeitspegel des Begrenzers durch einen aus Widerständen 36 und 38 gebildeten Spannungsteiler einstellbar ist Ein Anschluß 40 ist an eine positive Spannungsquelle angeschlossen, während ein anderer Anschluß 42 an eine negative Spannungsquelle angeschlossen ist Das Ausgangssignal des Operations-Verstärkers 32 wird durch eine Rückkopplungsschaltung 44 aus einem Widerstand zwischen dem negativen Eingang des Operationsverstärkers 32 und dem Ausgang des Brückengleichrichters 34 geregelt

Der Begrenzer weist eine unsymmetrische Kennlinie auf, die durch ein in Fig,3 strichliniert Umrahmtes Stellglied 46 steuerbar ist. Wenn die Landeklappen des Flugzeugs oben sind, d. h. wenn sich das Flugzeug im normalen Flugzustand befindet, wird auf einer Leitung 48 ein niedriges bzw, »O«-Signal erzeugt. Eine niedrige Spannung auf der Leitung 48 bewirkt zusammen mit Dioden. 50 und 52, daß ein Feldeffekttransistor 54 eingeschaltet Und ein Feldeffekttransistor 56 ausgeschaltet wird. Durch das Einschalten des Feldeffekttransistors 54 wird das positive Ausgangssignal Um des Brückengleichrichters 34 auf eine Amplitude begrenzt, die einer Kurve 58 auf der in Fig.4 gezeigten Arbeitskennlinie entspricht, d. h. das Signal lim. wird auf lOOOft/min bzw. 305 m/min begrenzt. Die zulässige maximale Amplitude des negativen Ausgangssignals Hm des Briickengleichrichlers 34 ist dafür wegen einer Diode 60 wesentlich größer. Diese negative Begrenzung ist in Fig.4 durch eine Kurve 62 dargesteiit und entspricht einer Sinkgeschwindigkeit von näherungsweise 3900 ft/min bzw. 1190 m/min. Wenn also die Landeklappen oben sind und somit der Feldeffekttransi stör 54 eingeschaltet ist. hat der Begrenzer eine durch die Kurven 58 und 62 nach Fig.4 dargestellte unsymmetrische Kennlinie.

Wie bereits gesagt, ist die unsymmetrische Kennlinie des Begrenzers bei niedrigen Fluggeschwindigkeiten, bei denen die Landeklappen normalerweise unten sind, nicht erforderlich. Wenn die Landeklappen nach unten eingestellt werden, wird auf der Leitung 48 ein hohes Signal bzw.»1 «-Signal erzeugt, wodurch der Feldeffekttransistor 54 ausgeschaltet und der Feldeffekttransistor 56 eingeschaltet wird. Dadurch kann über einen Widerstand 64 ein Strom nach Erde fließen, so daß dann der Begrenzer eine durch eine Kurve 66 dargestellte symmetrische Kennlinie aufweist, die besagt, daß sowohl das positive als auch das negative Ausgangssignal Um. des Brückengleichrichters 34 auf Werte begrenzt werden, die näherungsweise 3000 ft/min bzw. 915 m/min entsprechen.

Zusätzlich zur eben beschriebenen unsymmetrischen Kpnnlinip Ηρς Rptrrpn7Pr<; wpkt Ηϊρςρς Aiisfühningsheispiel der Erfindung eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer »weichen Begrenzung« auf. Dazu sei bemerkt, daß der Ausdruck »weiche Begrenzung« keinen qualitativen Unterschied für das erzeugte Warnsignal bedeutet, sondern nur besagt, daß sich die Begrenzung des Höhenänderungssignals mit der Sinkgeschwindigkeit derart ändern kann, daß oberhalb einer bestimmten Sinkgeschwindigkeit keine »har'e« Begrenzung für das Signal Hm. besteht Die Scnaltung zur Realisierung der weichen Begrenzung befindet sich im strichliniert umrahmten Teil 68 der F i g. 3. Widerstände -70 und 72 bilden einen Spannungsteiler, dessen Teilerverhältnis sich abhängig vom Ausgangssignal des Operationsverstärkers 32 ändert Eine Diode 74 sperrt die Einspeisung in den negativen Eingang des Operationsverstärkers 32, wenn dessen Ausgangssignal positiv ist Wenn jedoch das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 32 negativ ist, entsprechend dem unteren Teil der Kurve nach F i g. 4, leitet die Diode 74 und bewirkt zusammen mit einem Widerstand 76, daß das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 32 und somit auch das maximale Ausgangssignal Hrl des Brückengleichrichters 34 mit wachsendem negativem Signal Hr ebenfalls steigt Dies ergibt eine in Fig.4 durch eine Kurve 78 gezeigte Arbeitskennlinie. In F i g. 2 drückt sich dies durch einen Höhenzuwachs aus, wo eine Kurve 80 anzeigt, daß die maximale Warnhöhe mit steigender Näherungsgeschwindigkeit zunimmt, wenn die Landeklappen des Flugzeugs oben sind, so daß die Flugzeugbesatzung bei hohen Bodennähefungsgeschwindigkeiten eine größere Warnzeit bzw. -dauer erhält.

F i g, 3 weist ferner einen Feldeffekttransistor 82 auf, der die Zeitkonstante des Kömplerriehtärfillers 12 abhängig Von der Stellung des Flü'gzeug^Fahrwerks

ίο ändert. Der aktive Teil des Komplementärfilters 12 wird durch einen Operationsverstärker 84 zusammen rriit einem Gegenkopplungswiderstand 86 gebildet. Die Signale Hm und Ii β werden verknüpft (wobei tig durch einen Kondensator 88 geschickt wird) und in den positiven Eingang des Operationsverstärkers 84 eingespeist. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 84 ist also das Signal Hr, das in den Addierer 14 nach F i g. 1 eingespeist wird.
Die unsymmetrische Kennlinie des Begrenzers iö beeinflußt selbstverständlich die dynamischen Eigenschaften der Bodennähe-Warnanordnung, nicht jedoch die Warn-Kennlinie nach Fig.2. Die weiche Begrenzung andererseits hat unmittelbaren Einfluß auf die Warn-Kennlinie nach Fig. 2, indem die Höhe, bei der ein Warnsignal erzeugt werden kann, mit steigender Bodennäherungsgeschwindigkeit zunimmt.

Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung wird durch die Schaltung nach Fig. 5 realisiert, deren Arbeitskennlinien in Fig. 6 dargestellt sind. Zwecks größerer Klarheit sind diejenigen Bauelemente, die den Bauelementen im ersten Ausführungsbeispiel nach Fig.3 entsprechen, durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Schaltung nach F i g. 5 weist ferner alle zur Realisierung des Blockschaltbildes nach Fig. 1 benötigten Bauelemente und Komponenten auf, einschließlich des Skalierglieds 16 und des Vergleichers 20. Eine wichtige Funktion der Schaltung nach F i g. 5 ist die Erzeugung der durch Kurvenstücke 22, 80 und 90 begrenzten Warn-Kennlinie nach Fig. 2. Die Arbeitskennlinien der Schaltung nach Fig. 5 sind insofern die gleichen wie die der Schaltung nach F i g. 3, als beide das Höhenänderunessienal in einem Punkt mit der Höhe von etwa 1500 ft bzw. 457 m und einer Sinkgeschwindigkeit von 3900 ft/min bzw. 1190 m/min weich begrenzen.

Die Schaltung nach Fig.5 stellt jedoch für das Höhenänderungssignal bei einer Höhe von etwa 1800 ft bzw. 550 m und einer Sinkgeschwindigkeit von etwa 4800 ft/min bzw. 1465 m/min zusätzlich eine weitere harte Begrenzung dar. Dies ergibt bei einer Höhe zwischen 1500 und 1800 ft bzw. 457 und 550 m über dem Boden bei besonders hohen Sinkgeschwindigkeiten eine etwas größere Warndauer, gleichzeitig werden aber bei einer Höhe über 1800 ft bzw. 550 m keinerlei durch Bodenannäherung verursachten Warnsignale erzeugt, um die Anzahl von Störwarnungen zu verringern. Die Arbeitskennlinie des begrenzenden Teils in der Schaltung nach F i g. 5 ist ebenfalls in F i g. 6 dargestellt Wie F i g. 6 zeigt, ist die Arbeitskennlinie des Begrenzers derart nach unten verschoben, daß sich das Ausgangssignal des Begrenzers vollständig im negativen Bereich der Kurve befindet Dies bedeutet, daß die maximale, durch eine negative Steigung des Bodens bzw. Geländes erzeugte Spannung des Signals Hrl negativ ist, und daß die maximale, durch eine positive Steigung des Geländes erzeugte Spannung von Hrl eine entsprechend stärker negative Spannung ist Die Bedeutung dieser unsymmetrischen Begrenzung des Höhenänderungssignals liegt darin, daß die Bodennähe-

Warnanordnung wesentlich schneller als in der bekannten Warnanordnung (vgl. US-PS 37 15 718) reagieren kann. Die Reaktionszeit ist im allgemeinen sogar größer als jene in der verbesserten Schaltungsanordnung nach Fig.3. Ein Grund dafür, daß die Schaltungsanordnung nach F i g. 5 potentiell schneller anspricht, besteht darin, daß in der Schaltungsanordnung nach Fig, 3 die Arbeitskennlinie des Begrenzers nicht unter Null verschoben werden kann, so daß die erzielbare kompensation negativer Steigungen begrenzt ist. ίο

Die Reaktionen der Schaltungsanordnungen nach Fig. 3 und 5 sind anhand des in Fig. 7 dargestellten Flugprofils näher erläutert. Die vertikale Achse in Fig. 7 stellt sowohl die Bodennähe als auch die Flugzeug-Höhe über dem Meeresspiegel dar. Auf der horizontalen Achse sind aufgetragen der Abstand von einem Berührungspunkt 92 und die Zeit bis zur Bodenberührung des Flugzeugs, das sich mit einer Geschwindigkeit von etwa i/2 Knoten bzw. 320 km/n bewegt. Anhand des Geländeprofils nach F i g. 7 soll die Arbeitsweise der Warnanordnung für ein Flugzeug, das sich im Horizontalflug über welliges, allmählich ansteigendes Gelände bewegt, bis das Flugzeug in Gefahr gerät, im höchsten Punkt 92 den Boden zu berühren, beschrieben werden. Ein Horizontalbalken 94 gibt die Dauer der Warnzeit in der bekannten Warnanordnung an. Ein Horizontalbalken 95 stellt die Antwort der Schaltungsanoidnung nach F i g. 3 dar, und Balken % und 98 bezeichnen die durch die Schaltungsanordnung nach Fig. 5 erzeugten Warnzeiten. Der Balken 98 gilt für die Schaltung nach F i g. 5, die die in F i g. 2 durch die Kurve 80 gezeigte weiche Begrenzung aufweist, die sich nach oben erstreckt und im wesentlichen bis zum Maximalbereich des Radarhöhenmessers reicht. Der Balken 96 dagegen gilt für die Schaltung nach Fig.5, die eine zweite harte Begrenzung (vgl. Kurve 90 in F i g. 2) aufweist.

Wenn das Flugzeug einen ersten Berg 100 überquert, können die bekannte Warnanordnung (dargestellt durch den Balken 94) sowie die Schaltung nach F i g. 3 (dargestellt durch den Balken 95) nicht schnell genug zur Fr7Piignng pinpi Wn.iKitmak reagieren, während die Warnanordnung nach F i g. 5 kurze Warnsignale erzeugen kann. Ein zweiter Berg 102 bewirkt erneut, daß die Warnanordnung nach Fig.5 ein kurzes Warnsignal abgibt. Wenn das Flugzeug den Berührungspunkt 92 erreicht, spricht die verbesserte, durch die Balken 96 und 98 dargestellte Anordnung nach Fig.5 mit einer Warnzeit von etwa 1 s vor der bekannten Warnanordnung (vgl. Balken 94) oder der Warnanordnung nach F i g. 3 (vgl. Balken 95) an. Es ist ersichtlich, daß dieser Unterschied von einer Sekunde unter bestimmten Umständen zwischen einer Meisterung der Gefahr und einer Bodenberührung entscheiden kann. Natürlich muß berücksichtigt werden, daß verschiedene Geländeprofi-Ie und Flugbahnen praktisch eine urendlich große Anzahl verschiedener Betriebsbedingungen ergeben, doch gibt die Darstellung nach Fig.7 einen gewissen Hinweis auf die bessere Reaktion der Bodennähe-Warnanordnung, die eine unsymmetrische Begrenzung des Höhenänderungssignals verwendet Im übrigen würde in dem genannten Fall bei der Warnanordnung nach F i g. 5 der Flugzeugbesatzung eine Warnzeit von etwa 22 s vor der Bodenberührung zur Verfugung stehen, und im Fall der Anordnung mit der weichen Begrenzung (vgl. Balken 98) wird sogar 40 s vor der Bodenberührung ein kurzes Warnsignal erzeugt

Die Schaltungsanordnung nach F i g. 5 wird durch das Signal Λ« au* dem Radarhöhenmesser des Flugzeugs gespeist, wobei die Spannung um so negativer ist, je größer die Bodenhöhe des Flugzeugs ist. Ein Kondensator 105 und der Widerstand 30 differenzieren dieses Signal zum Signal Hr, das die Sink- öder Steiggeschwindigkeit des Flugzeugs gegenüber dem Boden darstellt. Wie in der Schaltungsanordnung nach Fig,3 wird das Signal Hr in den Operationsverstärker 32 eingespeist, der zusammen mit dem Brückengleichrichter 34 die Amplitude des Signals Hr begrenzt. Ein Widerstand 106 begrenzt die Amplitude des Signals Hr im wesentlichen in derselben Weise wie der Widerstand 64 in Fig. 3. indem er zusammen mit dem Brückengleichrichter die Ausgangsspannung des Brückengleichrichters 34 begrenzt. Wie in Fig. 3 wird das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 32 durch die Rückkoppluiigsschaltung 44 aus dem Widerstand und einem Kondensator 108 geregelt. Ein strichliniert umrahmtes Überlage-

111/ uicni Zui' ei¹ Zeugung uci vüi gespannten bzw. verschobenen bzw. überlagerten unsymmetrischen Arbeitskennlinie nach Fig.6. Dazu wird durch eine negative Spannungsquelle 112 und durch Widerstände 113, 115 und 118 eine negative Vorspannung erzeugt und in den negativen Eingang des Operationsverstärkers 32 eingespeist. Wenn die Landeklappen des Flugzeugs oben sind, ist ein Feldeffekttransistor 114 gesperrt, so daß in den negativen Eingang des Operationsverstärkers 32 eine Vor- bzw. Überlagerungsspannung eingespeist wird, die 3000 ft/min bzw. 915 m/min annähen. Dadurch ergibt sich eine in Fig. 6 durch eine Kurve 120 dargestellte Arbeitskennlinie, wobei die obere Grenze des Signals Hri. näherungsweise auf 2000 ft/min bzw. 610 m/min und die untere Grenze auf näherungsweise 3900 ft/min bzw. 1190 m/min liegt. Wenn die Landeklappen unten sind, wird der Feldeffekttransistor 114 durch ein positives Signal auf der Leitung 48 über eine Diode 122 durchgeschaltet. Dadurch wird die Größe der in den negativen Eingang des Operationsverstärkers 32 eingespeisten negativen Spannung verkleinert, indem ein Strom durch einen Widerstand 123 fließt, und somit die I 'berlagerungssnannung des Signals Hb verringert. Die »LandeklaDDen untenw-Ärbeitskennlinie ist in Fig.6 durch Kurventeile 124 dargestellt, bei denen das Signal Hrl auf 1000 und 3000 ft/min bzw. 305 und 915 m/min begrenzt ist, wodurch die Empfindlichkeit der Warnanordnung bei tiefem Horizontalflug eingeschränkt wird.

Diese eingeschränkte Empfindlichkeit ist bei den genannten Werten besonders wertvoll, da dadurch die Anzahl der Störwarnungen verringert wird. Ein zweiter als Sperrglied arbeitender Feldeffekttransistor 116 spricht auf ein Signal aus einer integrierten Bodennähe-Warnanordnung an, die sich in der »Geländefreiheit«- bzw. »Bodenabstand«-Warnbetriebsart befindet Diese Warnbetriebsart ist in dem älteren Vorschlag gemäß DE-OS 25 27 056 genau beschrieben, wobei ein Warnsignal immer dann erzeugt wird, wenn das Flugzeug unter bestimmten Betriebsbedingungen zu nahe am Boden ist Durch das Einschalten des Feldeffekttransistors 116 mit Hilfe eines Bodenabstandssignals wird die Vorspannung am negativen Eingang des Operationsverstärkers 32 weiter verringert, indem ein zusätzlicher Strom durch einen Widerstand 125 fließen kann. Diese Verringerung der Vorspannung verringert auch die Höhe, bei der ein Warnsignal erzeugt werden kann, so weit, daß nun kein Warnsignal mehr erzeugbar ist, d. h. diese Betriebsart wird ausgeschaltet

Da an den negativen Eingang des Operationsverstärkers 32 eine Vorspannung angelegt wird, muß diese Vorspannung nach geeigneter Begrenzung des Höhenänderungssignals Hrl wieder weggenommen werden, damit die Warnanordnung einwandfrei arbeiten kann. Durch Einspeisen der Vorspannung aus dem Überlagefungsglied 110 über den Widerstand 126 in den negativen Eingang des Skalierglieds 16 wird die Vorspannung aus dem Signal Hc derart entfernt, daß dieses geeignet skaliert und im Vergleicher 20 mit dem ίο Signal /i/j verknüpft werden kann.

Zur Erzeugung der durch die Kurven 80 und 90 in F i g, 2 gezeichneten weichen und harten Begrenzungen ist in Fig. 5 eine strichliniert umrahmte Schaltung 128 vorgesehen. Diese Schaltung soll das Ausgangssignal is des Begrenzers abhängig von einem ansteigenden Höhenänderungssignal erhöhen, bis ein vorbestimmtes Köhenänderungssignal erreicht ist, bei dem die harte Begrenzung wieder einseizi. Zu diesem Zweck cfiihäii die strichliniert umrahmte Schaltung 128 einen Gegen- 2ö koppIungsRreis für den Operationsverstärker 32. Dieser Gegenkopplungskreis weist auf: einen Feldeffekttransistor 130, eine Diode 132, Widerstände 134 und 136, eine positive Spannungsquelle 140, eine Diode 142 und einen Widerstand 144. Der Feldeffekttransistor 130 spricht auf das über die Leitung 48 übertragene »Landeklappen oben«-Signal an, indem er in den leitenden Zustand übergeht und dadurch den Gegenkopplungskreis des Operationsverstärkers 32 schließt. Der zweite Gegenkopplungskreis des Verstärkers 32 leitet aber trotz des leitenden Feldeffekttransistors 130 nur dann, wenn das Signal Hr ausreichend negativ ist, um die durch den aus den Widerständen 134 und 136 bestehenden Spannungsteiler erzeugte Spannung zu übersteigert. Dies ist dann der Fall, wenn Hr einen Wert aufweist, der einer Näherungsgeschwindigkeit Von etwa 3900 ft/min bzw. 1190 m/min entspricht. In diesem Punkt setzt die weiche Begrenzung entsprechend der Kurve fiO nach Fig.2 und einem Kurvenabschnitt 146 der Arbeitskennlinie nach Fig.6 ein. Zur Wiederherstellung der durch die Kurve 90 in Fig.2 und eine Kurve 148 in Fig.6 definierten harten Begrenzung sind ein Transistor 15\i und der Widerstand 38 zwischen der negativen Spannungsquelle 42 und dem Diodengleichrichter 34 parallel geschaltet. Der Transistor 150 spricht auch auf das Landeklappensignal auf der Leitung 48 an und stellt eine neue tiefere Begrenzung der Ausgangsspannung des Begrenzers ein. Da der Widerstandswert eines Widerstands 152 kleiner als jener des Widerstands 38 ist, kann der Begrenzer durch öffnen des Transistors 150 mehr Strom erzeugen, so daß die Begrenzung eines

signal des Begrenzers wird dann näherungsweise gleich 6000 ft/min bzw. 1830 m/min, entsprechend der Kurve 148 nach F i g. 6 und der Kurve 90 nach F i g. 2.

Die Realisierung des beschriebenen Konzepts mit harten und weichen Begrenzungen nach Fig.2 kann anstatt wie beschrieben durch analoge Schaltungstechnik auch durch digitale Schaltungstechnik erfolgen. Schließlich gilt auch das Konzept der Begrenzung des Einflusses von Signalen, die eine Zunahme der Flugzeug-Höhe darstellen, um die dynamischen Eigenschaften einer Bodennähe-Warnanordnung zu verbessern, gleichermaßen für digitale wie analoge Schaltungsanordnungen.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Bodennähe-Warnanordnung für Flugzeuge,
mit einem Flugzeug-Höhenmesser,

mit einem Begrenzer zum Begrenzen der maximal zulässigen Amplitude des FIugzeug-Höhenänderungssignals und

mit einem dem Begrenzer über ein Filter zur Filterung von Anteilen des Höhenänderungssignals nachgeschalteten Vergleicher, dessen anderer Eingang dem Flugzeug-Höhenmesser nachgeschaltet

um bei Über-Bodennäherungsgeschwindigkeit des Flugzeugs ein Warnsignal abzugeben,

dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzer (10) eine unsymmetrische Kennlinie (F i g. 4,6) der Art aufweist,

daß der Absolutwert der bei Höhenzuriahme erzeugten maximal zulässigen Amplitude des Hölenänderungssignais (Hr, Mb) gegenüber dem Absokitwert der bei Höhenabnahme erzeugten maximal iulässigen Amplitude verringert ist

2. Warnanordnung nach Anspruch I₁
gekennzeichnet durch

ein mit dem Eingang des Begrenzers (10) verbünde-■es Oberlagerungsglied zum Überlagern des Hölienänderungssignals (Hr, H_B) mit einem Überlagerungssignal,

«m Verzögerungen in der Erzeugung des Warnsignals dur ·η das bei Höhenzunahme erzeugte Höhenänderungssignal zu vermeiden.

3. Warnanordnung nach Anspruch 2,
gekennzeichnet durch

ein Sperrglied zum Entfernen des Überlagerungssignals aus dem begrenzten Höhenänderungssignal vor dessen Einspeisung in den Vergleicher (20) (F ig. 5).

4. Warnanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzer (10) aufweist:
ein Signalamplituden-Begrenzungsglied (34) und
ein mit diesem verbundenes Stellglied (46) zur Änderung der Amplitudenbegrenzung des Höhenlinderungssignals (Hr. ho) in Abhängigkeit von dessen Polarität(Fig. 1.3,4).

5. Warnanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Signalbegrenzer (10) ein auf ein Landeklappensignal ansprechendes Stellglied (vgl. 54, 56) hat, das selektiv bewirkt, daß die Begrenzung des Höhenänderungssignals symmetrisch zu dessen Polarität erfolgt(Fig. 1,3).

6. Warnanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Signalbegrenzer (10) mit einer auf die Flugkonfiguration des Flugzeugs ansprechenden Flugkonfigurationseinheit verbunden ist, die die Absolutwerte der maximal zulässigen Amplitude des Höhenänderungssignals bei Höhenzu· und -abnähme im wesentlichen gleich groß einstellt.

7. Warnanordnung nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, es

daß die Flugkonfigurationseinheit ein an das Überlagerungsglied (110) angeschlossener Schalter ist, der das Überlagerungssignal aus dem Hohenänderungssigna! entfernt (F i g, 5),

8. Warnanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Signalbegrenzer (10) auf die Landeklappen-Stellung des Flugzeugs anspricht

9. Warnanordnung nach einem der Ansprüche 2-8,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Überlagerungsglied das Überlagerungssignal verringert, wenn die Flugzeug-Landeklappen ausgefahren sind (F i g. 5,6).

10. Warnanordnung nach einem der Ansprüche 2-9,

dadurch gekennzeichnet,
daß der Begrenzer (10) aufweist:
einen mit dem Höhenänderungssignal (Hr) beaufschlagten Verstärker (32),

einen diesem nachgtschalteten Brückengleichrichter (34), an den das Uberlagerungsgüed angeschlossen ist, und

eine Rückkopplungsschaltung (44) zwischen dem Brückengleichrichter (34) und dem Verstärker (32) (F ig. 3).

11. Warnanordnung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Verstärker ein Operationsverstärker (32) ist und

daß das Überlagerungsglied (110) eine an den Eingang des Operationsverstärkers (32) angeschlossene Spannungsquelle (112) aufweist (F i g. 5).

12. Warnanordnung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Flugkonfigurationseinheit dem Überlagerungsglied vorgeschaltet ist.

13. Warnanordnung nach einem der Ansprüche 2-12,

gekennzeichnet durch

ein an das Überlagerungsglied (110) und den Begrenzer (34) angeschlossenes Skalierglied (16) zur Entfernung des Überlagerungssignals aus dem Höhenänderungssignal (Hr, Hb)(^ i g· 1.5).

14. Warnanordnung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Filter zwischen dem Begrenzer (34) und dem Skaiierglied (16) geschaltet ist (F 1 g. 5).

15. Warnanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

gekennzeichnet durch

ein dem Höhenmesser nachgeschaltetes Sperrglied (vgl. 116) zur Unterdrückung der Erzeugung eines Warnsignals(Fig. 5).

16. Warnanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet.

daß der Höhenmesser in an sich bekannter Weise ein Radar-Höhenmesser ist.

17. Warnanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

wobei ein Luftdruck-Höhenmesser und ein Radar-Höhenmesser vorgesehen sind, und

das Filter ein Korttplementärfiller zur Filterung von Anteilen des Luftdruck- und Radar-Höhenände* rungssignals ist,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Begrenzer (10) nur mit dem Rädar-Höhenänderungssignal (Hr)beaufschlagt ist (F i g. t).