-
Anordnung zur Bestimmung des Abstandes reflektierender Flächen, insbesondere
zur Bestimmung der Flughöhe von Luftfahrzeugen Die Erfindung bezieht sich auf eine
Anordnung zur Bestimmung des Abstandes reflektierender Flächen, insbesondere zur
Bestimmung der Flughöhe von Luftfahrzeugen, mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen,
bei der die Frequenz der ausgesandten Welle unter Verwendung eines motorangetriebenen
Kondensators fortlaufend und stetig geändert wird und die im Empfänger aus der Überlagerung
der unmittelbar mit der nach Reflexion empfangenen Weile entstehende Differenzfrequenz
als Maß für den Abstand dient.
-
Bei dieser Einrichtunbg geht nun in die Höhenanzeige unmittelbar
die Drehzahl des Kondensatorantriebsmotors ein. Es ist daher erforderlich, an diesem
Motor einen Regler vorzusehen, der die Drehzahl wenigstens über einen größeren Zeitraum
hin konstant halt.
-
Ein mechanischer Regler ist aber ein wenig erwünschtes Bauelement,
da bei ihm Kontiaktschwierigkeiten auftreten und zudem von ihm Störwirkungen auf
das Höhemneßgerät ausgeübt werden können. So wird beispielsweise von Zeit zu Zeit
ein Verschmutzen des Reglerkontaktes und der beiden Schleif ringe, die dem Regler
die Spannung zuführen, erfolgen. Dies ist nicht ohne weiteres wieder zu beseitigen,
da der Regler sich im Sender befindet, der bei Flugzeugen z. 3. im Flügel sitzt
und daher während des Fluges unzugänglich ist. Auch macht es große Schwierigkeiten,
den Regler elektrisch zu entstören.
-
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, den Regler ganz zu vermeiden
und die dann auftretenden Schwankungen der Höhenanzeige infolge der sich ändernden
Drehzahl des Kondensatorantriebsmotors rein elektrisch zu kompensieren. Gemäß der
Erfindung wird dies dadurch erweicht, daß Mittel vorgesehen sind, um mit Hilfe einer
aus der Drehzahl des Kondensatorantriebsmotors hergeleiteten Regelgröße (Regilspannung)
am Frequenzmesser die von der Motordrehzahl in unerwünschter Weise abhängige Abstandsanzeige
im Sinne einer steten Riehtigstellung zu regeln. Selbstverständlich könnte diese
Regelung auch an dem Motor selbst vorgenommen werden, jedoch erfordert dies eine
erheblich größere Leistung.
-
Innerhalb des Drehzahlbereiches des Kondensatorantriebsmotors muß
also bei gleichbleibendem zu messendem Abstand das Produkt aus Motordrehzahl mal
Frequenzanzeige konstant sein. Die Fig. 1 und 2 zeigen die hierfür zu erstrebenden
Zusammenhänge zwischen Motordrehzahl und Regelsapnnung (Regelspannungskennlinie
s. Fig. in und 2a), zwischen Regelspannung und Frequenzanzeige (Anzeigesteuerung
skennlinie s. Fig. 1b und 2b) sowie die Wirkung auf die Anzeige (s. Fig. 1c) und
2c). Die Kurven der Fig. 2 mit einer erst von einem Schwellwert an einsetzenden
Regelspannung sind vorzuziehen, weil einerseits bei gleicher Frequenzsteuerung geringere
Regelspannung nötig ist und andererseits, weil Abweichungen der Regelspannung vom
Sollwert eine geringere Fehlanzeige hervorrufen.
-
Außerdem braucht der Frequenzmesser für den im Betrieb unbenutzten
Anzeigebereich nicht überdimensioniert zu werden.
-
Es wären naturlich auch Kennlinien denkbar, die in Arbeitsbereich
nicht linear sind.
-
Sie sind jedoch ohne Bedeutung, da das gegenseitige Zupassen zweier
nicht linearer Kennlinien praktisch unmöglich ist.
-
Als Regelgröße kann eine Hilfsspannung verwendet werden, die durch
ein kontaktfreies Element, z. B. ein auf der Welle des Kondensatorantriebsmotors
sitzendes Tonrad, erzeugt wird.
-
Fig. 3 zeigt die hierzu erforderliche Schaltung, wobei in der folgenden
Beschreibung an ihre besondere Verwendung für die Höhenmessung in Luftfahrzeugen
gedacht wird. Darin ist mit 1 ein von der Bordbatterie gespeister Motor bezeichnet,
der mit seiner Welle 2 den Rotor 3 eines im Schwingkreis des Höhenmeßsenders angeordneten
Kondensators antreibt. Auf der Welle 2 ist weiter ein Tonrad 4 befestigt, das sich
an den Polen eines Magneten 5 vorbeibewegt. Dadurch wird eine Wechselspannung erzeugt,
deren Höhe genau proportional der Drehzahl des Motors ist. Diese Tonradwechselspannung
wird durch Gleichrichter 6 gleichgerichtet, sodann über einen Kondensator 7 abgegriffen
und dem im Empfänger befindlichen Differenzfrequenzmesser als Regelspannung zugeführt.
-
Es kann entweder die volle Spannung oder auch nur die Abweichung der
Spannung vom Sollwert verwendet werden. Diese letztere Spannung wird z. B. entweder
durch eine Kompensationsschaltung oder analog den bekannten Regelspannungsschaltungen
zur automatischen Scharfabstimmung bei Rundfunkempfängern erzeugt.
-
Die nach Fig. 3 hergeleitete Regelgröße erfordert allerdings einen
größeren Aufwand als bei Benutzung der Motorspeisespannung ais Regelgröße selbst.
Dafür hat man aber den Vorteil, daß sie genau proportional der Drehzahl des Motors
und damit des Änderungskondensators ist, weil nämlich auch die im Motor selbst auftretenden
Ursachen, wie Erwärmung oder ähnliches, die eine Drehzahlschwankung herbeiführen
können, Berücksichtigurig finden. Es hat sich. jedoch gezeigt, daß diese Ursachen
für die Drehzahlschwankungen sich nur verhältnismäßig gering auswirken. So betragen
die Abweichungen, die im wesentlichen infolge der Erwärmung des Motors entstehen,
2 bis 4 Minuten nach dem Einschalten weniger als 4 bzw. 2%. Zwischen Motordrehzahl
im erwärmten Zustand und der von der Bordbatterie gelieferten Speisespannung besteht
nun bei Walll einer entsprechenden Motorart ein linearer Zusammenhang. Es ist daher
möglich, als Maß für die Motordrehzahl und damit als Regelgröre unmittebar die Speisespannung
c.es Kondensatorantriebsmotors zu benutzen. Schwierigkeit bereitet bier aber die
Erzeugung einer Kennlinie nach. Fig. 2 mit einer erst von einem Schwellwert an einsetzenden
Regelspannung und daß das Bordnetz nicht geerdet werden darf.
-
Zweckmäßiger verwendet man daher als Regelgröße eine der Speisespannung
des Motors proportionale Spannung, und zwar gegebenenfalls die Sekundärspannung
des im Höhenmeßgerät zur Erzeugung der Anodenspannung für die im Sender und Empfänger
vorhandenen Röhren notwendigen Umformers, der an die gleiche Speisespannung angeschlossen
ist. Fig. 4 zeigt eine hierfür geeignete Schaltung. Einem in bekannter Weise aus
Motor und Generator bestehenden Umformer 8 wird an den Klemmen 9 und 10 aus der
Bordbatterie die Speisespannung zugeführt. Die an den Klemmen 11 und 12 dann vorhandene
Umformerspannung ist jetzt, nachdem sie unter Zuhilfenahme eines aus den Widerständen
13 und i 4 gebildeten Spannungstellers und einer Glimmlampe 15 in Verbindung mit
einem Widerstand 22 abgenommen wurde, die gewünschte Regeispannung für die Differenzfrequenzmesser.
Durch geeignete Wahl des Spannungsteilers und der Glimmlampe ist eine Regelkennlinie
der Art von Fig. 2 ZU erzeugen.
-
Als Regelekement, dem die Regelspannung an einem direkt zeigenden,
auf Kondensatorumladungen beruhenden Frequenzmesser zugeführt wird, stehen meherere
Größen zur Auswahl, was an der in Fig. 5 gezeichneten Frequenzmesserschaltung dargelegt
werden soll. Der Frequenzmesser arbeite nach der be-annten Methode des Relaisfrequenzmes
sers. Er enthält ein Fünfpolrohr 16 mit Sättigungscharakteristik, dessen Steuergitter
die zu messende Differenzfrequenz zugeführt wird. Durch das Rohr wird ein Kondensator
17
über eine Gleichrichteranordnung I8 und ein Instrument 19 auf gleichbleibende Spannung
aufgel@ den bzw. entladen. Das Instrument 19 zeigt dann die Frequenz an.
-
Der Instrumentenstrom J ist nun: J # Ua#C#f.
-
Man kann also mit Hilfe der Regelspannung zunächst die Anodenspannung
des Frequenzmesserrohres 16 regeln. Hierzu ist aber eine Leistung von einigen Zehntel
Watt erforderlich. Sodann könnte auch die Kapazität C des Kondensators 17 geregelt
werden, nachdem sie zweckmäßig durch eine gesteuerte Kapazität mittels eines Rohres
ersetzt worden ist. Eine Steuerung der Ladekapazität bedingt jedoch praktisch einen
großen Aufwand, da kein Anschlußpunkt von C an Erde liegt. Da der Strom durch die
Kapazität C aus Impulsen besteht, die für alle Frequenzen gleiche Form haben, kann
man zweckmäßiger die gesteuerte, an Erde liegende Kapazität C@ einführen, was in
der Figur durch den gestrichelt gezeichneten Kondensator 20 angedeutet ist. Ferner
könnte parallel zum zeigeinstrument Ig ein Nebenschluß gelegt werden, der von der
Regelspannung gesteuert wird. Eine Steuerung dieses Parallelwiderstandes scheidet
in vielen Fällen ebenfalls aus, da sich nicht auf einfache Weise geradlinige Steuerkennlinien
erzeugen lassen.
-
Schließlich kann eine Regelung noch mit Hilfe einer Gegenspannung
Ur erfolgen, die in den Gleichrichterkreis 18 beim Anzeigeinstrument 19 eingeführt
wird und die Gleichrichter noch zusätzlich sperrt. Diese Möglichkeit ist in Fig.
6 schematisch durch eine Gleichspannungsquelle 21 angedeutet. Die Gegenspannung
bewirkt keine additive, sondern die erwünschte, für alle Ausschläge prozentuale
Änderung, da der Strom durch die Kapazität C aus Impulsen gleicher Form, nur verschiedener
zeitlicher Folge besteht.
-
Eine Bestätigung ergeben die mit dieser Schaltung für verschiedene
Werte von Ur gemessenen Anzeigesteuerkennlinien, die, wie Fig. 7 zeigt, den erwünschten
Verlauf besitzen.
-
Fig. 8 zeigt nun ein Gesamtschaltbild für eine günstige Ausführungsform
der Erfindung, z. B. ebenfalls zur Verwendung bei der Höhenmessung in Luftfnhrzeugen
gedacht.
-
Hierbei sind die für günstigst gefundene Steuerarm nach Fig. 6 und
RJegelspannungserzeugung nach Fig. 4 verwendet worden. Die von dem Umformer an den
Klemmen In und 12 unter Zuhilfenahme des aus den Widerständen 13 und 14 bestehenden
Spannung teilers und der Glimmlampe 15 abgenommene Regelspannung wird dem Gleichrichterkreis
18 über einen Widerstand 22 zugeführt.
-
Die Wirkungsweise ist die gleiche, wie sie einzeln für die Schaltungen
nach Fig. 4 und 6 beschrieben worden ist. So wird mit dieser Schaltung also bei
geringem Aufwand und unter Verwendung einer rein elektrischen Steuerung erreicht,
daß die Höhenanzeige unabhängig von der Bordspannung ist. Bei Bordbatterieschwankungen
zwischen 22 und 30 Volt würde der Höhenfehler maximal 18% ohne die Regelschaltung
betragen. Mit der Regelschaltunbg wurde in der Praxis nur mehr eine Abweichung von
maximal 1% gemessen.