DE2249979C2

DE2249979C2 - Vorrichtung zur Flugbahnführung nach einem Funkleitstrahl

Info

Publication number: DE2249979C2
Application number: DE2249979A
Authority: DE
Inventors: Eugen Julius Dipl.-Ing. 7990 Friedrichshafen Bettinger; Hartmut Heiner Dipl.-Ing. 7772 Uhldingen Böhret; Günther Dipl.-Ing. Dr. 7770 Überlingen Schänzer
Original assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Current assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Priority date: 1972-10-12
Filing date: 1972-10-12
Publication date: 1982-12-02
Also published as: GB1424760A; FR2203081B1; DE2249979A1; FR2203081A1; US3819914A

Description

dadurch gekennzeichnet, daß

(d) als verstärkungsverändernde Mittel ein analoger oder digitaler Rechner (20) vorgesehen ist, auf den das Signal des Leitstrahlempfängers (Ar._L) und das Schrägentfernungssignal (R,) aufgeschaltet sind und der ein Ausgangssignal zur Aufschaltung auf die Anzeige- oder Steuervorrichtung (30) liefert, welches dem Produkt aus dem Signal des Leitstrahlempfängers und dem Schrägentfernungssignal oder einer FuriKtion des letzteren proportional ist.

2. Vorrichtung nach Arspruch 1 zur Verwendung mit einer Funkleitstrahl-Sendea; Ordnung, bei welcher ein erster Funkleitstrahlsender auf diesen bezogene Azimut- und Schrägentfernungssignale und ein in einem vorgegebenen Abstand (Rl) davon angeordneter zweiter Sender ein auf den letzteren +0 bezogenes Elevationssignal liefert, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner einen ersten und einen zweiten Funktionsgeber (22, 32) enthält, von denen der erste von dem Schrägentfernungssignal (R₃) und der zweite von einem Signal beaufschlagt ist, welches proportional zu der Differenz (R₁-Rb) der Schrägentfernung und des besagten vorgegebenen Abstands ist, daß das Ausgangssignal des ersten Funktionsgebers (22) zusammen mit einem Azimutwinkel-Ablagesignal (HCj einem ersten Multiplizie- so rer (26) zugeführt wird und daß das Ausgangssignal des zweiten Funktionsgebers (32) zusammen im: einem Elevationiwinkel-Ablagesignal (γι) einem zweiten Multiplizierglied (36) zugeführt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale der beiden M.ulliplizierglieder (26, 32) einen Autopiloten und/oder die beiden Systeme eines Kreuzzeigerinstruments (30) beaufschlagen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Funktionsgeber (22) das Schrägentfernungssignal (R₁₁) nach einer Funktion überträgt, die in einem Bereich kleiner Schrägentfernungen einen proportionalen Anstieg, im Bereich mittlerer Schrägentfernungen einen konstanten Wert und im Bereich großer Schrägentfernungen einen erneuten proportionalen Anstieg zeigt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Funktionsgeber (32) das Differenzsignal (R>— Rl) nach einer Funktion überträgt, die in einem Bereich kleiner Differenzsignale einen linearen Anstieg, in einem Bereich mittlerer Differenzsignale einen konstanten Wert und im Bereich großer Differenzsignale einen Abfall zeigt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Funktionsgeber (22) zur Übertragung des Schrägentfernungssignals nach einer Funktion, die im Bereich kleiner Schrägentfernungen einen proportionalen Anstieg und oberhalb eines vorgegebenen Grenzwertes einen konstanten Wert zeigt, als Begrenzer mit einem Operationsverstärker (40) ausgebildet ist, der in seinem Gegenkopplungszweig die Parallelschaltung einer Diode od. dgl. (46) und eines ohmschen Widerstandes (44) enthält

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Flugbahnführung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es sind Anflug- und Landesysteme bekannt, die dem Piloten Azimut, Elevation und Schrägabstand relativ zu einem an der Landebahn angeordneten Lüitstrahlsender liefern. Bei einem bekannten Verfahren (TACAN) enthält der Leitstrahlsender einen zentralen vertikalen Dipol, der impulsförmige Signale aussendet Um diesen Dipol rotiert mit 15 Hertz ein Zylinder mit einem auf einer Mantellinie desselben angeordneten Reflektor. Dadurch wird das von dem Dipol ausgesandte Signal in jeder Richtung mit 15 Hertz moduliert, wobei jedoch die Phasenlage der Modulation richtungsabhängig ist. Durch einen weiteren, ebenfalls mit 15 Hertz rotierenden, mit neun Reflektoren versehenen Zylinder wird dieser Modulation noch eine Modulation mit 135 Hertz für die Winkelfeinanzeige überiagert. Ein weiterhin ausgesandter Referenzimpuls gibt an, wenn das Maximum der Strahlung z. B. genau in östlicher Richtung liegt. Aus der Phasendifferenz der 15-Hertz-Grundmodulation gegenüber diesem Referenzimpuls kann ein Instrument im Flugzeug den Azimutwinkel des Flugzeugs bestimmen. Eine ähnliche Wirkung wird bei einem anderen bekannten System (SETAC) erzielt, bei welchem mehrere Dipole im Abstand voneinander angeordnet sind.

Ein Dipol sendet mit einer Trägerfrequenz /"» ein davon im Abstand einer Wellenlänge λ angeordneter Dipol sendet mit einer davon um 15 Hertz verschiedenen Frequenz und ein dritter Dipol, der im Abstand 9λ angeordnet ist, sendet mit I₀ + 135 Hertz. Es tritt ein ähnlicher Effekt mit einem mit 15 Hertz umlaufenden Strahlungsdiagramm auf, dem die 135-Hertz-Modulation überlagert ist, so daß eine vom Azimutwinkel abhängige Modulation der Feldstärke am Ort des Flugzeugs erhalten wird. Dabei ist jedoch einem bestimmten Phasenwinkel ein z. 3. um einen Faktor 10 kleinerer räumlicher Winkel zugeordnet, so daß die Positionsbestimmung wesentlich präziser wird.

Die Elevationsmessung erfolgt bei dem bekannten System durch Ausnutzung des Dopplereffektes. Es ist ein Antennensystem mit einer Vielzahl übereinander und parallel zueinander angeordneten Dipolen vorgesehen. Durch einen Antennenkommutator wird eine Frequenz f_o+fn mit einer Frequenz /, nacheinander auf

die verschiedenen Di^is gegeben, so daß ein Dipol simuliert wird, der nach einer sägezahnförmigen Weg-Zeit-Charakteristik mit der Frequenz f_s von unten nach oben bewegt wird. Durch Spiegelung d~; ausgesandterf Wellen am Erdboden wird vom Flugzeug aus außerdem ein entspechender periodisch nach unten bewegter Strahler beobachtet Vom Flugzeug sus wird dann eine dem Sinus des Elevationswinkels proportionale Doppler-Frequenzversehiebung /b beobachtet Zusätzlich wird von dem Leitstrahlsender die Trägerfrequenz [„ ausgesandt Das im Flugzeug beobachtete Frequeiiiftjii'.V.üwm enthält dann f_a fo+fH—fo und fo+fH+fa woraus /b und der Elevationswinkel bestimmbar sind.

Die Schrägentfernung wird nach einem bekannten Verfahren aus der Laufzeit von Impulsen bestimmt. Das im Flugzeug angeordnete Gerät sendet einen Impuls aus (Abfrageimpuls), der an dem zugehörigen Bodengerät einen SertJeimpuls (Antwortimpuls) auslöst. Aus der Zeitdifferenz zwischen Abfrage- und Antwortimpuls wird die Schrägentfernung bestimmt.

Ein Anflug- und Landesystem der vorstehend angedeuteten Art ist beispielsweise beschrieben in dem Aufsatz von Eckert und Röper »Das Anflug- und Landesystem SET AC« in »Luft- und Raumfahriiechnik 16(1970), Nr. 2.43-48«.

Üblicherweise ist ein erster Flugleitstrahlsender, der auf diesen bezogene Azimut- und Schrägabstandssigna-Ie liefert, am Ende der Landebahn angeordnet, wobei der Landebahnrichtung der Azimutwinkel Centspricht. Ein zweiter Funkleitstrahlsender, der ein auf den letzteren bezogenes Elevationssignal liefert, ist neben der Landebahn in der Höhe des idealen Aufsetzpunktes angeordnet. Der Landeflug erfolgt bei konventionellen Systemen längs einer geraden Flugbahn, die einem konstanten, von dem Piloten gewählten oder vom Leitstrahlsystem vorgegebenen (ILS) Elevationswinkel entsprechen kann. Die Abweichungen des Elevationswinkels von dem gewählten Sollwert bzw. des Azimutwinkels von dem Wert C werden von einem Kreuzzeigerrstrument oder Flightdirector angezeigt oder auf ein automatisches Flugregelungssystem aufgeschaltet Das erstere ist ein Instrument mit zwei Systemen, die zwei zueinander gekreuzte Zeiger bewegen. Der Pilot muß das Flugzeug auf einer solchen Flugbahn führen, daß die Zeiger sich ständig in der Mitte des Instruments kreuzen. Bei bekannten Anflug- und Landesystemen (ILS, SETAC, TACAN) ist dabei der Zeigerausschlag proportional der Ablage des Elevationswinkels bzw. des Azimutwinkels.

Dabei tritt der unerwünschte Effekt auf, daß die Empfindlichkeit der Anzeige in bezug auf Höhen- und Seitenabweichungen des Flugzeugs vom kommandierten Leitstrahl mit zunehmender Annäherung an den Leitstrahlsender anwächst (F i g. 5). Wird die dem Vollausschlag des Instruments entsprechende Winkelablage zu groß gewählt dann ist bei großen Entfernungen vom Leitstrahlsender die Bahnführung zu ungenau. Wird jedoch die dem Vollausschiag des Instruments entsprechende Winkelablage kleiner gewählt, dann erhält man zwar in großen Entfernungen vom Leitstrahlsender eine befriedigende Bahnführung. Bei der Annäherung an den Leitstrahlsender wird jedoch, die Anzeige zunehmend empfindlicher. Schon bei kleinen Höhenabweichungen des Flugzeugs, die sich auch bei mittlerer Böigkeit nicht vermeiden idssen, schlägt das Instrument stark nach der einen oder der anderen Seite aus. Es ~iigt sich, daß bei manuellem Landeanfl'jg unter Instrumenienfiugbedingüiigin bei mittlerer Böigkeii bei einer Schrägentfarnung i'on etwa 5000 Meter eine Instabü'.iat drr.- ⁿ.ah,\ifl!-,rung eintrat. Sei einem Elevationswinkei vun,? Tn^Hichi riie·. einer j 's!fti'.c dps Flugzeuges von 260 Meter. Unterhalb dieser Höhe kann der Pilot dann das Flugzeug nicht mehr ?J'7^;r, nach dem Kreuzzeigerinstrument fliegen. Er muß sich wegen der Instabilität vom Leitstrahl lösen und ilen restlichen, kritischen Teil der Landung ohne Leitstrahlhilfe nach Sicht durchführen.

Es ist schon versucht worden, diese Schwierigkeiten durch eine zeitprügrammierie stufenweise Umschaltung des Verstärkungsgrades zu meistern. In der Praxis haben sich solche Systeme jedoch nicht bewährt da bei einem vorgegebenen Zeitprogramm der Schrägabstand im Zeitpunkt der Umschaltung beeinflußt durch die verschiedensten Faktoren stark schwenkt

Durch die US-PS 33 81 295 ist eine Vorrichtung zur Flugbahnführung nach einem Funkleitstrahl bekannt, bei welcher die Verstärkung, mit welcher das Signal des Leitstrahlernpfängers auf eine Anzeige- oder Steuervorrichtung aufgeschaltet ist, durch einen ^.adarhöhenmesser gesteuert wird. Mit abnehmender Höhe, die einer Annäherung an den Leitstrahlsender entsprechen sollte, wird die Verstäkrung vermindert.

Dieses Verfahren versagt, wenn die Umgebung des Flughaff ns nicht eben, sondern bergig ist. Dann stellt die mit dem Radarhöhenmesser bestimmte Höhe über Grund kein Maß für die Entfernung vom Leitstrahlsen-

zo der dar. Gravierender ist jedoch, daß die Höhe gerade die Größe ist, die mit Hilfe der Vorrichtung gesteuert wird. Wenn im Extremfall das Flugzeug bei noch relativ großer Entfernung vom Leitstrahlsender aus irgendeinem Grunde von der vorgeschriebenen Bahn abgewichen ist und sehr niedrig fliegt, so täuscht der Radarhöhenmesser eine nicht vorhandene Annäherung an den Leitstrahlsender vor. Die vom Leitstrahlempfänger gelieferten Elevationsabweichungssignale (Δγί) werden dementsprechend schwach bewertet und mit geringer Verstärkung auf die Anzeige- oder Steuervorrichtung aufgeschaltet Der Pilot oder die Steuervorrichtung wird sich daher nicht in dem notwendigen MaLe bemühen, die Elevationsabweichung zu korrigieren. Das kann offensichtlich zu sehr gefährlichen Situationen führen.

Durch die US-PS 33 61 391 ist eine Vorrichtung zur Flugbahnführung bekannt, bei welcher das Flugzeug in Abhängigkeit von Leitstrahl-Abweichungssignalen und Kursabweichungssignalen gesteuert wird. Die Leitstrahl-Abweichungssignale sind die von dem Leitstrahlempfänger gelieferten Signale. Die Kursabweichungssignale werden von. einem Kurskreisel geliefert und entsprechen der Abweichung des Flugzeugkurses von der als bekannt angenommenen Richtung des Funkleitstrahl. Bei dieser bekannten Vorrichtung wird das Verhältnis der Verstärkungen, mit denen diese beiden Signale auf eine Steuervorrichtung aufgeschaltet werden, verändert, so daß das Leitstrahl-Abweichungssignal im Verhältnis zu dem Kursabweichungssignal immer schwäche/· aufgeschaltet wird, je stärker sich das Flugzeug dem Leitstrahlsender nähert Als Maß für diese Annäherung dient die zeitliche Änderung des Leitstrahl- Abweichungssignals. In Abhängigkeit von dieser Änderung -v^;rd entweder die Vetstärt.jng des Leitstrahl-Atve-icWigssignals vermindert (Fig.2) ede die Verstärkung des Kursabweichungssignals erhöht(Fig.3 ier US-Fj3361 391).

Bei dies-.-r bekannten Anordnung ist eint Steuer.g

■ nach Kurs und Leitstrahl erforderlich. Sie ist nur für die Azimutführung geeignet. Es wird nur das Verhältnis der Aufschaltverstärkungen oder -koeffizienten verändert. Es wird aber kein Signal erzeugt, das etwa eindeutig vom Abstand (in Metern) von der Leitstrahlachse abhängen würde. Die Änderung des Leitstrahl-Abweichungssignals gibt keinen Aufschluß darüber, ob das Flugzeug mit dem richtigen Kurs, also parallel zur Leitstrahlachse, aber im Abstand von dieser in geringem Abstand vom Leitstrahlsender oder mit stärkerem Kursfehler in großem Abstand vom Leitstrahlsender fliegt.

Eine Verstärkungsregelung in Abhängigkeit von der Änderung des Leitstrahl-Abweichungssignals ist außerdem kompliziert und unsicher.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs I so auszubilden, daß das auf die Anzeige- oder Steuervorrichtung gegebene Signal von der wegmäßigen Abweichung des Flugzeugs von der Leitstrahlachse abhängt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Durch Multiplikation der Winkelablage mit der nichtmodifizierten Schrägentfernung ergibt sich die Höhcnablage bzw. die wegniäßige Seitenablage, und zwar unabhängig von der Schrägentfernung vom Leitstrahlsender und geflogener Flugbahn.

Das Instrument für die Flugbahnführung hat auf diese Weise während des gesamten Landeanfluges die gleiche Empfindlichkeit für wegmäßige Abweichungen von der kommandierten Flugbahn, so daß das Flugzeug mit gleichbleibender Genauigkeit und ohne die Gefahr einer Instabilität auf der kommandierten Flugbahn gehalten werden kann. Wie noch geschildert wird, kann es wünschenswert sein, die Empfindlichkeit des Instruments gegen wegmäßige Ablagen von der kommandierten Flugbahn nicht über den gesamten Gleitpfad konstant zu halten, sondern nach einer gewünschten Funktion von der Schrägentfernung zu verändern. Das kann dadurch geschehen, daß die Ablagesignale mit einer geeigneten Funktion der Schrägentfernung multipliziert werden.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Verwendung mit einer Funkleitstrahl-Sendeanordnung, bei welcher ein erster Funkleitstrahlsender auf diesen bezogene Azimut- und Schrägabstandssignale liefert und ein in einem vorgegebenen Abstand davon angeordneter zweiter Sender ein auf den letzteren bezogenes Elevationssignal. kann in der Weise aufgebaut sein, daß der Rechner einen ersten und einen zweiten Funktionsgeber enthält, von denen der erste von dem Schrägentfernungssignal und der zweite von einem Signal beaufschlagt ist, welches proportional zu der Differenz der Schrägentfernung und des besagten vorgegebenen Abstands ist, daß das Ausgangssignal des ersten Funktionsgebers zusammen mit einem Azimutwinkel-Ablagesignal einem ersten Muitiplizierglied zugeführt wird und daß das Ausgangssignal des zweiten Funktionsgebers zusammen mit einem Elevationswinkel-Ablagesignal einem zweiten Multiplizierglicd zugeführt wird. Die Ausgangssignale der beiden Muhiplizierglieder können die beiden Systeme eines Kreuzzeigerinstruments beaufschlagen. Sie können jedoch auch zur automatischen Bahnführung verwendet werden.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert:

Fig. I ist eine perspektivische Darstellung und zeigt eine Landebahn mit einer üblichen Funkleitstrahlanordnung enthaltend Elevations-Leitstrahlsender, Azimut-Leitstrahlsender und Entfernungsmeßgerät (DME);

F i g. 2 ist eine zugehörige Draufsicht und veranschaulicht die Geometrie der Azimutmessung;
to Fig.3 ist eine Seitenansicht und veranschaulicht die Geometrie der Elevationsmessung;

Fig.4 ist eine Seitenansicht und veranschaulicht die Enlfernungs-Geometrie;

F i g. 5 sind Diagramme, welche bei einer konventionellen Kreuzzeigeranzeige die dem Vollausschlag des Instruments entsprechende wegmälJige Ablage, den einer Winkelablagecinheit entsprechenden Zeigerausschlag sowie den auf wegmäßige Ablagen bezogenen Verstärkungsgrad der Anzeige als Funktion der Schrägentfernung vom Leitstrahlsender darstellen;

F ι g. 6 zeigt den zeitlichen Verlauf der Abweichungen vom Leitstrahl bei einem manuellen Anflug nach einem in konventioneller Weise von der Winkelablage beaufschlagten Kreuzzeigerinstrument;
Fig. 7 zeigt als Blockschaltbild eine Vorrichtung zur Flugbahnführung nach der Erfindung;

Fig. 8 sind Diagramme ähnlich F i g. 5 für eine — einfachste — Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 9 zeigt Diagramme ähnlich Fig. 5 für eine Ausführuiigsform der F.rfindung. bei welcher in geringem Abstand von dem Lcitstrahlsender die wegmäßigi Ablage und größerem Abstand wie bei konventionellen Geräten die Winkelablage auf das Instrument gegeben wird;

Fig. 10 zeigt Diagramme ähnlich Fig.5 für eine Ausführungsform der Erfindung, die insbesondere für die Seitenführung des fiiiczc■>.;'■—. g.-cig.ie; ist;

Fig. it zeigt Diagramme ähnlich Fig.5 für eine Ausführungsform, die insbesondere für die Höhenführung des Flugzeug« geeignet ist:

F i g. 12 zeigt Diagramme ähnlich F i g. Π.
Fig. 13 zeigt Linien konstanten Kreuzzeigerausschlages für die Höhenführung des Flugzeugs bei einer Ausführungsform der Erfindung mit Charakteristiken etwa nach Fig. 11:

Fig. 14 zeigt linien konstanten Kreuzzeigerausschlages für die SeiitiifChrung des Flugzeugs bei girier Ausführungsform der Erfindung mit Charakteristiken etwa nach Fig. 10;

Fig. 15 zeigt eine Vorderansicht eines zugehörigen Zeigerinstruments;

F i g. 16 zeigt eine mögliche Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Verhaltens nach F i g. 9.

Die Fig. I bis 4 veranschaulichen den Aufbau der Leitstrahlsenderanordnung und die geometrischen Verhältnisse. Mit 10 ist eine Landebahn bezeichnet Auf der Landebahn soll das Flugzeug in einem Punkt 12 aufsetzen. Am Ende der Landebahn ist ein Leitstrahlsender 14 angeordnet, der ein Azimut- und ein Schrägentfernungssignal liefert. Der Azimutwinkel ist dabei auf die Mittellinie 16 der Landebahn bezogen und wird im folgenden mit χ bezeichnet. Neben der Landebahn 10 befindet sich in der Höhe des Aufsetzpunktes 12 ein Leitstrahlsender 18 für die Messung des Elevationswinkels. Der Elevationswinkel wird nachstehend mit γ bezeichnet Der Abstand des Leitstrahisenders IS von dem Leitstrahlsendsr 14 ist mit R_L bezeichnet Der Azimutwinkel des kommandierten

Leitstrahls, längs dessen das Flugzeug anfliegen soll, wird mit y.l bezeichnet. Normalerweise wird y.l gleich 0 sein, α. h., das Flugzeug soll in Längsrichtung der Landebahn anfliegen. Die Schrägentfernung von dem Leitstrahlsender 14 zu dem Flugzeug ist mit R, bezeichnet. Das ist auch die Entfernung, die mit dem Entfernungsmeßge-ät (DME) gemessen wird. Die Winkelablage ist mit Ay.L und die zugehörige wegmäßige Seit6/.jblage mil dSbezeichnet. Es gilt die Beziehung

AS =■ AkJX.

Der Elevationswinkel des kommandierten Leitstrahls, längs welchen das Flugzeug geführt werden soll, ist mit γι. bezeichnet. Dieser Elevationswinkel ist auf den Aufsetzpunkt 12 als Scheitelpunkt bzw. auf den Elevations-Leitstrahlsender 18 bezogen. Bezeichnet man mit R_e die Schrägentfernung von dem Aufsetzpunkt tvw. Elevatirms-Leitstrahlsender und mit Δγι die Eievaiiuniwifikclabiagc von dem k:j:t!rü2ndier!er! Leitstrahl sowie mit Ah die ilöhenablage von dem kommandierten Leitstrahl, dann gilt

Λ Yl

Ah

R_t cos y_L

(2)

Für kleine Bahnelevationswinkel kann mit hinreichender Näherung cos y_L = J gesetzt werden. Unter den gleichen Bedingungen ergibt sich

R, = R_a-R_L.

(3)

wobei /?., mittels des Entfernungsmeßgerätes (DME) bestimmt wird.

Die in Gleichung 1 und Gleichung 2 angegebenen Winkelablagen Δν.ι. und AyL werden bei bekannten Geräten für manuelle Anflüge auf einem Kreuzzeigerinstrument linear angezeigt. Ein solches Kreuzzeigerinstrumem hat sich rechtwinklig kreuzende Zeiger, die jeder von einem System nach Maßgabe der Azimutbzw. Eievationswinkelablage ausgelenkt werden. Der Pilot muß das Flugzeug so führen, daß die Zeiger sich ständig in der Mitte des Instruments kreuzen. Bei den bekannten Geräten ergibt sich das Problem, die Anzeigeempfindlichkeilen geeignet zu wählen, d. h. zu bestimmen, welcher Winkelablage ein Vollausschlag des Kreuzzeigerinstrumentes entspricht. Eine große Empfindlichkeit erhöht zwar die Genauigkeit des Anflugs, führt aber zu Instabilität der Flugbahnbewegungen. Als Kompromiß zwischen Stabilität und Genauigkeit hat sich bei konventionellen ILS-Anflügen eine konstante Anzeigeempfindlichkeit im Azimut von As= ±2.5° Winkelablage pro Kreuzzeigervollausschlag und in der Elevation von A_H = ±03° Winkelablage pro Kreuzzeigervollausschlag erwiesen.

Die dabei auftretenden Verhältnisse sind in F i g. 5 in Diagrammen dargestellt.

Das obere Diagramm in F i g. 5 zeigt die Abhängigkeit von der Schrägentferoung die wegmäßige Ablage ASe vom >.·. "-trahl. die einen Vollausschlag des Kreuzzeigerinstrumenw,.... ■ rrvft Bei der Azimutwinkelablage Axl entspricht die Entfernung R, der Entfernung vom Leitstrahlsender 14 (Fig. 1), während im Falle der Eievationswinkelablage AyL die Entfernung von dem Leitstrahlsender 18 maßgebend ist Es zeigt sich, daß die zu einem Vollausschlag des Instrumente führende wegmäßige Ablage vom Leitstrahl um so geringer wird, je näher das Flugzeug an den Leitstrahlsender herankommt, je kleiner also R wird. Das mittlere Diagramm in Fig.5 zeigt die auf den Ablagewinkel bezogene Anzeigeempfindlichkeit des Kreuzzeigerinstruments, die entfernungsunabhängig konstant ist. Das untere Diagramm zeigt die auf die Wegablage bezogene Anzeigeempfindlichkeit V. d. h. der Ausschlag des Kreuzzeigerinstruments pro Wegeinheit Ablage vom Leitstrahl. Es zeigt sich, daß diese auf die wegmäßige Ablage vom Leitstrahl bezogene Anzeigeempfindlichkeit nach einem—-Gesetz ändert,

also mit abnehmender Entfernung vom Leitstrahlsender sehr stark zunimmt, wobei natürlich schließlich das Instrument schon bei kleinen Leitstrahlablagen an den

!5 Anschlag gelangt.

Es hat sich gezeigt, daß mit einer solchen Charakteristik der Anzeige eine stabile Leitstrahlführung bei manuellem Anflug nur bis herab zu einer bestimmten Mindestentfernung vom Leitstrahlsender möglich ist.

Bei mittlerer Röigkeit liegt diese Entfernung etwa bei 5000 Metern F i g. 6 zeigt ein Diagramm, welches die Abweichungen vom Leitstrahl bei einem manuellen Anflug bei Annäherung an den Leitstrahlsender verdeutlicht. Es zeigt sich, daß von einem bestimmten Punkt an das Flugzeug wegen der zu hoch werdenden Empfindlichkeit der Anzeige nicht mehr stabil auf dem Leitstrahl gehalten werden kann.
F i g. 7 zeigt eine erfindungsgemäße Einrichtung.
Mit 20 ist ein Bordgerät bezeichnet, welches in bekannter Weise z. B. aus einem SETAC-Leitstrahl die Schrägentfernung R₁ von dem Azimut-Leitstrahlsender 14, die Azimutwinkelablage Ay.i. und die Eievationswinkelablage Δγι. und die Entfernung der beiden Sender Rl liefert. Bei Leitstrahlsystemen, die kein /?/.-Signal liefern, muß dieser für den jeweiligen Landeplatz bekannte Wert vom Piloten manuell eingegeben werden. Das /?_a-Signal von dem Bordgerät 20 wird auf einen ersten Funktionsgeber 22 gegeben, der ein Ausgangssignal an einem Ausgang 24 als Funktion der

*o angegebenen Schrägentfernung liefert. Dieses Ausgangssignal am Ausgang 2.4 wird zusammen mit dem Ay.L-S\gna\ von dem Bordgerät 20 einem Multiplizierglied 26 zugeführt. Der Ausgang 28 des Multipliziergliedes 26 ist auf ein System des Kreuzzeigerinstrumentes

*5 30 geschaltet. Ein zweiter Funktionsgeber 32 wird von der Differenz R₁- R_L beaufschlagt, welche näherungsweise der Schrägentfernung /?<· von dem Elevations-Leitstrahlsender 18 entspricht. Der Funktionsgeber 32 liefert an einem Ausgang 34 ein Signal als Funktion des angegebenen Differenzsignals. Das Ausgangssignal von dem Ausgang 34 wird zusammen mit dem <4}Y-Signal von dem Bordgerät 20 einem Multiplizierglied 36 zugeführt. Der Ausgang 38 des Multipliziergliedes 36 ist auf das zweite System des Kreuzzeigerinstruments 30 geschaltet. Das Kreuzzeigerinstrument bzw. der Autopilot 30 ist somit von Signalen beaufschlagt, die proportional zu den Winkelabweichungssignalen aber multipliziert mit einer Funktion der Schrägentfernung sind.

Die Funktionen von der Schrägentfernung, die in den Funktionsgebern 22 und 32 vorgegeben werden, richten sich nach dem jeweils gewünschten Führungsverhalten. Die Fig.8 bis 12 zeigen verschiedene Beispiele, und zwar in Diagrammen ähnlich den Diagrammen von Fig.5. Dabei entspricht das mittlere Diagramm der durch den jeweiligen Funktionsgeber 22 bzw. 32 übertragenen Funktion. Das obere Diagramm veranschaulicht die Form der »Kurven gleichen Zeigeraus-

Schlags«, d. h. der wegmäbigen Ablagen vom Leitstrahl, die den gleichen, z. B. den maximalen Ausschlag des Zeigers am Kreuzzeigerinstrument 30 hervorrufen sh Funktion wieder des Schrägabstands. Das untere Diagramm zeigt demgegenüber die Anzeigeempfindlichkeit des Kreuzzeigerinstruments 30 für wegmäßige Ablagen vom Leitstrahl.

Bei der Auslegung von F i g. 8 wird die Winkelablage mit einer Funktion multipliziert, die direkt proportional der Schrägentfenrung R ist, d. h., die auf den Winkel bezogene Anzeigeempfindlichkeit wächst proportional mit dem Abstand vom Leitstrahlsender. Wegen Cylcichung (I) bleibt dabei die dem maximalen Instrumentenausschlag entsprechende wegmäßige Ablage vom Leitstrahl konstani. Ebenso bleibt konstant die Anzeigeempfindlichkeit des Kreuzzeigerinstruments für solche wegmäßigen Ablagen. Bezieht man dies beispielsweise auf die Höhenführung des Flugzeuges, so bedeutet dies, daß unmittelbar die Höhenablage des Flugzeugs vom Leitstrahl gemessen wird. Der Pilot kann daher das Flugzeug bis zur Landung mit einer bestimmten Genauigkeit der Höhenführung auf dem Leitstrahl halten. Ein solches Verhalten der Vorrichtung für die Flugbahnführung ist besonders vorteilhaft in der Nähe des Leitstrahlsenders. In größeren Entfernungen vom Leitstrahlsender könnte ein solches Verhalten unpraktisch sein, weil es den Piloten veranlaßt, das Flugzeug auch in größeren Entfernungen unnötig genau auf dem kommandierten Leitstrahl zu halten. In größeren oder mittleren Entfernungen vom Leitstrahlsender empfiehlt e«; sich daher unter Umständen, die Flugbahnführung in konventioneller Weise in Abhängigkeit von der Winkelablage vorzunehmen.

Das wird erreicht, wenn die Charakteristiken der Vorrichtung nach Art von F i g. 9 gewählt sind. Für kleine Schrägentfernungen bis zu einer Entfernung Ro zeigt die Vorrichtung gemäß F i g. 9 das Verhalten von Fig. 8, d.h. eine konstante Anzeigeempfindlichkeit für wegmäßige Ablagen vom Leitstrahl, während für größere .Schrägentfernungen die Charakteristiken den Verlauf von F i g. 5 annehmen, d.h. eine konstante Anzeigeempfindlichkeit bezogen auf Winkclablagen liefern.

I i g. 10 veranschaulicht eine Auslegung der Vorrichtung, insbesondere des Funktionsgebers 22. die besonders für die Seitenführung des Flugzeugs geeignet ist. Das wird noch näher erläutert werden. Bei der Auslegung nach Fig. 10 ergibt sich in einem Nahbereich eine konstante Anzeigeempfindlichkeit bezogen auf wegmäßige Ablagen vom Leitstrahl. In einem mittleren Entfernungsbereich ergibt sich ein Verhallen nach F i g. 5. d.h. eine konst;;r.te A:;Zeigi'2iV.pfind!,»:hkeit bezogen aiii die Winkelablage, während bei großen Entfernungen wieder eine von der Entfernung unabhängig konstante Empfindlichkeit bezüglich wegmäßiger Ablagen erhalten wird, allerdings mit einem wesentlich geringeren Wert der Empfindlichkeit. Die Kurven konstanten Instrumentenausschlags, also die wegmäßigen Ablagen vom Leitstrahl, die einen konstanten Ausschlag des Kreuzzeigerinstruments 30 hervofrufen, in Abhängigkeit von der Entfernung R haben eine flaschenartige Gestalt.

Es kann besonders für besseres horizontales Einfädeln erwünscht sein, wenn die Empfindlichkeit, bezogen auf wegmäßige Ablagen, bei großen Entfernungen überproportional mit der Entfernung abnimmt, also für große Entfernungen auch eine Abnahme der auf die Winkelablage bezogenen Empfindlichkeit eriolgt. In einem mittleren Bereich kann mit einer konstanten Empfindlichkeit, bezogen auf die Winkelablage, geflogen werden, während bei kleinen Entfernungen wieder mit konstanter Empfindlichkeit für wegmäßige Ablagen gearbeitet wird. Die Kurven gleichen Instrumentenausschlags haben dann, wie aus Fig. Il und 12 ersichtlich ist, eine trompetenartige Gestalt. Die Fig. 11 und 12 zeigen zwei Realisierungsmöglichkeiten eines solchen Verhaltens, wobei in dem einen Fall die von dem Funktionsgeber 32 übertragene Funktion eine stetige Funktion der Entfernung R ist, während diese Funktion in dem anderen Falle aus Geraden-Stücken zusammengesetzt ist.

Fig. 13 zeigt als Beispiel Linien konstanten Kreuz-Zeigerausschlags mit einer solchen irompetenförmigen Gestalt. Eine solche Anordnung wird zweckmäßigerweise für die Höhenführung verwendet, um ein leichteres »Einfädeln« des Flugzeuges in den Leitstrahl zu ermöglichen. In einem Nahbereich α ist die Empfindlichkeit für Höhenablagen konstant. In einem bereich b wachsen die einem konstanten vorgegebenen Kreuzzeigerausschlag entsprechenden Höhenablagen proportional zur Entfernung, während in einem Bereich großer Entfernungen (c) die einem konstanten Kreuz-Zeigerausschlag entsprechenden Höhenablagen iiberproportional mit der Entfernung zunehmen.

Solche »trompetenförmigen« Linien gleichen Kreuzzeigerausschlagcs sind unter Umständen für die Seitenführung weniger gut geeignet. Für die Seitenfüh-

JO rung wird ein Verfahren benötigt, das dem Piloten angibt, wann Standardkurven mit οκ = 180 /min eingeleitet werden müssen, um den kommandierten Leitstrahl ohne einschneidende Korrekturmaßnahmen zu treffen und zu halten. Beim Fliegen mit Standardkurven gehört zu jeder Flugbahngeschwindigkeit (' ein entsprechender Kur ven radius.

-ü oder bei ω, = 180°/min

60

η ■ U

wobei U in m/sec anzugeben wäre. Mit einer Auslegung der Vorrichtung zur Flugbahnführung gemäß Fig. 10. die /u »flaschenförmigen« Linien konstanten Kreuzzeigerausschlags führt, kann das Einfliegen in den Leitstrahl folgendermaßen erfolgen:

Es wird im Bereich des Einfliegens eine konstante Anzeigeempfindlichkeit eingestellt, die gemäß F i g. 8 zu einer der seitlichen Ablage proportionalen Anzeige führt. Ist die Anzeige so justiert, daß eine wichtige Markierung des Kreuzzeigerinstruments 30. z. B. die Drei-Drittel-Markierung (siehe F i g. 15) dem Standardradius R, entspricht, so kann der Pilot bei einem Anflug senkrecht zur Landebahn dann die Standardkurve einleiten, wenn der Zeiger die Drci-Drittel-Markc erreicht. Das kann er tun unabhängig von dem genauen Abstand vom Leitstrahlsender, in welchem das Fiugzeug auf der Lf-tstrah! trifft. Nach 30 Sekunden ist der kommandierte ^! eitMrah! erreich? und die Kurve wird ausgeleitet. Es besteht folgende Beziehung zwischen der Anflugrichtung ψ und der Instrumentenanzeigemarke A_n, bei der die Standardkurve eingeleitet wird.

« j _ „ _ „„_c „·> r. _Rs (5)

Bezeichnet rnan mit Δι die Zeit nach welcher diese Standardkurve wieder ausgeleitet werden muß. so

ergibt sich folgender Zusammenhang zwischen Anflugrichtung ψ. Instrumentenanzeigemarke A_m und Zeit At, für welche die Standardkurve geflogen werden muß:

At

90°	1.000 K · R,	30.0 s
60°	0.500 K · R₁	20.0 s
45°	0.293 K · R₅	15.0 s
30°	0.135 K R,	10.0 s

Bei einen! AnHug unter 45° zur Landebahnrichtung, muß die Standardkurve bei Erreichen der Ein-Drittel-Anzeigemarke eingeleitet und nach 15 see wieder ausgeleitet werden.

Der Funktionsgeber 22 zur Erzielung eines Verhaltens entsprechend F i g. 9 kann mi

\2

Mitteln durch Begrenzung des DME-Sign^ls vom Leitstrahlempfänger realisiert werden. Eine solche Schaltung ist in F i g. 16 dargestellt.

Der Fun'i'.tionsgeber ?? enthält oinen Operationsverstärkt, 4C. an dem das DMF-Signal in Form einer Gleichspannung über einen Wirterstand 42 anliegt. Eine Gegenkopplungsschleife enthält einen Widerstand 44 sowie parallel dazu eine Diode 46. Die Diode 46 hat einen Schwellwerk d. h., sie beginnt erst oberhalb einer bestimmten angelegten Spannung zu leiien. Für !deine DME-Werte ist die Diode 46 gesperrt. Der Fi'.rktions· geber 22 überträgt das DME-Signal propotional mit einem durch die Widerstände 44 und 42 gegebenen Verstärkungsfaktor. Wenn der Grenzwert erreicht wird.

Lsi welchem die Diode 46 leitend wird, wird die Gegenkopplung über die Diode so erhöht, daß dieser Grenzwert am Ausgang gehalten wird.

Das so erhaltene Ausgangssignal (F i g. 9) wird mittels des Multipliziergliedes 26 mit der Eiev^tionswinkelab-

Hierzu 10 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Flugbahnführung nach einem Funkleitstrahl, der die Flugzeugposition relativ zu einem Leitstrahlsender nach Elevation und/oder Azimut liefert, enthaltend:

(a) einen Leitstrahlempfänger, welcher ein Signal nach Maßgabe der winkelmäßigen Ablage des Flugzeugs von einer Funkleitstrahlachse liefert,

(b) Mittel zur Veränderung der Verstärkung, mit welcher das Signal des Leitstrahlempfängers auf eine Anzeige- oder Steuervorrichtung aufgeschaltet ist, derart, daß die Verstärkung mit abnehmender Entfernung vom Leitstrahl- is sender abnimmt, und

(c) eine Meßeinrichtung zur Messung der Schrägentfernung zwischen Flugzeug und Leitstrahlsender und Erzeugung eines Schrägentfernungssignals,