DE2603546B2

DE2603546B2 - Bodennähe-Warnanordnung für Flugzeuge

Info

Publication number: DE2603546B2
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: 1979-06-13
Also published as: AU8649475A; JPS51109700A; SE429788B; US3934221A; AU504001B2; GB1498167A; SE7602210L; FR2303270B1; JPS56124013A; DE2603546A1; SE8004683L; CA1071740A; GB1498166A; FR2303270A1; IT1057303B; JPS5740444B2; DE2603546C3; JPS5739365B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Bodennähe-Warnanordnung für Flugzeuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

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 Radarhöhenmesser abgeleitetes Radar-Höhenänderungssignal verwendet wird, das die zeitliche Änderung der Flugzeug-Höhe über dem Boden (auch Höhenänderungsgeschwindigkeit genannt) darstellt, to 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 Maximaiwert 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 Gefalle (d. h. ein Gelände, dessen Abstand zum beispielsweise horizontal fliegenden Flugzeug ständig zunimmt) cm (Tiefpaß-)Komp!ementärfilter 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 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 Stei<jungen 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 Störwarnunge.'i zu verringern.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Bodennähe-Warnanordnung in ihrem Zeitverhalten zu verbessern, also zwar einerseits die Empfindlichkeit zu steigern, um bei Überfliegen von GeSnnde mit negativer Steigung 5u verursachte Verzögerungen zu vermeiden, jedoch andererseits die Anzahl vor. 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 Oberlagerung 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 Ausführungsbei- spiels, näher erläutert.

Die bevorzugte Bodcrnähe-Warnanordnung erhält Eingangssignale aus einem Radarhöhenmesser und aus einem Luftdruckhöhenmesser. Beide Eingangssignale werden differenziert, so daß ein Radar-Höhenänderungssignai sowie ein Luftdruck-Höhenänderungssigna! erzeugt werden. Das Radar-Höhenänderungssignal wird vor dem Einspeisen in einen Tiefpaßfilterteil eines Komplementärfilters durch einen Höhenänderungssignal-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-Kennlinie bzw. -Hüllkurve beschreibt die Erzeugung eines Warnsignals, das bei einer bestimmten Kombination zwisdien der BodenannäherunRsgeschwindigkeit und der Bodenhöhe erzeugt wii'ta. Je größer die Bodenhöhe ist um so größer muß die Bodenannäherungsgeschwindigkeit sein, damit ein Warnsignal ausgelöst werden kann.

Wie 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 Worten: Der Absolutwert der durch eine negative Steigung erzeugten maximal zulässigen Amplitude des Radar-Höhenänderungssignals 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 Warnsignals infolge negativer Steigungen nur bei verhältnismäßig hohen Geschwindigkeiten des Flugzeugs ein nennenswertes Problem darstellt ist vorzugsweise eine Einrichtung vorgesehen, die die Arbeitsweise des Höhenänderungssignal· Begrenzers durch Verringerung der Vorspannung und durch Abschwächung der unsymmetrischen Signalbegrenzung ändert, wenn sich das Flugzeug mit niedriger Geschwindigkeit bewegt Diese Betriebsumschaltung wird dadurch erreicht daß der Begrenzer auf Signale anspricht, ^ie anzeigen, ob die Landeklappen des Flugzeugs oben oder unten sind.

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

Bodenannäherungsgeschwindigkeit erhöht. Oberhalb einer vorbestimmten Höhe kann also die Amplitude des über den Begrenzer übertragenen Radar-Höhenänderungssignals 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. Fehlwarnungen 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 Verfügung zu stellen. Ferner wird vorzugsweise eine auf die Stellung der Landeklappen des Flugzeugs ansprechende Schaltungsanordnung angewendet, die die Kennlinie des Begrenzers derart ändert, daß Wam-Parameter berücksichtigt werden, die bei niedriger Flugzeuggeschwindigkeit den Betriebszustand genauer wiedergeben.

Die Erfindung wird nun an Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild der Bodennähe-Warnanordnung.

Fig. 2 eine durch die Schaltungsanordnung nach Fig. I 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.

Fig.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-Höhenänderungssignal genannt wird. Das Ausgangssignal des Begrenzers 10, H_RL. wird als eines der Eingangssignale eines Komplementärfilters 12 verwen-

det. Ein anderes Eingangssignal des Komplementärfilters 12 ist ein Signal Λ'«, das die zeitliche Änderung der Luftdruckhöhe des Flugzeugs (kurz Luftdruck-Höhenänderungssignal genannt) darstellt. Das Komplementärfilter 12 filtert die hochfrequenten Anteile des Signals Hrl und die niederfrequenten Anteile des Signals Me aus und erzeugt aus den gefilterten Signalen ein kombiniertes Signal nc. Das Signal Hc wird in einem Addierer 14 mit einem Signal verknüpft das eine zeitliche Änderung der Radarhöhe von 2000ft/min bzw. 610 m/min darstellt. Das überlagerte /if-Signal 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 Iir eingespeist, das die Höhe des Flugzeugs über dem Boden (kurz Bodenhöhe genannt) darstellt. Das Ausgangssignal des Addierers 18 wird dann in einen Vergleicher 20 eingespeist, der ein Warnsignal immer dann erzeugt, wenn das Ausgangssignal 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 Fig. 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 Hc 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 Fig. 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 Hrl weiter begrenzt so daß die Maximalhöhe, bei der ein Warnsignal erzeugt werden kann, ungefähr 789 ft bzw. 240 rn beträgt Der Betriebszustand »Landeklappen unten« der Bodennähe-Warnanordnung ist in F i g. 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 wird.

Ein erstes Ausführungsbeispiel eines verbesserten Begrenzers ist in F i g. 3 dargestellt Das Signal Kr 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 Diodew 50 und 52, daß ein Feldeffekttransistor 54 eingeschaltet und ein Feldeffekttransistor 56 ausgeschaltet wird. Durch das Einschalten des Feldeffekttransistors 54 wird das positive Ausgangssignal Hri. des Brückengleichrichters 34 auf eine Amplitude begrenzt, die einer Kurve 58 auf der in Fig. 4 gezeigten Arbeitskennlinie entspricht, d. h. das Signal Hri wird auf lOOOft/min bzw. 305 m/min begrenzt. Die zulässige maximale Amplitude des negativen Ausgangssignals Hri. des Brückenglcichrichters 14 ist dafür wegen einer Diode 60 wesentlich größer. Diese negative Begrenzung isi in F i g. 4 uuicl'i eifie Küi'vc S2 uäigcSiciii Und entspricht einer Sinkgeschwindigkeit von näherungsweise 3900 ft/min bzw. 1190 m/min. Wenn also die Landeklappen oben sind und somit der Feldeffekttransistor 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 ,zw. »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 Hri des Brückengleichrichters 34 auf Werte begrenzt werden, die näherungsweise 3000 ft/min bzw. 915 m/min entsprechen.

Zusätzlich zur eben beschriebenen unsymmetrischen Kennlinie des Begrenzers weist dieses Ausführungsbeispiel 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 »harte« Begrenzung für das Signal Hrl besteht. Die Schaltung 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 Rr 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 Bodennäherungsgeschwindigkeiten eine größere Warnzeit bzw. -dauer erhält.

F i g. 3 weist ferner einen Feldeffekttransistor 82 auf, der die Zeitkonstante des Komplementärfilters 12 abhängig von der Stellung des Flugzeug-Fahrwerks

ίο ändert. Der aktive Teil des Komplementärfilters 12 wird durch einen Operationsverstärker 84 zusammen mit einem Gegcnkopplungswiderstand 86 gebildet. Die Signale Hri. und Hb werden verknüpft (wobei Hb durch einen Kondensator 88 geschickt wird) und in den positiven Eingang des Operationsverstärkers 84 eingespeist. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 84 ist also das Signal Hc, das in den Addierer 14 nach Fig. I eingespeist wird.

Lfic ünSyiVMMcinSCMC rvcnrnifüc u65 ucgrcnZcrS iu 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 Alisführungsbeispiel 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 Höhenänderungssignal 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

so zwischen !500 und !800 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 F i g. 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.

Die Reaktionen der Schaltungsanordnungen nach Fig. 3 und 5 sind anhand des in Fig. 7 dargestellten Flugprofils näher erläutert. Die vertikale Achse in F i g. 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

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Signal Λ« aus dem Radarhöhenmesser des Flugzeugs gespeist, wobei diu 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- oder Steiggeschwindigkeit des Flugzeugs gegenüber dem Boden darstellt. Wie in der Schaltungsanordnung nach Fi g. 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 F i g. 3. indem er zusammen mit dem Brückengleichrichter die Ausgangsspannung des Brückengleichrichters 34 begrenzt. V/ie in Fig. 3 wird das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 32 durch die Rückkopplungsschaltung 44 aus dem Widerstand und einem Kondensa tor 108 geregelt. Ein strichliniert umrahmtes Überlage- π in cTCCTiip/i I1O rii#*nl 7Ur K r^pinrtintr πργ vnrtiPinanntpn

bewegt. Anhand des Geländcprofils nach F i g. 7 soll die Arbeitsweise dor Warnanorclnung 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 Schaltungsanordnung nach F i g. 3 dar, und Balken 96 und 98 bezeichnen die durch die Schaltungsanordnung nach Fig. 5 erzeugten Warnzeiten. Der Balken 98 gilt für die Schaltung nach Fig. 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 % 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 Warnatiordnung (dargestellt durch den Balken 94) sowie die Schaltung nach Fig. 3 «o (dargestellt durch den Balken 95) nicht schnell genug zur Erzeugung eines Warnsig-.ils 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 i s vor eier bekannten Warnanordnung (vgl. Balken 94) oder der Warnar.ordnung nach so Fig.3 (vgl. Balken 95) an. Es ist ersichtlich, daß dieser uiiierschied 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 unendlich große Anzahl verschiedener Betriebsbedingungen ergeben, doch gibt die Darstellung nach F i g. 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 "or der Bodenberührung ein kurzes Warnsignal erzeugt.

Die Schaltungsanordnung nach F i g. 5 wird durch das bzw. verschobenen bzw. überlagerten unsymmetrischen Arbeitskennlinie nach F i g. 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. Uberlagerungsspannung eingespeist wird, die 3000 ft/min bzw. 915 m/min annähert. Dadurch ergibt sich eine in F i g. 6 durch eine Kurve 120 dargestellte Arbeitskennlinie, wobei die obere Grenze des Signals Hm 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 Überisgerungsspannung des Signals Hr verringert. Die »Landeklappen unten«-Arbeitskennlinie ist in Fig.6 durch Kurventeile 124 dargestellt, bei denen das Signal Hrl auf 1000 und 3000 ft/min bzw. jO5 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 wertvoii, da dadurch die Anzahl der Störwarnungcn 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«-Wambetriebsart 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 v->rspannung 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 ibs Operationsverstärkers 32 eine Vorspannung angelegt wird, muß diese Vorspannung nach geeigneter Begrenzung des Höhenänderungssignals ßm wieder weggenommen werden, damit die Warnanordnung einwandfrei arbeiten kann. Durch Einspeisen der Vorspannung aus dem Überlagerungsglied 110 über den Widerstand 126 in den negativen Eingang des Skalierglieds 16 wird die Vorspannung aus dem Signal h_c derart entfernt, daß dieses geeignet skaliert und im Vergleicher 20 mit dem Signal Λ« verknüpft werden kann.

Zur Erzeugung der durch clio Kurven 80 und 90 in F i g. 2 gezeichneten weichen und harten Begrenzungen ist in F i g. 5 eine strichliniert umrahmte Schaltung 128 vorgesehen. Diese Schaltung soll das Ausgangssignal η des Begrenzers abhängig von einem ansteigenden Höhenänderungssignal erhöhen, bis ein vorbestimmtes Höhenänderungssignal erreicht ist, bei dem die harte teiler erzeugte Spannung zu übersteigen. 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 80 nach Fig. 2 und einem Kurvenabschnitt 146 der Arbeitskennlinie nach F i g. 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 150 und der Widerstand 38 zwischen der negativen Spannungsquelle 42 und dem Diodengleichrichter 34 parallel geschaltet. Der Transistor 150 spricht auch auf das Landeklappcnsignal 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 3fl ist, kann der Begrenzer durch Öffnen des Transistors 150 mehr Strom erzeugen, so daß die Begrenzung eines

Anccrnncrccicrnalc prhrthl u/irrt Dac mavimalo Διιςσηησς-

die strichliniert umrahmte Schaltung 128 einen Gegenkoppliingskre. ■ 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 schließ' 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 Spannungssignal 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 F i g. 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 Zeichnuncen

Claims

Patentansprüche:

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

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

mit einem dem Begrenzer über ein Filter zur Filterung von Anteilen des Höhenänderungssignals nacbgeschalteten Vergleicher, dessen anderer Ein- ι ο gang dem Flugzeug-Höhenmesser nachgeschaltet ist,

um bei Über-Bodennäherungsgeschwindigkeit des Flugzeugs ein Warnsignal abzugeben, dadurch gekennzeichnet, is

daß der Begrenzer (10) eine unsymmetrische Kennlinie (F i g. 4,6) der Art aufweist, daß der Absolutwert, der bei Höhenzunahme erzeugten maximal zulässigen Amplitude des Höhenänderungssignals (Hr, Hb) gegenüber dem Abso- Iutwert der hei Höhenabnahme erzeugten maximal zulässigen Amplitude verringert ist

2. Warnanordnung na.ch Anspruch 1, gekennzeichnet durch

ein mit dem Eingang des Begrenzers (10) verbündenes Überlagerungsglied zum Überlagern des Höhenänderungssignals (Hr, Hb) »it einem Überlagerungssignal,

um Verzögerungen in der Erzeugung des Warnsignals durch das bei Höhenzunahme erzeugte Höhenänderungssignal zu vermeiden.

3. Warnanoi Jnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch

ein Sperrglied zum Entfernen des Überlagerungssignals aus dem begrenzte» Hol· wänderungssignnl 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 Höhenänderungssignals (Hr, Hb) in Abhängigkeit von dessen Polarität (F i g. 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) hai, das selektiv bewirkt, daß die Begrenzung des Höhenänderungssignals symmetrisch zu dessen Polarität erfolgt (F i g. 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, daß die Flugkonfigurationseinheit ein an das Überlagerungsglied (110) angeschlossener Schalter ist. der das Überlagerungssignal aus dem Höhenänderungssignal 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

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 nachgeschalteten Brückengleichrichter (34), an den das Überlagerungsglied 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 (Ϊ10) eine an den Eingang des Operationsverstärkers (32) angeschlossene SpannungLquelle (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 Überlagerungsgiied (110) und den Begrenzer (34) angeschlossenes Steuerglied (16) zur Entfernung des Überlagerungssignals aus dem Höhcnänderungssignal (Hr, h_B){F i g. 1,5).

14. Warnanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,

daß das Filter zwischen dem Begrenzer (34) und dem Skalierglied (16) geschaltet ist (F i 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 Komplementärfilter zur Filterung von Anteilen des Luftdruck- und Radar-Höhenänderungssignals ist, dadurch gekennzeichnet,

daß der Begrenzer (10) nur mit dem Radar-Höhenänderungssignal (Hr)beaufschlagt ist (F i g. 1).