1 IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007 Instrumentenkunde.
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1IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
2IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Einteilung
Höhenmesser
Fahrtmesser
Variometer
Kompass
Kreiselinstrumente
Kurskreisel
Künstlicher Horizont
Wendezeiger
Triebwerküberwachungsinstrumente
GPS
FLARM
Gliederung
3IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Einteilung
Barometrische Instrumente – Auswertung des Luftdrucks – Höhenmesser, Fahrtmesser, Variometer
Magnetische Instrumente – Auswertung des Erdmagnetfelds – Magnetkompass
Trägheitsinstrumente – Auswertung des Trägheitsmoments – Wendezeiger, künstlicher Horizont, Kreiselkompass
Funkinstrumente – Auswertung der Laufzeit von Funkwellen (wird hier nicht behandelt) – Funkhöhenmesser, Radar, Navigation (wird hier nicht behandelt) – GPS
4IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Zur Mindestausrüstung zählen die Flugüberwachungsinstrumente Höhenmesser und Fahrtmesser
Wolkenflug mit Segelflugzeugen ist, entsprechende Berechtigung und Freigabe vorausgesetzt, zulässig mit: Fahrtmesser, Höhenmesser, Wendezeiger mit Libelle, Magnetkompass, Vario
Ausrüstung
5IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Einteilung
Höhenmesser
Fahrtmesser
Variometer
Kompass
Kreiselinstrumente
Kurskreisel
Künstlicher Horizont
Wendezeiger
Triebwerküberwachungsinstrumente
GPS
FLARM
Gliederung
6IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Höhenmesser
Methoden zur Bestimmung der Flughöhe:
Barometer: Der Luftdruck wird gemessen. Aus der gesetzmäßigen Abnahme des Luftdrucks mit der Höhe ergibt sich die Flughöhe
Echolot: Die Laufzeit von Schallwellen wird gemessen. Nicht gebräuchlich in der Luftfahrt.
Funkhöhenmesser: Die Laufzeit von Funkwellen wird gemessen.
GPS: Genau aber nicht 100%ig zuverlässig.
7IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Barometrische Höhenformel
Der Luftdruck nimmt exponentiell mit der Höhe ab.
p(h) = p0 exp (-0 g h / p0) (*)
mit p0 = 1013,25 hPa0 = 1,293 kg/m3
g = 9,81 m/s2
(*) wenn h < 100 km und T = 0°C
Merke:Der Luftdruck halbiert sich ungefähr alle 5,5 km
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
0 2000 4000 6000 8000 10000
Höhe [m]
Dru
ck [
hP
a]
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
8IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Die ”barometrische Höhenstufe” ist derjenige Höhenunterschied, bei dem der Druckunterschied 1 hPa beträgt.
NN 8 m/hPa1000 m 9 m/hPa2000 m 10 m/hPa3000 m 11 m/hPa5000 m 14 m/hPa9000 m 25 m/hPa
Für überschlägige Berechnung kann die barometrische Höhenstufe innerhalb eines Höhenbandes von 1000m als konstant angenommen werden.
Barometrische Höhenstufe
9IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Wenn man von einem Luftdruck auf eine Höhe schließen will, so muss man den aktuellen Zustand der Atmosphäre kennen und das Barometer muss auf einen Standard kalibriert sein. Auch alle anderen luftdruckbasierten Instrumente werden darauf kalibriert.
Ist die Atmosphäre gerade nicht im ”Normzustand” (also fast immer), so zeigen die Instrumente falsch an. Es sei denn, sie wurden aufwändig kompensiert.
Standardatmosphäre
10IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Standardatmosphäre
Luftdruck in NN 1013,25 hPaTemperatur in NN + 15 °CLuftfeuchtigkeit 0 %Luftdichte in NN 1,226 kg/m3
Temperaturgradient bis 11 km -0,65 K/100mStratosphärentemperatur -56,5 °CHöhe der Stratosphäre 11 km
11IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Bauprinzip des Höhenmessers
Die geschlossene Dose ist luftleer. Der Atmosphärendruck lastet auf ihr und versucht sie einzudellen. Die Feder wirkt dem Luftdruck entgegen. Im Kräftegleichgewicht ergibt sich eine dem Luftdruck entsprechende Verformung, die auf die Zeiger übertragen wird.
Die Temperaturkompensation wirkt der Verformung durch die Umgebungstemperatur entgegen. Dadurch wird nicht eine Abweichnung von der Standard-atmosphäre ausgeglichen!
Für größere Empfindlichkeit können mehrere Dosen in Reihe geschaltet werden.
Bildquelle: Hesse 2 - Bordinstrumente
01000
12IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Aneroid-dosen
Barograph
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Instrumentenkunde
Druck der Bezugshöhe(QNH, QFE, ...)
Einstellknopf für Bezugsdruck
100m-Zeiger
1000m-Zeiger
Höhenmesser
14IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
stat. Druck(im gesamten Innenraum)
Aneroiddosen, Reihenschaltung
Masseausgleich
Höhenmesser
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Instrumentenkunde
Höhenmessereinstellung
Angezeigt wird die Höhe über derjenigen Fläche, deren Luftdruck auf der Druckskala eingestellt wurde.
Die Höhe über Grund kann nicht direkt abgelesen werden, wenn
der Flugzeugführer nicht weiß, wie hoch die Bezugsfläche ist
der Atmosphärenzustand nicht den Normbedingungen entspricht
die statische Druckabnahme schräg angeblasen wird
das Drucksystem undicht ist
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Instrumentenkunde
Höhenmessereinstellungen
Beim Höhenmesser muß in der Druckskala das Bezugsniveau eingestellt werden. Je nach Einstellung ergeben sich unterschiedliche Anzeigen.
Achtung: Das Wetter ändert sich und damit auch Luftdruck und angezeigte Höhe. Auch bei unveränderter wahrer Flughöhe!
QFE
QNH
QFF
QNE
aktueller Luftdruck am Platz Höhe über dem Platz
aktueller, mit Hilfe der Standardatmosphäre auf NN umgerechneter Luftdruck
Höhe über MSL bei Normbedingungen
aktueller, mit Hilfe der realen Wetterbedingungen vor Ort auf NN umgerechneter Luftdruck
Höhe über MSL für diesen einen Ort bei diesem Wetter. Zum Vergleich von Druckwerten in Wetterkarten
1013,25 hPa Druckhöhe (pressure altitude). Höhe über der 1013,25hPa-Druckfläche
Kürzel Eingestellt wird Angezeigt wird
17IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Standardeinstellung
Bei Überlandflügen über 5000 ft MSL oder 2000 ft GND (es gilt der größere Wert) muß der Höhenmesser auf 1013,2 hPA eingestellt werden.
Nachteil Der Höhenmesser zeigt wahrscheinlich weder die Höhe über MSL noch die Höhe über dem Platz.
Vorteil Da alle mit der gleichen Einstellung fliegen, machen auch alle den gleichen Fehler. Erst dadurch können Flugzeuge vernünftig in der Höhe gestaffelt werden.
Anmerkung: Zur Landung wieder auf QNH stellen!
18IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Druckhöhe (pressure altitude)Die Höhe über der Standarddruckfläche 1013,2hPa.
Dichtehöhe (density altitude)Die Höhe in der Standardatmosphäre, die der in der Flughöhe herrschenden Luftdichte entspricht. Die Dichtehöhe wird in Warmluft größer als die Druckhöhe.
Elevation (ELEV)Die Flugplatzhöhe über MSL. Höhenmessereinstellung: QNH.
AltitudeDie Flughöhe über MSL. Höhenmessereinstellung: QNH.
HeightDie Flughöhe über Grund. Höhenmessereinstellung: QFE.
Höhenbegriffe
19IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Flugfläche (flight level)Die Flughöhe über der 1013,2hP-Druckfläche. Höhenmessereinstellung: QNE.
Übergangshöhe (transition altitude)Höhe, in und unterhalb derer der Höhenmesser auf QNH gestellt wird.
Übergangsfläche (transition level)Festgelegte erste nutzbare Flugfläche, die mindestens 1000ft oberhalb der Übergangshöhe von 5000ft MSL liegt.
Höhenbegriffe
20IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Systematische Fehler – falsche Kalibrierung – schlechte Temperaturkompensation – Hysterese: Die Nadel bleibt trotz Höhenänderung auf dem alten Wert hängen und geht wenn die Höhendifferenz groß genug wird ruckartig auf den neuen Wert (anklopfen hilft). – falsche Druckabnahme – falsche Fluglage (Schieben)
Meteorologische Fehler – gegenwärtige Luftschichtung entspricht nicht der Standardatmosphäre
Zulässige Toleranz am Boden: 50 ft pro 1000 ft Höhe: 10 ft Hysterese: 75 ft
Instrumentenkunde
Anzeigefehler
kein PPL-C-Prüfungsstoff
21IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Fliegen in kalter Luft (1)
Bei zu kalter Luft zeigt der Höhenmesser zu viel an.
Pro 2,8 °C von der angezeigten Höhe 1 % abziehen.
Merkregeln
Von warm nach kalt wird man nicht alt!
Im Winter sind die Berge höher.
22IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Fliegen in kalter Luft (2)
Bei zu kalter Luft zeigt der Höhenmesser zu viel an.
23IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Fliegen in niedrigen Luftdruck (1)
Merkregel
Vom Hoch ins Tief geht schief.
Besondere Gefahr droht, wenn man aus einem Gebiet höheren Luftdrucks in ein Gebiet niederen Luftdrucks einfliegt.
Bei konstanter Anzeige wird die wahre Höhe kleiner, da die eingestellte Bezugsfläche nun tiefer liegt.
24IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Fliegen in niedrigen Luftdruck (2)
25IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Höhenmessereinstellungen – Beispiel
Flugplatzhöhe: 160m über dem Meer
Luftdruck am Boden: 1007hPa
Flughöhe: 1000m über Grund
1) Wie groß ist das QFE?
2) Wie groß ist das QNH?
3) In welcher Höhe befindet sich die Standarddruckfläche?
4) Welche Höhe zeigt der Höhenmesser am Boden bei Einstellung QFE, QNH, Standard?
5) Welche Höhe zeigt der Höhenmesser in der Luft bei Einstellung QFE, QNH, Standard?
26IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Höhenmessereinstellungen – Beispiel
10001007
01007
1601027
11601027
481013
10481013
MSL = 0m
1000m
GND=160mP = 1007hPa
112m, 1013hPa
Bezug
Bezug
Bezug
Bezug
QFE StandardQNH
P = 1027hPa
27IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Einteilung
Höhenmesser
Fahrtmesser
Variometer
Kompass
Kreiselinstrumente
Kurskreisel
Künstlicher Horizont
Wendezeiger
Triebwerküberwachungsinstrumente
GPS
FLARM
Gliederung
28IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Funktion des Fahrtmessers
Grundlage ist das Gesetz von Bernoulli:
”In einer stationären Strömung ist die Summe aus statischem und dynamischen Druck konstant.” (*)
*) gilt für inkompressible Strömung
Staudruck (q) + statischer Druck (p) = Gesamtdruck
0,5 v2 + g h = pgesamt
q = pgesamt – p
Es gilt also, die Differenz zwischen Gesamtdruck und statischem Druck zu messen und die Skala in km/h statt in hPa zu beschriften.
29IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Bauprinzip des Fahrtmessers
Der Gesamtdruck wölbt die offene Dose nach außen. Dem wirkt der statische Druck auf der anderen Seite entgegen.
Im Kräftegleichgewicht stellt sich eine Wölbung ein, die dem Differenzdruck (=Staudruck) entspricht.
Zulässige Toleranz: 5 kt IAS
30IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Fahrtmesser
31IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Fahrtmesser
„offene“ Dose
stat. Druck (im Gehäuse)
Gesamtdruck (in der Dose)
32IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Drucksonden (1)
Pitot-Rohr
liefert den Gesamtdruck
einfachste Ausführung: offenes Rohrende an der Rumpfspitze
für höhere Geschwindigkeiten
Statik-Sonde
liefert den statischen Druck
einfachste Ausführung: Bohrungen in der Rumpfseite
33IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Drucksonden (2)
Prandtl-Staurohr
liefert statischen und Gesamtdruck
Kombination aus statischer Sonde und Pitot-Rohr.
Venturi-Düse
liefert statischen und Gesamtdruck
Gesamtdruck wird kleiner mit größerer Geschwindigkeit
Verwendung im niedrigen Geschwindigkeitsbereich (K8 etc.)
34IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Anzeigefehler
Lage Das Flugzeug befindet sich nicht in Normalfluglage (schiebt). Sowohl Staurohr als auch die Abnahme für den statische Druck werden schräg angeblasen. Die Anzeige kann bis zur Unkenntlichkeit verfälscht sein (z. B. im Slip).
Einbaufehler Die Druckverhältnisse sind nicht an jeder Stelle des Flugzeugs ideal. Je nach Position der Sonden zeigt der Fahrtmesser zu viel oder zu wenig,
Höhe Der Fahrtmesser ist auf NN kalibriert. Pro 1000 m über NN müssen 6% zum Anzeigewert addiert werden.
Temperatur Bei hohen Temperaturen zeigt der Fahrtmesser zu niedrige Werte an (man fliegt schneller als angezeigt).
35IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Fahrtmessermarkierungen
Normaler Betriebsbereich (grün)
Klappen erlaubt (weiß)
Min. Landeanflug-geschwindigkeit
Höchstzulässige Geschwindigkeit
Vorsichtsbereich (gelb)
36IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Fahrtmessermarkierungen
VA Höchstgeschwindigkeit bei starker Turbulenz = ManövergeschwindigkeitVFE Höchstgeschwindigkeit bei ausgefahrenen LandeklappenVLE Höchstgeschwindigkeit bei ausgefahrenem FahrwerkVLO Höchstgeschwindigkeit um Fahrwerk ein-/auszufahrenVNE Höchstgeschwindigkeit in ruhiger LuftVSO Überziehgeschwindigkeit bei max. Gewicht im Leerlauf, Landekonfiguration.VS1 Überziehgeschwindigkeit im Leerlauf ohne Landeklappen bei max. Gewicht.VNO höchstzulässige ReisegeschwindigkeitVMC kleinste Geschwindigkeit, bei der eine Zweimot noch steuerbar ist, wenn ein Motor ausgefallen istVX Geschwindigkeit für besten SteigwinkelVY Geschwindigkeit für bestes Steigen
VSO ...VFE Landeklappen dürfen betätigt werden weißer BogenVS1 ... VNO normaler Betriebsbereich grüner BogenVNO ...VNE Vorsichtsbereich. Darf nur in ruhiger Luft geflogen werden; gelber Bogen
keine plötzlichen und vollen Ruderausschläge.VNE Niemals überschreiten - Bruchgefahr roter Strich- Empfohlene Landeanfluggeschwindigkeit gelbes Dreieck
= Prüfungsstoff PPL-C
37IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Einteilung
Höhenmesser
Fahrtmesser
Variometer
Kompass
Kreiselinstrumente
Kurskreisel
Künstlicher Horizont
Wendezeiger
Triebwerküberwachungsinstrumente
GPS
FLARM
Gliederung
38IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Variometertypen
Das Variometer zeigt die vertikale Geschwindigkeit an. Es misst also Luftdruckänderungen.
Gebräuchliche Typen
Dosenvariometer ( = 10 ... 6 s)
Stauscheibenvariometer ( = 6 ... 2 s)
elektrische Variometer (Hitzdraht, = 0,5 ... 0 s)
elektrische Variometer (Drucksensor + Differenzierer, = 0,5 ... 0 s)
39IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Dosenvariometer
Geschlossene Dose mit Druckspeicher (Ausgleichsgefäß).
Durch die Kapillare kann sich der Druck im Ausgleichsgefäß nur langsam dem Druck im Vario-metergehäuse angleichen.
40IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Dosenvariometer, Funktion
Horizontalflug Im Variometergehäuse und im Ausgleichsgefäß herrschen der gleiche Druck. Der Zeiger steht in Mittelstellung.
Steigflug Der statische Druck wird kleiner und damit auch der Druck im Variometergehäuse. Der Druck im Ausgleichsgefäß hinkt aber nach, da der Druckausgleich nur langsam über die Kapillare (=Strömungswiderstand) erfolgen kann. Die Dose bläht sich auf und drückt die Nadel in Richtung ”Steigen”.
Sinkflug Der statische Druck wird größer als der Druck im Ausgleichsgefäß. Folglich dellt sich die Dose ein und zieht die Nadel in Richtung ”Sinken”.
41IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Stauscheibenvariometer
Durch die Differenz zwischen statischem Druck und Speicher-druck wirkt eine Kraft auf die Stau-scheibe und bewegt sie samt Zeiger. Der Druckausgleich erfolgt hier über den Luftspalt zwischen Stauscheibe und Gehäuse. Die Mittelstellung wird durch eine Spiralfeder eingestellt.
Stauscheibenvariometer sind sehr genau und werden gerne als Feinvario eingesetzt.
42IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Variometer
43IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Stauscheibenvariometer
Stauscheibe
stat. Druck
Ausgleichsgefäß
44IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
E-Variometer (Hitzdrahtprinzip)
Verbreitete Methode: Die Ge-schwindigkeit der Ausgleichsstömung wird mit temperaturempfindlichenWiderständen gemessen (Pt). Die Wide-rstände heizen sich durch ihre eigene Stromwärme auf (bis 100°C).
Durch die Ausgleichsströmung werdendie Widerstände unterschiedlich starkgekühlt. Sie verändern ihren Widerstandswertentsprechend. Das Verhältnis der beiden Widerstandswerte zueinander ist ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit und damit für Steigen bzw. Sinken.
Vorteile des E-Varios: Schnell (Millisekunden), robust und Weiterverarbeitung in einem Rechner leicht möglich.
45IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
E-Variometer mit Drucksensor
Der mikromechanische Druck-sensor bildet die Aneroiddose in Silizium nach. Die Struktur ist nur wenige Millimeter groß.
Der Luftdruck dellt den Silizium-”Deckel” ein und verformt dabei die Widerstände in dessen Oberfläche. Dadurch erfahren sie eine Widerstandsänderung, die ein Maß für den Druck ist und vom Rechner ausgewertet wird.
Die Steiggeschwindigkeit wird aus der Druckänderung zwischen zwei Messungen ermittelt.
Bemerkung: Als Höhenmesser geht das auch!
Bildquelle: Bosch
46IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Anzeigefehler Temperaturwechsel Das im Ausgleichsgefäß gespeicherte Luftvolumen ändert sich mit der Temperatur und verursacht dadurch eine Ausgleichsströmung. Dadurch wird Steigen oder Sinken vorgetäuscht. Abhilfe: Thermosflasche, möglichst noch gefüllt mit Kupferwolle um die thermische Masse zu erhöhen.
Fluglage Wenn die statischen Druckabnehmer schräg angeblasen werden (Slip, unsaubere Fluglage) verändert sich der Druck in den Statikleitungen. Das wird vom Vario als Steigen bzw Sinken interpretiert.
Knüppelthermik Das einfache Variometer zeigt die Summe aus polarem Sinken, Luft- massensinken und Steigen durch Fahrtwechsel (Energieerhaltungssatz) an. Es ist also ein ”Bruttovariometer”. Eigentlich ist das kein Fehler, jedoch nicht gut geeignet fürs Kurbeln. Hier wäre ein Variometer, welches nur das Luftmassensteigen anzeigt vorteilhafter.
47IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Nettovariometer
Das Nettovariometer zeigt nur die Luftmassenbewegung ohne polares Sinken an.
48IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Nettovariometer - Funktion
Zusätzlich zur Luftmassenbewegung zeigt das gewöhnliche Variometer auch noch das polare Sinken an, also das von der Fluggeschwindigkeit abhängige Eigensinken des Flugzeugs (brutto).
Kompensiert man den polaren Anteil, bleibt nur die Luftmassenbewegung übrig (netto).
Die Kompensation erfolgt, indem man dem Vario ein zusätzliches Steigen vortäuscht, daß genau dem Betrag des polaren Sinkens entspricht.
Nimmt beispielsweise die Fahrt zu, erhöht sich auch das Eigensinken. Wenn man nun an Punkt A den Druck fahrtabhängig erhöht, zeigt das Vario zusätzliches Steigen an (Flaschendruck > Pstat).
Den fahrtabhängigen Druck bekommt man aus Pgesamt, der ja auch den Staudruck
enthält. Mittels Kapillare wird das System auf den jeweiligen Flugzeugtyp abgestimmt.
49IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Totalenergiekompensiertes Variometer (TEK)
Das TEK-Variometer zeigt nur Änderung der Gesamtenergie an.
50IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Totalenergiekompensiertes Variometer – Anzeige
Das TEK-Vario zeigt nur Änderungen der Gesamtenergie an. Die gesamte Energie setzt sich aus der potentiellen Energie (Epot = m g h) und der kinetischen Energie (Ekin = ½ m v2) zusammen.
Bei handgemachter Thermik steigt das Flugzeug weil der Pilot am Knüppel gezogen hat. Gleichzeitig nimmt die Fahrt ab, denn man hat keine Energie gewonnen (Energieerhaltungssatz). Bei diesem Nullsummenspiel soll sich die Varioanzeige nicht verändern.
Steigt das Flugzeug durch Energiezufuhr von außen (Thermik) ändert sich die Gesamtenergie: Die Epot oder Ekin oder beide nehmen zu). Genau diese
Gesamtenergiezunahme soll das Vario anzeigen.
51IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Totalenergiekompensiertes Variometer – Funktion
Der Druck in der Kompensationsdüse beträgt Pstat abzüglich eines fahrtabhängigen Druckes (die Düse ”saugt” bei hoher Fahrt).
Bei Knüppelthermik wird Pstat kleiner (=Steigen). Gleichzeitig wird aber auch die Fahrt kleiner und damit die ”Saugkomponente”. Von Pstat wird also weniger abgezogen. Im Ergebnis bleibt der Druck, den das Vario sieht, konstant und somit die Variometeranzeige.
Wird umgekehrt gedrückt, wird Pstat größer (=Sinken). Gleichzeitig nimmt die Fahrt zu. Das bewirkt eine größere ”Saugkomponente”. Es wird also etwas mehr von Pstat abgezogen. Im Ergebnis bleibt der Druck in der Variometerzuleitung wieder konstant.
Das TEK funktioniert nur dann richtig, wenn die Düse optimal auf den jeweiligen Flugzeugtyp abgestimmt ist.
Wenn man zusätzlich noch den Gesamtdruck über eine Kapillare zwischen Vario und Ausgleichsgefäß zuführt, bekommt man ein ”Totalenergiekompensiertes Nettovariometer”.
52IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Komplettes Drucksystem
Pstat
Pgesamt
Fahrtmesser Höhenmesser Variometer
Ausgleichsgefäß
53IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Einteilung
Höhenmesser
Fahrtmesser
Variometer
Kompass
Kreiselinstrumente
Kurskreisel
Künstlicher Horizont
Wendezeiger
Triebwerküberwachungsinstrumente
GPS
FLARM
Gliederung
54IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Erdmagnetfeld
Die Erde ist von einem Magnetfeld umgeben. Ein frei beweglicher Magnet, ins Feld der Erde gebracht, stellt sich längs der Feldlinien des Erdmagnetfeldes ein. Dabei zeigt der Nordpol des Magnets nach magnetisch Nord, nicht nach geographisch Nord (*).
Der magnetische Nordpol befindet sich zur Zeit in Nordkanada, rund 2000 km vom geographischen Nordpol entfernt.
(*) Physikalisch ist das ein magnetischer Südpol
Bildquelle: Hesse 2 - Bordinstrumente
55IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Richtung des Erdmagnetfelds
In Mitteleuropa treffen die Feldlinien unter einem Winkel von 66,5° auf den Boden (Inklination). Das Feld läßt sich in eine Horizontalkomponente und eine Vertikalkomponente aufspalten. Um die Richtung von magnetisch Nord zu bestimmen wird nur die Horizontalkomponente benötigt.
H
ZT
H = T cos () 0,4 T
Z = T sin () 0,9 T ( = 66,5°)
In den Polgebieten treffen die Feldlinien senkrecht auf die Erde. Die Horizontal-komponente verschwindet, der Kompass wird unbrauchbar.
56IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Begriffe
Totalintensität T Feldstärke in Richtung der Feldlinien gemessen
Horizontalintensität H
Vertikalintensität Z
Inklination
Isoklinen
Isodynamen
Ortsmissweisung OMVariation varDeklination
Deviation dev
Isogonen
Linien gleicher Magnetkraft
Linien gleicher Inklination
Winkel, den die Feldlinien mit der Horizontalen einschließen. In Mitteleuropa 66,5°.
waagrechter Anteil der Feldstärke
senkrechter Anteil der Feldstärke
OM var Winkel zwischen geographisch Nord und magnetisch Nord vom eigenen Standort aus gesehen. OM = var = .
Restfehler des Kompass nach der Kalibrierung
Linien gleicher Ortsmissweisung
57IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Magnetsystem (1)
Das Magnetsystem besteht aus mindestens zwei parallelen Magnetstäbchen, die drehbar gelagert sind. Je mehr Magnetstäbchen verwendet werden, desto größer die horizontale Richtkraft und damit die Empfindlichkeit des Kompass.
Dabei muß die Lagerreibung so klein wie möglich gehalten werden.
Maßnahmen
hochwertiges Lager
geringe Masse des Magnetsystems
Schwimmer: Am Magnetsystem wird ein Schwimmkörper befestigt, der in der Dämpfungsflüssigkeit Auftrieb erhält. Dadurch wird das auf das Lager wirkende Gewicht reduziert.
Bildquelle: Hesse 2 - Bordinstrumente
58IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Magnetsystem (2)
Die Dämpfungsflügel am Schwimmer sorgen dafür, daß die Schwingungen rasch abklingen.
Der Schwerpunkt liegt immer tiefer als der Auflagepunkt: stabiles Gleichgewicht.
Der Schwerpunkt ist außerdem etwas in Richtung Südende verschoben um das Inklinationsmoment auszugleichen.
Bildquelle: Hesse 2 - Bordinstrumente
59IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Kompasskessel
Der Kompasskessel ist mit einer Dämpfungsflüssigkeit gefüllt (Wasser + Alkohol).
Die Membrane an der Rückseite gleicht die Volumenänderung der Dämpfungs-flüssigkeit bei Temperaturwechseln aus.
Oben befindet sich die Kompensier-einrichtung, kleine Magnete, die störende Felder aus der Umgebung (Metallteile, Funkgerät, ...) ausgleichen.
Bildquelle: Hesse 2 - Bordinstrumente
60IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Kompass
Kompassrose
Magnetstäbchen
Kompensationseinrichtung(hinter der Blende)
61IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Kompassrose (von unten)
Lagernadel
Magnetnadeln
62IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Inklinationsmoment
Ein völlig frei bewegliches Magnetstäbchen würde sich in Richtung der Totalintensität einstellen (66,5°). Der Kompass würde so nicht funktionieren.
Die auf die Kompassnadel wirkende Kraft kann man in einen horizontalen Anteil (H) und eine vertikalen Anteil (Z) zerlegen. Dabei ist Z der unerwünschte Anteil, der ein Moment erzeugt, welches das Nordende der Nadel nach unten dreht. Mit einem Gewicht auf der Südseite der Nadel kann man ein gleich großes Moment erzeugen, das Z gerade ausgleicht. Die Nadel steht dann waagrecht.
63IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Kompassfehler - Deviation
Die Kompassanzeige ist nur dann einwandfrei, wenn das Flugzeug neigungs- und beschleunigungsfrei geradeaus fliegt und der Kompass richtig kompensiert ist.
Deviation
Metallteile und elektrische Einrichtungen im Flugzeug lenken den Kompass ab. Mit der Kompensiereinrichtung (kleine einstellbare Magneten am Kompass) können Gegenfelder erzeugt werden, die den Fehler verringern. Der verbleibende Restfehler wird in eine Kompensationstabelle eingetragen.
Jährlich (Jahresnachprüfung) und nach Einbau bzw Ausbau von Instrumenten muß der Kompass neu kompensiert werden.
Achtung: Wer Magneten in der Hosentasche mit sich führt oder ein eingeschaltetes Handy, muss sich nicht wundern, wenn der Kompass nur Müll anzeigt. Im Extremfall kann er beschädigt werden.
64IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Kompassfehler - Querneigung (1)
65IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Kompassfehler - Querneigung (2)
Ein Teil der Vertikalintensität erzeugt eine zusätzliche Ab-lenkung der Kompassnadel, abhängig vom Kurs.
Auf nördlichen Kursen wird eine Richtungs- änderung entgegen der hängenden Fläche vorgetäuscht; auf südlichen Kursen in Richtung der hängenden Fläche.
Auf Ost/Westkursen ergibt sich kein Fehler.
Beträgt die Querneigung auf Ost- bzw. Westkurs 23,5° wirkt die Totalintensität senkrecht zur Kompass- nadel. Die Nadel erfährt dann keine Richtkraft mehr und kreiselt. Bei noch größerer Schräglage dreht die Nadel verkehrt herum.
10° 20° 23,5°23° 50° dreht025°, 150° 055°, 126° ------
Querneigung :max. Fehler:bei Kurs:
Info:
Linkskurve von hinten
66IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Kompassfehler – Fliehkraft (1)
67IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Kompassfehler – Fliehkraft (2)
Die Fliehkraft beim Kurvenflug wirkt auf alle Teile des Flugzeugs, also auch auf das Magnetsystem im Kompass.
Die Fliehkraft kann man sich im Schwerpunkt des Magnetsystems angreifend denken. Der liegt aber nicht in der Drehachse sondern mehr am Südende. Grund: Das Ausgleichsgewicht zur Kompensation des Inklinationsmoments.
Die Fliehkraft täuscht eine Drehung aus der Kurve heraus vor.
68IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Kompassfehler – Summenfehler
Fliehkraftfehler und Querneigungsfehler wirken zusammen und sind von Querneigung und Drehgeschwindigkeit abhängig.
Zusammengefasst gilt (merken!!):
Auf nördlichen Kursen hinkt die Kompassanzeige dem tatsächlichen Kurs nach. Kurve vor Erreichen der gewünschten Anzeige beenden.
Auf südlichen Kursen eilt die Kompassanzeige dem tatsächlichen Kurs vor. Kurve nach Erreichen der gewünschten Anzeige beenden.
69IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Kompassfehler – Korrekturschema360
030
060
090
120
150180
210
240
270
300
33030
20
0
10
2030
20
10
0
10
20
10früher ausleiten
später ausleiten
70IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Kompassfehler – Beispiele zum Korrekturschema
(Tabelle gilt für = 7,5°)
Beispiel letzte Zeile: Es soll von 270! auf kürzestem Wege nach 180° gekurvt werden. Also kreisen wir von 270° links ums Korrekturschema bis 180°. Dort steht ”030 später ausleiten”. Die Kurve wird demnach bei Kompassanzeige 150° ausgeleitet.
Ist-Kurs Soll-Kurs Drehrichtung Ausleiten bei Anzeige
360
210
360
070
270
180
360
225
360
180
rechts
links
rechts
kürzester Weg
kürzester Weg
210
030
240
030
150
71IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Kompassfehler – Steig- und Sinkfehler (1)
72IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Kompassfehler – Steig- und Sinkfehler (2)
Wie bei der Querneigung wirkt auch bei der Längsneigung, also beim Steigen und Sinken, ein Teil der Vertikal-intensität auf die Kompassnadel und verursacht einen Drehfehler.
Bei Ost- und Westkursen täuscht Steigen eine Drehung nach Süden vor.
Sinken täuscht dagegen eine Drehung nach Norden vor.
Auf der Südhalbkugel gilt das Gegenteil.
73IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Kompassfehler – Beschleunigungsfehler (1)
74IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Kompassfehler – Beschleunigungsfehler (2)
Bei Beschleunigung bleibt wegen der Massenträgheit der Nadelschwerpunkt zurück. Das bewirkt eine Drehung der Kompassnadel.
Auf der Südhalbkugel ist es umgekehrt.
Auf der Nordhalbkugel erfolgt bei Flügen in Ost-West-Richtung und Beschleunigung eine scheinbare Kursabweichung nach Nord.
Am Äquator gibt es keine Inklination, also auch kein Ausgleichsgewicht. Folglich tritt auch kein Fehler auf.
75IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Einteilung
Höhenmesser
Fahrtmesser
Variometer
Kompass
Kreiselinstrumente
Kurskreisel
Künstlicher Horizont
Wendezeiger
Triebwerküberwachungsinstrumente
GPS
FLARM
Gliederung
76IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Kreiselinstrumente
Ein Kreisel (für Luftfahrtanwendungen) ist ein rotationssymmetrischer starrer Körper, der in schnelle Drehung versetzt wurde. Hervorragende Eigenschaften eines Kreisels sind Stabilität und Präzession.
StabilitätEin Kreisel behält seine Lage im Raum bei – solange keine äußeren Kräfte auf ihn wirken. Er setzt Richtungsänderungen einen umso größeren Widerstand entgegen, je größer seine Rotationsenergie Erot ist.
Erot = 0,5 J 2
Das Trägheitsmoment J hängt von der Größe des Kreisels und dessen Masse ab. Beide können in einem Luftfahrzeug nicht beliebig vergrößert werden. Also muß die Drehgeschwindigkeit groß werden.
77IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Kreiselinstrumente
PräzessionBeim Versuch den rotierenden Kreisel zu kippen, weicht dieser senkrecht zum Kippmoment aus: er präzessiert. Das Präzessionsmoment ist umso größer, je größer Erot ist.
AntriebKreisel können elektrisch oder pneumatisch angetrieben werden. Der Unterdruck für den pneumatischen Antrieb wird gewöhnlich vom Flugzeugmotor geliefert (typisch 4,5 ... 5,5 in. Hg.)
DrehzahlElektrisch: 24 000 ...40 000 U/minPneumatisch: 12 000 ...15 000 U/min.
78IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Einteilung
Höhenmesser
Fahrtmesser
Variometer
Kompass
Kreiselinstrumente
Kurskreisel
Künstlicher Horizont
Wendezeiger
Triebwerküberwachungsinstrumente
GPS
FLARM
Gliederung
79IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
KurskreiselDer Kurskreisel ist vollkardanisch aufgehängt und hat deshalb drei Freiheitsgrade. Am äußeren Kardanrahmen ist die Kompassrose befestigt. Der Kreisel bleibt im Raum stehen, während sich das Flugzeug darum herum bewegt.
Der Kreisel zeigt er nur kurze Zeit richtig an, wegen der Erddrehung.
Er muss vor dem Start und während des Fluges (ca. alle 20 min) immer wieder nach dem Magnetkompass ausgerichtet werden.
Dazu muss das Flugzeug schiebefrei geradeaus fliegen.
Bildquelle: Hesse 2 - Bordinstrumente
80IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Kurskreisel
Knopf zum Nachstellen
81IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Kurskreisel - Fehler
ErddrehungDer Kreisel steht stabil im Raum, während sich die Erde weiterdreht. Dadurch wird eine scheinbare Drift erzeugt.
StandortveränderungDas Flugzeug folgt der Erdkrümmung, die Kreiselachse jedoch nicht. Die Folge ist eine scheinbare Drift.
GerätefehlerLagerreibung und Unwucht erzeugen Präzessionsmomente und damit eine Drift.
KardanfehlerBei Querneigung wird nicht der gesamte Winkel der Kreislachse auf die Kompassrose übertragen. D. h. der Kurs wird falsch auf die Rose projiziert. Bei Kurvenende verschwindet der Anzeigefehler sofort.
Der Kurskreisel muss regelmäßig nach dem Magnetkompass ausgerichtet werden!
82IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Einteilung
Höhenmesser
Fahrtmesser
Variometer
Kompass
Kreiselinstrumente
Kurskreisel
Künstlicher Horizont
Wendezeiger
Triebwerküberwachungsinstrumente
GPS
FLARM
Gliederung
83IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Künstlicher Horizont
Das Instrument zeigt Quer- und Längsneigung der Flugzeugs an. Drehungen um die Hochachse werden nicht erfasst.
Die Stabilität des Kreisels wird aus- gewertet.
Der Kreisel ist voll- kardanisch aufge- hängt und
behält seine Lage im Raum bei.
Das Flugzeug rollt und nickt um den Kreisel.
Bildquelle: Hesse 2 - Bordinstrumente
84IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Künstlicher Horizont - Aufbau
Bildquelle: Hesse 2 - Bordinstrumente
85IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Künstlicher Horizont - Schaubilder
Linksneigung waagrecht Rechtsneigung
steigt
horizontal
sinkt
86IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Künstlicher Horizont - Fehler
BeschleunigungsfehlerDer Schwerpunkt des Kreiselsystems liegt tiefer als der Kardanrahmen (Grund: Rückführgewicht). Beschleunigung lenkt den Kreisel aus und erzeugt zusätzlich ein Präzessionsmoment.
Beschleunigung zeigt Steigen und Rechtsneigung
Verzögerung zeigt Sinken und Linksneigung
DrehfehlerIm Kurvenflug wird das Rückführgewicht nach außen beschleunigt (Fliehkraft). Die Fliehkraft lenkt den Kreisel aus und erzeugt zusätzlich ein Präzessionsmoment.
Rechtskurve täuscht Steigen vor; die Rechtsneigung wird zu klein angezeigt.
Linkskurve täuscht Sinken vor; die Linksneigung wird zu klein angezeigt.
87IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Einteilung
Höhenmesser
Fahrtmesser
Variometer
Kompass
Kreiselinstrumente
Kurskreisel
Künstlicher Horizont
Wendezeiger
Triebwerküberwachungsinstrumente
GPS
FLARM
Gliederung
88IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Wendezeiger
Der Wendezeiger zeigt Drehungen um die Hochachse des Flugzeugs an.
Die Längsneigung wird nicht erfasst.
Zusätzlich ist eine Libelle angebracht, die unabhängig vom Kreiselsystem die Richtung des Scheinlotes anzeigt.
Der Kreisel im Wendezeiger hat nur zwei Freiheitsgrade.
Beim Wendezeiger wird die Präzession ausgewertet.
Dreht sich das Flugzeug um seine Hochachse macht der Kreisel eine Ausweichbewegung (Präzession). Mit dem Präzessionsmoment kippt der Kardanrahmen. Eine Feder stabilisiert den Rahmen, so dass sich ein Gleichgewicht zwischen Federkraft und Präzessionsmoment ergibt. Folglich ist der Kippwinkel und damit verbunden der Zeigerausschlag ein Maß für die Drehgeschwindigkeit.
89IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Wendezeiger - Aufbau
Bildquelle: Hesse 2 - Bordinstrumente
90IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Wendezeiger
91IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Wendezeiger - Schaubilder
links
schmiert
links
korrekt
links
schiebt
gerade
hängt links
gerade
korrekt
gerade
hängt rechts
rechts
schiebt
rechts
korrekt
rechts
schmiert
92IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Trägheitsinstrumente - Hinweise
Die Instrumente zeigen nur dann korrekt an, wenn die Kreisel die erforderliche Drehzahl haben.
Die Geräte dürfen nicht verwendet werden, wenn - die rote Flagge angezeigt wird - der Unterdruck nicht im grünen Bereich ist (bei pneumatisch betriebenen Instrumenten)
Manchmal reicht der Unterdruck bei niedriger Motordrehzahl nicht aus. Dann darf der Kreisel nur bei entsprechend höherer Drehzahl benutzt werden (Druck grün).
Unterdruckanzeige (VAC) im grünen Bereich, linke Instrumentenhälfte
93IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Und was macht der hier ??
... fährt am Boden nach rechts.
94IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Einteilung
Höhenmesser
Fahrtmesser
Variometer
Kompass
Kreiselinstrumente
Kurskreisel
Künstlicher Horizont
Wendezeiger
Triebwerküberwachungsinstrumente
GPS
FLARM
Gliederung
95IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Triebwerküberwachungsinstrumente - Drehzahl
Der Drehzahlmesser zeigt die Drehzahl der Kurbelwelle an und damit die Leistung des Antriebs (bei Starrpropeller).
Wie beim Fahrtmesser sind die Betriebsgrenzen im Anzeigesinstrument farblich markiert.
Grün: Betriebsbereich
Rot: Maximaldrehzahl. Überschreiten führt zu Motorschaden.
96IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Triebwerküberwachungsinstrumente - Drehzahl
Eine biegsame Welle übeträgt die Kurbelwellendrehzahl direkt zum Instrument. Dort rotiert ein Magnet, der in einer Weicheisenkappe Wirbel- ströme induziert. Dadurch entsteht eine magnetische Gegenkraft, die die Kappe entgegen der Feder auslenkt. Die Gegenkraft und damit die Zeigerstellung ist ein Maß für die Drehzahl.
Drehzahlgeber nach dem Wirbelstromprinzip.
Bildquelle: Hesse 2 - Bordinstrumente
97IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Triebwerküberwachungsinstrumente - Drehzahl
Moderne Instrumente funktionieren auf rein elektrischer oder elek-tronischer Basis.
Die Wechselspannung am Generator wird abgegriffen. Deren Frequenz ist ein Maß für die Drehzahl.
Der Induktivgeber liefert einen elektrischen Impuls jedesmal, wenn ein Zahn eines auf der Kurbelwelle sitzenden Zahnrades passiert. Auch hier ist die Frequenz der Impulse ein Maß für die Drehzahl.
Bildquelle: Bosch
98IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Triebwerküberwachungsinstrumente - Druck
Beim Triebwerk müssen Öldruck und manchmal auch Kraftstoffdruck überwacht werden. Dazu wird das gleiche Messprinzip verwendet, wie beim Höhenmesser: die geschlossene Dose. Allerdings ist die Dose kleiner und robuster.
grüner Bogen: Betriebsbereich
gelber Bogen: Vorsichtsbereich
rote Striche: Grenzwerte
99IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Triebwerküberwachungsinstrumente - Temperatur
Der Motor kann nur ein einem bestimmten Temperaturbereich betrieben werden. Betrieb außerhalb des zulässigen Bereichs bringt erhöhten Verschleiß oder führt zum Triebwerksausfall.
Als Geber werden bei modernen Triebwerken temperaturabhängige Widerstände verwendet.
grüner Bogen: normaler Betriebsbereich
rote Striche: Grenzwerte
100IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Einteilung
Höhenmesser
Fahrtmesser
Variometer
Kompass
Kreiselinstrumente
Kurskreisel
Künstlicher Horizont
Wendezeiger
Triebwerküberwachungsinstrumente
GPS
FLARM
Gliederung
101IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
GPS - Global Positioning System
Wird verwendet zur Bestimmung von Position (Ort auf der Erde + Höhe)
Daraus abgeleitet auch zur Bestimmung von Kurs und Geschwindigkeit
GPS besteht derzeit aus 24 Satelliten + 5 in Reserve
Angeordnet zu je 4 Satelliten in 6 Bahnebenen, in 20200km Höhe
Umlaufzeit ca. 12h
Geschwindigkeit ca. 7km/s
Sichtbarkeit für einen Beobachter am Erdboden ca. 4½ Stunden
Positionsbestimmung durch Triangulation
102IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
GPS - Positionsbestimmung
Zunächst wird gemessen, wie lange das Signal vom Satelliten bis zum eigenen Standort braucht, Größenordnung 60ms.
Da die Geschwindigkeit des Signals bekannt ist (Lichtgeschwindigkeit, 300000km/s), kann die Entfernung des eigenen Standorts vom Satelliten bestimmt werden: r = t * v.
Damit ist bekannt, dass sich der eigene Standort irgendwo auf einer Kugel mit dem Radius r befinden muss.
Bildquelle: Hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
103IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
GPS - Positionsbestimmung
Außerdem sei bekannt, dass sich der Standort auf der Erdkugel befinde.
Der Standort befindet sich also auf zwei Kugeln gleichzeitig - also auf der Schnittlinie der beiden. Das ist ein Kreis.
Bildquelle: Uni Münster
104IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
GPS - Positionsbestimmung
Die Laufzeit / Entfernungs- messung mit einem weiteren Satelliten liefert einen weiteren Kreis auf der Erdoberfläche (=Standlinie).
Damit ist der Standpunkt auf die beiden Schnittpunkte der beiden Standlinien genau bestimmt.
Welcher Schnittpunkt der eigene Standort ist, kann mit einem dritten Satelliten entschieden werden.
Bildquelle: Uni Münster
105IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
GPS - Positionsbestimmung
Um den Standort auf der Erdoberfläche zu bestimmen, braucht man also drei Satelliten.
Soll auch noch die Höhe bestimmt werden, sind vier Satelliten nötig.
Die Genauigkeit der Positionsbestimmung kann verbessert werden, wenn weitere Satelliten hinzugenommen werden.
106IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
GPS - Genauigkeit
Die Genauigkeit hängt von einer hervorragenden Laufzeitmessung ab. Diese wird beeinflusst von - Genauigkeit der Satellitenuhr - Güte des Empfängers (Rauschen, Uhr) - Signalverzögerung in der Ionosphäre und Troposphäre - Mehrwegausbreitung (Reflexionen usw.)
Satellitengeometrie. Ungünstige Verteilung der Satelliten erschwert die Triangulation.
107IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
GPS - Fehler
Selective Availability - L1-Signal liefert künstlich eine ungenaue Satellitenuhrzeit - Bahndaten werden verfälscht übertragen. - beides führt zu ungenauer Position. - unter Kontrolle des US-Militärs, derzeit keine Verfälschung
Zu wenige Satelliten sichtbar
System wird abgeschaltet für zivile Nutzer (unter Kontrolle des US-Militärs)
Gerätefehler (Hardware, Software, Stromversorgung)
Bedienerfehler
Empfänger für Flugnavigation überwachen selbständig, ob alle Bedingungen für eine sichere Navigation erfüllt sind und melden ggf. Fehler (Integritätsprüfung). In diesem Fall darf der Empfänger wirklich nicht für die Navigation verwendet werden.
108IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
Einteilung
Höhenmesser
Fahrtmesser
Variometer
Kompass
Kreiselinstrumente
Kurskreisel
Künstlicher Horizont
Wendezeiger
Triebwerküberwachungsinstrumente
GPS
FLARM
Gliederung
109IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
FLARM ist eine GPS-Anwendung zur Vermeidung von Zusammenstößen in der Luft.
Aus der aktuellen Position und Geschwindigkeit berechnet FLARM die wahrscheinliche Position, die das Flugzeug in wenigen Sekunden haben wird.
Das Ergebnis der Analyse sendet es als Datenpaket mit schwacher Leistung.
FLARM-Empfänger in der näheren Umgebung empfangen das Datenpaket und vergleichen es mit dem eigenen wahrscheinlichen Flugweg.
Falls beide Flugzeuge zur selben Zeit an der selben Position auftauchen würden, löst es Alarm aus.
Auch vor feststehenden Hindernissen warnt FLARM.
Dazu hält FLARM die Position vieler Hindernisse (Seilbahnen etc.) in einer Datenbank. Falls der eigene wahrscheinliche Flugweg dem Hindernis zu nahe käme, löst es Alarm aus.
FLARM
110IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007
Instrumentenkunde
FLARM-Kommunikation
Mist, da bin ich dann auch.ALARM!
Position in 5
sec.
Info an alle FLARMe:„Ich bin in 20 Sekunden ungefähr an Position xy ...“
Position in 20 sec.
Position in 15 sec.
Position in 10 sec.