Welche Aufgabe haben Kreisel in Flugzeugen?
Messung von Lagewinkel und Winkelgeschwindigkeiten
Was ist ein Gyroskop?
rasch rotierender symmetrischer Kreisel
griechisch: “Drehung” “sehen”
geschlossenes System mit konst. Drehimpuls
Wofür werden Kreisel heutzutage eingesetzt?
Cockpit-Instrumente (z. B. künstlicher Horizont, Wendezeiger)
Flugregeler (z. B. Stabilisierung)
Navigationsgeräte
Wie lauten der Drallsatz, die Formel für das äußere Moment und das Newton´sche Axiom?
Was ist ein Inertialsystem?
Ein Koordinatensystem, in dem sich jedes Objekt, auf das keine Kraft wirkt, gleichförmig gradlinig bewegt oder in Ruhe bleibt.
Unter welcher Bedingung bleibt der Drallvektor konstant?
Bei M=0.
Wie sehen die Momente für eine konstante Präzessionsbewegung aus?
Welche zwei Annahmen gelten für den scheinbaren Drift?
Welche zwei Annahmen gelten für den scheinbares Kippen?
Welche Anforderung wird an die Aufhängung und Lagerung von Kreiseln gestellt? Nenne eine Aufhängung, welche häufig eingesetzt wird.
Möglichst momentfreie Aufhängung, um Fehler durch Reibung zu minimieren.
Kardanische Aufhängung
Wie erhältdas Flugzeug ihr festes Bezugssystem, zudem es sich relativ bewegt?
Durch das Bestreben von Kreiseln, die Lage der Drehachse beibehalten zu wollen.
Welche Probleme treten durch die Präzession und einer Äußeren Kraft, welche die Drehachse auslenkt auf und wie können diese beseitigt werden?
Verlustfreie Lagerung technisch schwer realisierbar
-> Kardanische Aufhänung
Mit einem Kreisel können nicht die Drehungen um alle Raumachsen gemessen werden
-> Zweiter Kreisel, mit Drehachse senkrecht zum Ersten.
Wie reagieren Kreisel relativ zum Inertialsyste in der Realität und warum?
Driften und Kippen in Realität
Durch mechanische Unzulänglichkeiten
Reibung (Kreisel- & Rahmenlagerungen)
Unwuchten
Zu welchem Bezugssystem ist in der Praxis der Bezug relevant?
Zum erdfesten statt zum Inertialsystem
z. B. künstlicher Horizont
Wie wird in der Praxis die Lageänderung gemessen?
Über das benötigte Moment zum mitführen des Kreisels
Laufende Ausrichtung der Kreiselachse auf das erdefeste System (Stützung/Fesselung des Kreisel) -> Integrierender Kreisel
Was versteht man unter einem integrierenden Kreisel?
Laufende Ausrichtung des Kreisels auf das erdfeste System (Stützung/Vesselung)
Wie wird schematisch die Nickgeschwindigkeit gemessen?
integrierender Kreisel mit einer Drallachse in z-Richtung (Flugzeug-Hochachse)
Kreiselrahmen zwingt Nickbewegung mitzugehen
kleine Drehungen um x-Achse erlaubt (gegen eine Feder/ heute Elektromotor)
Messung der Fesselkraft
Wie schnell können elektrisch angetriebene Kreisel in einer Sekunde angetrieben werden?
Auf ca. 24000 U/min
Wie werden Kreisel im Allgemeinen angetrieben und wovon hängt die erreichbare Präzision direkt ab?
elektrisch oder pneumatisch
Präzision direkt von Drehzahl abhängig
Wie funktioniert ein Wendeanzeiger (Drehung um z-Achse) (grobe Beschreibung)?
Kreisel mit Rotationsachse parallel zur y-Achse
Drehung verursacht Drehung des Rahmens um x-Achse
Zeiger wird ausgeschlagen
Beschreibe was ein Skid ist und was ein Pilot tun muss, wenn dieser auftritt. Was fühlt der Pilot?
Nase steht zu weit in der Kurve. Pilot muss ins (kurvenentfernte) Seitenruder treten oder mehr Querruder geben.
Beschreibe was ein Slip ist und was ein Pilot tun muss, wenn dieser auftritt. Was fühlt der Pilot?
Nase steht nicht weit genug in der Kurve. Pilot muss ins (kurvengerichtete) Seitenruder treten oder weniger Querruder geben.
Im Landeanflug häufig genutzt, um schnell Höhe zu verlieren.
Was ist die Funktion des künstlichen Horizont und wann ist dieser besonders wichtig?
Lage des Flugzeugs im erdfesten KOS.
Bietet Piloten eine intuitive Referenz zum Boden bei schwierigen Sichtverhältnissen.
Welche Lagerung hat ein künstlicher Horizont und welche Drehachse hat dieser?
Voll-kardanische Lagerung
Drehachse in z-Richtung.
Welche Fehler können bei künstlichen Horizonten auftreten?
Beschleunigungsfehler
Kreiselsystem präzediert bei Beschleunigung des Flugzeugs
pos. Beschl. bewirkt Verschiebung des Balkens nach unten (z. B. Start)
bei schlechter Sicht weitere Instrumente erforderlich, um steigen/sinnken anzuzeigen (z. B. Variometer)
Kurvenfehler
Zentrifugalkraft verursacht Präzedieren des Kreisels zur Innenseite der Kurve
Kalibierung für Standardkurve, sodass Fehler nicht auftritt
Was ist die Funktion eines Kurskreisel?
Kreiselinstrument zur Richtungsmessung
Welchen Referenzpunkt haben Kurskreisel in der Regel?
Norden
Welche Vor- und Nachteile haben optische Kreisel gegenüber mechanischen? Nenne je 2.
Vorteile
leichtere und kompaktere System
Keine Fehler durch Reibung in Lagerung oder Antrieb
Benötigen keine Hochlaufzeiten, (Standby-Systeme neben GPS-Navigation)
Nachteile
Teures System
Aufwendige Wartung
In welchen Bauformen exisiteren optische Kreisel heutzutage?
faseroptische Kreisel (IFOG)
Laser-Ring-Kreisel (RLG)
Auf welchen Effekt beruhen optische Kreisel und wie funktioniert dieser?
Sagnac-Effekt
Messung der Phasenverschiebung zwischen inköhärentem Licht, das im Uhrzeiger- und im Gegenuhrzeigersinn über Spiegel auf derselben Strecke im Kreis gelenkt wird.
Was sind die Vor- und Nachteile von Faseroptischen Kreiseln (IFOG)?
Gut messbare Interfrerenzen
Kleinerer Bauraum
Nachteil
Stärkere Streuung des Lichts in der Glasfaser
Geringere Genauigkeit als Laser-Ring-Kreisel
Was sind die Vor- und Nachteile von Laser-Ring-Kreiseln (RLG)?
Vorteil
Genauer als faseroptischer Kreisel
Relativ teures System
Laser benötigt eine hohe Spannung
System ist anfällig gehen hohe g-Kräfte
Lock-in-Effekt muss beachtet werden
Was ist der Lock-in-Effekt und wo muss dieser beachtet werden?
Drehraten sind erst ab einem Schwellenwert messbar
Laser-Ring-Kreisel wird mit einer konstanten Drehbewegung beaufschlagt.
Wie ist Ortung definiert?
Die Bestimmung einer geografischen Position
Wie ist Navigation definiert?
Bestimmung eines Kures zum Ziel und das Führen des Fharzeugs zu diesem Ziel.
Mit welchen Kriterien kann Navigation bewertet werden? Nenne drei Kriterien.
Wirtschaftlichkeit
Zeit
Umweltschut
Air Traffic Control
Wie ist Heading (HDG) definiert?
Richtung, in die die Flugzeugnase zeigt.
Was versteht man unter Track (TK)?
Die Bewegungsrichtung über der Erdoberfläche.
Welche Unterscheidung ist bei der Navigation von Relevanz?
Zwischen den geographischen Nordpol (True North -TN) und dem magnetischen Nordpol (Magnetic North - MN)
Auch Magnetic Heading (MH) und True Heading (TH) unterschieden
Was versteht man unter Peilung (Bearing - BRG)?
Welche Unterscheidungen exisitieren?
Die Richtung zu einem Objekt.
Relative Bearing (RB)
Winkel zw. Flugzeugnase und Richtung zum Objekt
True Bearing (TB)
Winkel zw. geo. Nord und Richtung zum Objekt
Magnetic Bearing (MB)
Winkel zw. mag. Nord und Richtung zum Objekt
Wofür steht ADF / NDF und was ist dessen Funktion?
Automatic Direction Finder
Non Directional Beacon
Radio-Navigationsgerät, das das relative Bearing zu einem geegneten Sender berechnet
Piloten erhalten zusätzlich akustische Signale
Auswertung von zwei Signalen von zwei Antennen.
Wie funkioniert eine Loop-Antenne? Welches Probelm gibt es dort?
Elektro-Magnetische-Wellen induzieren in Spule eine Spannung (magn. Anteil)
-> Spannung abhängig vom Durchtrittswinkel
Spannung maximal, wenn Spulenebene parallel zur Richtung des Senders.
Spannungsverlauf gibt Ausschluss auf Richtung zum Sender.
Problem:
Es gibt 2 Maxima und 2 Minima
-> Richtung zum Sender ist zweideutig.
Wie funkioniert eine Sense-Antenne? Welches Probelm gibt es dort?
Messung d. magn. & el. Anteils (über Kondensator)
el. führt zu ungenauer Messung ABER eindeutige Lösung möglich
Was ist das VOR?
UKW-Drehfunkfeuer (Omnidirectional Radio Range - VOR) sendet ein spezielles UKW-Funksignal aus, dem ein Empfänger im Flugzeug die genau Richtung entnehmen kann, in der sich das Flugzeug vom Funkfeuer aus gesehen befindet.
Welche Aufgabe hat das Distance Measuring Equipment (DME)?
Misst die Entfernung zu einer Bodenstation
Gemessen wird die Schrägentfernung.
Eigentliche Entfernung muss mit der Flughöhe errechnet werden.
Wie funktioniert ein Radar-Höhenmesser?
Er errechnet aus der Laufzeitmessung eines zum Boden abgestrahlten Signals die Höhe über Grund (height) oder auch Radarhöhe genannt.
nur bei Höhen unter 2,500 ft eingesetzt -> Take-off & Approach
Nach welchem Prinzip arbeitet das WXR - Weather Radar? Welche Zusatzfunktionen beinhaltet dieses?
Echoprinzip
sendet Impulse in einem vor dem Flugzeug liegenden 180°-Bereich aus
hauptsächlich Wassertropfen reflektieren das Signal
Analyse des Echos
Zusatzfunktionen: Landkonturen, Turbulenzen und Scherwinde
Woraus besteht ein typischen Wetterradarsystem?
Einem Transceiver
einer Antenne
einem Bediengerät (im Cockpit)
Welche Antennentypen werden zur Erzeugung des Sendestrahls für das Wetterradar (WXR) verwendet? Welcher davon ist am wirkunsvoller?
Flachantenne (Flat Plate Antenna)
wirkungsvoller
strahlt weniger Seitenkeulen aus = weniger Stör-Echos
Parabolspiegelantenne (Parabolic Reflector Type Antenna)
Wie hoch ist die Impulsleistung, welche WXR-Wetterradar Antennen ausstrahlen?
Ältere Systeme: 60 kW
Moderenre: 100 mW und weniger.
Was zeigt das Wetterradar (WXR) an?
Eine kartenähnliche Darstellung der Wetterbedingungen vor dem Flugzeug.
Durch welchen Effekt werden Turbulenzen über das WXR-Wetterradar erkannt?
Doppler-Effekt
In Turbulenzen rotieren Wassertropfen
Frequenz Anstieg/Abfall des Echos durch engegenkommende bzw. entferndene Wassertropfen.
Wie funktioniert das ILS - Instrument(al) Landing System? Was ist dadurch möglich
Bodenbasiertes System, das den Piloten eines Flugzeugs bei Anflug und Landung mittels zweier Leitstrahlen, Landekurs (Information über Kurs) und einem Gleitpfad (Inforamtion über Höhe), unterstützt.
Landung auch bei schlechter Sicht möglich.
Wie werden die Informationen über Landekurs und Gleitpfad im eng. bezeichnet und was sagen sie dir?
Localizer
Informationen über laterale Position in Bezug zur Landebahnmittellinie
Glideslope
Information über vertikale Position in Bezug zum optimale Gleitpfad
Welche Funktion haben Marker Beacons?
Dienen dem Piloten als Kontrolle des Höhenmesser
Akustisches und optisches Signal beim Überflug
-> Abgleich des Höhenmessers mit der Anflugkarte.
Wie viele Marker Beacons existierten ursprünglich? Nenne diese
Drei:
Outer Marker (OM)
Middle Marker (MM)
Inner Marker (IM) -> nur noch militärisch
Welches Funktionsprinzip steckt hinter Satellitennavigation?
Satelliten senden permanent Daten über ihre Position und den Sendezeitpunkt
Jeder Satellit verfügt über eine Atomuhr, einem Empfänger würden 3 Satelliten reichen, um seine genaue Position zu berechnen
Dazu würde er aber eine Uhr benötigen, die synchron mit den Uhren der Satelliten läuft.
Da dies nicht möglich ist, wird ein 4. Satellit benötigt, um die 4 Variable (3 Raumrichtungen und die Zeit) eindeutig zu berechnen.
Für eine weltweite Verfügbarkeit werden insgesamt 24 Satelliten benötigt.
Wie viele Satelliten werden für eine welteweite Verfügbarkeit benötigt.
Nenne 3 Satalittennavigationssystem.
GPS
Glonass
Galileo
Compass
IRNSS
Welche Dienste verfügt das GPS - Global Position System?
Präzise Positionsbestimmung (PPS) - militärisch
Normale Positonsbestimmung (SPS) - kommerzielle Nutzer (7-8m genau)
Welche Art der Präzisionsanflüge können mithilfe von GPS geflogen werden?
Nur CAT I
Nicht CAT II und CAT III
Wie kann die Genauigkeit der Satellitennavigation mittels GPS erhöht werden?
Über ein Differentail Global Positioning System (DGPS)
Referenz-Bodenstation empfängt Signale der GPS-Satelliten
Fehler über bekannte Position der Bodenstation messen
Fehler zur Korrektur nutzen.
Genauigkeit: 3m
Wobei handelt es sich beim GPWS?
Das Ground Proximity Warning System (GPWS) ist ein Warnsystem, das den Piloten akustisch und visuell warnt, wenn sich das Flugzeug in unbeabsichtiger Weise dem Boden nähert.
Ab welcher Höhe reagiert das GPWS?
Das Ground Proximity Warning System (GPWS) reagiert ab einer Radarhöhe von 2500ft.
Wie viele Modi hat das GPWS?
Das Ground Proximity Warning System (GPWS) hat 7 Modi.
Wie lauten die ersten 3 Modi des GPWS?
Wie lauten die Modi 4-7 des GPWS?
Was ist das Enhanced Ground Proximitry Warning System (EGPWS)?
Weiterentwicklung des herkömmlichen GPWS-Systems
Welche Weiterentwicklungen besitzt das Enhanced Ground Proximitry Warning System (EGPWS)?
TA (Terrain Awareness): Feländedarstellung auf dem Flight Display, Geländestruktur wird durch farbige Codierung sichtbar gemacht
Benötigt Geländedatenbank
Erreichung des Geländes in 60s: “Terrain, Terrain, Pull up”.
Was versteht man unter der Terrain Reference Navigation (TRN)?
Jede Art der Navigation, die die Positionsbestimmung und die Flugführung auf den Abgleich von Geländemerkmalen mit bekannten Daten stützt.
nur über Land möglich
benötigt gute Datenbanken
werden aus Satellitendaten genertiert.
Welchen Annahmen unterliegt die Terrian Refrence Navigation (TRN)?
In welche Systeme kann die TR-Navigation unterteilt werden?
Drei Systeme
Terrain Contour Navigation (TCN)
Vermessen des Geländes mit Radioaltimeter
Vergleich mit Datenbank
Terrain Characteristic Matching (TCM)
Sensoren scannen Oberfläche (z. B. Radar)
Vergleichen Scan mit Datenbank
Scene Matching Area Correlation (SMAC) - Kopplung aus TCN und TCM
Infrarot-Sensoren zur Vermessung
Geländedatenabgleich -> Postion
bereits Position (relativ genau) bekannt
Wie hoch ist die Genauigkeit der Terrain Reference Systeme (TCN, TCM, SMAC)?
TCN ~ 50 Meter
TNM ~ 10-20 Meter
SMAC ~ 1-2 Meter
Wo wird TRN (Terrain Reference Navigation) eingesetzt?
Militärische Nutzung
Wahrscheinlich bald fürs Taxiing genutzt.
Was können Kreiselsysteme messen?
Sowohl die relative Lage im Raum als auch die Lageänderung autonom präzise zu bestimmen
Welche besondere Eigenschaft hat die Drallachse?
Sie hat das Bestreben ihre Lage im Raum beizubehalten.
Wie werden Navigationsysteme bezeichnet, die auf Basis von Kreiselmessung arbeiten? Welche Instrumente gehören dazu?
Intertial Navigation Systemes (INS)
künstlicher Hoirzont
Wendeanzeiger
Welchen Vorteil haben INS (Intertial Navigation Systems)?
Unabhängigkeit der Systeme
Mit gefordterte Redundanz ist die erforderliche Verfügbarkeit gegeben und ausreichend für Instrumentalflug.
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