Instrumentenkunde IK071 Frank Kursawe LSV Albgau 20.01.2007.

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1 Instrumentenkunde IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

2 Gliederung Instrumentenkunde Einteilung Höhenmesser Fahrtmesser
Variometer Kompass Kreiselinstrumente Kurskreisel Künstlicher Horizont Wendezeiger Triebwerküberwachungsinstrumente GPS FLARM IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

3 Einteilung Instrumentenkunde
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 IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

4 Ausrüstung 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 IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

5 Gliederung Instrumentenkunde Einteilung Höhenmesser Fahrtmesser
Variometer Kompass Kreiselinstrumente Kurskreisel Künstlicher Horizont Wendezeiger Triebwerküberwachungsinstrumente GPS FLARM IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

6 Höhenmesser Instrumentenkunde 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. GPS-Genauigkeit Precise Positioning Service (PPS): 22m horiz, 28m vert, 100ns Standard Positioning Service (SPS): 100m horiz, 156m vert, 340ns Anzeige der Höhe über dem durch das Schwerefeld der Erde definierten Rotationselipsoid als “NN”. Das liegt aber mal über dem Meer und mal drunter. Außerdem ist es eher unregelmäßig geformt (“Kartoffeloid”). IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

7 Barometrische Höhenformel
Instrumentenkunde Barometrische Höhenformel Der Luftdruck nimmt exponentiell mit der Höhe ab. p(h) = p0 exp (-0 g h / p0) (*) mit p0 = 1013,25 hPa 0 = 1,293 kg/m3 g = 9,81 m/s2 (*) wenn h < 100 km und T = 0°C p0 = 29,92 inch of mercury 1 m = 3,28 ft 1 ft = 0,30 m Halbierung alle ft Merke: Der Luftdruck halbiert sich ungefähr alle 5,5 km IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

8 Barometrische Höhenstufe
Instrumentenkunde Barometrische Höhenstufe Die ”barometrische Höhenstufe” ist derjenige Höhenunterschied, bei dem der Druckunterschied 1 hPa beträgt. NN 8 m/hPa 1000 m 9 m/hPa 2000 m 10 m/hPa 3000 m 11 m/hPa 5000 m 14 m/hPa 9000 m 25 m/hPa Für überschlägige Berechnung kann die barometrische Höhenstufe innerhalb eines Höhenbandes von 1000m als konstant angenommen werden. Barometrische Höhenstufe 30 ft/hPa IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

9 Standardatmosphäre 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. IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

10 Standardatmosphäre Instrumentenkunde Luftdruck in NN 1013,25 hPa
Temperatur in NN °C Luftfeuchtigkeit 0 % Luftdichte in NN 1,226 kg/m3 Temperaturgradient bis 11 km -0,65 K/100m Stratosphärentemperatur -56,5 °C Höhe der Stratosphäre 11 km p0 = 29,92 inch of mercury 1 m = 3,28 ft 1 ft = 0,30 m IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

11 Bauprinzip des Höhenmessers
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. 1000 Bildquelle: Hesse 2 - Bordinstrumente IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

12 Barograph Instrumentenkunde Aneroid-dosen
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13 Höhenmesser Instrumentenkunde Einstellknopf für Bezugsdruck
Druck der Bezugshöhe (QNH, QFE, ...) 100m-Zeiger 1000m-Zeiger Nebenskala: „Kohlsman window“ IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

14 Höhenmesser Instrumentenkunde Masseausgleich
stat. Druck (im gesamten Innenraum) Aneroiddosen, Reihenschaltung IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

15 Höhenmessereinstellung
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 IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

16 Höhenmessereinstellungen
Instrumentenkunde Höhenmessereinstellungen Beim Höhenmesser muß in der Druckskala das Bezugsniveau eingestellt werden. Je nach Einstellung ergeben sich unterschiedliche Anzeigen. Kürzel Eingestellt wird Angezeigt wird QFE aktueller Luftdruck am Platz Höhe über dem Platz QNH aktueller, mit Hilfe der Standardatmosphäre auf NN umgerechneter Luftdruck Höhe über MSL bei Normbedingungen QFF 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 QNE 1013,25 hPa Druckhöhe (pressure altitude). Höhe über der 1013,25hPa-Druckfläche Achtung: Das Wetter ändert sich und damit auch Luftdruck und angezeigte Höhe. Auch bei unveränderter wahrer Flughöhe! IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

17 Standardeinstellung Instrumentenkunde
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! IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

18 Höhenbegriffe 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. Altitude Die Flughöhe über MSL. Höhenmessereinstellung: QNH. Height Die Flughöhe über Grund. Höhenmessereinstellung: QFE. IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

19 Höhenbegriffe 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. IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

20 Anzeigefehler Instrumentenkunde
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 kein PPL-C-Prüfungsstoff IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

21 Fliegen in kalter Luft (1)
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 Im Winter sind die Berge höher. Von warm nach kalt wird man nicht alt! Pro 2,8°C 1% von der angezeigten Höhe abziehen. IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

22 Fliegen in kalter Luft (2)
Instrumentenkunde Fliegen in kalter Luft (2) Bei zu kalter Luft zeigt der Höhenmesser zu viel an. Pro 2,8°C 1% von der angezeigten Höhe abziehen. Warmluft: 29°C - 15° = 14° zu warm. Also ist der Fehler 14/2,8 = 5%. Wahre Höhe: 3000m + 5%*3000m = 3000m + 150m = 3150m. Kaltluft: -13° - 15° = - 28° zu kalt. Also ist der Fehler -28/2,8 = -10% Wahre Höhe: 3000m - 10%*3000m = 3000m - 300m = 2700m. IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

23 Fliegen in niedrigen Luftdruck (1)
Instrumentenkunde Fliegen in niedrigen Luftdruck (1) 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. Merkregel Vom Hoch ins Tief geht schief. IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

24 Fliegen in niedrigen Luftdruck (2)
Instrumentenkunde Fliegen in niedrigen Luftdruck (2) Druckdifferenz: 20 hPa Flug in ca. 1000m folglich ist die barometrische Höhenstufe 9m/hPa. 9m/hPa * 20hPa = 180m. Wahre Höhe h = 1000m - 180m = 820m. Höhenmesser zeigt immer noch die Höhe über der Bezugsfläche 1020hPa korrekt an. Nur liegt diese Bezugsfläche nun 180m unter dem Meer. IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

25 Höhenmessereinstellungen – Beispiel
Instrumentenkunde Höhenmessereinstellungen – Beispiel Flugplatzhöhe: 160m über dem Meer Luftdruck am Boden: 1007hPa Flughöhe: m 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? IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

26 Höhenmessereinstellungen – Beispiel
Instrumentenkunde Höhenmessereinstellungen – Beispiel 1000 1160 1048 1007 1027 1013 1000m Bezug Bezug Bezug QFE QNH Standard 160 48 1007 1027 1013 GND=160m P = 1007hPa h0 = 160m, QFE = 1006hPa, h = 1000m 1) QFE = 1007hPa 2) QNH = 1007hPa + 160m/8m/hPa = 1007hPa + 20hPa = 1027hPa. 3) Standarddruckfläche = 1013hPa. Liegt 6hPa tiefer als das QFE. Höhe der Standarddruckfäche = 160m - 6hPa * 8m/hPa = 112m. 4) hgnd(QFE) = 0m; hgnd(QNH) = 160m; hgnd(QNE) = 48m. 5) h(QFE) = 1000m; h(QNH) = 1160m; h(QNE) = 1048m. Bezug 112m, 1013hPa MSL = 0m P = 1027hPa IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

27 Gliederung Instrumentenkunde Einteilung Höhenmesser Fahrtmesser
Variometer Kompass Kreiselinstrumente Kurskreisel Künstlicher Horizont Wendezeiger Triebwerküberwachungsinstrumente GPS FLARM IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

28 Funktion des Fahrtmessers
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  v  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. v = sqrt(2(pgesamt-pstat)/rho) IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

29 Bauprinzip des Fahrtmessers
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 IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

30 Fahrtmesser Instrumentenkunde
IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

31 Fahrtmesser Instrumentenkunde stat. Druck (im Gehäuse) „offene“ Dose
Gesamtdruck (in der Dose) IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

32 Drucksonden (1) Instrumentenkunde 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 Pitotrohr gibt es auch beheizt. IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

33 Drucksonden (2) Instrumentenkunde 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.) IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

34 Anzeigefehler Instrumentenkunde 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). IAS: angezeigte Geschwindigkeit CAS, RAS: berichtigte Eigengeschwindigkeit --> berücksichtigt Einbaufehler, Fluglage, Flugkonfiguration --> Tabellen im Flugzeughandbuch TAS: wahre Eigengeschwindigkeit --> berücksichtigt tatsächliche Luftdichte und tatsächliche Temperatur --> je 1000ft Zuschlag von 2% auf CAS --> je 1000m Zuschlag von 6% auf CAS --> Faustformel gültig bis ca ft (12km) EAS: berücksichtigt Kompressibilität, unter 200 kt vernachlässigbar IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

35 Fahrtmessermarkierungen
Instrumentenkunde Fahrtmessermarkierungen Vorsichtsbereich (gelb) Normaler Betriebsbereich (grün) Klappen erlaubt (weiß) Min. Landeanflug-geschwindigkeit Reihenfolge: grün, gelb, rot, Dreieck, weiß Höchstzulässige Geschwindigkeit IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

36 Fahrtmessermarkierungen
Instrumentenkunde Fahrtmessermarkierungen VA Höchstgeschwindigkeit bei starker Turbulenz = Manövergeschwindigkeit VFE Höchstgeschwindigkeit bei ausgefahrenen Landeklappen VLE Höchstgeschwindigkeit bei ausgefahrenem Fahrwerk VLO Höchstgeschwindigkeit um Fahrwerk ein-/auszufahren VNE Höchstgeschwindigkeit in ruhiger Luft VSO Überziehgeschwindigkeit bei max. Gewicht im Leerlauf, Landekonfiguration. VS1 Überziehgeschwindigkeit im Leerlauf ohne Landeklappen bei max. Gewicht. VNO höchstzulässige Reisegeschwindigkeit VMC kleinste Geschwindigkeit, bei der eine Zweimot noch steuerbar ist, wenn ein Motor ausgefallen ist VX Geschwindigkeit für besten Steigwinkel VY Geschwindigkeit für bestes Steigen VSO ...VFE Landeklappen dürfen betätigt werden weißer Bogen VS1 ... VNO normaler Betriebsbereich grüner Bogen VNO ...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 VNO: NO = normal operation VNE: NE = never exceed VFE: FE = flaps extended = Prüfungsstoff PPL-C IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

37 Gliederung Instrumentenkunde Einteilung Höhenmesser Fahrtmesser
Variometer Kompass Kreiselinstrumente Kurskreisel Künstlicher Horizont Wendezeiger Triebwerküberwachungsinstrumente GPS FLARM IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

38 Variometertypen Instrumentenkunde
Das Variometer zeigt die vertikale Geschwindigkeit an. Es misst also Luftdruckänderungen. Gebräuchliche Typen Dosenvariometer ( = s) Stauscheibenvariometer ( = s) elektrische Variometer (Hitzdraht,  = 0, s) elektrische Variometer (Drucksensor + Differenzierer,  = 0, s) IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

39 Dosenvariometer Instrumentenkunde
Geschlossene Dose mit Druckspeicher (Ausgleichsgefäß). Durch die Kapillare kann sich der Druck im Ausgleichsgefäß nur langsam dem Druck im Vario-metergehäuse angleichen. IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

40 Dosenvariometer, Funktion
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”. IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

41 Stauscheibenvariometer
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. IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

42 Instrumentenkunde Variometer IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

43 Stauscheibenvariometer
Instrumentenkunde Stauscheibenvariometer Stauscheibe stat. Druck Ausgleichsgefäß IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

44 E-Variometer (Hitzdrahtprinzip)
Instrumentenkunde E-Variometer (Hitzdrahtprinzip) Verbreitete Methode: Die Ge- schwindigkeit der Ausgleichsstömung wird mit temperaturempfindlichen Widerständen gemessen (Pt). Die Wide- rstände heizen sich durch ihre eigene Stromwärme auf (bis 100°C). Durch die Ausgleichsströmung werden die Widerstände unterschiedlich stark gekühlt. Sie verändern ihren Widerstandswert entsprechend. 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. IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

45 E-Variometer mit Drucksensor
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 IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

46 Anzeigefehler Instrumentenkunde 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. IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

47 Nettovariometer Instrumentenkunde
Das Nettovariometer zeigt nur die Luftmassenbewegung ohne polares Sinken an. Das Nettovariometer zeigt nur die Luftmassenbewegung ohne polares Sinken an. IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

48 Nettovariometer - Funktion
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. IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

49 Totalenergiekompensiertes Variometer (TEK)
Instrumentenkunde Totalenergiekompensiertes Variometer (TEK) Das TEK-Variometer zeigt nur Änderung der Gesamtenergie an. Das TEK-Variometer zeigt nur Änderung der Gesamtenergie an. IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

50 Totalenergiekompensiertes Variometer – Anzeige
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. IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

51 Totalenergiekompensiertes Variometer – Funktion
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”. IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

52 Komplettes Drucksystem
Instrumentenkunde Komplettes Drucksystem Fahrtmesser Höhenmesser Variometer Pgesamt Pstat Bild passt zu Motorflugzeugen mit unkompensiertem Vario. Bei Segelflugzeugen existiert die statische Drucksonde nicht explizit. Stattdessen kleine Bohrungen in der Rumpfwand. Der gesamte Flugzeugrumpf dient also als Drucksonde. Das geht, weil die glatte Segelflugzeugoberfläche die Strömung nicht verwirbelt. In Segelflugzeugen ist das Vario normalerweise statt am statischen Druck an einer Kompensationsdüse angeschlossen. Die liefert bekanntlich stat Druck +- fahrtabhängige Komponente. Ausgleichsgefäß IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

53 Gliederung Instrumentenkunde Einteilung Höhenmesser Fahrtmesser
Variometer Kompass Kreiselinstrumente Kurskreisel Künstlicher Horizont Wendezeiger Triebwerküberwachungsinstrumente GPS FLARM IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

54 Erdmagnetfeld Instrumentenkunde
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 IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

55 H T Z  Richtung des Erdmagnetfelds Instrumentenkunde
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  Z T 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. IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

56 Begriffe Instrumentenkunde Totalintensität T
Feldstärke in Richtung der Feldlinien gemessen Horizontalintensität H waagrechter Anteil der Feldstärke Vertikalintensität Z senkrechter Anteil der Feldstärke Inklination  Winkel, den die Feldlinien mit der Horizontalen einschließen. In Mitteleuropa 66,5°. Isoklinen Linien gleicher Inklination Isodynamen Linien gleicher Magnetkraft Ortsmissweisung OM Variation var Deklination  OM var  Winkel zwischen geographisch Nord und magnetisch Nord vom eigenen Standort aus gesehen. OM = var = . Deviation dev Restfehler des Kompass nach der Kalibrierung Isogonen Linien gleicher Ortsmissweisung IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

57 Magnetsystem (1) Instrumentenkunde
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 IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

58 Magnetsystem (2) Instrumentenkunde
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 IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

59 Kompasskessel Instrumentenkunde
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 IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

60 Kompass Instrumentenkunde Kompassrose Magnetstäbchen
Kompensationseinrichtung (hinter der Blende) IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

61 Kompassrose (von unten) Instrumentenkunde Magnetnadeln Lagernadel
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62 Inklinationsmoment Instrumentenkunde
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. IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

63 Kompassfehler - Deviation
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. IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

64 Kompassfehler - Querneigung (1)
Instrumentenkunde Kompassfehler - Querneigung (1) IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

65 Kompassfehler - Querneigung (2)
Instrumentenkunde Kompassfehler - Querneigung (2) Ein Teil der Vertikalintensität erzeugt eine zusätzliche Ab- lenkung der Kompassnadel, abhängig vom Kurs. Linkskurve von hinten 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 ,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. Info: Querneigung : max. Fehler: bei Kurs: 10° 20° 23,5° 23° 50° dreht 025°, 150° 055°, 126° IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

66 Kompassfehler – Fliehkraft (1)
Instrumentenkunde Kompassfehler – Fliehkraft (1) IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

67 Kompassfehler – Fliehkraft (2)
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. IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

68 Kompassfehler – Summenfehler
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. IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

69 Kompassfehler – Korrekturschema
Instrumentenkunde Kompassfehler – Korrekturschema IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

70 Kompassfehler – Beispiele zum Korrekturschema
Instrumentenkunde Kompassfehler – Beispiele zum Korrekturschema Ist-Kurs Soll-Kurs Drehrichtung Ausleiten bei Anzeige 360 180 rechts 210 210 360 links 030 360 225 rechts 240 070 360 kürzester Weg 030 270 180 kürzester Weg 150 (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. IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

71 Kompassfehler – Steig- und Sinkfehler (1)
Instrumentenkunde Kompassfehler – Steig- und Sinkfehler (1) IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

72 Kompassfehler – Steig- und Sinkfehler (2)
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. IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

73 Kompassfehler – Beschleunigungsfehler (1)
Instrumentenkunde Kompassfehler – Beschleunigungsfehler (1) IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

74 Kompassfehler – Beschleunigungsfehler (2)
Instrumentenkunde Kompassfehler – Beschleunigungsfehler (2) Bei Beschleunigung bleibt wegen der Massenträgheit der Nadelschwerpunkt zurück. Das bewirkt eine Drehung der Kompassnadel. Auf der Nordhalbkugel erfolgt bei Flügen in Ost-West-Richtung und Beschleunigung eine scheinbare Kursabweichung nach Nord. Auf der Südhalbkugel ist es umgekehrt. Am Äquator gibt es keine Inklination, also auch kein Ausgleichsgewicht. Folglich tritt auch kein Fehler auf. IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

75 Gliederung Instrumentenkunde Einteilung Höhenmesser Fahrtmesser
Variometer Kompass Kreiselinstrumente Kurskreisel Künstlicher Horizont Wendezeiger Triebwerküberwachungsinstrumente GPS FLARM IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

76 Kreiselinstrumente Instrumentenkunde
Ein Kreisel (für Luftfahrtanwendungen) ist ein rotationssymmetrischer starrer Körper, der in schnelle Drehung versetzt wurde. Hervorragende Eigenschaften eines Kreisels sind Stabilität und Präzession. Stabilität Ein 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. IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

77 Kreiselinstrumente Instrumentenkunde Präzession
Beim Versuch den rotierenden Kreisel zu kippen, weicht dieser senkrecht zum Kippmoment aus: er präzessiert. Das Präzessionsmoment ist umso größer, je größer Erot ist. Antrieb Kreisel können elektrisch oder pneumatisch angetrieben werden. Der Unterdruck für den pneumatischen Antrieb wird gewöhnlich vom Flugzeugmotor geliefert (typisch 4, ,5 in. Hg.) Drehzahl Elektrisch: U/min Pneumatisch: U/min. IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

78 Gliederung Instrumentenkunde Einteilung Höhenmesser Fahrtmesser
Variometer Kompass Kreiselinstrumente Kurskreisel Künstlicher Horizont Wendezeiger Triebwerküberwachungsinstrumente GPS FLARM IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

79 Kurskreisel Instrumentenkunde
Der 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 IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

80 Kurskreisel Instrumentenkunde Knopf zum Nachstellen
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81 Kurskreisel - Fehler Instrumentenkunde Erddrehung
Der Kreisel steht stabil im Raum, während sich die Erde weiterdreht. Dadurch wird eine scheinbare Drift erzeugt. Standortveränderung Das Flugzeug folgt der Erdkrümmung, die Kreiselachse jedoch nicht. Die Folge ist eine scheinbare Drift. Gerätefehler Lagerreibung und Unwucht erzeugen Präzessionsmomente und damit eine Drift. Kardanfehler Bei 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. Kardanfehler ist bei Schräglagen unter 30° immer kleiner als 4°, also vernachlässigbar. Größter Fehler bei 045, 135, 225, 315 Kompensation der scheinbaren Drift: Gewicht am inneren Kardanrahmen erzeugt gezielt Präzession gegen die Erddrehung. Gewicht muss entsprechend dergeografischen Breite justiert werden, sog. Breitenmutter. Der Kurskreisel muss regelmäßig nach dem Magnetkompass ausgerichtet werden! IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

82 Gliederung Instrumentenkunde Einteilung Höhenmesser Fahrtmesser
Variometer Kompass Kreiselinstrumente Kurskreisel Künstlicher Horizont Wendezeiger Triebwerküberwachungsinstrumente GPS FLARM IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

83 Künstlicher Horizont Instrumentenkunde
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 IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

84 Künstlicher Horizont - Aufbau
Instrumentenkunde Künstlicher Horizont - Aufbau Rückführkörper: Der Kreisel steht stabil im Raum und würde folglich mit der Erddrehung eine immer größere Fehlanzeige liefern. Der Rückführkörper richtet die Kreiselachse langsam nach dem Schwerefeld aus. Rückführung pneumatisch oder durch Aufrichtmotoren. Bildquelle: Hesse 2 - Bordinstrumente IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

85 Künstlicher Horizont - Schaubilder
Instrumentenkunde Künstlicher Horizont - Schaubilder Linksneigung waagrecht Rechtsneigung steigt horizontal sinkt IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

86 Künstlicher Horizont - Fehler
Instrumentenkunde Künstlicher Horizont - Fehler Beschleunigungsfehler Der 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 Drehfehler Im 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. Die Fehler brauchen einige Zeit, bis sie sich auswirken. Also können sie bei kurzen Manövern vernachlässigt werden. Bei lang anhaltenden Störungen (Beschleunigung, Fliehkraft) weicht die Anzeige immer mehr ab. Bei langem Kreisflug wird schließlich gar keine Querneigung mehr angezeigt, wei das Rückführgewicht ins Scheinlot wandert. Die Fehler können durch kleinere Stützkräfte kleiner gemacht werden. Bei zu kleinen Stützkräften folgt der Kreisel aber der Erddrehung. Das muss unbedingt vermieden werden. Typische Stützgeschwindigkeit: °/min. Merksatz mit „Drei I“: Verringerung, Sinken, Linksneigung. IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

87 Gliederung Instrumentenkunde Einteilung Höhenmesser Fahrtmesser
Variometer Kompass Kreiselinstrumente Kurskreisel Künstlicher Horizont Wendezeiger Triebwerküberwachungsinstrumente GPS FLARM IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

88 Wendezeiger Instrumentenkunde
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. IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

89 Wendezeiger - Aufbau Instrumentenkunde Fehler
- auch bei hohen Beschleunigungen so gut wie keine Fehler - bei pneumatischen Kreiseln steht in großen Höhen ggf zu wenig Unterdruck bereit. Drehzahl sinkt und damit das Präzessionsmoment. Das ändert die Skalierung. WZ zeigt zu wenig. Dämpfung Als Kolbendämpfer oder Wirbelstrombremse Skalierung Bei nur einer Mittelmarke: 3°/sec (2-Minuten-Kreis) wenn Pinsel und Marke Kante auf Kante stehen. Bei mehreren Marken: 3°/sec wenn Pinsel und Marke genau übereinander stehen. Bei schnellen Flugzeugen ist die Skalierung 1,5°/sec. Bildquelle: Hesse 2 - Bordinstrumente IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

90 Wendezeiger Instrumentenkunde
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91 Wendezeiger - Schaubilder
Instrumentenkunde Wendezeiger - Schaubilder links schmiert links korrekt links schiebt gerade hängt links gerade korrekt gerade hängt rechts rechts schiebt rechts korrekt rechts schmiert IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

92 Trägheitsinstrumente - Hinweise
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 IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

93 Und was macht der hier ?? Instrumentenkunde
... fährt am Boden nach rechts. IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

94 Gliederung Instrumentenkunde Einteilung Höhenmesser Fahrtmesser
Variometer Kompass Kreiselinstrumente Kurskreisel Künstlicher Horizont Wendezeiger Triebwerküberwachungsinstrumente GPS FLARM IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

95 Triebwerküberwachungsinstrumente - Drehzahl
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. IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

96 Triebwerküberwachungsinstrumente - Drehzahl
Instrumentenkunde Triebwerküberwachungsinstrumente - Drehzahl Drehzahlgeber nach dem Wirbelstromprinzip. 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. Bildquelle: Hesse 2 - Bordinstrumente IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

97 Triebwerküberwachungsinstrumente - Drehzahl
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 IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

98 Triebwerküberwachungsinstrumente - Druck
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 IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

99 Triebwerküberwachungsinstrumente - Temperatur
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 IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

100 Gliederung Instrumentenkunde Einteilung Höhenmesser Fahrtmesser
Variometer Kompass Kreiselinstrumente Kurskreisel Künstlicher Horizont Wendezeiger Triebwerküberwachungsinstrumente GPS FLARM IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

101 GPS - Global Positioning System
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 L1 1575,42 MHz 19,05cm CA-Code (Coarse Acquisition oder Civilian Access) L2 1227,60 MHz 24,45cm PC (Precise Code (fürs Militär)) L3 neue Frequenz in Planung, ab 2012 verfügbar Auf L1 und L2 wird zusätzlich übermittelt - Almanach (Bahndaten) - Ephemeris (Astronomische Stellung zu einem bestimmten Zeitpunkt) - Korrekturdaten der Satellitenuhr Ein individueller Code pro Satellit (pseudo random code). Code ist ca 1000us also 300km lang. Laufzeitmessung bei bekannter Uhrzeit mittels Kreuzkorrellation Zusätzlich sind die Navigationsdaten aufmoduliert (50 Bit/s). IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

102 GPS - Positionsbestimmung
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, km/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 IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

103 GPS - Positionsbestimmung
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 IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

104 GPS - Positionsbestimmung
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 IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

105 GPS - Positionsbestimmung
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. IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

106 GPS - Genauigkeit Instrumentenkunde
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. Zeit: 10ms bewirken 3000km; 1ns = 3cm Satellitengeometrie: m IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

107 GPS - Fehler Instrumentenkunde
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. - mit SA m, ohne 20m IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

108 Gliederung Instrumentenkunde Einteilung Höhenmesser Fahrtmesser
Variometer Kompass Kreiselinstrumente Kurskreisel Künstlicher Horizont Wendezeiger Triebwerküberwachungsinstrumente GPS FLARM IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

109 FLARM 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. IK071 Frank Kursawe LSV Albgau

110 Mist, da bin ich dann auch.
Instrumentenkunde FLARM-Kommunikation Mist, da bin ich dann auch. ALARM! Position in 20 sec. Position in 15 sec. Position in 10 sec. Position in 5 sec. Info an alle FLARMe: „Ich bin in 20 Sekunden ungefähr an Position xy ...“ IK071 Frank Kursawe LSV Albgau