Systemkonzeption und Technologie moderner ... - Stiftung HAMFU

Systemkonzeption und Technologie moderner Trägheitsnavigationsanlagen - Vorlesung Krieg im Aether 1972/1973 (ETH Zürich)HAMFU HistoryNach dem Zweiten Weltkrieg begannen in den USA intensive Forschungs- und industrielle Entwicklungsarbeitenauf dem Gebiet der Inertialtechnik.Mit der Erprobung erster Funktionsmuster von Trägheitsnavigationssystemen (TNS) wurde 1949 begonnen.Die Produktion bedeutender Stückzahlen einsatzfähiger Trägheitsnavigationssysteme fürmilitärische Aufgaben begann in den Sechziger Jahren.Mit der Zulassung des ersten Trägheitsnavigationssystems im Mai 1968 durch die amerikanischeFederal Aviation Administration für den weltweiten Einsatz in Transport- und Zivilflugzeugenhat die Trägheitsnavigation jedoch auch in der Zivilluftfahrt erfolgreich Einzug gehalten. Beientsprechender Mechanisierung liefert eine Trägheitsnavigationsanlage sämtliche Messwerte, diezur Ortung und vollautomatischen Flugzeugführung erforderlich sind.Hiezu gehören als wichtigste Informationen:ooooooPosition des FlugzeugesLagewinkel der Flugzeughauptachsen im RaumUebergrundgeschwi ndi gkei tUebergrundkursZurückgelegte- und Restentfernung zu einem ZielVerbleibende Flugzeit zu einem ZielDie vollautomatische Flugführung überschall schnell er Kampfflugzeuge, die Durchführung vorprogrammierterAufklärungsmissionen unbemannter Flugkörper, sowie der von einer Trägheitsnavigationsanlage- unter Einsparung des menschlichen Navigators - automatisch gelenkte Transatlantikflugvon Verkehrsflugzeugen sind Beispiele dafür, dass die Trägheitsnavigation neben denbisher bekannten Navigationsverfahren eine dominierende Rolle als Ortungs- und Lenkungsverfahreneingenommen hat.Ein zentrales Problem der Trägheitsnavigation ist die exakte, komponentenweise Messung der Fahrzeugbeschleunigungrelativ zu einem Bezugssystem.Grund dieser speziellen Problematik ist die hinsichtlich ihrer Wirkung auf entspr. Messeinrichtungenvöllige Gleichheit von Trägheits- und Massenanziehungskräften._In Erdnähe misst ein Beschleunigungsmesser stets die Differenz zwischen Fahrzeucjbeschleunigungbp und der durch Massenanziehung der Erde bedingten Gravitationsbeschleunigung G. In vektoriellerDarstellung gilt also:b gem. = G - bFDa die Gravitationsbeschleunigung im Sinne der Trägheitsortung eine Störgrösse ist, muss sie ausdem Messsignal eliminiert werden. Nach der Art wie dies technisch gelöst wird unterscheidet manzwei Klassen von Trägheitsnavigationssystemen:Strap-Down Systeme und Systeme mit kreiselstabilisierten Plattformen.In den Strap-Down Systemen sind die Beschleunigungsmesser und Kreisel fahrzeugfest montiert. DieBeschleunigungskomponenten werden in fahrzeugfesten Koordinaten gemessen und auf erdfeste Koordinatenumgerechnet. Die Erdbeschleunigung wird rechnerisch aus den Messwerten eliminiert.In der zweiten Klasse von TN-Systemen werden die Trägheitssensoren auf einer kreiselstabilisiertenPlattform (stabiles Element) montiert, die ihrerseits kardanisch im Fahrzeug gelagert ist.Man unterscheidet hierbei:000Analytische SystemeHalbanalytische SystemeGeometrische SystemeBei analytischen Systemen wird die stabile Plattform fest auf einen Punkt im Inertialraum ausgerichtet.Richtungsstabilisierende Elemente sind Kreisel, die nicht mit Steuer- bzw. Korrektursignalenbeaufschlagt werden. Die Genauigkeit des Systems hängt von der Richtungsstabilität derPlattform, d.h. der Kreisel relativ zum Inertialraum ab. Die Erdbeschleunigung wird rechnerischeliminiert.Geometrische Systeme verwenden als stabilisierende Elemente ebenfalls raumstabile, freie Kreisel.Die Beschleunigungsmesser werden jedoch auf ein Rahmensystem montiert, welches in Abhängigkeitvon der Erddrehung und relativen Fahrzeugbewegung servomotorisch so geführt wird, dass die empfindlichenAchsen der Horizontal-Beschleunigungsmesser keinen Anteil der Erdbeschleunigung messen© HAMFU - www.hamfu.ch Seite 2