Wie haben Flugzeuge vor dem GPS ihre Geschwindigkeit relativ zum Boden gemessen?

Die anderen Antworten scheinen eine einfache Sache viel zu kompliziert zu machen. Ja, es gibt DMEs oder TACANs, die manchmal verwendet werden, um eine Bodengeschwindigkeit zu erhalten, aber es ist nur genau, wenn Sie genau darauf oder davon weg verfolgen. Und es wurde sicherlich nicht zur Berechnung der Geschwindigkeit unterwegs verwendet, es sei denn, eines Ihrer Navigationshilfen war ein VOR/DME oder ein gleichwertiges Gerät. Anstatt DME zu verwenden, würden sie INS verwenden, das Daten liefert, die GPS ähnlicher sind.

Die Berechnung der Bodengeschwindigkeit in der Vergangenheit (vor INS oder in Flugzeugen ohne INS) wurde mit der einfachen Methode durchgeführt, Checkpoints entlang Ihrer Route zu haben. Diese Kontrollpunkte waren Navigationshilfen oder Kreuzungen, die von mehreren Navigationshilfen bestimmt wurden. So oder so war ihr Standort bekannt, teilen Sie die Entfernung durch die Zeit, die Sie zwischen ihnen verbracht haben, und Sie erhalten Ihre Bodengeschwindigkeit.

Es gibt eine Methode, die erfolgreich verwendet wird, seit Langstreckenflüge verfügbar sind: Sie haben Ihre Karte herausgeholt und versucht, sie mit Merkmalen unter Ihrem Flugzeug abzugleichen. Dadurch konnten Sie Ihren Kurs korrigieren und erhalten Informationen zur durchschnittlichen Geschwindigkeit über Grund. Offensichtlich funktioniert das nicht über dem Ozean – das ist ein weiterer Grund, warum Ozeanflüge schon immer schwierig waren, um es gelinde auszudrücken.

Verstehen Sie mich nicht falsch - es ist nicht sehr zuverlässig, es funktioniert nur, wenn Sie den Boden tatsächlich sehen können, und Sie müssen Ihre Navigationsinformationen genau halten (wenn Ihr Navigator eine Stunde lang einschläft, kann es schwierig sein, Ihren aktuellen Standort zu finden wieder!), aber in der Luftfahrt war es lange Zeit das Einzige, was man hatte. Strategische Bomber des Zweiten Weltkriegs verwendeten diese Methode immer noch, wenn sie sich über feindlichem Land befanden (wo sie nicht die Unterstützung eines eigenen Bodenradars hatten).

Als Radar- und Funkkommunikation alltäglich wurden, wurde es ziemlich trivial, Flugzeugpositionen und -geschwindigkeiten zu verfolgen – es ist alles in dem „Pong“, das Sie vom Funksignal zurückerhalten. Auch im Zweiten Weltkrieg wurde dies während der Luftschlacht um England und sogar später mit großer Wirkung eingesetzt - aber es funktioniert nur, wenn Sie Radarabdeckung haben, was normalerweise nur über Ihrem eigenen Land und den Grenzgebieten bedeutet.

GPS wurde erst 1983 für den kommerziellen Gebrauch verfügbar, nachdem eine koreanische Boeing vom Kurs abgekommen und über der UdSSR abgeschossen worden war - GPS macht einen solchen Fehler viel unwahrscheinlicher, insbesondere über dem Ozean (wiederum sind Ozeane schwierig - normalerweise kein Radar und/oder Merkmale, die Sie auf Ihrer Karte verfolgen können; als der koreanische Flug seinen Kurs hätte korrigieren können, waren sie bereits abgeschossen).

Laut einer Geschichte, die ich über die SR71 gelesen habe, konnten Flugzeuge ATC früher um eine "Bodengeschwindigkeitsprüfung" bitten, dh fragen: "Was ist meine Geschwindigkeit am Boden?" ATC würde es mit ihrem bodengestützten Radar messen und es per Sprache / Funk an den Piloten weiterleiten.

Wenn Sie uns etwas mehr Material zum Lesen zur Verfügung stellen könnten, wäre das großartig.

Hier ist ein Video des Piloten, der die Geschichte erzählt: Brian Shul, einer der wenigen SR71-Piloten, erzählt die Geschwindigkeitsgeschichte des LA Center

Hier ist eine schriftliche Version (eine Abschrift aus einem Buch): The Ultimate Ground Speed ​​Check - Tales from the Blackbird

Wir hörten zu, wie die zitternde Stimme eines einsamen Cessna-Piloten Center um eine Anzeige seiner Bodengeschwindigkeit bat. Center antwortete: "November Charlie 175, ich zeige Ihnen bei neunzig Knoten am Boden."

[...]

Nur wenige Augenblicke nach der Anfrage der Cessna meldete sich eine Twin Beech auf Frequenz in ziemlich überlegenem Ton und fragte nach seiner Geschwindigkeit über Grund. "Ich habe Sie bei einhundertfünfundzwanzig Knoten Geschwindigkeit über Grund."

. ...etc...

Wie haben Flugzeuge vor dem GPS ihre Geschwindigkeit relativ zum Boden gemessen?

Angenommen, Sie fragen nach einer Geschwindigkeitsbestimmung durch Bordinstrumente.

Die Bodengeschwindigkeit lässt sich am besten mit einem Trägheitsnavigationssystem auswerten . Das INS weiß, wo sich das Flugzeug gerade befindet (Breitengrad, Längengrad, Höhe). Durch die Zuordnung von zwei Maßen ist es einfach, die Geschwindigkeit des Flugzeugs zu berechnen. IRS (Inertial Reference System) hat INS ersetzt. Während INS auf mechanische Kreisel setzte, setzt IRS auf Laserkreisel.

Das Problem mit den Trägheitseinheiten ist, dass sie aufgrund von Gyroskop-Unvollkommenheiten, Schuler-Schleife und Coriolis-Beschleunigung mit der Zeit driften . Dies führte in der Vergangenheit zu Unfällen , bevor sie per GPS-Positionsbestimmung neu ausgerichtet werden konnten.

^{Beachten Sie die TK/GS-Position des Drehschalters, um Track- und Bodengeschwindigkeit anstelle von Breiten- und Längengrad anzuzeigen ( Quelle )}

IRS sind jetzt in größeren Einheiten enthalten, die andere Sensoreingänge verarbeiten, wie z. B. ein ADIRU .

ADIRU (und INS/IRS) sind in der Lage, die Windrichtung und -intensität zu berechnen, indem sie den Flugzeugkurs und die tatsächliche Flugzeugverdrängung vergleichen. Diese Driftinformationen werden normalerweise dem Piloten angezeigt.

^{Bodengeschwindigkeit und Flugzeugdrift in der linken oberen Ecke ( Quelle )}

Beachten Sie, dass die Bestimmung der Bodengeschwindigkeit keine kritische Notwendigkeit für die Besatzung ist, das Flugzeug muss unter Berücksichtigung der relativen Fluggeschwindigkeit und der Lufteigenschaften (Temperatur, Druck, Dichte) geflogen werden. Die Bodengeschwindigkeit ist jedoch nützlich, um die Ankunftszeit am nächsten Meldepunkt oder Zielort vorherzusagen.

Andere Mittel:

• Loran-C war ein System, das verwendet wurde, um eine Position und eine Bodengeschwindigkeit über Ozeanen zu berechnen, wo kein DME oder andere VHF/UHF-Hilfsmittel verfügbar sind.

• Die Besatzung verließ sich in "alten" Zeiten auf einen Sextanten und die Himmelsnavigation, wie es Schiffe taten.

Ihre Sorge ist sehr berechtigt.

Flugzeuge verwenden zwei grundlegend unterschiedliche Geschwindigkeiten: Fluggeschwindigkeit und Bodengeschwindigkeit. (Jeder von ihnen hat seine eigene Unterart, aber das spielt vorerst keine Rolle). Es gibt praktisch keine Gemeinsamkeiten zwischen ihnen, und je nach Wind können Sie tatsächlich eine Null- oder sogar negative Bodengeschwindigkeit haben oder mit einem normalen Verkehrsflugzeug „Überschall“ fliegen oder beim Versuch des Abstiegs steigen. Auch die Geräte zur Messung dieser Geschwindigkeiten unterscheiden sich grundlegend.

Für die Fluggeschwindigkeit verwenden die Flugzeuge im Grunde ein Barometer, dessen Kammer an einem nach vorne gerichteten Rohr ( Pitot-Rohr ) befestigt ist.

Und für einige Zeit war es das auch. Die auf diese Weise gemessene Fluggeschwindigkeit ist alles, was Sie zum Fliegen eines Flugzeugs benötigen . Schließlich fliegt das Flugzeug in der Luft und kümmert sich nicht um den Boden (bis es auftrifft :) Der Pilot würde dann visuell navigieren, indem er die Karte mit der Landschaft abgleicht.

Bei Flugzeugen ohne GPS und Navigationsausrüstung (z. B. vor 50 Jahren) konnte man sich ein Bild von der Geschwindigkeit über Grund machen

• Kenntnis der Wettervorhersage und damit des Windes an jedem Punkt Ihrer geplanten Route;
• Berechnung der Fluggeschwindigkeit am Boden aus den angezeigten Messungen. Dazu müssen Sie Höhe und/oder Temperatur berücksichtigen. Piloten haben dafür spezielle Werkzeuge und Instrumente.

Ja, das ist kein Spaziergang im Park, aber das gehört zum Beruf des Piloten. Frühe Verkehrsflugzeuge enthielten oft eine spezielle Navigatorposition, um solche Berechnungen entlang der Route durchzuführen. Und im Allgemeinen wird es immer noch als nützliche Fähigkeit angesehen und Sie müssen ähnliche Berechnungen anstellen, wenn Sie die Route planen.

Der nächste Schritt besteht darin, Bodennavigationshilfen und/oder ein Bordsystem zu verwenden, das die Bodengeschwindigkeit aus der Dopplerverschiebung des vom Boden reflektierten Funksignals misst. Bei einigen Flugzeugen kann das Radar diese Aufgabe übernehmen.

Und schließlich haben wir ein GPS, das ... nein, es misst nicht wirklich die Geschwindigkeit über Grund. Aber es berechnet es aus genau bekannten Geschwindigkeiten und Positionen (in Bezug auf Masse) mehrerer Satelliten.

Obwohl es ziemlich ungewöhnlich ist, sind einige Flugzeuge (z. B. die KC-135) für die Himmelsnavigation ausgestattet. Dies unterstützt die Berechnung der Geschwindigkeit über Grund ohne externe Unterstützung (z. B. LORAN/VOR/GPS).

Auf der anderen Seite ist es etwas zeitaufwändig und erfordert sowohl Ausrüstung, die in den meisten Flugzeugen fehlt, als auch Fähigkeiten, die im Repertoire der meisten Piloten fehlen.

Der Driftmesser wird seit langem zur Messung der Geschwindigkeit über Grund verwendet.

https://en.wikipedia.org/wiki/Drift_meter

Die übliche Methode besteht darin, Ihre wahre Fluggeschwindigkeit (TAS) zu berechnen und dann die Windberechnung durchzuführen, um die Bodengeschwindigkeit (GS) zu berechnen. Die Berechnung von TAS beginnt mit Pitot-/statischen Luftdruckmessungen und berücksichtigt Höhe und Lufttemperatur. Sie müssen Winds Aloft von jemandem am Boden per Funk erhalten.

Es gab da draußen mindestens ein Gerät zur Messung der Bodengeschwindigkeit, von dem ich glaube , dass es Low-Low-Doppler-Radar verwendete, als ich Ende der 1970er Jahre am Tracor 7800 Omega/VLF-Funknavigationssystem arbeitete.

Im Sinne von "wie schnell fahren wir gerade über den Boden?", ist es eine messtechnische Herausforderung. Einige Mittel zum Messen aufeinanderfolgender Entfernungen zu einem Punkt auf dem Boden oder einige Mittel zum Messen des Fortschritts zwischen Punkten auf dem Boden sind erforderlich. Vor GPS konnte das Doppler-Radar die Geschwindigkeit relativ zum Boden direkt ablesen. DME, Distance Measuring Equipment, könnte die Entfernung relativ zu einem festen Punkt angeben. Aufeinanderfolgende Positionen ermöglichen die Berechnung der Bodengeschwindigkeit relativ zum festen Punkt. LORAN-Langstrecken-Funknavigationsgeräte ermöglichten die Bestimmung des Standorts über der Erde ohne Stern- oder Sonnensichtungen. In Wolken zum Beispiel.

Vor elektronischen Werkzeugen konnte die Himmelsnavigation den Standort über der Erde, aufeinanderfolgende Orte und Zeiten liefern, was die Bodengeschwindigkeit angibt. Das Anvisieren von Objekten auf dem Boden und das Messen von Winkeln zu ihnen oder das Festlegen des Winkels und des zeitlichen Fortschritts zwischen aufeinanderfolgenden Objekten war möglich, wenn auch nicht sehr attraktiv.

Alle diese geben gute bis faire Antworten auf die Frage "Wie schnell gehen wir über den Boden?" "

Nur um hinzuzufügen, dass es vor GPS (Flächen-)Funknavigationshilfen gab, mit denen die Geschwindigkeit über Grund (entweder manuell oder mit einem Computer) bestimmt werden konnte.

Das hyperbolische Navigationssystem Gee wurde im 2. Weltkrieg und danach von der RAF eingesetzt. Der Decca Navigator wurde kommerziell genutzt (hauptsächlich für Schiffe, aber auch für Flugzeuge, Fahrzeuge und für einen Job, an dem ich gearbeitet habe, Läufer).

Diese Systeme arbeiten ähnlich wie GPS, indem sie die Laufzeitdifferenz zwischen Signalen von zwei Stationen messen – bei terrestrischer hyperbolischer Navigation sind die Stationen fest und der Ort des georteten Fahrzeugs ist eine Ellipse. GPS folgt dem gleichen Prinzip, außer dass sich die Stationen bewegen und sich in größerer Höhe befinden.

Siehe auch Loran, Omega und verschiedene Nahbereichssysteme.

Das Konzept ist sehr einfach. Wir haben einen analogen Fahrtmesser im Flugzeug. Fluggeschwindigkeit +/- Wind ist Bodengeschwindigkeit + bei Rückenwind, - bei Gegenwind

Fliegen Sie ein beliebiges Radial in Richtung eines VOR. Drehen Sie sich um 90 Grad nach links, bis Sie einen weiteren radialen +5 Grad abgefangen haben, und messen Sie das Kreuzbein. Biegen Sie wieder einwärts ab. Entfernung vom VOR berechnen. 6 Minuten fliegen. Wiederholen Sie das obige Verfahren, drehen Sie jedoch nach rechts zurück zum ursprünglichen Radial. Berechnen Sie die neue Entfernung vom VOR. Berechnen Sie die Bodengeschwindigkeit anhand von 2 Entfernungen und 6 Minuten Hinfahrt.

Mehrere Möglichkeiten, jedoch keine so genau wie eine GNSS-Berechnung der Geschwindigkeit über Grund

WAHRE LUFTGESCHWINDIGKEIT, WINDE IN DER HÖHE UND TRIGINOMETRIE. Mit den alten, zuverlässigen E6B-Flugcomputern oder mit Handrechnern können Sie Ihre wahre Fluggeschwindigkeit bestimmen und anhand der Gegenwind- oder Rückenwindkomponenten der Winde in der Höhe daraus die Geschwindigkeit über Grund berechnen.

RADARVERFOLGUNG – ARTCC kann die Reise Ihres Flugzeugs mithilfe eines Doppler-Radarsystems verfolgen. Dies kann zusammen mit dem Azimut der Radarantenne verwendet werden, um eine Bodengeschwindigkeit für Ihr Flugzeug zu berechnen.

INS - Trägheitsnavigationssysteme werden häufig in zivilen und militärischen Luftfahrtanwendungen eingesetzt, wo terrestrische Navigationshilfen nicht verfügbar sind. Diese verwenden häufig ein regelmäßiges GPS-Update, um Fehler aufzufrischen, die sich langsam in ihren Betrieb einschleichen, obwohl die Ringlaserkreisel ziemlich genau und zuverlässig sind.

DME – Die Verwendung von Entfernungsmessgeräten an Bord könnte Ihre Entfernung zu einer VORTAC- oder VOR/DME-Station sowie Ihre Geschwindigkeit über Grund berechnen. Da ein DME eine Schrägdistanz berechnet, ist diese nur zu Zeiten genau, wenn die Distanz vom A/C zur Bodenstation viel größer war als die Höhe des A/C über der Station. Die Genauigkeit der Bodengeschwindigkeit wurde auch beeinträchtigt, wenn das Flugzeug nicht direkt zu oder direkt von der Station flog.

LORANS – Ah, die späten Siebziger und frühen Achtziger, als GA in seiner Blütezeit war und Männer Männer waren – und alle dachten, dass LORAN die Welle der Zukunft sei. Nun, das war es nicht; aber LORAN bleibt immer noch beliebt für die Seenavigation und ist immer noch sehr genau, obwohl es langsam ausläuft. Gelegentlich finden Sie ältere GA-Flugzeuge mit einem LORAN-Empfänger darin, normalerweise mit einem "INOP" -Tag darauf.