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Wozu dient ein Trägheitsnavigationssystem in Flugzeugen?

29. April 2008

  • E Technik

Wozu dient ein Trägheitsnavigationssystem in Flugzeugen?

Mit Hilfe der Trägheitsnavigation, auch als Inertialnavigation (INS) bezeichnet, kann der Pilot den Neigungswinkel des Flugzeuges, seine Geschwindigkeit und seine Position bestimmen. Kombiniert wird diese Methode mit der Navigation über das Global Positioning System GPS.

Das Trägheitsnavigationssystem besteht aus einer fest mit dem Flugzeug verankerten Plattform, auf der drei Kreisel angebracht sind. Diese stehen senkrecht zueinander – entsprechend den drei Raumkoordinaten. Die Lage sich drehender Kreisel gegenüber der Erde bleibt stabil. Ändert das Flugzeug seine Lage, ändert sich der Neigungswinkel der Kreisel zur Plattform. Diese Änderung wird registriert und gibt Auskunft über die Lage des Flugzeugs im Raum. Früher gab es mechanische Kreisel, die elektrisch oder pneumatisch angetrieben wurden.

Heute verwendet man statt der mechanischen Kreisel Laser. Ein Laser strahlt dabei Licht in entgegengesetzte Richtungen aus. Das Licht wird über Spiegel (Siegelsystem) oder gewundene Glasfaserkabel (Faserkreisel) später wieder zusammengeführt. Beruhend auf dem Sagnac-Effekt tritt bei kohärentem Licht, das im Uhrzeigersinn, und Licht, das gegen den Uhrzeigersinn über Spiegel auf der selben Strecke im Kreis gelenkt wird, eine Phasenverschiebung auf, sobald man die gesamte Apparatur dreht. Diese Phasenverschiebung gibt dann Auskunft über die Lage des Flugzeugs im Raum. Mittlerweile gibt es auch micro-mechanische Kreisel. Sie sind derzeit noch weniger genau, aber dafür viel preiswerter.

Ebenfalls zum Trägheitsnavigationssystem gehören Sensoren, die die Beschleunigung des Flugzeugs messen. Unter Berücksichtigung von Ort und Zeitpunkt des Starts lassen sich aus den Messdaten die Geschwindigkeit, die zurückgelegte Strecke und die aktuelle Position bestimmen. Über Funkstationen, die dem Flugzeug an verschiedenen Punkten auf der Erde seine Position mitteilen, werden die vom System ermittelten Koordinaten gegebenenfalls korrigiert. Ergänzend wird heutzutage zusätzlich das Global Positioning System (GPS) zur Navigation verwendet.

Da sie recht teuer sind kommen Trägheitsnavigationssysteme nur in großen Verkehrsflugzeugen zum Einsatz. In kleinere Flugzeugen gibt es meist nur Funknavigation und GPS. Darüber hinaus gibt es Trägheitsnavigationssysteme in der Raumfahrt, in militärischen Raketen, auf Schiffen und in U-Boten.

Die Frage wurde beantwortet von Dipl.-Ing. Dieter Hummes und Mario Hamers aus dem Instituts für Flugsystemtechnik des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR e.V.) in Braunschweig.