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Sehallverzugsreehner.
Die von einem Horchgerät ermittelten akustischen Peilwerte (Seitenwinkel oder Azimut und Höhenwinkel) einer bewegten Schallquelle, z. B. eines Flugzeuges, weichen von den wahren oder optischen Werten ab. Diese Abweichung ist darin begründet, dass der Schall eine endliche Zeit braucht, um von der Schallquelle zum Horchgerät zu gelangen (Schallverzug). Es sind Rechengeräte, sogenannte Schallverzugsrechner, bekannt, die die akustischen Peilwerte des Horchgerätes in die optischen Werte umwandeln. Letztere werden in der Regel mittels einer elektrischen Fernübertragungseinrichtung nach einem anderen Gerät weitergeleitet, z. B. zum Scheinwerfer oder zur Flakbatterie.
Es sind Schallverzugsrechner bekannt, die rein mechanisch arbeiten, bei denen die irgendwie in das Gerät eingeführten akustischen Winkel unter Zugrundelegung der mathematischen Beziehungen zwischen den akustischen und optischen Winkeln durch geeignet gestaltete Gestänge-und Getriebeteile in die optischen Winkel umgewandelt werden. Diese Werte werden über Kupplungen, Wellen, Zahnräder und Differentialgetriebe an ausserhalb des Rechners liegende Geber der elektrischen Fern- übertragungseinriehtung weitergeleitet. Es sind auch Geräte bekannt, die teils mechanisch, teils elektrisch arbeiten. Bei einer Ausführungsform z. B. wird der eigentliche Rechenvorgang wieder rein mechanisch bewirkt durch Nachbildung des Geschwindigkeitsdreieeks, das aus der akustischen Peilrichtung, der optischen Peilrichtung und der Flugrichtung gebildet wird.
Die akustischen Werte werden elektrisch eingeführt und die Getriebeteile des Rechners wirken unmittelbar auf die elektrischen Empfänger für die ankommenden akustischen Winkel und auf die elektrischen Geber für die weiterzuleitenden Winkel.
Sowohl bei den rein mechanischen wie auch bei den elektromechanischen Schallverzugsrechnern ist die Ausführung des eigentlichen Rechenvorganges durch mechanische Getriebe unbefriedigend.
Schon oft ist in der Technik ein mechanisches Problem dadurch viel besser gelöst worden, dass man die mechanischen Grössen in äquivalente elektrische Grössen umgewandelt hat. Von diesem Gedanken ausgehend, befasst sich die Erfindung mit einem Schallverzugsrechner, bei dem der eigentliche Rechenvorgang rein elektrisch erfolgt.
Bei einem Verfahren zur Ermittlung der durch den Schallverzug bedingten Differenz Aorzwischen dem optischen Seitenwinkel or, (bezogen auf die Nordsüdrichtung) bzw. iso' (bezogen auf die Ziel- wegriehtung) und dem akustisch ermittelten Seitenwinkel Cl. a bzw. CI. a'einer bewegten Schallquelle,
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Zur-Ermittlung der durch den Schallverzug bedingten Differenz au zwischen dem optischen Höhenwinkel #o und dem akustisch ermittelten Höhenwinkel- (a einer bewegten Schallquelle, z. B. eines Flugzeuges, aus dem Höhenwinkel (a, dem akustisch ermittelten Seitenwinkel aal (bezogen auf die
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dargestellt werden, indem auf einer kreisförmigen Kontaktbahn eine Bürste gleitet, mit der der Winkel eingestellt wird, während der abgegriffene Widerstand der Winkelfunktion proportional ist.
Die vom Horchgerät ermittelten akustischen Winkel werden hiebei durch Wellen auf den Schallverzugsrechner übertragen, der die von der elektrischen Rechenvorrichtung gefundenen Korrekturen in bekannter Weise durch Differentialgetriebe zu den almstischen Winkeln hinzuaddiert.
Gegenüber den bisher bekannten mechanischen oder elektromechanischen Schallverzugsrechnern hat diese rein elektrische Lösung der Aufgabe den Vorteil grösserer Genauigkeit und Betriebssicherheit, auch werden Fabrikation und Montage viel einfacher.
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1'. H. 2'. Es schliesst den Winkel Au, ein, der den gesuchten Korrekturwinkel für die Seite darstellt.
Dieser Winkel lässt sich nach dem Sinussatz errechnen, denn es ist in diesem Dreieck :
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Darin ist, wenn v die Fluggeschwindigkeit, a die Schallgeschwindigkeit und t die Schall-Laufzeit für die Strecke . bedeutet,
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Um nun diese Formel und die Formel für den Seitenwinkel lösen zu können, werden, wie schon gesagt wurde, Wheatstonesche Brücken verwendet, in welchen sich beim Brückengleichgewicht die vier Widerstände a, b, G,
d zueinander verhalten wie
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Auf ihm wird der vom Horchgerät ermittelte akustische Höhenwinkel eingestellt. Der vierte Winkel 1. 0 : der Formel wird gesucht, aber der dritte Winkel oc"' (auf die Spur s bezogen) ist zunächst auch noch unbekannt. Deshalb ist der Widerstand 23 so ausgebildet, dass auf ihm gleichzeitig der Korrektur- winkel A or und der akustische Seitenwinkel axa'eingestellt werden können. Der Widerstand besteht ebenfalls aus einer Platte mit einer Drahtwicklung, jedoch hat die Kontaktbahn jetzt die Gestalt eines Vollkreises. Mittels der Bürste 24 wird, von dem festen Punkt 25 an gerechnet, ein Winkel Aa eingestellt.
Der Bürste 24 diametral gegenüber liegt auf der Kontaktbahn der veränderliche Punkt 26, von dem aus in gleicher Drehrichtung wie Aa der vom Horchgerät gefundene akustische Seitenwinkel aa' mittels der Bürste 27 eingestellt wird. Der Winkel 1. 0 : wird so lange verändert, bis das Brückeninstrument auf Null zeigt.
Die Bürste 27 zeigt alsdann, von dem festen Punkt 28 an gerechnet, wegen der
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lieh, u. zw. symmetrisch um die Mitte 32, entsprechend dem Werte sin j Entspricht der zwischen Bürste 37 und Punkt 32 liegende Widerstand dem Werte sin ar, so ist die Spannung zwischen den
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oder dafür die Werte eingesetzt :
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Die Schaltung entspricht also der zu lösenden Formel.
Fig. 4b zeigt die Ausführungsform dieser Schal-
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Seitenwinkel ot < 'aufgetragen. Auf dem Widerstand 40 wird mittels der Bürste 39 der optische Höhenwinkel To ermittelt, indem von dem festen Bezugspunkte 32 aus zunächst ein willkürlicher Winkel air und daran der akustische Höhenwinkel ta aufgetragen wird. Um 1800 versetzt, ist eine zweite Bürste 38 angeordnet. Der Winkel ! 1 T wird so lange verändert, bis das Brückeninstrument stromlos ist ; er stellt dann den gesuchten Höhenkorrekturwinkel dar und die zwischen 32.37 liegende Spannung ent-
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sprechen, kann man sich auch statt Spannungsteiler von Plattenform mit Berührungskontakten induktiver Spannungsteiler nach Fig. 5 bedienen.
Durch eine zylindrische Spule 50, die an der Wechselspannung U liegt, wird im Innern der Spule ein homogenes Wechselfeld erzeugt, in welchem eine Spule 51 gedreht und auf einen Winkel a eingestellt werden kann. Die in der drehbaren Spule induzierte Spannung ist dann U1 = k. U. cos a, wobei k eine von den Windungen und den Induktionsverhältnissen der Spulen abhängige Konstante ist. Mehrere solcher weehselstromgespeister Spannungsteiler kann man dann zu einer Brückenschaltung vereinigen. Gegenüber den plattenförmigen Spannungsteilern haben sie den Vorteil, dass keine Berührungskontakte erforderlich sind.
Da für die Bestimmung des Schallverzuges die Zielwegrichtung des abgehorchten Flugzeuges bestimmt werden muss, ist es erforderlich, den Verlauf der Peilung zu beobachten. Die Nachbildung der Peilungen und die Ermittlung des Zielweges ist nicht Gegenstand dieser Erfindung und sie kann auf ganz verschiedene Weise erfolgen.
Um den Erfindungsgedanken und seine praktische Anwendungsmöglichkeit klar hervortreten zu lassen, ist in Fig. 6 das Getriebeschema für ein Horchgerät mit einem vollständigen Schallverzugsrechner, der also auch eine Einrichtung zur Ermittlung der Zielwegrichtung enthält, dargestellt. Die Rechenoperationen werden hiebei mit plattenförmigen Spannungsteilern nach Fig. 3 und 4 ausgeführt. Die Ermittlung der Zielwegrichtung erfolgt hiebei nach irgendeinem an sich bekannten oder bereits vorgeschlagenen Verfahren. Unter Benutzung eines solchen Verfahrens zeigt nun Fig. 6 das vollständige Getriebeschema. Aus dem Sockel des Horchgerätes, welches schematisch auf der linken Seite der Figur dargestellt ist, führen zwei Wellen 41 und 45 die akustischen Seiten-und Höhenwinkel heraus.
Der Seitenwinkel wird nun über das Gelenk 42, Welle 43 und Gelenk 44 auf die Welle 46 in das Rechengerät hineingeleitet. Die Welle 46 treibt über das Differentialgetriebe 47 die Welle 48 an, die zum Antrieb eines Seitenwinkelgebers 49 dient. Die Planetenräder des Differentialgetriebes 47 sitzen auf einem Kegelrad, welches über Rad 50, Welle 51 durch die Kurbel 52 angetrieben werden kann. Durch diese Kurbel wird die in der oben angegebenen Weise ermittelte Korrektur Aa in das Getriebe eingeführt, so dass die Welle 48 jetzt den optischen und die Welle 46 den akustischen Seiten-
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winkel überträgt. Der akustische Höhenwinkel des Horchgerätes wird durch die Welle 45 herausgeleitet und über das Gelenk 53 auf die Welle 54 übertragen und in das Rechengerät eingeführt.
Diese Welle
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des Getriebes 55 auf einem Kegelrad 59 gelagert, welches durch das Rad 60 und die Kurbel 61 angetrieben wird. Durch diese Kurbel wird die Winkelkorrektur j eingeführt. Von den Wellen 46 und 54, die ja die akustischen Winkel einleiten, sind noch die Wellen 63 und 64 über die Räderpaare 65 und 66 abgezweigt. Diese treiben über die Räder 67, 68, 69 und 70 und die Wellen 71, 72 den Anzeigenmeeha- nismus 73 für die akustischen Peilungen an. Dieser Mechanismus ist im Gehäuse 74 gelagert, das seinerseits im Apparategehäuse 75 drehbar ist. Das Gehäuse 74 trägt eine Scheibe 76, welches mit einer Schar Kreisbogen versehen ist.
Ausserdem besitzt das Gehäuse 74 noch einen ringförmigen Wulstrand 7'/, der es gestattet, ihn anzufassen-und das Gehäuse 74 zu verdrehen. Ausserdem sind aber auch noch die optischen Winkel von den Wellen 48 und 56 durch die Räderpaare 78 und 79 abgeleitet. Diese Winkel werden auf unterhalb des Gehäuses 74 angeordnete Drehscheiben übertragen, auf die die Brückenwiderstände aufgewickelt sind. Es liegen also dann alle Winkel, die akustischen und optischen Seitenund Höhenwinkel und die Zielwegrichtung übereinander, so dass zwischen die Scheiben und Räder die Widerstände der Brückenschaltungen angeordnet werden können. Die Nullinstrumente dieser beiden Schaltungen sind in die Nähe der beiden Kurbeln 61 und 52 gelegt.
Wird an diesen Rädern gedreht, so verändert man die Widerstände für die Winkelkorrekturen, u. zw. so lange, bis die Brücken in Gleichgewicht kommen, was durch die Nullstellung der Instrumente angezeigt wird. Das Gleichgewicht wird aber durch die sich dauernd verändernden akustischen Höhen-und Seitenwinkel, die ja auch auf Widerstände wirken, gestört und das Gleichgewicht muss immer wieder durch Nachdrehen
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über ein Differentialgetriebe 57 geleitet. Dieses hat die Aufgabe, den Höhenwinkel vom Seitenwinkel unabhängig zu machen. Dadurch, dass beim Einstellen des Seitenwinkels das ganze Horchgerät gedreht wird samt der Kurbel, durch die der Höhenwinkel eingestellt werden soll, würde das Einstellen des Seitenwinkels stets eine Veränderung des Höhenwinkels bewirken. Um diese unerwünschte Veränderung auszugleichen, ist das Differentialgetriebe 57 eingeführt.
Normalerweise liegt dieses Getriebe im Horchgerät. Im vorliegenden Fall ist es darin fortgelassen und zu den andern Getrieben im Rechengerät gelegt worden.
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zweite die Grösse der Winkelkorrekturen. Die Bedienungsweise sei an Hand der Fig. 7 erläutert. An einer Skala 1 wird die Flugzeuggeschwindigkeit eingestellt. Das Gerät wird eingeschaltet. Durch die beiden auf der linken Seite angedeuteten Wellen 2 und 3 werden die akustischen Winkel in das Gerät fortlaufend eingeführt. Verändern sich diese Winkel, d. h. liefert das Horchgerät akustische Peilungen, so bewegt sich auch der Punkt P'auf der Scheibe 4, die mit einer Schar von Kurven versehen ist.
Diese Scheibe wird nun an dem Wulstrand 5 erfasst und vom ersten Bedienungsmann so gedreht, bis der Punkt P'sich nur noch parallel zu den Kurven bewegt. Gleichzeitig sorgt der zweite Bedienungsmann durch Drehen an den Rädern 6 und 8 dafür, dass die Instrumente 7 und 9 in der Nullage bleiben. Die Drehungen erfolgen entgegengesetzt den Ausschlägen der Instrumente. Die Geber 10 und 11 werden dann automatisch mit den gesuchten optischen Winkeln angetrieben.
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1. Verfahren zur Ermittlung der durch den Schallverzug bedingten Differenz Aa zwischen dem optischen Seitenwinkel ao (bezogen auf die Nordsüdrichtung) bzw. ao' (bezogen auf die Zielwegrieh- tung) und dem akustisch ermittelten Seitenwinkel rJ. a bzw. rJ. a' einer bewegten Schallquelle, z.
B. eines Flugzeuges, aus dem Seitenwinkel < Xf', dem akustisch ermittelten Höhenwinkel. ja, der Flugzeuggeschwindigkeit v und der Schallgeschwindigkeit a, dadurch gekennzeichnet, dass eine Brücke, in
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