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Korrektor von Abhorchapparaten.
Die bisher bekannten, die Aufzeichnung der Flugzeugbahn auf einer Kugelfläche verwendenden
Korrektoren führen diese Aufzeichnung mittels eines mit den Bewegungen des Abhorchapparates unmittelbar verbundenen Schreibstiftes aus. Diese theoretisch zwar einwandfreie Lösung weist bei praktischer Anwendung zahlreiche Nachteile auf. Der Abhorchapparat verfolgt nämlich das Flugzeug nicht ganz kontinuierlich und gleichmässig, sondern führt kleine Schwingungen um die Mittellage aus.
Diese Schwingungen werden durch das eigentliche Abhorchen verursacht und werden im wesentlichen wie folgt hervorgerufen :
Die den Abhorchapparat bedienende Person dreht mit dem Apparat so lange, bis sie das subjektive Gefühl hat, dass sie das Flugzeug in der Mitte ihres Kopfes hört. Dieses subjektive Gefühl ist sehr unverlässlich, weshalb die Bedienungsperson, um sich selbst zu bestätigen, dass sie das Gefühl stets in der Mitte des Kopfes hat, kleine Schwingungen mit dem Abhorchapparat ausführt. Durch diese Schwingungen verlagert (verschiebt) sich die Bedienungsperson die Schallempfindung abwechselnd auf beide Seiten und auf diese Weise bestimmt sie leicht die die richtige Einstellung oder Vermessung bedeutende Mittellage.
Diese Schwingungen werden auch beim Zielen auf ein unbewegliches akustisches Ziel ausgeführt und sind daher bei der Verfolgung eines beweglichen akustischen Zieles, wie dies beim Flugzeug der Fall ist, um so mehr erforderlich. In diesem Falle ändert sich die Mittellage ständig und bei kontinuierlicher Verfolgung ohne Schwingungen könnte es leicht geschehen, dass die abhorchende Person die Sehallempfindung ständig an einer Seite des Kopfes hat, ohne sich dessen bewusst zu sein.
Infolge dieser Schwingungen, welche bei bekannten Korrektoren unmittelbar auf den Schreibstift übertragen werden, zeichnet der Schreibstift eine Zickzacklinie. Diese Linie, welche bei horizontalem geradlinigen Fluge eine der Hauptkreislinien der Aufzeiehnungshalbkugel darstellt, dient zur Bestimmung der Flugebene. Die Flugebene ist einerseits für die Bestimmung des Flugzeugkurses, anderseits zur Bestimmung der akustischen Voreilung und dadurch auch der wirklichen Lage des akustisch festgestellten Flugzeuges wesentlich.
Die Durchführung dieses Vorganges ist in Fig. 1 dargestellt. Das Flugzeug bewegt sich geradlinig in stets gleicher Höhe und mit konstanter Geschwindigkeit. Es sei angenommen, dass es sich vom Punkte M in den Punkt N bewegt. Es wird vom Punkte p mittels des Abhorchapparates beobachtet.
Durch die Punkte p, Mund N kann eine Ebene À, die sogenannte Flugebene gelegt werden. Wenn das Flugzeug im Punkte N abgehorcht wurde, befindet es sich bereits im Punkte R. Der Winkel, welchen der Strahl p N mit dem Strahl p R bildet, ist die sogenannte akustische Voreilung. Dieser Winkel befindet sich auch in der Flugebene. Die Bestimmung der Flugebene ist deshalb die erste Bedingung für die Feststellung des Punktes R, in welchem sich das Flugzeug befindet.
Zu diesem Zweck wird eine Halbkugel K mit dem Mittelpunkt p angeordnet, auf welche die Strahlen p M, p N usw. zentral projiziert sind. Dadurch entstehen auf der Halbkugel K ihre Projektionen mn usw. Die Verbindungslinien dieser Projektionen ist der Hauptkreis, der auch in der Flugebene k liegt. Die Neigung dieses Kreises ist auch die Neigung der Flugebene. Der Winkel den ihre Grundrissspur, die gleichzeitig mit der Flugzeugbahn parallel ist, mit einer gewählten Richtung 0 bildet, ist der Kurs 0 des Flugzeuges. Es ist ersichtlich, dass durch die Bestimmung des Hauptkreises x, y, u. zw. aus dem aufgezeichneten Abschnitt m, n die Flugebene X gegeben ist.
Die Feststellung des auf das Flugzeug zielenden Strahles p R wird dann wie folgt ausgeführt :
Das Flugzeug bewegt sich mit der Geschwindigkeit v, der Schall mit der bekannten Geschwindig-
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dessen zwei Seiten v. t und e. t bilden. Durch Division durch t entsteht ein reduzierendes Dreieck p n'r', dessen eine Seite der bekannte Wert c ist und die andere Seite die abgeschätzte Geschwindigkeit v bildet. Es genügt also nur dieses Dreieck in der Flugebene X mechanisch zu realisieren, wobei seine eine Seite pn'= c durch den Abhorchapparat geführt wird und die andere Seite = v stets horizontal gehalten wird. Auf diese Weise wird die dritte Seite pr'und dadurch auch der Strahl p R festgelegt.
Die bisher bekannten Korrektoren sind derart ausgeführt, dass in Verlängerung des Strahles M p ein Schreibstift angeordnet ist, welcher aus den oben angeführten Gründen eine Zickzacklinie mn aufzeichnet. Einen weiteren Nachteil der bekannten Korrektoren bildet die Auswertung des Punktes r und dadurch auch die Festlegung des Strahles p R. Es muss in Betracht gezogen werden, dass sich sämtliche Mechanismen in der Halbkugel K im Raum bewegen, d. h. dass z. B. die Vorrichtung, mit welcher die Winkelkoordinaten des Punktes r festgestellt werden, leicht in Kollision mit dem Schreibstift, welcher die Halbkugel K im Punkte n berührt, geraten kann.
Das Verfahren zur Auswertung der Winkelkoordinaten des Punktes r mittels der Vorrichtung gemäss der Erfindung ist in Fig. 2 veranschaulicht, welche einen Blick von oben in die Halbkugel K darstellt. In der Halbkugel K ist ein Quadrant ra angeordnet, dessen Drehung den Winkel < p r gegenüber der Richtung 0 und dessen Neigung den Winkel sr, d. h. den Lagenwinkel des Punktes R gegenüber der horizontalen Ebene angibt.
Der Korrektor gemäss der Erfindung beseitigt die beiden oben erwähnten Nachteile, d. h. das Aufzeichnen einer Zickzacklinie und die Kollision der Mechanismen wie folgt :
An den durch den Abhorchapparat gesteuerten Richtstrahl p M ist über einen das Voreildreieck p n'1. 1 lösenden Mechanismus der Strahl p r angeschlossen, der jedoch nicht in einen Schreibstift, sondern in einer Spitze verlängert ist. Diesem Stift stellt die Bedienungsmannschaft des Korrektors die Mitte einer Scheibe gegenüber, in deren verlängerter Achse sich dann der Schreibstift befindet, welcher im Punkte 'die Halbkugel K berührt.
Dieser Schreibstift wird mittels des Qua- dranten r a verschoben. Die Dämpfung der Schwingungen des Abhorchapparates erfolgt dann unter Zwischenschaltung menschlicher Tätigkeit zwischen die Bewegungen des Abhorchapparates und des Schreibstiftes. Wenn nämlich die Spitze Schwingungen um die mittlere Lage ausführt, verfolgt die Bedienung nicht diese Schwingungen, sondern deren Mittelwert, wodurch die Aufzeichnung eine ruhige wird.
Um einer Kollision der Mechanismen vorzubeugen, ist die Spitze an dem Strahl p R in einer bedeutend geringeren Entfernung als der Halbmesser der Halbkugel K angeordnet. Annähernd in derselben Entfernung befindet sich dann die Scheibe, in grösserer Entfernung sind die Leisten zur Führung des Schreibstiftes in der Flugebene, noch weiter befindet sich der Quadrant r a, der in Form eines Ablesearmes ausgeführt ist und am grössten Durchmesser befindet sich der Schreibstift, der bereits die Halbkugel K berührt.
Zwecks Klarlegung der angeführten theoretischen Grundlagen wird im weiteren ein Ausführungsbeispiel derselben beschrieben. Fig. 3 ist eine der Fig. 2 entsprechende Ansicht von oben, Fig. 4 eine Vorderansicht, Fig. 5 eine Ansicht der Vorrichtung zur Feststellung der akustischen Voreilung in der Flugebene, Fig. 6 veranschaulicht eine Einzelheit des Antriebes des Quadranten a und Fig. 7 stellt ein Detail des Schreibstiftes in vergrössertem Massstabe dar.
Gemäss dem Ausführungsbeispiel dreht sich die Aufzeichnungshalbkugel1, während der Richtstrahl nur im Lagenwinkel ausschwingt. Diese Anordnung wurde nur aus konstruktiven Rücksichten gewählt und ist derjenigen gleichwertig, bei welcher der Richtstrahl sowohl Schwingungen im Lagenwinkel als auch Drehungen im Seitenwinkel ausführen würde.
Die Aufzeichnungshalbkugel 1 wird durch eine Welle 2 im Seitenwinkel gedreht. Ein Arm 3 schwingt im Lagenwinkel, da er auf einer in einem Lager 4 drehbar angeordneten Welle 5 fest aufgekeilt ist. Dieses Lager steht fest. Das Ende des Armes 3 trägt den drehbar gelagerten Zapfen einer Gabel 6, die auf einem mit einer Welle 8 fest verbundenen Zapfen 7 schwingbar gelagert ist. Die Achse des Zapfens 7 und die Achse der Welle 8 schneiden sich in der Mitte der Halbkugel 1. Die Welle 8 ist mit ihren beiden Enden in den auf einem Zahnkranz 10 festgehaltenen Lagern 9 drehbar gelagert.
Wird nun der Kranz 10 in beliebiger Richtung gedreht, ist stets eine Ausschwingung des Armes 3 und der
Gabel 6 möglich, da die Achse der Welle 8 und die Achse der Zapfen 7, um welche die Gabel 6 ausschwingt, zueinander senkrecht sind und auf diese Weise ein Kardangelenk bilden. Durch diese Anordnung wird erzielt, dass in keiner Lage ein Spreizen der Mechanismen eintritt. Auf der Welle 8 ist ferner ein Voreilmechanismus ausgebildet, dessen Wesen in der Einleitung beschrieben und in Fig. 1 erklärt wurde. Mit diesem Mechanismus wird das Dreieck pn'1, 1 realisiert und der Wert v stets horizontal, d. h. parallel mit der Flugzeugbahn NR erhalten. Zu diesem Zwecke ist auf der Welle 8 ein Doppelhebel 11 drehbar gelagert, der einen mittels eines Zapfens 17 in der Gabel 6 gelagerten Verbindungssteg 12 trägt.
Auf dem Steg wird durch Drehung einer Schraube 14 die Mutter 13 verschoben.
Diese Schraube wird mittels eines Knopfes 15 soweit gedreht, bis die Mitte des Zapfens 16 auf der
Schraubenmutter 13 von der Mitte des Zapfens 17 um den Wert der Geschwindigkeit v in einem bestimmten Massstabe entfernt ist. Die Entfernung der Zapfen 17 und 7 stellt die Schallgeschwindigkeit c in demselben Massstabe dar. Der Zapfen 16 greift in die Ausnehmung des in eine Spitze 19 verlängerten
Doppelhebels 18 ein,
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Mit der Welle 8 ist ein Kreissegment fest verbunden, das im dargestellten Ausführungsbeispiel als zwei kreisförmige Leisten 20 ausgebildet ist, zwischen welchen sich ein Gleitstück 21 bewegt (siehe auch Fig. 7). Dieses Gleitstück ist zu einer Hohlwelle 22 verlängert, die am unteren Ende eine durchsichtige Scheibe 23 mit einem Richtungsindex (siehe Fig. 3) und am andern Ende eine Scheibe 25 mit zentralem Index trägt.
In der Hohlwelle 22 befindet sich der Schreibstift 24. Der Richtungsindex auf der Scheibe 23 ist derart angenommen, dass er in einer durch die Achse der Welle 8 gelegten Ebene liegt. Diese Ebene geht auch zwischen zwei kreisförmigen Leisten 20 hindurch und bildet eigentlich die Flugebene. Da das Gleitstück21 mittels einer Hohlwelle 22 mit der Scheibe 23 verbunden ist und das Gleitstück selbst mittels einer kreisförmigen Leiste 20 geführt wird, wird die Verdrehung dieser kreisförmigen Leisten und dadurch auch des Kranzes 10 um eine vertikale Achse auf die Scheibe 23 übertragen. Die Hohlwelle 22 wird durch eine Öse des Ablesearmes 26 geführt, welch letztere in dem drehbaren Rand des Tragkorbes 27 schwingbar angeordnet ist.
Die Ausschwingung des Ablesearmes 26 wird mittels eines verzahnten Kegelsegmentes 28 und Kegelzahnrades 29 auf eine Welle 30 und von dieser mittels eines Rades 31 auf ein frei drehbares Kegeldoppelrad 32, in welches ein Rad 33 eingreift, übertragen.
Die Einzelheiten dieses Antriebes sind in Fig. 6 ersichtlich. Aus Fig. 6 geht auch hervor, dass der Unter- teil des Tragkorbes 27 als ein vom Rade 35 angetriebenes Kegelrad 34 ausgebildet ist. Der Tragkorb ist auf einer Welle 2 frei drehbar. Mit dieser Welle wird die Halbkugel 1 lediglieh um den Seitenwinkel ; p, u. zw. mittels eines Getriebes 36, 37 und einer Welle 88 gedreht. Durch die Welle 88 wird der ganze
Korrektor an die Seitenbewegung des Abhorchapparates gebunden.
Die Drehung der Halbkugel 1 um den Seitenwinkel ; p darf jedoch nicht die absoluten Werte der Schwingungen und die Verdrehungen aller sich mit der Halbkugel 1 gleichzeitig drehenden Mechanismen beeinflussen. Aus dem Vergleich mit Fig. 3 ist ersichtlich, dass die Verbindungslinie XY in Fig. 2 mit der Welle 8 in Fig. 3 identisch ist und dass also die durch den Kranz 10 ausgeführte Drehung dieser Achse eigentlich den Flugzeugkurs 0 darstellt. Der Wert dieses Kurses ist aber im Hinblick auf die Richtung 0 festgestellt, von welcher vorausgesetzt wurde, dass sie mit der Halbkugel K (Fig. 2) unbeweglich ist.
Da sieh aber nun die Halb- kugel um den Winkel r ! J verdreht, dreht sich die Achse der Welle 8 und der Zahnkranz 10 um die
Summe (p + o. Diese Summe wird durch das Differential 40 verwirklicht, in welches einerseits durch das Getriebe 39 der Wert up und anderseits durch das Handrad 43 über das selbstsperrende Schneckengetriebe 42 der an der Skala 44 ablesbare Wert 0 eingetragen wird. Die resultierende Summe (p + 8 wird durch die Hohlwelle auf das Zahnrad 41 und auf diese Weise auf den Zahnkranz 10 geführt. Der Ablesearm 26 soll sich um die vertikale Achse um den Wert des Seitenwinkels (Bf des Zieles drehen, aber in Wirklichkeit dreht er sieh zusammen mit der Halbkugel um die Summe f + tpr.
Die Eliminierung des Wertes rf wird wiederum mittels des Differential 46 durchgeführt, welches einerseits durch das Getriebe 45 um den Winkel m und anderseits durch die ähnliche Anordnung des Handrades 49 der selbsthemmenden Übersetzung 4 um den Winkel mr angetrieben wird, dessen wirklicher Wert sich auf der Skala 50 befindet.
Wie in der Einleitung bereits erwähnt wurde, bestimmt der Punkt r die Winkelkoordinaten des Punktes R im Raum, da er den Richtungsstrahl rpR angibt. Aus der Ähnlichkeit (Analogie) mit geo- graphischen Koordinaten geht hervor, dass die geographisch Länge des Punktes r den Seitenwinkel mr und seine geographisch Breite den Lagenwinkel er darstellt (die horizontale Hauptkreislinie der Halb- kugel 1 stellt hier den Erdäquator dar). Durch diese beiden Winkel wird dann der Strahl rpR bestimmt.
Falls durch Drehung des Ablesearmes 26 um die vertikale Achse der Seitenwinkel yr bestimmt wurde, wird durch Ausschwingung desselben Ablesearmes 26 um eine waagerechte Achse V der Lagenwinkel er gegeben. Der Arm 26 soll im Winkel er ausschwingen, dreht sich jedoch dabei schon um die Summe (p + tpr, wie im vorhergehenden Absatz dargelegt wurde. Für die Auswertung des Winkels sr wird wiederum ein Differential M verwendet, welchem einerseits die Summe fp + (pf vom Tragkorb mittels eines Getriebes 34, 35 und anderseits der tatsächliche Winkel sr mittels der bereits bekannten Anordnung, u. zw. des Schneckengetriebes 53, eines Handrades 54 und einer Skala 53 zugeführt wird.
Das Ergebnis, d. h. die Summe (p + mr + sr, wird mittels eines Getriebes 52 auf das bereits beschriebene Kegeldoppelrad 32 geführt.
Beschreibung der Wirkungsweise : Für den Beginn sei die Flugzeuggeschwindigkeit mit Null angesetzt, d. h. die Achse des Hebels 18 ist mit der Achse der Gabel 6 identisch. Der Zahnkranz 10 ist beliebig verdreht. Wenn der Abhorchapparat das Flugzeug verfolgt, bewegt sich die Spitze 19 des Hebels 18. Die Bedienung des Korrektors dreht die Handräder 49 und 54 und bringt dadurch die Mitte der Scheibe 25 in Übereinstimmung mit der Spitze 19 bzw. mit ihrer mittleren Lage. Fliegt das Flugzeug horizontal und gradlinig, zeichnet der Schreibstift die Linie mn, die einen Teil des Hauptkreises bildet.
Nun dreht die Bedienung das Handrad 43 und in bereits beschriebener Weise den Kranz 10, die kreisförmigen Leisten 20 und dadurch auch die Scheibe 23 so lange, bis der Riehtungsindex auf dieser Scheibe mit der Richtung der aufgezeichneten Bahn übereinstimmt. Dadurch wird der ganze Mechanismus auf der Welle 8 in die Flugebene gedreht und diese Verdrehung stellt den Kurs 0 dar, der an der Skala 44 ablesbar ist.
Dadurch ist die Flugebene gegeben und in dieser Ebene kann die akustische Voreilung eingestellt werden, u. zw. durch Einstellung der abgeschätzten Geschwindigkeit v in den bereits beschriebenen
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Voreilmechanismus. Die Spitze 19 wird so in der Richtung der Bahnaufzeichnung verschoben und die Bedienung des Korrektors bringt wiederum die Mitte der Scheibe 25 in Übereinstimmung mit der Spitze und die Übereinstimmung wird durch Drehung der Handräder 49 und 54 aufrechterhalten. Auf den mit diesen Handrädern verbundenen Skalen befindet sich schon der Seitenwinkel yr (auf der Skala 50) und der Lagenwinkel er (auf der Skala 55).
Ein grosser Vorteil der beschriebenen Vorrichtung gegenüber den bekannten Vorrichtungen ähnlicher Art besteht darin, dass die Handräder 49 und 54 in feststehenden Lagern angeordnet sind, so dass der Bedienungsmann die Verfolgung mit den beiden Händen ausführt, u. zw. mit jeder Hand getrennt nur die Bewegung in einer Richtung. Ausserdem können noch an die Skalen 44, 50, 55 Sender einer elektrischen Übertragungsvorrichtung angeschlossen werden, deren elektrischer Anschluss infolge ihrer festen Lagerung keine Schwierigkeiten bereitet.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Korrektor von Abhorchapparaten bei Aufzeichnung der Bahn auf einer Kugelfläche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schreibstift unabhängig von der Bewegung des Abhorchapparates mit Hand
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