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Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der Flugrichtung und der Geschwindigkeit von im
Raume sich geradlinig bewegenden Zielen.
Die bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Ermittlung der Flugrichtung und der Ge- schwindigkeit von im Raume sich bewegenden Zielen können nur dann fehlerfreie Anzeigen liefern, wenn das Ziel sich während der Beobachtungszeit oder mindestens während der Messdauer horizontal bewegt. Die Erfindung hat nun ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Gegenstande, welche die fehlerfreie Ermittlung von Flugrichtung und Geschwindigkeit auch bei gegen den Horizont geneigter Flugbahn ermöglicht.
Um dieses Ergebnis zu erzielen, werden gemäss der Erfindung zwei zueinander senkrecht stehende lineare Elemente des Zielobjektes, von denen das eine horizontal und das andere in der Flugbahn liegt, am Beobachtungsorte nachgebildet und die Nachbildung des einen Elementes in einer Horizontalebene, die Nachbildung des andern Elementes in einer Vertikalebene um die erste Elementnachbildung so lange verschwenkt, bis zwei in Abhängigkeit von den genannten Nachbildungen der Elemente bewegte Strichmarken in der Bildebene des Beobachtungsinstrumentes mit der Projektion der genannten Zielelemente zur Deckung gelangen, wobei die Bewegungen der Elementnachbildungen ein Mass für den Kurswinkel des Zieles über Grund, den Neigungswinkel der Flugbahn gegen den Horizont und den Kursrichtungswinkel ergeben.
Unter dem Kursrichtungswinkel ist hiebei der von der Flugbahn mit dem Visurstrahl eingeschlossene Winkel zu verstehen.
Die Fig. 1 der Zeichnung stellt das Schema des geschilderten Vorganges zur Ermittlung der Flugbahn eines Flugzeuges dar. Das Bild eines Flugzeuges ergibt im allgemeinen zwei stabförmige, aufeinander senkrecht stehende Elemente, von denen das eine die Tragflächen und das andere den Rumpf darstellt. In Fig. 1 stellt die Linie a die horizontal liegenden Tragflächen und die Linie b den Rumpf des Flugzeuges dar, welches sich in einer gegen den Horizont geneigten Bahn bewegt. 0 ist das Zentrum des Gerätes, durch welches zwei Balken a1 und bl gelegt sind, welche die Nachbildungen der Zielelemente a und b darstellen. Das Zentrum 0 liegt in der Visierlinie OV, welche durch den Schnittpunkt der Linien a und b hindurchgeht. a2, b2 stellen die Horizontalprojektionen der Zielelemente a, b dar.
Der Balken a1 ist in einer Horizontalebene um das Zentrum 0 und der Balken bl in einer senkrecht zum Balken a1 stehenden Ebene verschwenkbar. In der Bildebene E des Fernrohres erscheint die Projektion der Zielelemente a, b bei < , b3.
In der Bildebene des Fernrohres bzw. unmittelbar vor oder hinter derselben werden zwei radiale Strichmarken a4, b4 angeordnet, welche um den Visierstrahl OV in Abhängigkeit von der Stellung der Balken al, bl gesondert drehbar sind. Werden nun die Strichmarken a4, b4 so lange verdreht, bis sie mit der Projektion a3, b3 zur Deckung gelangen, so ergibt die dadurch bedingte Verdrehung der Balken al, ? ein Mass für den Kurswinkel und den Neigungswinkel des Flugzeugrumpfes.
Es ist ohne weiteres ersichtlich, dass die Messmethode in zwei-allerdings seltenen-Fällen nicht die beiden gewünschten Anzeigen liefern kann, u. zw. :
1. wenn die Tragflächen im Horizont liegen, in welchem Falle die Ermittlung der Kursrichtung nicht auf die geschilderte Weise möglich ist,
2. wenn die Rumpfachse in der lotrechten Visierebene liegt, die durch den Schnittpunkt der Visierelemente hindurchgeht.
In diesen Fällen kann man aber die fehlende Anzeige durch eine Schätzung, die sich insbesondere jn letzterem Falle auf die scheinbare Verkürzung der Rumpflänge stützt, ergänzen.
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Um die Geschwindigkeit des Zieles zu ermitteln, dessen Flugrichtung in der geschilderten Weise festgestellt wurde, wird-wie bei allen ähnlichen Geräten-die Zeit gemessen, die das Ziel braucht, um eine bestimmte Strecke im Raum zu durchlaufen. Um diese Zeitmessung vornehmen zu können, wird in der Bildebene des Beobachtungsinstrumentes eine nach einer Kurve gekrümmte Marke um die Visierlinie verdrehbar angeordnet, wobei die Kurve, der die Beziehung zwischen dem Kursrichtungs- winkel und der Projektion der Flugbahn auf die Bildebene darstellenden Polargleichung entspricht und weiters eine verdrehbare Strichmarke vorgesehen, welche der ermittelten Flugrichtung entsprechend eingestellt wird.
Aus der Zeit, welche das Zielbild im Beobachtungsgerät benötigt, um den durch die Strichmarke gebildeten Rádiusvektor der Kurve zu durchlaufen, lässt sich die Geschwindigkeit des Zieles auf Grund der gemessenen Zielentfernung einfach ermitteln.
Die Fig. 2 zeigt die geometrischen Grundlagen der Geschwindigkeitsermittlung.
Ist die Geschwindigkeit mit v und die Zeit, welche das Ziel benötigt, um die Strecke A-B zu durchlaufen, mit t bezeichnet, so ergibt sich
EMI2.1
Wird die Zielentfernung zu Beginn der Messung mit e bezeichnet und nimmt man den Zielweg A B z. B. mit 1 an, so ergibt sich die Bezeichnung
EMI2.2
EMI2.3
EMI2.4
wobei y den Kursrichtungswinkel, d. i. jenen Winkel, den die Visur OV mit der Flugrichtung A B einschliesst, bedeutet.
Setzt man in diese Gleichung den oben angegebenen Wert für. vt ein, so ergibt sich
EMI2.5
Ist a die Projektion der Zielbahn A B auf die Bildebene und j der Abstand der Bildebene vom Fixpunkt 0, so ergibt sich die Polargleichung
EMI2.6
In Fig. 3 ist die Kurve aufgezeichnet, welche dieser Gleichung entspricht, wobei als Winkel die doppelten Werte von m aufgetragen sind.
Ist daher die Richtung des Zieles in der beschriebenen Weise ermittelt worden und die Kurve und die Strichmarke im Beobachtungsgerät dementsprechend eingestellt, so kann mit Hilfe eines Zeitmessers die Zeit t, welche das Bild des Zieles in dem während dieser Messung feststehenden Beobachtungsgerät benötigt, um von dem mit dem Visurstrahl zusammenfallenden Nullpunkt der Kurve bis zum Schnitt der Strichmarke bzw. des Radiusvektors mit der Kurve zu gelangen, ermittelt werden.
An der Fig. 4 der Zeichnung ist im Schaubild ein Gerät dargestellt, mit welchem'das Verfahren nach der Erfindung durchgeführt werden kann. Fig. 5 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung die wesentlichsten Elemente des Gerätes und Fig. 6 das dem Beschauer in dem der Ermittlung der Flugrichtung dienenden Fernrohr sich darbietende Bild.
Auf dem Stativ 21 ist eine Scheibe 2 gelagert, welche mittels eines Seitengetriebes 1 von üblicher Bauart um die lotrechte Stativachse verdrehbar ist. Die Scheibe 2 trägt zwei diametral gegenüberliegende Ständer 4, an deren oberen Ende die Arme 12 eines Fernrohrträgers 7 um die horizontale Achse 5 drehbar gelagert sind. Die Ausbalancierung des Fernrohrträgers erfolgt durch Federn 3 oder durch Gegengewichte. Am Fernrohrträger 7 sind zwei Fernrohre befestigt, von denen das eine 8 der Richtungsbestimmung und das andere 9 der Geschwindigkeitsmessung dient. Die. Verschwenkung des Fernrohrträgers 7 um die Achse 5 erfolgt mittels eines Höhenrichtgetriebes 6 von üblicher Anordnung.
Die Achse 5 des Fernrohrträgers 7 schneidet die Stativachse im Punkte 0, welcher das Hauptzentrum eines Kardansystems bildet, das die Einstellung der Marken in den Fernrohren 8 und 9 entsprechend dem erfindungsgemässen Verfahren herbeizuführen gestattet. Dieses Kardansystem umfasst einen geschlitzten Kardanring 10, an welchem ein Rohr 22 sitzt, das im Fernrohrträger 7 um seine durch den Punkt 0 gehende, zu den Fernrohrachsen stets parallele Achse 0-11 drehbar gelagert ist. Am Ende des Rohres 22 sitzt ein Zahnrad 23 (Fig. 5), das durch eine Kette 24 mit einem Zahntrieb 25 im Fernrohr 8 verbunden ist, der eine mit einer Strichmarke versehene Glasplatte trägt.
Die Schlitze 13 des Kardanringes 10 werden von zwei Zapfen 26 eines halbkreisförmigen Bügels 27 durchsetzt, welche
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in einem Gestell 28 um ihre durch den Punkt 0 gehende horizontale Achse drehbar gelagert sind. Das
Gestell 28 wird von einem Zapfen 29 getragen, der im Stativ um dessen lotrechte Achse drehbar gelagert ist und von einem am Stativ sitzenden, die Scheibe 2 durchsetzenden, zylindrischen Aufbau 30 um. schlossen wird.
Die Verdrehung des Bügels 27 kann durch pfeilförmige Handgriffe 31 herbeigeführt werden, welche entweder, wie bei der schematischen Darstellung nach Fig. 5, unmittelbar auf den Zapfen 26 sitzen oder über ein im Gestell 28 gelagertes Zahnradgetriebe 32 (Fig. 4) diese Zapfen antreiben.
Im Rohr 22 des Kardanringes 10 befindet sich'nun ein zweites Rohr 33, an dessen unterem Ende ein Rahmen 34 sitzt, der das Zentrum 0 des Gerätes umschliesst. In diesem Rahmen 34 ist senkrecht zur Achsrichtung des Rohres 33 eine Achse 35, die eine feste stegartige Verbindung der Zinken eines gabelförmigen Körpers 36 bildet, drehbar gelagert. Am Zinkenträger der Gabel 36 sitzt ferner ein Zapfen 37, der in eine Ausnehmung des Bügels 27 greift. Auf dem Steg 35 sitzt fest ein Kegelrad 38, das mit einem Kegelrad 39 am unteren Ende einer Welle 40 kämmt, die (hu'fh das Rohr 33 hindurchgeht und am oberen Ende ein Zahnrad 46 trägt, das durch eine Kette 47 mit einem Zahntrieb 48 im Fernrohr 9 verbunden ist.
Am oberen Ende des Rohres 33 sitzen zwei Zahnräder 41, 42, die zwischen den Zahnrädern 23 und 46 sitzen und von denen das eine (41) durch eine Kette 43 mit einem Zahntrieb 44 im Fernrohr 8 und das andere durch eine Kette 49 mit einem Zahntrieb 45 im im Fernrohr 9 verbunden ist. Die Zahntriebe 44, 45 und 48 sind mit Glasscheiben verbunden, welche die erforderlichen Marken tragen.
Die vom Kardanring 10 aus angetriebene Glasplatte (Zahntrieb 25) trägt eine nach einem Durchmesser der Platte verlaufende Strichmarke, während die mit den Zahntrieben 44 und 45 verbundenen Glasplatten nach einem Halbmesser verlaufende Strichmarken aufweisen. Die mit dem Zahntrieb 48 verbundene Glasplatte weist eine Marke von der Gestalt der aus Fig. 3 ersichtlichen Kurve auf.
Die Anzeige des Kurswinkels erfolgt auf einer Skala 50 am oberen Rande des Zylinders 30, auf welcher ein am Gestell 28 sitzender Zeiger 14 spielt. Die Angabe der Zielbahnneigung erfolgt auf einer am Gestell 28 befestigten Skala 15, auf welcher ein auf dem Zapfen 26 des Bügels 27 sitzender Zeiger 51 spielt.
Die Zielgeschwindigkeit wird auf einer Skala 16 abgelesen, die längs einer auf der Scheibe 2 gelagerten Kurventrommel17 angebracht ist. Jede auf der Trommel aufgezeichnete Kurve entspricht einer bestimmten Flugzeugentfernung am Beginn der Messung. Der Antrieb der Trommel 17 erfolgt durch ein Uhrwerk, das durch Betätigen des Hebels 18 in Gang gesetzt und angehalten werden kann. Mittels eines aus dem Uhrwerksgehäuse herausragenden Knopfes 19 erfolgt das Aufziehen des Uhrwerkes, während ein an der Trommel angeordneter Griffknopf 20 zur Zurückdrehung der Trommel in die Ausgangsstellung nach vollzogener Messung dient.
Die Ermittlung der Flugrichtung und der Geschwindigkeit des Zieles wird nun mit dem Gerät nach der Erfindung wie folgt vorgenommen :
Von den drei zur Bedienung des Gerätes erforderlichen Personen blickt die eine durch das Fernrohr 9 und visiert das Ziel durch Bedienung der Seiten-und Höhenrichtmaschinen J und 6 ständig an. Hiedurch wird auch das Fernrohr 8 sowie die Rohre 22 und 33 und die Welle 40 in die Visur eingestellt.
Die durch das Fernrohr 8 blickende Person verschwenkt nun das Gestell 28 um die Stativachse und verdreht den Richtungspfeil so lange, bis die Strichmarken a4, b4 mit dem in der Visur liegenden Flugzeugbild sich decken und daher der Beschauer das in Fig. 6 ersichtlich gemachte Bild erblickt, d. h. die nach einem Durchmesser verlaufende Strichmarke in die Projektion der Tragflächen und die nach einem Halbmesser verlaufende Strichmarke in die Projektion des Rumpfes fällt.
Jede Verschwenkung des Gestelles 28 um die lotrechte Stativachse bewirkt bei geneigter Visur eine Verdrehung des Kardanringes 10 um die Achse 0-11, wobei die Zapfen 26 in den Schlitzen des Kardanringes gleiten. Die Verdrehung des Ringes 10 wird durch das Rohr 22 und den Kettentrieb 23, 24, 25 auf die untere Glasplatte im Fernrohr 8 übertragen.
Durch die Verdrehung des Richtungspfeiles 31 wird eine Verdrehung der Zapfen 26 und daher auch eine Verdrehung des Bügels 27 um seine horizontale, durch den Gerätemittelpunkt 0 gehende Achse herbeigeführt. Hiebei wird der Bügel 27 und der Lenker 36 aus der Ebene des Ringes 10 verschwenkt. Die Drehachse 35 des Lenkers 36 kann sich dabei nur so einstellen, dass sie stets senkrecht auf der durch die Visurrichtung (Richtung 0-11) und die Achse des Zapfens 37 gebildeten Ebene steht.
Dies hat zur Folge, dass sich das Rohr 33 um seine eigene Achse C-ll verdrehen muss, welche Drehung einerseits durch den Kettentrieb 41, 43, 44 auf die mit der Halbmesserstrichmarke versehene Glasscheibe im Fernrohr 8 und anderseits durch den Kettentrieb 42,49, 45 auf die mit einer gleichfalls nach einem Halbmesser verlaufenden Strichmarke versehene Glasscheibe im Fernrohr 9 übertragen wird. Zur gleichen Zeit dreht sieh auch das Kegelrad 38 um den Kursrichtungswinkel T (Winkel zwischen der Visurrichtung und der Achsrichtung des Zapfens 37), welche Drehung durch den Kegel- radtrieb 38, 39 auf das Doppelte übersetzt auf die Welle 40 und über den Kettentrieb 46,47, 4 auf die Kurvenstrichplatte im Fernrohr 9 übertragen wird.
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Die Stellung der horizontalen Achse der beiden Zapfen 26 entspricht der Stellung der Tragflächen, jene der Achse des Zapfens 37 der Rumpfrichtung des Flugzeuges.
Durch die Verdrehung um die Stativachse wurde der Zeiger 14 auf der Skala 50 entsprechend eingestellt und es kann nun auf dieser Skala 50 der Kurswinkel unmittelbar abgelesen werden. Durch die Verdrehung des Richtungspfeiles 31 wurde der Zeiger 51 auf der Skala J ! J entsprechend eingestellt und es kann nun auf dieser Skala die Neigung der Zielbahn gegen den Horizont abgelesen werden.
In dem Augenblick, wo die durch das Fernrohr 9 blickende Person das Ziel genau in der optischen Achse des Fernrohres erblickt, veranlasst sie die Unterlassung jeder weiteren Einstellbewegung und gleichzeitig betätigt die dritte Bedienungsperson den Hebel 18, so dass das Uhrwerk in Tätigkeit tritt.
Die durch das Fernrohr 9 blickende Person beobachtet nun die Bewegung des Flugzeugbildes im Fernrohr und veranlasst in dem Augenblicke die Anhaltung des Uhrwerkes durch die dritte Person, wo das Zielbild die Kurvenmarke berührt. Es kann nun an der Skala 16 bei der der gemessenen Entfernung entsprechenden Kurve auf der Trommel 17 die Zielgeschwindigkeit abgelesen werden.
Selbstverständlich kann bei dem Gerät nach der Erfindung auch irgendeine andere Einrichtung für die Ermittlung der Geschwindigkeit vermittels der gleichen Bestimmungsstücke zur Verwendung gelangen. So könnte z. B. die Trommel die den verschiedenen Geschwindigkeiten entsprechenden Kurven aufweisen, während die Skala eine Zielentfernungsteilung besitzt.
Bei Wind stehen die Tragflächen des Flugzeuges nicht senkrecht zu seiner Kursrichtung über Grund, sondern schliessen mit dieser einen andern Winkel ein.
Im Fernrohr 9 wird sich das Ziel. in diesem Falle während der Geschwindigkeitsmessung nicht entlang des Radialstriches bewegen. Durch Verdrehung des Gestelles 28 um die Stativachse bringt der Beobachter beim Fernrohr 9 die Richtung des Radialstriches mit der wahren Bewegungsrichtung des Flugzeuges in Übereinstimmung, wodurch der Kurswinkel entsprechend der durch den Winddruck bedingten Abweichung richtig gestellt und die wahre Geschwindigkeit des Flugzeuges gemessen wird PATENT-ANSPRÜCHE:
1.
Verfahren zur Ermittlung der Flugrichtung von im Raume sich geradlinig bewegenden Zielen dadurch gekennzeichnet, dass zwei zueinander senkrecht stehende lineare Elemente, von denen das eine horizontal und das andere in der Flugrichtung liegt, am Beobachtungsorte nachgebildet werden und die Nachbildung des einen Elementes in einer Horizontalebene, die Nachbildung des andern Elementes in einer Vertikalebene um die erste Elementnachbildung so lange verschwenkt wird, bis zwei in Abhängigkeit von den genannten Nachbildungen der Elemente bewegte Strichmarken in der Bildebene des Beobachtungsinstrumentes mit der Projektion der genannten Zielelemente zur Deckung gelangen, wobei die Endstellungen der Elementnachbildungen ein Mass für den Kurswinkel und den Neigungswinkel der Flugbahn gegen den Horizont ergeben.