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Visiergerät Die Erfindung bezieht sich auf ein Visiergerät mit einer
Kreiselanordnung zur Vorhalteberechnung, bei der vorzugsweise für die Ableitung
der Seiten- und der Höhenrichtungskomponente des gesuchten Vorhaltewinkels vom Prinzip
der Wirbelstromscheibe Gebrauch gemacht wird. Insbesondere befaßt sich die Erfindung
mit dem optischen Strahlengang in solchen Visiergeräten.
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DieErfindung ist hauptsächlich fürMilitärflugzeuge anwendbar, wobei
das Visiergerät entweder in einem System mit Fadenkreuzverfolgung benutzt werden
kann, bei dem der Pilot das Flugzeug so fliegt, daß das Fadenkreuz im Ziel gehalten
wird, oder in einem Leitsystem, bei dem der Pilot oder eine automatische Zielverfolgungsvorrichtung
die Visierlinie steuert. Visiergeräte mit einem Kreisel zur Vorhaltebestimmung,
bei dem das Prinzip der Wirbelstromscheibe zur Anwendung gelangt, sind in den USA.-Patentschriften
2 476 831, 2 550 482 und 2 859 655 angegeben. Da die Arbeitsweise des der Vorhalteberechnung
dienenden Kreisels bei dem Gegenstand der Erfindung mit der in diesen Patentschriften
beschriebenen übereinstimmt, sind Merkmale und Wirkungsweise des Visiergerätes nach
der USA.-Patentschrift 2 467 831 nachstehend kurz zusammengefaßt.
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Das dort angegebene Visiergerät, das eine Visierlinie zum Ziel festzulegen
gestattet, ist auf einem Halter angebracht, der so bewegbar ist, daß die Visierlinie
aufs Ziel gerichtet werden kann und demselben zu folgen vermag. Der Halter wird
in einem starren System mit dem Geschütz bewegt, das gesteuert wird, und dieses
System kann ein Flugzeug sein. Auf dem Halter ist ferner ein Kreisel angebracht,
der sich frei um einen bestimmten Aufhängepunkt bewegen kann. Der Kreisel ist mit
dem Halter so gekoppelt, daß diese Teile relativ zueinander bewegt werden können,
aber die Kopplungsmittel sind so ausgebildet und angeordnet, daß auf den Kreisel
ein Drehmoment ausgeübt wird, das proportional zur Größe der Abweichung zwischen
Kreisel und Halter ist und das bestrebt ist, dem Kreisel eine Präzession bzw. eine
Voreilung zu erteilen, um seine Rotationsachse in eine bestimmte Lage in bezug auf
den Halter zu bringen. Wenn der Halter sich bewegt, um die Visierlinie einem Ziel
folgen zu lassen, wird die Rotationsachse des Kreisels aus dieser bestimmten Bezugslage
um einen Betrag verstellt, dar von der Geschwindigkeit des Halters und damit von
der Geschwindigkeit des Zieles sowie von der Stärke bzw. Spannung der Kopplungsmittel
zwischen Kreisel und Halter abhängt.
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Ferner wird in der USA: Patentschrift 2467 831 die Stärke bzw. die
Spannung dieser Kopplungsmittel im Einklang mit ballistischen Kennzeichen des Geschützes
gesteuert, um die Korrektur zu bestimmen, die an der Schußlinie des Geschützes mit
Bezug auf die Visierlinie zum Ziel anzubringen ist. Um somit dem Geschütz den richtigen
Vorhalt zu geben, d. h. seiner Schußlinie die genaue Richtung voraus von der Visierlinie
zu geben, wie es die Geschwindigkeit des Zieles erfordert, damit das vom Geschütz
abgefeuerte Geschoß an derselben Stelle im Raum und zu dem gleichen Zeitpunkt wie
das Ziel ankommt und ein Treffer erzielt wird, wird die Stärke bzw. die Spannung
der Kopplungsmittel im Einklang mit der Flugdauer des Geschosses vom Geschütz zum
Ziel gesteuert.
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Daher wird bei der Vorrichtung nach dieser USA.-Patentschrift die
scheinbare Winkelgeschwindigkeit des Zieles gemessen und die Flugdauer des Geschosses
benutzt, um den genauen Vorhaltewinkel für das Geschütz zu berechnen.
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Damit nun der Flugzeugführer in der Lage ist, die Vorhaltewerte, die
das Visiergerät liefert, auf einfache Weise zu verwesten, ist es bekannt, in das
Gesichtsfeld des Flugzeugführers einen halbdurchlässigen Spiegel anzuordnen, durch
den er geradeaus hindurch auf das Ziel blicken kann. Außerdem wird in dem Visiergerät
ein Fadenkreuz über einen Strahlengang projiziert, der an diesem halbdurchlässigen
Spiegel derart reflektiert wird, daß der Flugzeugführer dieses Fadenkreuz gleichzeitig
mit dem Ziel beobachten kann. Steuert nun der Flugzeugführer
das
Flugzeug so, daß sich das Fadenkreuz mit dem Ziel deckt, so ist er auf dem richtigen
Kurs. Die von dem Visiergerät berechneten Werte bzw. die in das Visiergerät eingegebenen
Werte können nun dazu verwendet werden, den Strahlengang für die Projektion des
Fadenkreuzes zu beeinflussen, entweder dadurch, daß man, wie beispielsweise in der
bereits genannten USA.-Patentschrift 2 467 83l, das Fadenkreuz auf einer bewegbaren
Platte anordnet und diese Platte in Übereinstimmung mit dem erforderlichen Vorhalt
und in Übereinstimmung derFluglage verstellt, oder auch dadurch, daß man in dem
Projektionsstrahlengang einen bewegbaren Spiegel anordnet, der in Übereinstimmung
mit den erforderlichen Vorhaltewerten verkantet wird. Beide Maßnahmen haben zur
Folge, daß das Fadenkreuz an einer anderen Stelle in das Gesichtsfeld des Flugzeugführers
projiziert wird. Außerdem ist noch ein Schulungsgerät für Flugzielvisiere bekanntgeworden
(USA.-Patentschrift 2 795 956), in dem über einen halbdurchlässigen Spiegel das
Bild eines Zieles in den Strahlengang eines Fadenkreuzes im Gesichtsfeld des Schülers
eingespiegelt wird. Sowohl im Strahlengang für das Fadenkreuz als auch im optischen
Strahlengang für die Zielabbildung sind bei diesem Schulungsgerät schwenkbare bzw.
verstellbare Spiegel vorhanden., durch deren Schwenken undVerstellen alle möglichen
Situationen simuliert werden können.
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Die vorbeschriebenen Zielgeräte arbeiten so lange zufriedenstellend,
wie es ausreicht, dem Flugzeugführer nur eine einzige Information, beispielsweise
die über den richtigen Kollisionskurs, in das Blickfeld einzuspiegeln. Wenn der
Flugzeugführer dagegen zum sicheren Flug noch weitere Informationen benötigt, die
in seinem Blickfeld erscheinen sollen, können die vorbeschriebenen Visiergeräte
nicht verwendet werden.
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Ziel der Erfindung ist daher ein Visiergerät, mit dem mindestens zwei
Informationen gleichzeitig in das Blickfeld des Visierenden eingespiegelt werden
können.
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Ein solches Visiergerät ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet,
daß in dem Strahlengang zwischen einer Kollimatorlinse und wenigstens zwei Informationslichtquellen
ein weiterer halbdurchlässiger Spiegel vorgesehen ist, wobei der halbdurchlässige
Spiegel von der einen Lichtquelle ausgehende Lichtstrahlen reflektiert und gleichzeitig
die von der anderen Lichtquelle ankommenden Lichtstrahlen durchläßt, und wobei ein
in Abhängigkeit von Abnehmervorrichtungen, die vom Kreisel Werte abnehmen, ansprechendes
Servosystem vorgesehen ist, das zur Anzeige des gesuchten Vorhaltewinkels durch
das optische System den zweiten halbdurchlässigen Spiegel in seinen Winkelstellungen
verändert.
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Es ist günstig, wenn das optische System von der den Vorhalt berechnenden
Kreiselanordnung räumlich entfernt angeordnet ist, da man dadurch größere Freiheit
im Aufbau des optischen Systems besitzt, die beispielsweise zu einem besonders großen
Blickfeld für den Visierenden führen kann.
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Weiterhin ist es günstig, den zweiten halbdurchlässigen Spiegel so
nahe an der Kollimatorlinse anzuordnen, wie es die Bewegungsfreiheit dieses Spiegels
erlaubt, da durch diese Maßnahme ein besonders kompakter Aufbau des Gerätes erreicht
werden kann.
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Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen, in denen
die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht ist, näher erläutert.
Es zeigt F i g. 1 eine schematische Darstellung eines Visiergerätes im Kampfeinsatz
auf ein Flugzeug, F i g. 2 eine schematische Darstellung der Servosteuerung zwischen
dem Kreiselrechner und dem beweglichen Spiegel des optischen Systems, F i g. 3 ein
elektrisches Schaltschema für die Verbindungen zwischen den Abnehmervorrichtungen
im Kreisel und im Empfänger in F i g. 2.
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Kurz dargestellt sieht die Erfindung unter anderem einen Rechner vor,
der einen den Vorhalt berechnenden Kreisel aufweist, der das Prinzip der Wirbelstromscheibe
anwendet, mit dem Angaben über den geeigneten Vorhaltewinkel in Form elektrischer
Zeichen aus der Kreiselbewegung abgeleitet werden. Das optische System des Visiergerätes
ist fern vom Kreisel angeordnet, und ein Servosystem dient dazu, ein bewegliches
Element des optischen Systems im Einklang mit den vom Kreisel gelieferten elektrischen
Zeichen einzustellen.
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Im einzelnen auf die Zeichnung Bezug nehmend, zeigt F i g. 1 einen
Teil einer Windschutzscheibe 10
eines Flugzeuges mit der normalen Haltung
des Auges des Piloten oder Kanoniers bei 12. Die Nullvorhaltlinie vom Pilotenauge
aus ist mit 14 bezeichnet, während die Vorhaltvisierlinie 16 zwischen dem
Auge 12 des Kanoniers und dem Ziel 18 den Vorhaltewinkel gegenüber der Nullvorhaltlinie
bestimmt. Fest im Flugzeug befindet sich ein Visiergerätgehäuse 20 mit einer
Öffnung 22 für eine Sammellinse 24, die in bezug auf das Gehäuse
20 fest angebracht ist. Eine Scheibe 26 aus transparentem Glas, auf der zwei
oder mehr Darstellungen in der Visierlinie des Piloten dargeboten werden können,
ist fest am Gehäuse 20 angebracht.
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Eine Kreiselanordnung für die Bestimmung des Vorhaltes unter Anwendung
des Prinzips der Wirbelstromscheibe ist schematisch als Gehäuse 30 dargestellt,
in dem ein Kreisel 32 mit Seiten- und Höhenverstellbarkeit angebracht ist. Die Seitenverstellung
des Kreisels ist durch Schwenken des Kreiselrahmens 34 um seine Wellen 36 und 37
ermöglicht, von denen die Welle 36 in einem Lager 90 des Abnehmers 48
drehbar
ist, dessen Gehäuse am Gehäuse 30 festsitzt, während die Welle 37 des Kreiselrahmens
34 in einem Lager 98 läuft, das in einem Verdrehungsmotor 64 angebracht ist,
dessen Gehäuse am Gehäuse 30 befestigt ist. Die Höhenverstellung des Kreisels ist
durch Drehung desselben um Wellen 38 in Lagern 39 möglich, die in dem Kreiselrahmen
34 angebracht sind. Die Achse der Welle 40 des Kreisels stellt seine Rotationsachse
dar, und diese Welle 40 ragt aus dem Kreiselgehäuse heraus und trägt an ihrem
vorspringenden Ende eine Wirbelstromscheibe 42. Diese Scheibe ist wie in
der USA.-Patentschrift 2 467 831 beschrieben hergestellt, und ihre Zuordnung zum
Magneten 44 ist ebenfalls dieselbe wie in dieser Patentschrift angegeben.
Bei den früheren Anordnungen wurde von dem Kreisel die Richtung der Visierliaie
in Übereinstimmung mit der Verstellung seiner Rotationsachse in bezug auf das Gehäuse
des Visiergerätes gesteuert, und es bestand ein mechanisches Gestänge zwischen dem
Kreisel und dem beweglichen Element des optischen Visiersystems. Dagegen ist in
dem Visiergerät der Erfindung der Kreisel entfernt angeordnet und überträgt Angaben
über die VorhaltebeTechnung vermöge eines Servosystems, das einen Abnehmer
bzw.
Abtaster 48 für die Seitenverstellung und einen Abnehmer 50 für die Höhenverstellung
aufweist. Von diesen Abnehmern werden elektrische Zeichen den schematisch dargestellten
Servovorrichtungen 52 und 54 zugeführt, die ihrerseits die optische Antriebseinheit
56 so steuern, wie in Verbindung mit F i g. 2 näher beschrieben ist.
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In an sich bekannter Weise empfängt der im Gehäuse 30 untergebrachte
Kreiselrechner Eingangsangaben von einem Beschleunigersystem, das einen Beschleuniger
60 und einen Präzessionsverstärker 62 einschließt, der den Verdrehungsmotor 64 steuert,
derart, daß ein Drehmoment auf den Kreiselrahmen bzw. -bügel 34 über die Welle 37
ausgeübt wird. Dem Magneten 44 werden über einen Entfernungsservomotor 66 Radarentfernungsangaben
zugeführt, die mit ballistischen Angaben in der ballistischen Einheit 68 kombiniert
werden. Angaben über Luftdaten werden in einem Luftdatenrechner 70 errechnet,
der von einem statischen Druckrohr 72 gespeist wird, und diese Angaben werden wiederum
dem Magneten 44 zugeführt.
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Wie schematisch in F i g. 1 dargestellt, erhält das Visiergerätgehäuse
20 einen beweglichen Spiegel 74, der durch die optische Antriebseinheit 56 bewegt
wird. Der Abbildungsstrahlengang von einem Fadenkreuz 76 her, das von einer Lichtquelle
78 durch eine Kondensorlinse 80 beleuchtet wird, wird erst von einem Klappspiegel
82 und weiter von dem beweglichen Spiegel 74 durch die Kollimatorlinse 24 auf die
Scheibe 26 reflektiert. Ein weiterer Strahlengang kann von einer entsprechenden
Lichtquelle 84 ausgehen, wobei der Strahlengang von dem Klappspiegel 86 reflektiert
sowie durch den beweglichen Spiegel 74 zur Kollimatorlinse 24 und auf die Scheibe
26 geleitet wird. Der Spiegel 74 ist durchlässig versilbert; dadurch wirkt er als
Strahlungsteiler, derart, daß Licht vom Fadenkreuz 76 durch Reflexion am Spiegel
74 sowie Licht von der zusätzlichen Lichtquelle 84 nach Durchgang durch den
Spiegel 74 die Kollimatorlinse 24 erreicht.
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Die detaillierte Darstellung des Servosystems in F i g. 2 zeigt genauer
die Halterung des Kreisels 32 in dem Kreiselrahmen 34, derart, daß er der Höhe nach
um Wellen 38 in Lagern 39 des Rahmens 34 drehbar ist. Der Rahmen 34 ist der Seite
nach um die Wellen 36 und 37 drehbar, wie oben beschrieben. Das Servosystem umfaßt
einen Abnehmer bzw. Abtaster 48 für die Seitenverstellung, einen Servoverstärker
92, einen Servomotor 94 für das Seitenrichten und einen Abnehmer 96 im Empfänger
für das Seitenrichten, von wo ein Fehlerzeichen dem Servoverstärker 92 und von da
dem Servomotor 94 zugeführt wird. Der Servomotor 94 seinerseits treibt den Abnehmer
96 und den Spiegel 74. Der Spiegel 74 wird der Seite nach über eine Welle 130 und
ein Getriebe 97 angetrieben, das seinen Antrieb vom Servomotorritzel 101 erhält.
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Schematische Schaltbilder des Abnehmers 48 für die Seitenrichtung
und des Abnehmers 96 im Empfänger für das Seitenrichten sind aus F i g. 3 ersichtlich.
Der Rotor 100 des Abnehmers. 48 sitzt auf der Welle 36. Der Statur 102 des Abnehmers
48 ist ein dreiphasiger Statur, und seine Kombination mit dem Rotor 100 ist in der
Technik als Synchroneinrichtung bekannt. Der Ausgangsstrom des Stators 102 wird
dem Statur 104 des Abnehmers 96 zugeführt. Der Rotor 106 dieses Abnehmers wird durch
den Servomotor 94 über das Ritzel 101, das Zahnrad 97 und ein Ritzel 99 angetrieben.
Infolge einer Transformatorwirkung wird eine Zeichenspannung in dem Empfängerabnehmer
96 induziert, bis der Servomotor 94 den Rotor 106 in eine Stellung bringt, die in
90° Phasenverschiebung zum Rotor 100 steht. In dieser Stellung ist der Empfängerabnehmer
96 gegen seine Nullstellung um denselben Winkel verdreht wie der Kreiselabnehmer
48 gegenüber seiner Nullstellung. Infolgedessen gibt die Verstellung des Kreisels
aus seiner Nullstellung den Vorhaltewinkel an, und vermöge des beschriebenen Servosystems
ist dieser Vorhaltewinkel in dem optischen System des Visiergeräts erzeugt bzw.
zur Wirkung gebracht worden. Dabei treibt der Servomotor 94 den Spiegel
74 der Seite nach in Abhängigkeit von der Seitenverstellung des Kreisels
an.
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In gleicher Weise empfängt das Servosystem das Zeichen aus dem Abnehmer
50 für die Höhenverstellung des Kreisels, das dem Abnehmer 114 des Höhenrichtempfängers
zugeführt wird, von dem ein Fehlerzeichen dem Servoverstärker 110 zugeführt wird,
und das verstärkte Zeichen wird einem dem Höhenrichten zugeordneten Servomotor 112
zugeführt, der seinerseits den Spiegel 74 in der Höhenrichtebene über Ritzel
120, Zahnrad 121 und Schneckentrieb 118 antreibt. Der Servomotor 112 treibt ferner
den Abnehmer 114 des Seitenrichtsempfängers über Ritzel 123, wobei der Statur des
Abnehmers 50 für die Höhenverstellung des Kreisels in der gleichen Weise wie in
F i g. 3 dargestellt verbunden ist.
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Besondere Mittel dienen dem Antrieb des Spiegels in der Seitenrichtsebene
sowie dem Antrieb des Spiegels in der Höhenrichtsebene, wie schematisch in F i g.
2 gezeigt ist. Der bewegliche Siegel 74 wird der Höhe nach mittels des Servomotors
112 bewegt, der den Schneckentrieb 118 über die Zahnräder 120 und 121 dreht, wodurch
bewirkt wird, daß eine Welle 122 das den Spiegel 74 tragende innere Joch 124 schwenkt.
Die Aufwärtsbewegung der Welle 122 gegen das innere Joch 124 verursacht ein
Zusammendrücken der Rückstellfeder 126 gegen das Kreuzstück 127 des äußeren Jochs
128. Die Bewegung des Spiegels 74 der Seite nach wird durch denn Servomotor 94 für
das Seitenrichten veranlaßt, der das äußere Joch 128 über die Welle 130 antreibt.
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Die Zahnradübertragung zwischen dem Empfängerabnehmer und dem Spiegel
74 ist sowohl für das Seitenrichten als auch für das Höhenrichten so angeordnet,
daß der Spiegel sich um den erforderlichen Winkel dreht, wodurch ein Vorhaltewinkel
bewirkt wird, der etwas kleiner als der vom Kreisel beschriebene Winkel ist. Eine
derartige Anordnung verbessert die Empfindlichkeit und Stabilität des Systems beim
Zielverfolgen, wie in derUSA.-Patentschrift 2 859 655 genauer dargelegt ist. Das
Verhältnis der Visierlinienbewegung zur Kreiselbewegung beträgt gewöhnlich 0,8.
Es ist fast immer kleiner als 1 und größer als 0,6.