DE1928483B2 - Verfahren zum Steuern motorisch angetriebener Zielerfassungsgeräte und/ oder Waffen auf bewegte Ziele und Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens - Google Patents

Description

cot/? = -

den Wert cot β bestimmt, daß ein Funktionsglied (136) vorgesehen ist, das aus cot/? den Wert β ermittelt, und daß ein Umschalter (S) für den Wechsel von Handsteuerung auf automatische Steuerung vorgesehen ist, der bei seiner Betätigung den so ermittelten Wert β an die Stelle des »om Rechner (R) errechneten Wertes β schaltet.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern von motorisch angetriebenen zweiachsig gelagerten Zielerfassungsgeräten und/oder mit Zielerfassungsgeräten versehenen oder gekoppelten Waffen auf bewegte Ziele, wobei das Ziel von einer Bedienungsperson mit dem Zielerfassungsgerät angesteuert wird und, ausgehend von den vom Zielerfassungsgerät bzw. der Waffe laufend abgenommenen Werten des Seitenwinkels und des Höhenwinkels, zur Berechnung der als Steuergrößen für den Antrieb des Zielerfassungsgerätes und/oder der Vv'aiie dienenden Seiten- und Höhenwinkelgeschwindigkeiten eine Darstellung der als geradlinig gleichförmig angenommenen Zielbewegung in Polarkoordinaten in einer in konstanter Höhe angenommenen Kotangentenebene zugrunde gelegt wird.

Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung rum Durchführen des vorgenannten Verfahrens.

Es ist bereits eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens der vorstehend genannten Art bekannt, mittels der nach dem einmaligen Einsteuern durch eine Bedienungsperson ohne Kenntnis der Zielentfernung einem schnell beweglichen Luftziel automatisch gefolgt werden kann. Dabei werden die Steuergrößen für den Antrieb der Waffen bzw. der Zielerfassungsgeräle unter Zugrundelegung einer Darstellung der als geradlinig gleichförmig angenommenen Zielbewegung in Polarkoordinaten in einer in konstanter Höhe angenommenen Kotangentenebene mittels Recheneinheiten berechnet.

Bei dieser bekannten Steuervorrichtung ist eine Schätzung der Wechselpunktentfernung erforderlich. Da der Richtschütze seinen Blick nur auf das Ziel richtet und der Verfolgungsvorgang bei schnellen Zielen von sehr kurzer Dauer ist, muß die seitliche Schätzung der Wechselpunktentfernung als kompliziert and ungenau angeseher werden. Ferner wird hei dieser bekannten Steuervorrichtung vorausgesetzt, daß das Ziel die gleiche Höhe über dem Erdboden beibenalt. Eine Neigung der Flugbahn wird bei dem bekannten Verfahren nicht berücksichtigt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das eingangs genannte bekannte Verfahren und die eingangs genannte bekannte Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens dahingehend zu verbessern, daß auch ein Neigungswinkel des Zielweges gegen die Horizontalebene berücksichtigt wird und nur noch leicht zu schätzende oder zu ermittelnde Größen in die Rechnung eingehen.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Berücksichtigung des als konstant angenommenen Neigungswinkels r des Zielweges gegen die Horizontalebene der in der Kotangentenebene darstellbare Winkel ψ zwischen der Projektion des Zielweges in der Kotangentenebene und der Projektion der zugehörigen Horizontalen in der Kontangentenebene dient

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, daß es insbesondere bei im Tiefflug oder Sturzflug angreifenden Flugzeugen eine wesentlich genauere Zielverfolgung als die bekannten Verfahren ermöglicht. Durch die Darstellung eines dem Neigungswinkel f des Zielweges proportionalen Winkels ψ in der Kotangentenebene wird es möglich, geneigte Zielwege in der Kotangentenebene zu berechnen. Der Neigungswinkel r und die Zielgeschwindigkeit r werden vorzugsweise geschätzt. Die geschätzte Zielgeschwindigkeit und Neigung sind gleichzeitig beobachtbare Größen, die zudem starken Beschränkungen durch die Flugzeugdynamik und die Angriffstaktik unterliegen und daher nur innerhalb bestimmter Grenzen liegc:n können und z. B. beim Erkennen des zu beschießenden Flugzeugtyps vielfach durch mittlere Erfahrungswerte ersetzt werden können. Eine Schätzung der Wechselpunktentfernung ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht erforderlich.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß Recheneinheiten vorgesehen sind, in denen die am Zielerfassungsgerät oder an der Waffe gemessenen Werte des Seitenwinkels σ und des Höhenwinkels 7 und die geschätzten Werte der Zielgeschwindigkeit r₉ und des Neigungswinkels r gemäß den Gleichungen

sin w

--■—■ = tan? ■ cot3·
sin(/i + ψ)

verarbeitet werden, um den Winkel ψ und einen Seitenwinkel β bzw. trigonometrische Funktionen dieser Winkel zu bestimmen, wobei der Seitenwinkei /i sich dadurch von dem gemessenen Seitcnwinkel η unterscheidet, daß er auf die Richtung der Horizontalkomponente der Zielbahn bezogen ist. und wobei γ ein Höhenwinkel ist, der sich von dem gemessenen Höhenwinkel 7 dadurch unterscheidet, daß er um einen eventuell vorhandenen Aufsatzwinkei 11 vermindert ist. und wobei 1 // eine einem kleinen Zcitinkremcnt entsprechende kleine Änderung des Seitenwinkels // und I (h_c ■ cotg;-) eine entsprechende Änderung des Produktes aus der Höhe /i, der Kolangentenebcnc über der Horizontalebene durch ueii Standort, an dem die Werte des Seitenwinkels 11 und des Höhenwinkels 7 gemessen werden, und dem Kotangens des Höhenwinkels ;■ ist. und daß Recheneinheiten vorgesehen sind, in denen

die Höhen winkelgeschwindigkeit «>_r gemäß den Gleichungen

o)_y = 0,5 sin 2γ ■ cot (ß + i;>) · <o_ß

und durch Differenzieren oder Differenzenbildung aus dem berechneten Wert β des Seitenwinkels die Seilenwinkelgeschwindigkeit «>ß bestimmt werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 5 bis 7 gekennzeichnet.

Falls man ein auf der Waffe montiertes und an deren Bewegungen teilnehmendes Zielerfassungsgerät verwendet, kann man auf Grund der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Seiten- und Höhenvorhal te winkel λ und μ sowie den Aufsatzwinkel α t₅ errechnen und das Zielerfassungsgerät um diese Winkel gegenüber der Waffe zurückschwenken.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine geometrische Darstellung zur Ableitung der Grundgleichungen für das erfindungsgemäße Verfahren,

F i g. 2 eine gesonderte Darstellung eines Ausschnittes aus der Horizontalebene,

F i g. 3 eine gesonderte Darstellung einer durch einen Meßpunkt gelegten Vertikalebene,

Fig. 3a eine Darstellung der Höhenwinkel.

F i g. 4 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispieles des Rechners,

F i g. 5 ein Blockschahbild einer anderen Ausführungsform des Rechners,

F i g. 6 ein Blockschaltbild einer Adaptervorrichtung, die zwischen Rechner und den Antrieben der Waffe bzw. des Visiers geschaltet ist,

F i g. 7 ein Prinzipschaltbild einer der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienenden Steueranordnung,

F i g. 8 einen Ausschnitt der Horizontalcbene mit der Projektion der Bewegungsbahn des Zieles und

F i g. 9 ein Ausführungsbeispiel einer Autosteuereinrichtung.

In den Fig. 1 bis 3 sind die geometrischen Verhältnisse dargestellt, wobei angenommen ist, daß das Ziel sich mit konstanter Geschwindigkeit r auf einer geraden Bahn PMT bewegt, die nicht in konstanter Höhe verläuft, sondern gegen eine Horizontalebene um einen Winkel r geneigt ist Der Punkt O bezeichnet die Position eines Geschützes mit einem Zielerfassungsgerät, das im vorliegenden Fall ein optisches Visiergerät ist Durch den Punkt O ist eine horizontale Ebene, die A-Ebeae, gelegt. Im Zielauffassungspunkt P wird das Ziel erstmalig mittels des Visiergerätes erfaßt und von da an entlang der Geraden PMT verfolgt In der folgenden Rechnung wird im allgemeinen vorausgesetzt, daß die Bedienungsperson nach Zielerfassung das Ziel für einen kurzen Moment genau verfolgt, so daß während dieser Anfangsphase der Zielverfolgung den im nachfolgenden beschriebenen Recheneinrichtungen genaue von Hand gesteuerte Werte des Seitenwinkels und des Höhenwinkels zugeführt werden. Der Punkt M stellt die momentane Position des Ziels dar und wird im folgenden als der momentane Meßpunkt bezeichnet. Punkt T ist der Treffpunkt, der sich vom momentanen Meßpunkt M durch den Vorhalt unterscheidet, der im wesentlichen von der Geschwindigkeit des Ziels und der Flugzeit t_ti des Geschosses bis zum Zusammentreffen mit dem Ziel abhängt. !Senkrecht über dem momentanen Meßpunkt M liegt in derselben Höhe h über der 4-Ebene wie der Punkt P der Punkt H (Fig. 3). Die Horizontale PW schließt mit der Flugbahn PMT den Pahnneigungswinkel r ein, der für eine Zielverfolgung im allgemeinen konstant angenommen wird.

Eine senkrechte Projektion der Flugbahn in die /l-Ebene ergibt in dieser eine Spur Sp, auf der die Punkte P' und T' sowie der Punkt M', der mit dem Punkt //' zusammenfällt, liegen (alle in die A-Ebcne projezierten Punkte sind durch einen Strich gekennzeichnet). Durch die Geschützstellung O ist eine zur Spur Sp parallele Gerade Sp_n gelegt, die mit einer festen Null- bzw. Bezugsrichtung N, die im allgemeinen gleich der Nordrichtung i&t den für eine Zielverfolgung konstanten Kurswinkel χ einschließt

Zur Ableitung, der Gesetzmäßigkeiten, nach denen der Rechner die Sieuerwerte für das Geschütz und das Visiergerät berechnet, wird in bekannter Weise die sogenannte Kotangentenebenc, im folgenden kurz C-Ebene genannt, eingeführt, die sich in konstanter Höhe n_c über der /4-Ebene erstreckt. Der Strahl, der den Punkt O mit dem Laufpunkt des Zieles verbindet durchsetzt die C-Ebene und zeichnet auf dieser eine Spur Sp_t durch die Punkte P_cM_cT_r, die eindeutig der wahren Flugbahn zugeordnet ist. Durch Projektion der Geraden PH in die C-Ebene erhält man die Gerade P_CH_C, die mit der Spur Sp_c der Flugbahn den Winkel ψ einschließt der die Information der Flugbahnneigung r beinhaltet

Bei senkrechter Projektion der vorstehend beschriebenen Punkte und Geraden der C-Ebene erhält man in der /l-Ebene kongruente F*unkte und Geraden, da die beiden Ebenen parallel zueinander sind. Die Geraden P'_CM'_CT'_C und P'_CH'_C in der 4-Ebene schließen daher ebenfalls den Winkel y zwischen sich ein (Fig-2).

Die Lage der verschiedenen Punkte wird in Polarkoordinaten, ausgehend vom Standort O der Waffe, jeweils durch einen Seitenwinkci und einen Höhenwinkel bestimmt.

Weiter werden für die Rechnung die folgenden Bezeichnungen verwendet (vgl. Fig. 1 bis 3a):

<r_T = χ + ß_T Seitenwinkel des Treffpunktes bzw. Drehkranzwinkel an der Waffe (meßbar), der im Uhrzeigersinn von einer meist mit der Nordrichtung zusammenfallenden Null- bzw. Bezugsrichtung N aus gemessen wird, wobei χ der für eine Zielverfolgung konstante Kurswinkel zwischen der Spur Sp bzw. einer parallelen Sp₀ hierzu und der Bezugsrichtung N ist

ß_T = o_T — χ Winkel zwischen der Richtung Sp bzw.

Sp₉ und der Geraden OT'_CT, ß_M Seitenwinkel des momentanen Meßpunktes Af, gegen die Richtung Sp₀ gemessen,

t/r = α + γ_τ Höhenwinkel der Waffe (meßbar),
γ_τ Höhenwinkel des Treffpunktes T, γu Höhenwinkel des momentanen Meßpunktes M,

/ = ß_T — ß_M Seitenvorhalt winkel,

/' = /τ ~ Ym Höhenvorhaltwinkcl (ohne Berücksichtigung des ballistischen Aufsatzwinkcls «).

" ⁼ Ht-Vt Aufsatzwinkcl, der mittels eines ballistischen Rechners errechnet wird (Fig. 3a),

In F i g. 2 ist von O eine Gerade senkrecht auf die Gerade P'_CM[T[. gerichtet und schneidet diese im Punkt T'_c sowie _die_ Gerade P'_CH[. im Punkt '/','· Aus dem Dreieck P[T'_tT[' folgt nun mit den vorstehenden Gleichungen speziell für den durch die Fi g. 2 und 3 definierten Winkel ;',„„:

(i>ß_T und Η>_/Τ Seiten- und Höhenwinkelgeschwindigkeitcn, auf den Treffpunkt T bezogen.

ρ und q Komponenten des Verschiebungsvektors auf der Spur P'_CT[ in der .4-Ebene (F i :. 2),

i_c Geschwindigkeit auf der Spur F₁T₁. in der C-Ebenc und auf der Spur P'T[ in der 4-Ebene,

W₁. Komponente von v_c in Richtung der Gcniden P₁//, in der C-Ebene bzw.

P'_CH[ in der ,4-Lhene.

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Bei den folgenden Ausführungsbcispielcn ist angenommen, daß die Waffe und das Zielerfassungsgeräi den selben Siar"icrt haben, der in den Fig. 1 bis 3 mit O bezeichnet ist. Di¹.;. Zielerfassungsgerät kann z. B. ein an der Warte montiertes Visier sein. das um die Vorhaltwinkel gegen die Waffe veischwenkt wird.

Die im folgenden abgeleiteten Gleichungen beziehen sich durchwegs .iuf die Waffenlage im Treffpunkt und die dieser Waffenlage zugeordneten vier Werte Pt- }'r> "'£τ> <"_ττ· l''^e Beziehung zum MeCpunkt. der mittels eines meist optischen Visiergerätes verfolgt wird, ist durch die Vorhaltwinkel λ und » hergestellt. Der Gravitätseinfluß auf das Geschoß wird durch den Aufsatzwinkel α kompensiert.

Zunächst werden zwei fundamentale Gleichunger für den Winkel ν <md für die Spurgeschwindigkeit r, in der Kotangentenebene abgeleitet. Wie man leicht in r 1 g. 1 verfolgen kann, ist die Entfernung zwischen den Punkten H und M gleich w-r-tan*. da die Entfernung von Punkt P zu Punkt H gleich w ■ r ist. Mit t ist in diesem Fall die Zeil bezeichnet, in der das Ziel den Weg PM zurücklegt.

Aus dem Strahlensat/ ergibt sich dann, wie in F i g. 3 zu sehen ist. daß die Strecke zwischen dem Punkt H_c in der Kotangentenebene und dem Schnittpunkt einer durch den Punkt H_c gelegten Vertikalen mit der Verbindungslinie zwischen der Geschützstellung O und dein Meßpunkt M gleich

w · t ■ -j- tan f

ist. Da die Verbindungslinie OM mit der Kotangentenebene den Winkel y_M einschließt, ergibt sich die Projektion M_CH_C der Strecke Λί H in die Kotariigentenebene als ^

w ι ■ -γ-· tan,< coty_M.
η

Ebenfalls durch Anwendung des Slrahlensatzcs ergibt sich die in die Kotangentenebene projizierte Horizontalkomponente der Zielgeschwindigkcit zu

W₁. = -y^f H',

und die Strecke F_CH_C in der Kotangcntenebcne ist demnach

h.

wobei

sin ψ -■= tan r · cot ;>„._..
^cot;w == cot j·,· · sin (^₇. + v>)

ist. wie sich aus dem Dreieck 0. T'_c und T'_c in der /.-Ebene (Fi g. 2) ableiten läßt. Folglich ist

sin ψ
sin(/>T -I- ψ)

= tan* · COIy₇-.

Diese Formel gilt auch für beliebige laufende Werte des Höhenwinkels γ des Ziels bei der Annahme einer geradlinigen Zielbewegung.

Der Schnittpunkt der Geraden O T'_c mit der Geraden P₁K₁- ergibt den Punkt T₁'' in der A-Ebene, wie in Fig. 7 gezeigt ist.

Aus dem Sinus-Satz für das Dreieck P'_cT'_rT'_c' ergibt

;·,. = W₁. · sin/Vs
H'_r = r (Zi₁ /1) cos ι

(/i_r +

Man sieht hieraus, daß I₁. keineswegs konstant ist und nur im Grenzfall

lim i\. = w. = konstant

für eine Zielverfolgung konstant ist.

Die Gleichungen für die Komponenten ρ und q des Verschiebungsvektors auf der Spur P'_CT[ in der /i-Ebenc (Fig. 2) sind dann für ein kleines Zcitinkrcmcnt I/ und eine entsprechende kleine Winkeländerung I [i_T

P = h_c -COt₅Y l,-;₇ = r_r ■ sin (^₇-.+ ψ) U, (IIa)
q = l(/j_c-coty·,-) = r, · cosd'i-, + v').1r. (H ^h)
Hieraus ergibt sich

(III)

q _ Hh_c- coly_r)

V cot_Vr · \(i_T

= COl(fi_T+f).

Die Gleichungen (1) und (III) bestimmen zu jedem Zeitpunkt die Winkel v¹ und ß_T bei gegebenen Werten von h.. 1 und ₅γ. Der Winkel ψ ist dabei, wie bereits oben gesagt, Tür eine Zielverfolgung konstant, da die Flugbahn des Ziels als Gerade angenommen wurde. Der Winkel fi_T ist eine reine Rechengröße Er unterscheidet sich um den jeweils für eine Zielverfolgung konstanten Kurswinkel κ von dem Seitenwinkel a_T. Der Kurswinkel χ wird jedoch für die Rechnung nicht benötigt. Es sei noch bemerkt, daC die Änderungsgeschwindigkeit w_pr von p'_T mit dei Änderungsgeschwindigkeit bzw. Winkelgeschwindigkeit <·ι_ηΤ von η übereinstimmt, da y. konstant ist.

Die Winkelgeschwindigkeit <·ΐβ_Τ, die wie im folgenden gezeigt, zur Berechnung des Scitcnvorhaltwinkeis /. erforderlich ist. wird im Rechner durcl zeiiüchc Ableitung von [i_T gebildet, und die spatel benötigte Funktion sin fi_T wird ebenfalls im Rech ncr cebildet.

Die Höhenwinkelgeschwindigkeit ergibt sieh nach Differenzieren der Gleichung (I) nach der Zeil. Dabei erhält man zuerst

sin ψ · cos(ß_T 4- ψ) · <ΐ)β_Τ _ tarn
^{r 1}V

wenn man berücksichtigt, daß d ψ/ά f = 0. da der Winkel ψ für eine Zielverfolgung konstant ist. In der linken Seite der vorstehenden Gleichung ist der ι ο Ausdruck

sin v/sin (fi_T + ψ)

enthalten, für den entsprechend Gleichung (1) tan <■· · cot γ γ gesetzt wird. Die Ableitung der Gleichung (1) lautet somit

erreicht, vergeht noch die Zeit f_G. Der Faktor m wird auch aus dem Geschwindigkeitsverhältnis

ν · cosf It

bestimmt.
Gleichung (II) mit dem Ausdruck Tür ρ liefert

sin ß_T

mil Ii = konstantes Zeitinkrement. So folgt:

/ι r · cos ί 1 ί ν cos < 11 P

w_r If

(VIIl)

sin

- · cot(/}_T 4-

·>ρτ

Multipliziert man diese Gleichung mit sin²;-,- und berücksichtigt, daß

coty_T · sin γ_τ = cos y_r
und

cos γ_τ ■ sin y_r = 0,5 sin 2;_r

ist, so erhält man schließlich

In den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen eines Rechners wird gleich das Produkt gebildet:

, ν ■ h. ■ cos f
mh_r = —■.—- ■
psmß_T

1 f

(IX)

<>_yT = 0,5 sin 2γ_τ cot (ß_T -I ψ) ■

'I)T-

(IV)

Um d>e Vorhaltwinkel λ und μ für die Seiten- und die Höhe' -ichtung zu erhalten, benutzt man das Eree'mis der Veröffentlichung »Ein modernes Visier P.4 leichte Flak« von D.Schröder. Wehrtechnische Monatshefte 61, 1964. H. 10. S. 367 bis 373. und zwar für λ die Beziehung

tan λ = <tiß_T · t_G

wobei f_G die Geschoßflugzeit ist, die im ballistischen Rechner errechnet wird.

Es ergeben sich dann die Gleichungen

tan/. = <'>_pT-lc,- (V)

tan /ι = 0,5 sin 2-/_r cot (/>'_T + ι;·) · tan /.

= '"yr · 'g, (Vl)

wobei der Gleichung (VI) eine Vereinfachung zugrunde liegt, die davon ausgeht, daß μ an sich klein gegenüber λ ist.

Es gilt schließlich noch, den Betrag der Entfernung vom Geschütz zum Luftziel zu bestimmen, der mit V bezeichnet wird, wobei r jedoch kein Vektor ist. r wird von dem Moment an, in dem das Ziel im Punkt P erfaßt wurde, laufend berechnet.

Wie aus Fig. 3a ersichtlich, gellen die Beziehungen

h — v(t + (_G)sinf

sin-

mh_c — ν

i_G)sin<

(VIl)

Hierbei ist m = h/h_e und t die Zeit, in der das Ziel für die Entfernung PM zurücklegt, weil der Rechner bereits beim Auffassen des Ziels im Punkt P zu rechnen beginnt. Bis das Ziel den Punkt T Die Eingabedaten χ und γ_τ oder eine Funktion von γ_τ sind hinreichend für den ballistischen Rechner. In der praktischen Ausführung wird man noch Geschoßart. Temperatur, Wind und andere Parameter berücksichtigen. An seinem Ausgang müssen der korrekte Aufsatzwinkel η und die Geschoßflugzeit f_c erscheinen.

Zusammenfassend kann also festgestellt werden, daß zum Herleiten der theoretischen Beziehungen der Neigungswinkel r des Zielweges gegen die Horizontale dadurch in der in konstanter Höhe angenommenen Kotangentenebene dargestellt wird, daß sowohl der Zielweg als auch die Horizontale durch den Zielwegpunkt P. in dem das Ziel aufgefaßt wurde, durch Verbinden jedes Punktes des Zielweges und dieser Horizontalen mit dem Standort der Waffe in die Kotangentenebene projiziert werden. Dabei schließen die so in der Kotangentenebene erhaltenen Projektionen des Zielweges und der genannten Horizontalen den Winkel γ· ein. Auf Grund einiger aus den Fig. 1, 2 und 3 herlcitbarer geometrischer Beziehungen" läßt sich Gleichung (I) herleiten. Sie stellt eine Beziehung zwischen dem tatsächlichen Neigungswinkel r des Zielweges und dem den Neigungswinkel in der Kotangentenebene darstellenden

Winkel v¹ dar. Der in Gleichung (1) weiter vorhandene Winkel ;_T ist gleich dem an der Waffe ablesbaren Höhenwinkel y_T, vermindert um den von einem ballistischen Rechner oder dergleichen gelieferten Aufsatzwinkel α. Der Höhenwinkel γ_τ ist daher ohne weiteres zugänglich. Dagegen ist der ir Gleichung (1) ebenfalls vorhandene Höhenwinkel β_Ί nicht ohne weiteres zugänglich, da er gegen di< durch den Standort 0 der Waffe gelegte Parallele Sp₁ zur Spur des Zielweges Sp in der Horizontalebem gemessen ist. Da die Winkel ß_T und γ sowohl ii Gleichung (I) wie in Gleichung (III) vorkommer kann man durch laufendes Einsetzen systematise' variierter Werte von ß_T und ψ in die Gleichungen (! und (111) diejenigen speziellen Werte von ß_T und ermitteln, die die Gleichungen befriedigen. Aus det so erhaltenen Wert von ß_T kann durch Differenziere die Seitenwinkelgeschwindigkcil ω_βΤ erhalten we den. Ferner kann aus der durch Differenzieren di

Gleichung (I) nach der Zeit und einigen trigonometrischen Umformungen erhaltenen Gleichung (IV) die Höhenwinkelgeschwindigkeit n>_yT berechnet weiden.

Aus der Gcschoßflugzeit t_Cl und der Seiten- und Höhenwinkelgeschwindigkeil nt_ßr bzw. v>_yT lassen sich die Vorhaltwinkel λ und // gemäß Gleichungen (V) und (VI) berechnen. Ferner kann gemäß Gleichung (VII) die Entfernung r zwischen dem Standpunkt O der Waffe und dem Treffpunkt T errechnet werden, wobei die Entfernung r für die Berechnung des Aufsatzwinkels « im ballistischen Rechner verwendet werden kann.

F i g. 4 und 5 zeigen Ausführungsbeispiele von Rechnern, mittels derer das vorstehend beschriebene Rechenverfahren durchgeführt werden kann. Bei der Beschreibung dieser Rechner sind die Seiten- und Höhenwmkcl nichi mit dem Index T versehen worden, da die Waffe, an der die in den Rechner eingegebenen Werte des Seiten- und Höhenwinkels abgenommen werden, zunächst mittels der Handsteuerung wird und daher zumindest in der Anfangsphase der Handsteuerung noch nicht genau auf die dem Treffpunkt entsprechende Richtung n_T und 97- ausgerichtet ist.

In die Rechner werden die an der Waffe laufend abgenommenen Werte des Seitenwinkels α und des Höhenwinkels 7 sowie die für jede Zielverfolgung als konstant angenommenen geschätzten Werte der Zielgeschwindigkeit v_g und des Neigungswinkels
des Zielweges eingegeben. Die in Fig. 4 und 5 dargestellten Rechner umfassen jeweils einen ballistischen Rechner B bzw. B'. der dazu dient, unter Berücksichtigung der vorgenannten, in den Rechner eingegebenen Werte und einiger zusätzlicher, in den ballistischen Rechner eingegebenen Parameter, wie Geschoßart. Temperatur. Wind u. dgl., den Aufsatzwinkel η und die Geschoßfiugzeit t₍, zu berechnen.

Aus dem in den Rechner eingegebenen, an der Waffe abgenommenen Seitenwinkel η kann durch Differenzieren nach der Zeit bzw. Differenzbildung d/i/di bzw. I/i gewonnen werden, da sich der an der Waffe abgenommene Seitenwinkel α von dem gegen die Richtung der Spur des Zielweges in der Horizontalebene gemessenen Seitenwinkel fi nur durch einen konstanten Winkel κ unterscheidet, der beim Differenzieren bzw. bei der Differenzenbildung wegfällt Aus dem von der Waffe abgenommenen und in den Rechner eingegebenen Höhenwinkel 7 wird durch Subtraktion des Aufsatzwinkels « der Höhenwinkel γ gewonnen. Durch Recheneinheiten wird aus den vorgenannten Werten die rechte Seite der Gleichung (I), d. h. tan r · cot γ, und die linke Seite der Gleichung (III), d. h.

h_c ■ coty \/i

55

!(
gebildet.

In den Rechnern werden die linke Seite der Gleichung (1), d. h. der Ausdruck

sin v/sin (ß + ψ).

und die rechte Seite der Gleichung(III), d.h. der Ausdruck cot(/i + ψ), mittels Funktionsgebern gebildet und in Abgleichvorrichtungcn mit der erstgenannten zugehörigen Seite der Gleichung (I) bzw. (111) abgeglichen, wobei der Abgleich dadurch vorgenommen wird, daß jeweils gleichzeitig die gleichen Werte ti und 1,' in die Funktionsgeber eingegeben werden, diese Werte // und ψ jedoch zeitlich so lange variiert werden, bis beide Gleichungen mit den gleichen Werten />' und ψ abgeglichen sind. Aus dem so erhaltenen Wert />' wird durch Differenzieren die Scitcnwinkelgcscliwindigkeit m_ß erhalten, die gleich der Scitenwinkclgeschwindigkeit m_a der Waffe ist. Ferner wird gemäß Gleichung (IV) unter Verwendung der Seitenwinkelgeschwindigkeil n>_ß die Höhenwinkclgeschwindigkeit «),. durch den Rechner berechnet und aus der Höhenwinkelgeschwindigkeit (/I₁. durch Addition mit der zeillichen Änderung <·>_α des Aufsalzwinkels « die dem Waffenantrieb zuzuführende Höhenwinkelgeschwindigkeit ο>_φ erhalten. Weiter wird durch Multiplikation der Seitenwinkelgeschwindigkeil itip mit der vom ballistischen Rechner errechneten Geschoßflugzeil t_Cl der Tangens des Seilenvorhaltwinkcls /. gemäß Gleichung (V) berechnet und aus der Höhen Winkelgeschwindigkeit <·>_Ί und der vom ballistischen Rechner berechneten Geschoßflugzeit t_G gemäß Gleichung (Vl) der Tangens des Höhenvorhaltwinkels /< berechnet.

F i g. 4 zeigt einen Digitalrechner, dem die oben abgeleiteten Gleichungen zugrunde liegen. Mittels der Analog-Digitalumsetzer bzw. Pulscode-Umsetzer 1 und 2 werden die an der Waffe gemessenen Seitenwinkel π und Höhenwinkel 7 zur Eingabe in den Rechner in binäre Form umgesetzt. Ein Block 3 enthält einen stabilisierten Oszillator, einen Zähler sowie einen Taktgeber, der die Schalter 4 und 5 in konstanten Zeitabständen If z. B. alle 3 Millisekunden kurzzeitig, d. h. für eine Zeit, die klein gegenüber , 11 ist, schließt, um jeweils einen neuen Wert von η bzw. 7 abzutasten und in Blöcke 6 und 7 einzugeben. Der Block 6 enthält zwei Register. Hin Wert von <». der zu einem bestimmten Zeitpunkt in das erste Register eingegeben wurde, wird nach Verstreichen des Zeitinkrements I (. wenn ein neuer Wert σ in das erste Register eingegeben wird, in das zweite Register übertragen. Am Ausgang von Block 6 erscheint ( 1,>) 2.

Der Block 7 enthält zwei Register. In das erste wird der Wert </ eingegeben, und in das zweite dei Wert des Aufsatzwinkels u, der vom Ausgang eines ballistischen Rechners ß kommt. Am Ausgang de; Blocks 7 erscheint ;■. das die Differenz der in dieser Block eingegebenen Werte η und 7 ist. Der Wert ; wird in den Block 8 eingegeben, der einen Speichel für zugehörige Werte von sin ;■ und cos ;·,- enthält Die Ausgangswerte sin;· und cos; des Blockes ί werden in den Block 9 eingegeben, in dem der Wer cot ;· gebildet wird, der in Block 10 mit dem kon stanten Wert Zi₁ multipliziert wird, wodurch /i_r · cot; erhalten wird. Dieser Wert wird nun einmal in Blocl 11 mit dem Wert ( l/i) 2 aus Blocke multipliziert um entsprechend der Gleichung (Ha) den Wert ρ : zu erhalten. Zum anderen wird er in Block 12 einge geben, der zwei Register enthält. Der in das erst' Register zu einem bestimmten Zeitpunkt eingegeben Wert wird, wmn nach Verstreichen des Zeitinkre menls Ir ein neuer Wert in das erste Register ein gegeben wird, in das zweite Register übertragen. Ar Ausgang des Blockes 12 erscheint die halbe Diffcren .1 (Zi₁ · cot ;·)·2 der Werte in den beiden Registerr die nach Gleichung (Hb) gleich dem halben Wert t/, der Komponente q des Verschiebungsvektors in de C-Ebene ist. Die Eingangswerte zu den Blöcken 1 und 12 werden diesen über Schalter 1Γ, 11" und Il zugeführt, die vom Taktgeber in Block 3 gesleuei

werden. Der Ausgangswert q'1 aus B!ock 12 wird in Block 13 durch den Ausgangswert p/2 des Blockes II dividiert, so daß am Ausgang von Block 13 der Wert q/p erscheint.

Die geschätzte FlugbahnneJgung r wird Vorzugsweise in diskreten Werten, z. B. 5, 10, 15° usw., in den Block 14 eingegeben, der binäre Register für seine Ausgangswerte ± sin r und cos y enthält Durch Quotientenbildung dieser Werte in Block 15 ergibt eich der Wert tan «■-, der in Block 16 mit dem Wert cot γ aus Block 9 multipliziert wird, um den Wert tan f · cot γ zu erhalten.

Mittels der aus den Blöcken 17 bis 22 bestehenden Recheneinheit werden mit Hilfe des Wertes q/p aus Block 13 und des Wertes tan t-· cot γ aus Block 16 die Werte [1 und cot (;! + ψ) bestimmt. Die Recheneinheit umfaßt einen Block 17, in dem die verschiedenen möglichen Werte von cot iß + ψ) und sin {p + y) gespeichert sind sowie einen Block 18, der die verschiedenen Werte von sin ν gespeichert enthält. Man kann sagen, daß die Blocke 17 und 18 Tabellen der gewünschten Ausgangswerte gespeichert haben. Der Ausgangswert cot(/i + y>) von Block 17, der die rechte Seite der Gleichung (III) darstellt, wird in Block 19 mit dem Wert q/p aus Block 13 verglichen, der die linke Seite der Gleichung (III) darstellt Der Ausgangswert Mi. if aus Block 18 wird in Block 21 durch den Ausgangswert sin(/< + ψ) aus Block 17 dividiert. Der dadurch erhaltene Wert sin v/sin {;' + ψ), der der linken Seite der Gleichung (I) entspricht, wird in Block 20 mit deu der rechten Seite von Gleichung (I) entsprechenden Wert tan > ■ cot j· aus Block 16 verglichen.

Am Ausgang des Blockes 20 erscheint die Speicheradresse »Adresse y«, die einmal direkt in den Speicherblock 18 eingegeben wird und zum anderen in Block 22 zu der aus Block 19 kommenden Speicheradresse »Adresse /J« addiert wird, wodurch man die »Adresse (/i + ψ)« erhält, die in Block 17 eingegeben wird. Entsprechend dem Ergebnis des Vergleichs in den Blöcken 19 und 20 werden in diesen Blöcken die Speicheradressen »Adresse v¹« und »Adresse /i< < systematisch modifiziert, wodurch neue Werte in den Speicherblöcken 17 und 18 aufgerufen werden, mit denen die Vergleichsopcration wiederholt wird. bis die beiden Blöcke 19 und 20 Gleichheit feststellen. Bei Gleichheit sind die Bedingungen der Gleichungen (I) und (III) erfüllt und die richtigen Ausgangswcrte »Adresse /i« und cot(/i + y) der aus den Blökken 17 bis 20 bestehenden Recheneinheit gefunden.

Die aus Block 19 kommende Speicheradresse »Adresse /<« wird in den Block 23 eiiucL^.Kn, der die Werte von ,f und sin ,>' gespeichert enthalt. Der Ausgangswert sin />' dieses Blockes 23 wird wie weiter unten beschrieben zur Berechnuni: der Zielentfernung r verwendet. Der Ausgangswert ,; stellt einen Ausgangswert des Rechners dar. Darüber hinaus wird der Wert /J über einen Schalter 24. der vom Taktgeber in Block 3 gleichzeitig mit den Schaltern 4 und 5 betätigt wird, in den Block 26 cinge- μ geben, der eine ähnliche Funktion wie die Blöcke 6 und 12 hat und den Wert I,; bildet, der ein Mali für die Winkelgeschwindigkeit <■!,, der Seilendrehi:ng der Waffe ist. Der Wert I₁; wird in Block 27 mildem 1-aktor 200 multipliziert. Am Ausgang des Blockes <>s 27 erhalt man den Wert ...,,. Der Werf,·.·,,, dei gleich !/''■■■ l! ist. ergihi sich durch Multiplikation \on Ij/. das man aus dem Block 26 erhält, mit dem Faktor 200, da in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel Al = 5m/sec und

l/i 2Q0-Ali

At

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Der Wert <_Uy wird nach Gleichung (IV) berechnet. Hierzu werden die Werte sin γ und cos ν von den Ausgängen des Blockes 8 in den Block 28 eingegeben, in dem der Wert 0,5 sin2y berechnet wird, der dann dem block 29 zugeführt wird, wo er mit dem Wert cot (/J + ψ) aus Block 17 multipliziert wird. Der Ausgangswert des Blockes 29 wird in Block 30 noch mit dem Wert m_f aus Block 27 multipliziert, so daß man am Ausgang von Block 30 entsprechend der Gleichung (IV) den Wert <«,. erhält.

Jetzt gilt es noch, den Teil des Rechners zu beschreiben, der unter Mitwirkung des ballistischen Rechners B die Funktionen tan λ und tan 11 der Vorhalt winkelinkremente /. und » sowie den Aufsatzwinkel η berechnet. Dabei wird zuerst die Berechnung der Entfernung r zwischen Waffe und Ziel beschrieben, der die Gleichungen (Viii und (IX) zugrunde liegen. Jn Block 31 wird die geschätzte Fluggeschwindigkeit ig des Ziels, die eine Eingangsgröße des Rechners ist. mit den Werten sin > und cos > aus Block 14 multipliziert, wodurch man an den beiden Ausgängen von Block 31 die Werte r_g ■ cos und r₉-sin» erhält In Block 32 wird der Wert r₉ cosi mit dem konstanten Wert Zi₁ I/ multipliziert, wobei der Wert von h, · 1 f gleich 1 gewählt ist. In Block 33 wird der Wert ρ ¹I aus Block 11 mit dem Faktor 2 multipliziert, um den Wert ρ zu erhallen, der im Block 34 durch den Wert sin /i aus Block 23 dividiert wird. Der Wert r_g /1, Ii- cos aus Block 32 wird in Block 35 durch den am Ausgang von Block 34 erhaltenen Wert ρ sin ί dividiert. Am Ausgang von Block 35 erhält man dann entsprechend Gleichung (IX) den Wert mh . wobei m gleich dem Verhältnis der Hohen ft. Ai, is;. Aus einem nach jeder Zielverfolgung auf Null zurückgesetzten Realzeitzähler wird die Zeit t ab dem Erfassen des Ziels in Punkt P in der Höhe h in den Block 36 eingegeben, wo ihr noch die Geschoßflugzeit r_c aus dem ballistischen Rechner hin/uaddiert wird. Das Zurücksetzen des Realzeilzählers kann mit dem Einstellen des geschätzten Wertes des B.hnneigungswinkcls > gekoppelt sein. Der Wert t + t_G wird in Block 37 mit dem Wert r_g sin; multipliziert. Das Produkt vom Ausgang des Blockes 37 wird in Block 38 von dem Wert ml\ aus Block 35 abgezogen und der Ausgangswert von Block 38 wird dann entsprechend Gleichung (VIl) in Block 39 durch den in Block 8 gewonnenen Wert sin ;■ dividiert. Der am Ausgang von H'-trk 39 erhaltene Wert r der Zielcnifernung wird in den ballistischen Rechner B eingegeben

Neben der errechneten Ziclcntfernung werden noch die beiden Werte cos ;· aus Block 8 und ;· aus Block 7 in den hallisiischen Rechner eingegeben, der dann daraus die icschol3llugze.il r,_; und den Aufsal/.winkel .1. der ein '\u.;gangswcrt des Rechners ist. errechnet

Nach Gleichung (Vi wird in Block 40 der Ausgangswert tan /. des Rechners als Produkt aus dem Wen r,_; vom ballisusJien Rechner B und der Winkelgeschwindigkeit i.i_/( aus l'.l nk 27 errechnet. Dei

I 928

^usgangswerl tan μ des Rechners wird nach Glei- :hung (VI) durch Multiplikation von (_o aus dem jallistischen Rechner B mit dem Wert <».. cus Block $0 in Block. 41 gebildet.

Der Wert « aus dem ballistischen Rechner wird iber einen Schalter 42, der gleichzeitig mit den Schallern 24, 4 und 5 vom Taktgeber in Block 3 betätigt kvird, in den Block 43 eingegeben, der in derselben Weise wie Block 26 arbeitet und den Wert I .< bildet. In Block 44 wird in entsprechender Weise wie I₁; in Block 27 der Wert 1 a mil dem Faktor 200 multipliziert, um <».< zu erhalten, das dann in Block 45 zu dem Wert ,o_y aus Block 30 hinzuaddien wird. Der Wert ι·-., = (,J₁. + Vi₁ aus Block 45 ist ein Ausgangswert des Rechners.

Bei dem vorstehend beschriebenen Digitalrechner werden die Schalter 4, 5. 11 . 11", 12'. 24 und 42 (H ig. 4) vom Taktgebei 3 betätigt. Dabei ist die Abtastzeit dieser Schalter, d. h. die Zeilspanne, in der die Schalter geschlossen sind, klein gegenüber dem Zeitinkreinem Ii zwischen zwei Abtastungen Die aas den Blöcken 17 bis 22 bestehende Recheneinheit benötigt für das Aufsuchen der richimen Werte von ,( bzw. coU/i - y) im allgemeinen eine Zeit, die großer als die Abiastzeit der Schaher ist. die aber nicht größer als !/ sein sollte um die gesamte Rechenzeit des Digitalrechners klein /u halten.

1- i g. 5 /.eigt einen Analogrechner, der dem Digitalrechner nach F i g. 4 äquivalent ist. Der Seitenwinkel α steht als Drehwinkel cinei W affenantnebswellc zur Verfügung und treibt einen tachometrischen Dynamo 51 an, aus dem man den Weil der Geschwindi. keil d^df m Form einer elektrischen Gioße i-p .It. Der Höhcnwinkel _Ί und der Aulsat/winkel ·ι weiden ebcnUlls als Drehwinkel von Wellen in dui Rechner eingegeben. In einer mechanischen Subtraktionseinrichuing52. die /.. B. ein Differentiahvtriebe --C111 kann, wird u von </ abgezogen, wodurch man ; 1 hah, das 111 einen elektromechanischen Wandlor 53 eingegeben wird, der an seinen Ausgängen die folgenden sechs Werte 0,5 sin 2·-. Ί, · cot . cos-. ;. sin; und cot;· in Form elektrischer Größen liefen Der Wert cot ν wird in einen /weiten elektromechanischen Wandler 54 eingegeben, an welchem auch die geschätzte Fluggeschwiiid.gkeit r₀ des Ziels und die geschätzte oahnneigung j emgcstelli werden Der Wandler 54 liefert die drei Werte tan > cot . 1., ■ cos und V₁₁ ■ sin . in Form elektrischer Großen. Der Wert /1, cot-- aus dem Wandler 53 wird ei.,tens in Block 55 mit d,; dl aus dem tachometrischen Dynamo 51 multipliziert, wodurch man nach Gleichung (!IaI den V\ert ρ erhält. Zweitens wird in Block 56 nach Gleichung (üb) der Wert 1/ als /.eiilichc \blcitung dieses Wertes h cot ;■ gebildet und über eine lieuihi-{.'iingsschaltuiii? 57. aus der man den heruhitM.!) Wert i/ erhalt, dem Block 58 /ugeluhil. der den (Quotienten q ρ bild·:¹, wv.bci üei Wen ;■ aus Block 55 11) einer Heruhigungsscnallung 5¹) beiuhiüt und als Wert ρ in Bloc I- ?~X e:'?ucgct>on wuit.

Mittels einer aus den I.lementen (>0 bis 68 bestehenden, zwei Regelkreise umfassenden Rechencm lieit weiden mit HiIU' des uorii's;¹ /■ aus Block 5;s und des Wertes tan .· cot/ aus lein ekkuomech.i nische.11 Wandler 54 tue Werte ,; une! coil ; · 1 bestimmt. Die Recheneinheit i:r-.iahi einen ResoUei 60. der in seinen Ausgingen aie Werte mpi,; ■ 1 und cosi,. !■■ 1,--j als elektrisehe (itößei» liefe;!. λι'Κι

40

45

so der Drehwinkel der Welle dieses Resolveis 60 dem Wert ti + ν entspricht. In Block 61 wird der Wert cot(/J'+ ι,) als Quotient der beiden Ausgangswerte des Resolvers 60 gebildet. Die Rechenschaltung umfaßt weiter einen zweiten Resolver 62, dessen Drehwinkel dem Wert ν entspricht und der als elektrische Ausgangsgröße den Wert sin ψ liefert, der in Block 63 durch den Wert sin (ji + ψ) aus dem ersten Resolver dividiert wird. Der Ausgangswert cot (/*+*,) von Block 61, der die rechte Seite der Gleichung (111) darstellt, wird in Block 64, der als Verstärker ausgebildet ist, mit dem Wert q/p aus Block 58 verglichen, der die linke Seite der Gleichung(Hi) darstellt. Der Wert sin v'/sin (,; + v') aus Block 63, der der linken Seite der Gleichung (I) entspricht wird in Block 66 mit dem der rechten Seite der Gleichung (1) entsprechenden Wert tan * · cot γ aus dem elektromechanischen Wandler 54 verglichen. Entsprechend dem ilrgebnis des Vergleichs in den als Verstärker ausgebildeten Blöcken 64 und 66 werden die Servomotoren 65 bzw. 67 gesteuert, mittels welcher die Wellen der Resolver 60 bzw. 62 so gedreht werden, daß die Blöcke 64 und 66 Gleichheit feststellen. Bei Gleichheit sind die Bedingungen der Gleichungen (1) und (III) erfüllt und die richtigen Werte von (,·( + yl und y als Drehwinkel der Wellen der Resolver und von cot {ji + ψ) als elektrische Ausgangsgröße aus Block 61 gefunden. In einer mechanischen Subtrak uonscinrichtung 68, z. B. einem Differentialgetriebe. \vn J ^A\c Differenz der Drehwinkel der beiden Resolvcrwellen gebildet, wodurch der Wert ,*, der ein Alisgangs wert des Rechners ist, als Dreh winkel einer Welle erhalten wird. Diese Welle treibt unter anderem einen tachometnschen Dynamo 69 an. der über eine Bcruhigungsschaltung 70 den Wert <·>_β als elektrische GröHc abgibt.

Der Wert cot (,; 4 y) aus Block 61 wird in Block 71 mn dem Wert 0,5 sin 2·· aus dem elektromechanischen Wandler 53 multipliziert, und das aus diesem Block 71 erhaltene Produkt wird in Block 72 noch mit dem Wert -.„ aus Block 70 multipliziert, wodurch man entsprechend Gleichung (IV) den Wert .·<. erhält.

Im folgenden wird ein Veil des Rechners beschneiden, der mit Hilfe eines ballistischen Rechners ß' die Funktionen tan / and tan // der Vorhaltcwinkelinkremente Ί. und u sowie den Aufsatzwinkel <i berechnet. Dabei wird wieder zuerst die Berechnung der hntfeinung ν /wischen Waffe und Ziel beschrieben, der die Gleichungen (VII) und (IXl zugrunde liegen Von der Ausgancswelle der Subtraktionseinikhiung68. deren IVeliwmkel dem Wert .' entspricht, wird auch ein Resolver 73 angetrieben, der den Wert sin , in Form einer elektrischen Größe liefert, in Block 74 wird der Wert ρ aus Block 59 itiirjh diesen Wen sin ,; dividiert. In Block 75 wird dei Wert I₁₁ cos aus dem elektromechanischen Wandler 54 durch den so in Block 74 crhallui.cn (.iiiotienien dividiert, wodurch man nach der Gieichuii'j (VIlIi den Wert iv eilutt. d..r 111 Block 76 mil ■.lern konstanten laktoi <,\ niultiplmeit wird, um der \·ν ei ι hi/] /u erhallen.

Der Weil i, sin au dom elektiomcehanisehei Wandler 54 v. rd im Block "⁷^ über die Zeit integriert wobei ί 0 uer Zeitpunkt ist. in dem das Ziel in i'unkl P crUil.ii wird. Zum anderen wird der Wer r„ siiii in Block 7S mit d.in Wert /_(> der Geschoß llui'/en. die uv Kiilisnsehen R.-eimer Ii' errechne

I 928483

wird, multipliziert. Die beiden Produkte r₉ - sin >■ · t aus Block 77 und v_g · sin r ■ t_a aus Block 78 werden in Block 79, der eine Summatorschaltung enthält, addiert, wodurch man den Wert P₉ - sin t · (i + t₀) erhält, der mit einem negativen Vorzeichen in einen eine Summatorschaltung umfassenden Block 80 eingegeben wird, wo er von dem Wert mh_c aus Block 76 abgezogen wird. Der der Differenz der beiden Eingangswerte entsprechende Ausgangswert von Block 80 wird entsprechend Gleichung (VIl) in Block 81 noch durch den Wert sin γ aus dem elektromechanischen Wandler 53 dividiert, um den Wert r der Zielentfernung zu erhalten, der in den ballistischen Rechner B' eingegeben wird.

Neben dem errechneten Wert der Zielentfernung ν werden noch die Werte cos -/ und γ aus dem elektromechanischen Wandler 53 in den oallistischen Rechner B' eingegeben, der dann die Geschoßflugzeit r_G und den Aufsatzwinkel <t, der ein Ausgangswert des Rechners ist, errechnet.

Nach Gleichung (V) wird in Block 82 der Ausganswert tan λ des Rechners als Produkt aus dem Wert t_c vom ballistischen Rechner B' und den Wert der Winkelgeschwindigkeit <»,, aus Block 70 errechnet. Der Ausgangswert tan μ des Rechners wird nach der Gleichung (Vl) durch Multiplikation des Wertes (₍; aus dem ballistischen Rechner B' mit dem Wert .. aus Block 72 in Block 83 gebildet.

In Block 84 wird die zeitliche Ableitung Ci₁ des als elektrische Größe am Ausgang des ballistischen Rechners B' erhaltenen Wertes <i gebildet. Der so erhaltene Wert .... wird in Block 85, der eine Summatorschaltung enthält. ?u dem Wert «·... aus Block 72 addiert, wodurch man den Ausgangswert ι·>_φ des Rechners gewinnt. Der Wert α vom Ausgang des ballistischen Rechners B' wird darüber hinaus in einer nicht gezeigten Einheit mit Hilfe eines Verstärkers und eines Servomotors in die Drehung einer Welle umgewandelt und in dieser Form in die Subtraktionseinrichtung 52 am Eingang des Analogrechners eingegeben.

An Stelle de.- Resolver 69, 62 und 73 können auch andere geeignete Funktionsgeneraloren, wie z. B. Sinus-Kosinus-Potentiometer oder Rechenkondensatoren, verwendet werden.

Es kann zweckmäßig sein, den Rechner als Hybridrechner auszubilden, in dem Elemente der Digilalrechentechnik und der Analogrechentechnik miteinander verbunden sind, insbesondere im einen schnellen und genauen Rechner zu erhalten.

in den oben beschriebenen Ausführungshcispielen wurde, wie vorstehend bereits erwähnt, angenommen, duB die Waffe und das Zielcrfassungsgerät den selben Standort haben, der in den E i g. 1 bis 3 mit O bezeichnet ist. Falls die Standorte jedoch verschicden sind, kann der ballistische Rechner so ausgelegt werden, daß er neben dem Aufsatzwinkel « »mti den Vorhaltcwinkelkomponenten / und « zwei weitere Korrekturwerte /_K und u_K für den Höhen winkel und den Seitcnwinkel des Zielcrfassungsgerätos ho errechnet, die den Standorlunterschied ausgleichen.

1- i g. 6 zeigt eine Adaptervorrichtung, die ti ic Ausgangswerte des Rechners in die zum Steuern der Antriebe der Waffe und des Visiergeräts erforderliche Form bringt. Die lilöckv 8£ bis 92 enthalten hs Digital-Anaiog-Umsazcr und wandeln die digitalen Ausgangswerte des Digitalrechners in analoge Form um. Der in Block 88 gebildete analoge Wert von .; ist einer der Ausgangswerte des Adapters. Aus dem in Block 90 gebildeten analogen Wert von tan μ wird in Block 93, der ein Funktionsglied enthält, der Wert // gewonnen. Der so erhaltene Wert μ wird in Block 94, der eine Summatorschaltung enthält, zu dem Wert u aus Block 89 addiert und der Wert u + μ bildet einen Ausgangswert des Adapters. Aus dem Wert tan Ä wird in dem ein Funktionsglied enthaltenden Block 95 der Wert λ gebildet. Der vom Rechner errechnete Wert von ω_φ wird nach seiner Umformung in die analoge Form in Block 92 einem Potentiometer 98 zugeführt. An dem Potentiometer 98 wird ein Teilbetrag (»* des errechneten Wertes von «<_φ abgegriffen. Bei Handsteuerung wird der vom Richtschützen am Steuerknüppel K eingestellte Wert von ι·>_φ in den Eingang d des Adapters eingegeben und als Vergleichswert einem Verstärker 96 zugeführt, dem auch <»* zugeführt wird und der einen Abgleich von »>* mit dem Vergleichswert <»_φ vornimmt. Bei dieser Normierung von «>* steuert der Verstärker 96 einen das Potentiometer 98 betätigenden Servomotor 97 derart, daß der am Potentiometer abgegriffene Ausgangswert <·»* des Adapters gleich ist dem während der Handsteuerung den Waffenantrieben zugeführten Wert«»,,. Hierdurch wird ein stetiger Übergang von der Handsteuerung auf die automatische Zielverfolgung sichergestellt. Während der automatischen Zielverfolgung sind die beiden Eingänge von Block 96, wie man aus F i g. 7 ersehen kann, kurzgeschlossen, und die Stellung des Potentiometers 98 wird nicht mehr verändert.

Bei Verwendung eines Analogrechners, wie er z. B. in F i g. 5 dargestellt ist, entfallen die die Digital-Analog-Umsetzer enthaltenden Blöcke 88 bis 92 des Adapters.

in dem in F i g. 7 dargestellten Blockdiagramm ist eine Waffe W mittels eines Höhen- und Seitenantriebs G der Seite und der Hohe nach verschwenkbar. In der Anfangsphase einer Zielverfolgung, in dei der Richtschütze das Visiergerät V mittels einer Knüppelsteucrung K auf das Ziel einsteuert, befinden sich die Schalter 102 und 104 in ihrer in gestrichelten Linien eingezeichneten Stellung. In dieser Anfangsphase werden die Werte w, und >·>_α den Waffenantrieben (Ί von der Knuppelsteuerung K zugeführt. Einem Rechner R. der ein Digitalrechner nach F i g. 4 oder cm Analogrechner nach F i g. 5 sein kann, werden laufend du. an der Waffe gemessenen Seiten- und HÖhenwinkelstcllungen 7 und π der Waffe zugeführt, und die geschätzten Werte der Flugbahnneigung 1 / sowie der Fluggeschwindigkeit r, werden manuell in den Rechner R eingegeben. 1st der Rechner ein Digitalrechner, so werden die an der Waffe gemessenen Werte ν und π dem Rechner in kodierter Form als elektrische Signale zugeführt. Einem Analogrechner werden diese Werk· als Drehwinkel von Wellen zugeführt.

Die Ausgangswcvlc des Rechners R werden einem Adapter D zugeführt, der im einzelnen in F i g. d dargestellt ist und schon eingehend beschneiden wurde. IKt Ausgangswert ,.' des Adapters wird einer AiilosieueremnehUuig /·; zugeführt.

Sobald der Richtschütze das Ziel für einen Moment genügend genau verfolgt hat. schallet ei mittels des Autosdialters S di·.* Schalter 102 und 104 um. Die weitere Zielverfolgung wird dann von den RechiWin gesteuert.

Im folgenden wird die Aulostcucrcinrichlunu I:

läher erläutert. Aus F i g. 8 lassen sich die der \utosteuerung zugrunde liegenden Gleichungen abeiten. In Fig. 8 ist mit O die Position der Waffe ingegeben. Da vorausgesetzt wird, daß das Visier in der Waffe montiert ist, gibt O auch die Position des Visiers an. Die gestrichelte Linie Sp stellt die Spur der Flugbahn in der Horizonialebene und r' die Horizontalkomponente dei Treflpunktentfernung r dar, wobei v' mit der Spur Sp und ebenso mit der sich zur Spur parallel erstreckenden Geraden Sp₀ den Winkel fa einschließt. Die Horizontalkomponente der Wechselpunktentfernung ist in F: g. 8 mit x'_min bezeichnet. Nach F i g. 8 gilt die Beziehung

wobeiC für eine Zielverfolgung konstant ist. Durch Differenzieren der obigen Gleichung nach der Zeil erhält man

dr' . _a , dß_T

~r- · sin ß_T + χ · -ji · cos /,_r = 0.

Wie man aus F i g. 8 ersehen kann, ist
dv'/dt = w · cos/J₇-,

wobei (v die Horizontalkomponente der Geschwindigkeit /· des Ziels ist bzw. die Geschwindigkeit, mit der sich der Punkt T' auf der Spur Sp bewegt. Mit

r' = v,'„,-„/sin ß_T
kann man dann schreiben

d/(_r η·
_A,- = ■■:;-· sin-/*_r,

^U * * »Ι ΠΙ

wobei der Wert w;x'„_lin jeweils für eine Zielverfolgung konstant ist. In anderer Form lautet Gleichung (X)

d β τ w

^Slirr>r ^'min

Durch Integration erhält man daraus
- cot ß_T = ^U ■ t + C .

C ist dabei der Anfangswert --cot/i_ro von — cot/i, im Zeitpunkt der Umschaltung von der Hand Steuerung auf die automatische Zielverfolgung. Man kann also schreiben

an.: col cot/»'·,,, - ^U / . (Xl)

I ^ JNJ/I J

Die in F i g. 9 dargestellte Autostcucreinrichtung umfaßt einen Schalter 106. der während der Anfangsphasc der Zie^:\ erfolgung, in der der Richtschütze das Visier von Hand auf das Ziel einstellen, die gestrichelt eiivj.e/eichnete Stelhmu einnimmt. Her im Rechner R berechnete und über den Adupiei D (Fig. 71 als c'iekuischc (iiö'V -'.ugefiihrlc Weis,: wild in dieseni Fall einer Stelleinrichtung zuueführt. die einen Verstärker Ϊ08. einen Servomotor 110 i:nd ein i'iHcnliiHT.oiei 112 aufweist und entsprechend dem Wert \on .' die ucslneheh einne/eiehneie Welle des Servomotors 110 dreht, die ihrerseits den Schleifer 116 eines Potentiometers 114 verschwenkt. Der Widerstand des Potentiometers 116 ist proportional zu sin²/f. Das Potentiometer 114 ist in Reihe mit einem zu Justierzwecken einstellbaren Widerstand 118 und einem Potentiometer 120 an eine Spannungsquelle angeschlossen, die eine konstante Gleichoder Wechselspannung liefert. Der durch den Schleifer 116 am Potentiometer 114 abgegriffene Spannungswert wird dem Ausgang b der Autosteuereinrichtung sowie einem Verstärker 122 zugeführt. Dem Verstärker 122 wird weiter der Wert <·>„ zugeführt, der über den Eingang α von der Knüppelsteuerung K in der Anfangsphase der Zielverfolgung geliefert wird (F i g. 7). Ein vom Verstärker 122 gesteuerter Servomotor 124 betätigt das Potentiometer 120, das auf diese Weise so eingestellt wird, daß der am Potentiometer 114 abgegriffene Spannungswert mit dem von der Knüppelsteuerung gelieferten Wert <■>„ über-

einstimmt. Hierdurch wird der für eine Zielverfolgung konstante Wert w/x'_mi„ bestimmt. Er entspricht dem durch das Potentiometer 114 fließenden Strom, der durch Verstellen des Potentiometers 120 eingestellt wird.

Nach Gleichung (X) ist das Produkt von w/x'_ni„ ■ sin² β ■-= o>_ß, d.h. der am Potentiometer 114 abgegriffene Spannungswert ist gleich «>/,. Da sich die Winkel σ und β nur um einen konstanten Winkel κ unterscheiden, sind ihre Winkelgeschwindigkeiten gleich. Der mit dem vom Steuerknüppel K gelieferten Wert <υ_α abgeglichene Wert von <»_ß ist als mj bezeichnet, um anzudeuten, daß es sich hierbei um einen abgeglichenen Wert handelt, der beim Umschalten von Handsteuerung auf automatische Zielverfolgung einen stetigen übergang sicherstellt.

Wenn der Richtschütze in der Anfangsphase der (X) Zielverfolgung das Ziel mittels Handsteuerung eine

kurze Strecke genau verfolgt hat, kann er durch Betätigen des Schalters S (Fig. 7) auf die automatische Zielverfolgung umschalten. Hierbei wird durch Betätigen des Schalters S gleichzeitig über den Eingang < der Autosteuereinrichtung der Schaller 106 (F i g. 9) in die in einer vollen Linie eingezeichnete Stellung umgeschaltet Die Aulosteuereinrichtung erhält dann den Wert J nicht mehr vom Rechner, sondern bildet ihn nach Gleichung (XP mit Hilfe der die Blöcke 126. 132. 134 und 136 umfassenden Schaltung selbst Wahrend der automatischen Zielverfolgung sind die beiden Eingänge des Ver-

so starkcrs 122, vsic man aus Fig 7 ersehen kann. kur7geschlossen. so daß die Stellung des Potentiometers 120 und damit der duich die Widerstände 114, 118 und 120 fließende Strom und der Wert von w¹. Cn ⁿ'^cnt mehr verändert werden.

ss Beim Umschalten auf automatische Zielverfolgung wird ebenfalls der Schalter 128 betätigt, wodurch in einem Block 126 die Integration des am Widerstand 118 abgegriffenen Wertes iv r,„,„ über die Zeit l ausgelöst wird. Weiter wird beim Umsehallen der Schal-

(,u tei Π0 für einen kurzen Augenblick geschlossen, um der /um Zeitpunkt des Umschaltvorganges vom lic 'liner über den Adapter gelieferten Wen .>' ahzulasien. der den Wert «>'_o Tür die Berechnung von .>' nach Gleichung (Xl) darstellt. Der Wert ,;„ wird im (n iiiock \J1. i^: :r ein Funktionsglicd uinlaßt. in den Wen cot,;,, umgeformt und in dieser 1 01m gespci-._.''.;! tiiul w;^;l:,cnd der automatischen Zielverfolgung ^taiKÜr in den eine Numinaiorschalum'.: enthaltenden

Block 134 eingegeben. Dort wird er zu dem vom Integrator gelieferten Wert

*■ min

df

addiert, wodureh man den Wert cot />' erhält, der in dem ein Funktionsglied enthaltenden Block 136 in den Wert β umgeformt wird. Der Block 136 kann z. B. ein Diodennetzwerk zur Umwandlung von cos/i in [i aufweisen.

Der so erzeugte Wert β wird wie vorher der vom Rechner errechnete Wert /i der die Eietr.er'e 108, 110 und 112 umfassenden Stelleneinrichtung zugeführt, die den Schleifer 116 des Potentiometers 114 betätigt. Der Ausgangswert <■>* der Autosteuerung wird über den Ausgang b dem Seitenantrieb der Waffe zugeführt.

Durch die Integration in Biock 126 wird eine kontinuierliche Änderung der Stellung des Schleifers 116 am Potentiometer 114 bewirkt, die der Änderung von (i entspricht, die einer geradlinigen Wcilerbewegung des Zieles mit konstanter G'jEchwindig keit entspricht. Der am Potentiometer 114 abgegriffene Wert von m_ß, der die Autosteucreinrichtung E als <n* verläßt, wird nach Umschalten von Handsteuerung auf automatische Zielverfolgung über den Schalter 104 den Waffenantrieben G zugeführt (Fig. 7). Des weiteren wird beim Umschalten von Handsteuerung auf automatische Zielverfolgung den Waffenantrieben G der Wert >·>% über den Schalter 102 zugeführt. Wie im Zusammenhang mit der Adaptervorrichtung gemäß F i g. 6 beschrieben, wir der Wert «»♦ in der Anfangsphase, in der die Zielverfolgung von Hand vorgenommen wird, mit dem vorn Steuerknüppel K über den Anschluß d gelieferten Wert <η_φ abgeglichen, so daß beim Umschalten von Handsteuerung auf automatische Steuerung der den Waffenantrieben G zugeführte Wert der Winkelgeschwindigkeit von ι/ keinen Sprung aufweist.
Bei den hier beschriebenen Ausführungsbcispiclen ist angenommen, daß das Visiergerät auf der Waffe Vl' montiert ist und an den Schwankbewegungen letzterer teilnimmt.

Zur Berücksichtigung des Vorhalts und des Autsatzwinkels werden die Werte /. und « + μ aus der Adaptereinrichtung D. dem Visiergerat V zugeführt und steuern die Lage von Visiergerat und Waffe relativ zueinander. Wahrend der Anfangsphase der Zielverfolgung, in der der Richtschütze das Visier und die Waffe von Hand auf das Ziel einstcuert, unterstützt der Rechner R diese Handsteuerung durch di<· Berechnung der Vorhaltwinkel und des Aufsatzwinkcls. Die Autosteuereinrichtung E, die nach Umschalten von Handsteuerung auf automatische Steuerung selbständig die Seitenwinkelgeschwindiakeit o* auf Grund der Gleichungen Qi) und (XI) erzeugt, ist zur automatischen Zielverfolgung nicht unbedingt erforderlich. Die Seltenwinkelgeschwindigkeit :<>_f kann auch aus den im Rechner punktiert vingezeichneten Ausgängen den Waffenantrieben G zugeführt werden. Dabei wird min in amioger Weise wie für die errechnete Hehenwmkeigeschwindigkeit .-._φ auch für die errechnete Seitenwitikelgeschwindigkeit M₁, einen Abgleich mit der von der Handsteuerung K gelicfcrten Seitenwinkelgeschwindigkeit <·>„ vornehmen, um einen normierten Wert von n>_ß beim Umschalten zur Verfugung zu haben und damit einen stetigen Übergang sicherzustellen. Bei einer derartigen Steueranordnung ohne Autosteuereinrichtung E wird insbesondere auf Grund der Trägheit der Waffenantriebe eine kontinuierliche Zielverfolgung sichergestellt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Steuern von motorisch angetriebenen zweiachsig gelagerten Zielerfassungsgeraten und/oder mit Zielerfassungsgeräten versehenen oder gekoppelten Waffen auf bewegte Ziele, wobei das Ziel von einer Bedienungsperson mit dem Zielerfassungsgerät angesteuert wird und, ausgehend von den vom Zielerfassungsgerät bzw. der Waffe laufend abgenommenen Werten des Seitenwinkels und des Höhenwinkels, zur Berechnung der als Steuergrößen für den Antrieb des Zielerfassungsgerätes und/oder der Waffe dienenden Seiten- und Höhenwinkelgeschwindigkeiten eine Darstellung der als geradlinig gleichförmig angenommenen Zielbewegung in Polarkoordinaten in einer in konstanter Höhe angenommenen Kotangentenebene zugrunde gelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Berücksichtigung des als konstant angenommenen Neigungswinkels e des Zielweges (PMT) gegen die Horizontalebene der in der Kotangentenebene (C-Ebenc) darstellbare Winkel ψ zwischen der Projektion (Sp_c) des Zielweges [PMT) in der Kotangentenebene und der Projektion (P_cH_t) der zugehörigen Horizontalen (PH) in der Kotangentenebene dient.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel r des Zielweges (PMT) geschätzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zielgeschwindigkeit t; geschätzt wird.

4. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Recheneinheiten (6—23; 51—68) vorgesehen sind, in denen die am Zielerfassungsgerät (V) oder an der WaiTe (W) gemessenen Werte des Seitenwinkels π und des Höhenwinkels q und die geschätzten Werte der Zielgeschwindigkeit v_g und des Neigungswinkels ι gemäß den Gleichungen

smy

= tan f · cot

45

h_t coty Aß
l(h_c-coty)

= COt(Ji + ")

verarbeitet werden, um den Winkel ψ und einen Seitenwinkel (i bzw. trigonometrische Funktionen dieser Winkel zu bestimmen, wobei der Seitcnwinkcl /ι sich dadurch von dem gemessenen Sei- ss tenwinkel π unterscheidet, daß er auf die Richtung (Sp₀) der Horizontalkomponentc der Zielbahn bezogen ist, und wobei ·■ ein Höhenwinkel ist, der sich von dem gemessenen Höher»winkel </ dadurch unterscheidet, daß er um einen eventuell vorhandenen Aufsatzwinkel u vermindert ist. und wobei Aß eine einem kleinen Zeitinkrcment entsprechende kleine Änderung des Seitenwinkels ,; und A (/i_c ■ cotgy) eine entsprechende Änderung des Produktes aus der Höhe L₁. dr. Kolangenienebene (C-übenc) uocr der HorizonUilebene (.4-Ebene) durch den Standort (O). an dem die Werte des Scitenwinkcls .1 und des Höhenwinkels ψ gemessen werden, und dem Kotangens des Höhenwinkels γ ist, und daß Recheneinheiten

(26 30; 69—72) vorgesehen sind, in denen die

Höhenwinkelgeschwindigkeit ωγ gemäß den Gleichungen

(o_y = 0,5 sin 2γ · cot (ß + ψ) · tu_ß

und durch Differenzieren oder Differenzenbildung aus dem berechneten Wert β des Seitenwinkels die Seitenwinkelgeschwindigkeit t»_ß bestimmt werden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mittels Recheneinheiten (31—39; 73—81) die Entfernung r zum Ziel gemäß der Gleichung

._ m

sin>-

bestimmt wird und daß mittels eines ballistischen Rechners (ß, 3') unter Berücksichtigung der errechneten Entfernung r der Aufsatzwinkel « und die Geschoßflugzeit t_G errechnet werden, wobei v_g die Zielgeschwindigkeit, t die seit dem Auffassen des Ziels (Zielauffassungspunkt P) vergangene Zeit und m das Verhältnis h/h_c zwischen der Höhe Ji, in der das Ziel aufgefaßt wurde (Zielauffassungspunkt P) und der Höhe h_c der Kotangentenebene (C-Ebene) ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Recheneinheiten (40, 41; 82, 83) vorgesehen sind, in denen aus den Werten der Höhen- und Seitenwinkelgeschwindigkeiten <■> und <»ß sowie aus dem Weii der Geschoßflugzeit i₀ durch Multiplizieren die Tangenswerte des Höhenvorhaltewinkels μ und des Seitenvorhaltwinkels /. gemäß den Gleichungen

tan /( = οι. t_G
tan/ = ...„ r_(i

bestimmt werden und daß aus diesen mittels den Arcustangcns bildender Funktionsglieder (93. 95) die Höhen- und Seitenvorhaltwinkel μ und /. bestimmt weiden.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dab eine Aulosieuereinrichtung (E) vorgesehen ist, die ein SinusquadratPv-itendometer (114), dessen Widerstand sich bei der Drehung des Schleifers (116) mit dem Sinusquadrat des Drehwinkels ändert, und einen selbstabgleichenden Regelkreis (108,110.112) umfaßt, der den Schleifer (116) des Sinusquadrat-Potentiometers (114) entsprechend dem vom Rechner (R) errechneten Wert des gegen die Spur des Zielweges in der Horizontalebenc gemessenen Seitenwinkels ,ί auf den Widerstandst eil sin²,, >' verschwenkt, und daß ein zweiter Regelkreis (120. 122.124) vorgesehen ist. der gemäß der Gleichung

sin"

durch Verstellen des Schleifers eines Stromregelpotentiometers (120) den durch das Sinusqvuidral-Potentiomeier (114) fließenden Strom auf den für eine bestimmte Zielverfolgung konstanten Wen des aus der Hori/.ontalkomponcntc u· der Ziel-

üesehwindigkeit r und dem Minimumweri v'

der Horizontalkomponentc der Zielemfemunu

gebildeten Quotienten w/x'_ml„ dadurch einstellt, daß er die am Sinusquadrat-Potentiometer (114) abgegriffene, der Seitenwinkelgeschwindigkeit u>_ß entsprechende Spannung mit dem vom Steuerknüppel (K) gelieferten Spannungswert ω_α der Seilenwinkelgeschwindigkeit abgleicht, daß ein Integrator (126) vorgesehen ist, Jcr gemäß der Gleichung