DE2143873A1 - Vorrichtung für Visiereinrichtungen - Google Patents

Description

Dip!. Ing. R. ,Vlerte/iS

Patentanwalt
6 Frankfurt/Main I, Am/nelburgstr.34

Frankfurt/Main, den 31.8.1971 - H 31 P 285 -

HONEYWELL INC.
2701, Fourth Avenue South Minneapolis, Hinn/USA

" Vorrichtung für Visiereinrichtungen in Plugzeugen oder Flugzeugsimulatoren "

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für Visiereinrichtungen in Flugzeugen oder Flugzeugsimulatoren zur Anzeige der Spur hypothetisch als von einem Flugzeug abgefeuert angenommener Geschosse aus der Sicht vom Flugzeug aus.

Als Visier für Kampfflugzeuge mit starren Waffen wurde ursprünglich ein starres Visier verwendet und der Pilot steuerte sein Flugzeug derart, daß das Ziel im Visier erschien. Mit zunehmender Geschwindigkeit und Manövrierfähigkeit der Flugzeuge sind kompliziertere Visiere entwickelt worden, welche teilweise selbsttätig die zukünftige Position des Ziels und die Richtung des Flugzeuges vorgeben. Beispiele hierfür sind das Visier mit verschiebbarem Fadenkreuz, das optische Visier mit Vorhaltrechner und Feuerleitgeräte. Auch diese komplizierten Visiervorrichtungen sind jedoch vielfach nicht in der Lage,mit ausreichender Genauigkeit zu arbeiten, weil es vielfach unmöglich ist, das Ziel so lange im Visier zu benalten, daß die Visiervorrichtung genügend Zeit hat, sich zu beruhigen und aus ihrer Bewegung zuverlässige Meßgrößen für die Berechnung des Vorhaltwinkels abzuleiten. Darüberhinau3 haben all diese Visiere den Nachteil, daß sie unter der Voraussetzung arbeiten, daß das Ziel während der Flugzeit des Geschosses sich mit konstanter Winkelgeschwindigkeit weiterbeweßt, was jedoch für moderne

209811/1264 BAD ORIGINAL

2U3873

Flugzeuge nicht zutrifft.

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit diesem Problem und ■ ist auf eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gerichtet, welche nicht wie die bisherigen automatischen und teilautomatischen Visiervorrichtungen die Ermittlung der zu erwartenden Positionsänderung des Ziels einer Rechenvorrichtung in der Visiereinrichtung überläßt, sondern hierfür den Piloten in den Regelkreis einbezieht, der aus seiner übung und Erfahrung besser als eine automatische Vorrichtung voraussehen kann, welche Plugbewegungen das Ziel voraussichtlich ausführen wird. Das neue Konzept dieser Visiereinrichtung beruht auf den Verhältnissen beim Schießen mit Leuchtspurmunition, wo der Schütze sowohl die Bewegung des Ziels als auch die Schußbahn seiner Waffe ständig verfolgen kann, vermeidet aber gleichzeitig die sich dabei ergebenden Nachteile, nämlich den hohen Munitionsverbrauch und die durch die ausgehende Lichtspur vergrößerte Gefahr des Ortens und Anvisierens der eigenen Maschine durch den Gegner, indem die Lichtspur nicht tat- . sächlich erzeugt, sondern nur simuliert und dem Piloten in seine Visiereinrichtung eingeblendet wird. Im Falle eines Flugzeuges erfolgt dieses beispielsweise mit Hilfe eines halbdurchlässigen Spiegels, durch welchen auch das Ziel zu beobachten ist. Im Falle eines Simulators wird auch das Ziel auf der Anzeigevorrichtung simuliert. In beiden Fällen steuert der Pilot sein Flugzeug derart, daß das Ziel die simulierte Spur der in Wirklichkeit gar nicht abgefeuerten Geschosse in einer geeigneten Entfernung schneidet,und löst seine Waffe so rechtzeitig aus, daß im Zeitpunkt, wenn.das Ziel die simulierte Schußbahn durchfliegt, tatsächlich ein Geschoß am Durchstoßpunkt angelangt ist. Sofern der Pilot aufgrund seiner Schulung und Erfahrung bzw. aus der Überlegung wie er das Ziel steuern würde, wenn er sich in der Situation des bekämpften Ziels befända, die Bewegung des Ziels während der Flugzeit der Geschosse richtig vorausgesehen hat, führt das neue Kon-

20981 1 /1264
BAD ORJGlNAL

zept zu einer wesentlich größeren Trefferwahrscheinlichkeit als die bekannten automatischen und halbautomatischen Visiereinrichtunger., bei welchen die Voraussage der erwarteten Zielbewegung durch die Vorrichtung und nicht durch den Piloten erfolgt. Die Überlegungen, welche diesem neuen Prinzip von Visiereinrichtungen zugrunde liegt, sind im einzelnen in der Zeitschrift AVIATION WEEK & SPACE TECHNOLOGY vom 17. August 1970 auf den Seiten 40, 41, 43 und 44 erörtert.

Per Pilot hat also den Eindruck,außer dem Ziel auch noch fortlaufend die Spur der aus seiner Waffe hypothetisch abgeschossenen Leuchtspurgeschosse zu verfolgen, ohne jedoch überhaupt Geschosse oder andere Projektile abzufeuern. Die Genauigkeit dieses neuen Richtkonzepts wird insbesondere dadurch wesentlich vergrößert, daß für die Vorausberechnung der Spur der Geschosse tatsächlich gemessene Daten und die vorgesehene Bewegung des eigenen Plugzeuges zugrundegelegt werden, nicht jedoch die kaum noch vorhersagbare Bewegung des Ziels. Letztere wird vielmehr wie beim Leuchtspurschießen vom Piloten berücksichtigt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine zuverlässige und schnell arbeitende Vorrichtung zur Ermittlung der Plugbahn der hypothetisch abgefeuerten Geschosse und zu deren Anzeige zu schaffen.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch, daß fortlaufend wiederholt für jedes hypothetische Geschoß einerseits eine erste dreidimensionale Vektor-Größe entsprechend dem Abstand zwischen der Position des Plugzeuges beim Abschuß des Geschosses und der gegenwärtigen Position des Flugzeuges und andererseits eine zweite dreidimensionale Vektor-Größe entsprechend dem Abstand zwischen der Position des Plugzeuges beim Abschuß des Geschosses und der gegenwärtigen Position des Geschosses berechnet wird, daß aus der ersten und der zweiten

209811/1264

Vektor-Größe eine dritte dreidimensionale Vektor-Größe entsprechend dem Abstand zwischen den gegenwärtigen Positionen des Plugzeuges und des Geschosses berechnet wird, daß die Ortskoordinaten der Vektor-Spitzen auf ein kartesisches Koordinatensystem umgerechnet werden, dessen eine Ebene senkrecht auf der Abfeuerrichtung des Geschosses aus dem Flugzeug steht, und daß auf einer Anzeigevorrichtung eine dem geometrischen Ort der Spitzen der dritten Vektor-Größen im kartesischen Koordinatensystem entsprechende Spur erzeugt wird.

Ein Ausführungsbeispiel wird im folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben. Hierbei zeigt

Figur 1 das Blockschaltbild einer in einem Flugzeug angeordneten Vorrichtung,

Figur 2 die zugehörige Anzeigevorrichtung,

Figur 3 ein Diagramm zum besseren Verständnis der Arbeitsweise,

Figur 4 das Blockschaltbild des in Figur 1 enthaltenen Geschoßbahnrechners,

|| Figur 5 die zeitliche Lage der einzelnen Betriebsschritte und

Figur 6 in Form eines Diagramms wie die auf der Anzeigevorrichtung wiedergegebene simulierte Geschoßspur vom Piloten verfolgt wird,

Die Anordnung nach Figur 1 umfaßt einen elektronischen Digitalrechner 2*1, im folgenden als Geschoßbahnrechner bezeichnet j ei?; Speicher 28, der üblicherweise Teil den Geschoßbahnrechners ist eine Anzeigevorrichtung 26 mit Kathodenstrahlröhre, die eine einblendbare An?jeige für den Piloten des Flugzeuges liefert; einen Seeleni'ernrohr-Wähler 45, einen Entfernungsmarkenrechner 47 und einen Radarleuchtpunktrechner 51. Ferner ist ein Flug-

209811/1264 BAD OfflÄ^n ^:t

regler 21 (Autopilot) gezeigt, der vom Piloten 31 mittels des Gashebels 33 und des Steuerknüppels 3k entsprechend der Anzeige auf der Anzeigevorrichtung 26 und der Zielbewegung 55 be- · einfluß wird, welche er gleichzeitig sieht. Schließlich liefert ein Entfernungsmeßradargerät 5k der Zielentfernung entsprechende Signale an den Radarleuchtpunktrechner 51.

Die Arbeitsweise des Geschoßbahnrechners 2k wird später noch eingehend beschrieben. Aus Figur 1 erkennt man, daß dieser Rechner über die Leitungen 22 und 23 Eingangssignale vom Autopiloten 21 und über die Leitungen 25 konstante Eingangssignale erhält. Als Folge dieser Eingangssignale liefert der Geschoßbahnrechner 2k je ein Steuersignal an den Entfernungsmarkenrechner kf und den Radarleuchtpunktrechner sowie weitere Ausgangsinformafcionen an den Speicher 28. Diese Ausgangsinformation besteht aus den Lagekoordinaten von zwanzig hypothetischen Geschossen, deren Flugbahnen der Geschoßbahnrechner berechnet hat, bezogen auf ein mit dem Flugzeug starr verbundenes kartesisches Koordinatensystem. Diese Information wird in periodischen Abständen vom Speicher 28 an die Bildschirmeinheit 26 weitergegeben und auf einer Kathodenstrahlröhre sichtbar gemacht. Die Form der Darstellung ergibt sich aus Figur 2 und wird anschließend näher erläutert.

Auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre der Bildschirmeinheit erkennt man eine Linie 36, die eine Reihe von Punkten miteinander verbindet. Jeder dieser Punkte stellt die augenblickliche Position eines bestimmten hypothetischen Geschosses, in welcher es der Pilot sehen würde, dar. Die Horizontal- oder X-Koordinate beschreibt die Seitenlage und die Vertikal- oder ^-Koordinate die Höhenlage des Geschosses. Die Schußfolge der hypothetischen Geschosse beträgt 0,1 sek. und der Feuerbeginn liegt 2 r>ek. vor dem augenblicklichen Zeitpunkt. Die Position des vor 2 nek. abgefeuerten hypothetischen Geschosses wird durch Punkt 20 gegeben, während Punkt 2 die Lage des vor 0,2

209811/1264 BAD

-β- 2U3873

sek. gefeuerten Geschosses anzeigt. So wird beispielsweise die Position des Geschosses 16 durch die Koordinaten X„,- und Y.,,-

Ib

beschrieben. Hypothetische Geschosse, die in den ungeraden Zeitpunkten abgefeuert wurden, werden aus Vereinfachungsgründen nicht angezeigt.

Außer der Linie 36, die dem geometrischen Ort des Geschosses im zeitlichen Ablauf entspricht, wird auf dem Bildschirm an der mit X_DO, Y_nr, bezeichneten Punkt das Fadenkreuz 37 des See-

CO Du

k lenfernrohres eingeblendet. Dieses Kreuz wird durch den Seelenfernrohrwähler 37>der später noch beschrieben wird, erzeugt.

Die drei Entfernungsmarken 40, 4l und 42, die den Entfernungen 1000, 2000 und 3000 Fuß entsprechen, sind ebenfalls auf dem Bildschirm sichtbar und mit X_n., Y_DAi Χ_ΟΏ-· -^d ^unc^ X_ür.s ϊ_Πη

KA KA Kii" KtS KO Ko

bezeichnet. Sie werden vom Entfernungsmarkenrechner 47» der später ebenfalls noch beschrieben wird, erzeugt. Jede dieser Marken ist in ihrer Länge proportional der Ausdehnung eines bekannten Zieles, das der Pilot in 1000, 2000 oder 3000 Fuß Entfernung sieht.

Schließlich tritt an einer mit Χ_Οτ>ι ^d bezeichneten Stelle

Kr Kr

ein Radarleuchtpunkt 43 auf, der die Entfernung des Zieles anzeigt. Dieser Radarleuchtpunkt wird vom Radarleuchtpunktrechner 51,der später noch beschrieben wird, erzeugt.

Die Erläuterung der Arbeitsweise der Anlage erfolgt nun anhand der Figur 3. Zur Vereinfachung der Darstellung sei angenommen, daß das Plugzeug sich im Geradeausflug befindet und während der letzten 2 sek. einem Kurs folgte, der durch die Linie 20' , 10', 0 dargestellt wird. Das Flugzeug befindet sich in diesem Augenblick im Punkt 0. Werden Geschosse in Abständen von 0,1 sek. abgefeuert, so befinden sich die vor 0,1 und 0,2 sek. abgefeuerten Geschosse gegenwärtig in den Punkten 1 und 2. Die wahre Flugbahn für Geschoß 10 wird durch die Kurve 60, die für

209811/1264 BADORiGlNAL

Geschoß 20 durch Kurve 6l dargestellt.

Der Vektor r wird so definiert, daß er sich von der augenblicklichen Position des Flugzeuges (in der Sicht des Piloten) zur augenblicklichen Position des Geschosses η erstreckt. Ein zweiter Vektor b reicht - gemäß Definition - von der Position des Flugzeuges,zu der Zeit als das Geschoß η abgefeuert wurde, zu der gegenwärtigen Position des Geschosses n. Ein dritter Vektor i verbindet laut Definition die Position des Flugzeuges zur Zeit als das Geschoß η abgefeuert wurde mit der gegenwärtigen Position des Flugzeuges. Die Vektoren r._o, b-tQ» r_?Q und bpQ sind in Figur 3 gekennzeichnet. Die Vektoren a^.Q und apQ erscheinen als gerade Linie 10'-0 bzw. 20'-0. Die Linie 62 ist der geometrische Ort für die augenblicklichen Positionen der Geschosse 1 bis 20 auf ihren zugehörigen Flugbahnen und stellt aber selbst keine Flugbahn dar. Diese Linie wird auf den Schirm der Bildschirmeinheit projeziert und entspricht der Linie 36 in Figur 2. Es ist die Aufgabe des Geschoßbahnrechners, die Endpunkte der Vektoren r als Winkelkoordinaten X und Y darzustellen.

Der Geschoßbahnrechner 2k ist in Figur '4 funktionsmäßig aufgegliedert dargestellt, da seine Funktionen denen eines Allzweckrechners entsprechen.

Der Ausgang des Rechners ist eine Reihe von zwanzig Wertepaaren X , Y in Form von Signalen über die Leitungen 27· Diese Werte werden mit Hilfe einer herkömmlichen Bildwandlereinheit 65 in Übereinstimmung mit einer Reihe von zwanzig Vektor-Eingangssignalen der Vektoren r , die der R-Vektor-Rechner 67 als den Paralellkomponenten zum orthogonalen Vektoren-Tripel i, j und k proportional liefert, abgebildet. Jeder so dargestellten Geschoßposition ist daher ein Vektor r zugeordnet«

Der Einheitsvektor i liegt in' der Längsachse des Flugzeuges und

209811/

ist positiv in Vorwärtsrichtung. Eine Drehung urn diese Richtung als Achse wird mit "Rollen" bezeichnet und ihr Betrag als Winkel Θ. angegeben. Die positive Drehrichtung ergibt sich aus der Rechten-Hand-Regel, Der Einheitsvektor ^ steht senkrecht auf dem Einheitsvektor i und liegt parallel zur Verbindungslinie ( Spannweite ) identischer Punkte der Tragflächenenden. Die positive Richtung dieses Vektors verläuft nach rechts bei Blick in Plugrichtung. Eine Drehung um diese Achse wird als "Nicken" bezeichnet und durch den Winkel θ_? angegeben. Die positive Drehrichtung wird auch hier durch die Rechte-Hand-Regel gegeben. Der Einheitsvektor k steht senkrecht auf den Vektoren i, j und zeigt mit seiner positiven Richtung beim horizontalen Geradeausflug senkrecht nach unten. Eine Drehung um diese Richtung als Achse wird mit "Gieren" bezeichnet und durch den Winkel Θ, angegeben. Der positive Drehungssinn wird auch hier durch die Rechte-Hand-Regel angegeben. In der aerodynamischen

die Bezeichnungen Literatur findet man zuweilen für die Winkel θ^, Θ₂,θ,ν0, Θ und ψ j während Richtungen entlang der Einheitsvektoren durch die tiefgestellten Indizes x_s y und ζ gekennzeichnet werden.

Daraus ergibt sich, daß der Geschoßbahnrechner bei der Handhabung einer Vektor-Größe in Wirklichkeit die orthogonalen Komponenten des Vektors, also drei, miteinander in Beziehung stehende Größen und nicht wie man nach den vereinfachten Gleichungen und Zeichnungen vermuten würde eine einzelne Größe zu verarbeiten hat.

Jeder Vektor r läßt sich wie folgt ausdrücken

Die X- und Y-Koordinate jedes Geschosses werden in der BiIdwandlereinheit 65 nach den Gleichungen

209811/1264 BAD

-9- 2U3873

X s ARCTAN [ ίθϊ j (2)

ηχ /

Y_n = ARCTAN (^ } (3)

berechnet.

Der Arcus Tangens wird dann nach der Reihe

Y-5 γ-? vl

ARCTAN X = X - ~- + | ψ- · (4)

ermittelt.

Die R-Vektoren berechnet der R-Vektor-Rechner 67 nach der Gleichung

^rn - ^bn - ^an ·

Die ä_n~V/erte erhält der R-Vektor-Rechner 67 vom A-Vekfcor-Rechner 7I₃ die 5 -Werte liefert der B-Vektor-Rechner 73· Diese beiden Vektor-Rechner 71 und 73 arbeiten nach einem Wiederholungsmodus. Z.B. wird jeder a -Wert von dem vorhergehenden ä .-Wert ausgehend berechnet. Polglich wird der neue a~_Q-Wert aus dem vorhergehenden iLg-Wert berechnet und anstelle des vorhergehenden ä_?0-Wertes eingesetzt. Dann ermittelt der Rechner aus dem vorhergehenden a.. o-Wert einen neuen iL^-Wert und ersetzt den alten Wert .durch diesen usw. Auf a. ist dieser WiederholungsrecheT^ang; nicht anwendbar. Hier v/erden spezielle Mittel für die Eingabe entsprechender Arifangswerte vorgesehen, wie später noch erläutert wird. Es sei wiederum bemerkt, daß jede Berechnung Über die drei orthogonalen Komponenten erfolgt und daher ein Suchen im Speicher_}Verarbeiten und wieder Einspeichern konstanter Größen_t

209811/1264 BAD

-ίο- 2U3873

variabler Eingangsgrößen und berechneten Größen erfordert

Im folgenden wird zur besseren Erläuterung die Gleichung 5» wie sie vom Computer benutzt wird, entwickelt:

* ^{+ v}ß ^{+ r}* ¹W ^{+ b}^ ^{+ b}* V ^a^ ^a^

Durch Vereinfachung erhält man

^{s (b}nx " ^a„x>^{? + (b}ny " ^any^ ^{+ (b}nz " ^a

woraus r , r und r durch Vergleich bestimmt werden können

Nachdem ein Satz von Anfangswerten ·& vorgegeben wurde_a berechnet der A-Vektor-Rechner 71 aus dem Anfangswert von a_iq nach der Gleichung

⁵n - A V-I ⁺ V

den Wert äp_Q, ermittelt dann aus a^g den Viert a^« und verfährt weiter so, bis zur Ermittlung des Wertes a₂· Dann verwendet der Computer die Gleichung

I₁ - /3 d + v_aT . (9)

um einen neuen Wert für a^ au finden. Diese Berechnungen erfolgen in einem sich wiederholenden Turnus von 100 ms Dauer.

In ähnlicher Weise ermittelt der B-Vektor-Computer 73_snachdem je ein Satz von Werten für b . und die zugeordneten Werte b ^ vorgegeben ist, unter· Benutzung der Anfangswerte b.q und b^„ nach der Gleichung

209811/1264
8A0 ORIGINAL

In (K b_n.< τ -f i)/3 b_n

7%

(10)

ein neues

und löst dann Gleichung

(11)

für ein neues 5_p0· Durch Wiederholen dieses Rechenganges und Einsetzen der entsprechenden Größen ermittelt dann der Rech-

ner die Werte b"_ig und b^ bis t Rechner die Gleichungen

und §₂· Danach verwendet der

In

T + i)b₀

(12)

wobei

ao

(13)

und

/3 b,

K b„ T+ 1

209811/1264

ül Q

zur Berechnung neuer Werte für b, und b,..

Zur Lösung der vorangehenden Gleichungen benötigt der A-Vektor-Rechner 71 Eingangssignale für die Größen/3 , T, ν , d und für

* et

den Satz von Anfangswerten -a . In ähnlicher Weise braucht der B-Vektor-Rechner 73 Eingangssignale für die Größen-/2» _s T₃ K, ν , ν , g und den Satz von Anfangswerten . b und . b . Die Quellen für diese Signalgrößen werden im folgenden erläutert.

Die Trägheitseinheit 75 des Plugzeuges liefert über Kabel 23 zwei Vektor-Signale Δ ν und Δ θ, welche der Translation bzw. der Rotation des Plugzeugs im Trägheitsraum entsprechen. Die Achsen der· Rotation und der Translation fallen zusammen und wurden bereits definiert. Jedes dieser Vektor-Signale wird im Rechner in Form seiner drei orthogonalen Komponenten verarbeitet. Es bestehen daher für die Vektoren Δ ν und Δ θ folgende Beziehungen:

Δ ν = Δ v_at + Δν₂ί + A v₃*k\ (15)

Δ§ .-Δθ^+Δθ^+Δθ·^, (16)

Δ θ wird auf die Übertragungsmatrix 78 gegeben, wo/durch Berechnung einer Matrix die Lösung der Gleichung

209811/1264

Δ θ,² ΔθΙ Δβ\

?(ΔΒ,Δ6 ^ΔΘ2)

(17)

erfolgt, um so während des Ablaufs eines Wiederholungszyklusses fluczeugbezogene Koordinaten zu liefern. In einem vorhergehenden Schritt muß allerdings die Gleichung

_l Δ e? -f Δ <ξ

A β]

(18)

gelöst werden.

Das Signal für die Größe ß wird dann an den A-Vektor-Rechner 71, den B-Vektor-Rechner 73 und den Schwerkraftfilter 85 weitergeleitet.

Der zentrale Luftwerterechner 86 des Flugzeuges liefert fünf

2098-M / BM) ORfGlNAL

- ι* - 2U3873

Signale. Zwei dieser Signale, ρ und T bezeichnen die Luftdichte und die Lufttemperatur der Außenluft. Die übrigen drei Signale kennzeichnen die Bewegung des Plugzeuges gegenüber der umgebenden Luft. OL , /3 „ und V^ stehen für den An-

/ S CL

Stellwinkel, den Schiebewinkel und die Eigengeschwindigkeit des Flugzeuges. Es sei bemerkt, daß OC und /3 _s als Drehungen um die bereits definierten Achsen gemessen werden.

Die Signale V . & und /3 „ laufen in den Eigengeschwindigkeitsrechner 8? zur Lösung der nachstehenden Gleichung

= V

V(1 - s\n^zoL - s\n^l/3>_s) f + s\njß_s J + sin oc K

(19)

Ein weiteres wichtiges Signal ist v„. das einem alten Wert

ao

von v^ entspricht und im Computer abrufbar gespeichert ist. a .

Das Signal für die Größe ν liegt am A-Vektor-Rechner 71 _s am

Schwerkraftfilter 85 und am Anfangsbedingungen-Rechner 97> der außerdem ein Signal für die Vektor-Größe ν , Vielehe die Mündungsgeschwindigkeit des verwendeten Geschosses bezeichnet, erhält. Das Signal für 5 geht ebenfalls an den B-Vektor-Rechner 73. Ein Signal für die Vektor-Größe d, Vielehe die Linie vom Auge des Piloten zur Rohrmündung der Waffe darstellt, wird in den Anfangsbedingungen-Rechner 97 und in den A-Vektor-Rechner 71 gegeben. Das Signal für die Größe T (= 0.1 sek.) liegt am Anfangsbedingungen-Rechner 71 und am B-Vektor-REchner 73-

Das ρ -Signal des zentralen Luftwertrechners 86 liegt am Luftwiderstandsbeiwertrechner 114, der außerdem Signale erhält, welche die Oberflächengröße S und die Masse m des Geschosses darstellen. Der Luftwiderstandsbeiwertrechner erhält zusätzlich ein für den Luftwiderstandsbeiwert C_Q charakteristischen Signal vom Tabellenspeicher 120, indem die Luftwiderstanda-

BAO ORIGINAL^

2U3873

beiwerte als Punktion der Machzahl M vom Machzahlumwandlungs· rechner 122 kommend gespeichert werden. Dieser Computer bestimmt M für jedes Geschoß gemäß der Gleichung

o.

(20)

in der T die Lufttemperatur und b . den zuletzt errechneten e π— ι

B-Vektor für das vorhergehende Geschoß bezeichnet. Der Ausdruck

^bn-l

wird als "arithmetischer Wert für die Änderungsgeschwindigkeit

des Vektors b " interpretiert. Der Koeffizient O.O2O4O2 wird n—a

in den Machsahlumwandlungsrechner 122 eingegeben, die Größe T

liefert der zentrale Luftwerterechner 86_;und die Signale für die Vektorgeschwindigkeiten kommen vom Anfangsbedingungen-Rechner 97 oder vom B-Vektor-Rechner 73·

Das Ausgangssignal des Luftwiderstandsbeiwerterechners 114, das dem Luftwiderstandsbeiwert K entspricht, geht an den Anfangsbedingungen-Rechner 97 und an den B-Vektor-Rechner 73.

Der Anfangsbedingungen-Rechner 97 erhält ein Eingangssignal für den Anfangswert der Schwerkraft g_Q mit der Beziehung

g₀ = 32.2k. (21)

Dieser Rechner 97 erfüllt eine Anzahl verschiedener Punktionen. Er führt e.ire vorläufige Rechnung gemäß Gleichung (13) aus, benützt die so erhaltene Ableitung b_Q zur Bestimmung der Werte

209811/1264 BAD

.au, .E₁ und .b. nach den Gleichungen

Λ ⁼

(22)

-_f in (κ b₀

und

T +1

+ ^T9o ·

(23)

(24)

Die Bestimmung der Änderungsgeschwindigkeiten der Vektor-Größen und ihrer arithmetischen Werte erfolgt z.B. nach folgenden Gleichungen:

Ä =

a,k ,

(25)

Ä = a₁i + a₂j +

(26) (27)

Nach Bestimmung dieser Größe ermittelt der Anfangsbedingungen-Rechner 97 die Werte für .a₂ bis ^ä„_Q und .tL bis .b_?„ nach den folgenden Gleichungen:

i^an

i^an-l

(28)

209811/1264

BAD

2U3873

;-Ί

(29)

Die Bestimmungen der Werte der Änderungsgeschwindigkeit von

•b„ bis -

erfolgt gemäß Gleichung

(30)

T +

Die Signale für die Anfangswerte - ^a_n laufen in den A-Vektor-Rechner 71, die Signale für die Anfangswerte ^b_n und ^_n in den B-Vektor-Rechner 73. Das Signal für den Vektor der Anfangsschwerkraft g_Q liegt am Schv/erkraftfilter 73·

Der Eigengeschwindigkeitsrechner 87 liefert ein Signal für die

Größe ν an den B-Vektor-Rechner 73 und an das Schwerkraftao

filter '85.

Zusätzlich zu den oben geschriebenen Eingangssignalen erhält das Schwerkraftfilter 85 Δν-Signale von der Trägheitseinheit 75. Das Filter berechnet die Istwerte der Schwerkraft g nach der Gleichung

3-/3

(3D

in der L de.i Filterverstärkungügrad und g den vorhergehenden Wert von g und g_p den Aus gangs wert bezeichnet. Dieser Rechnungs· gang wiederholt sich daher ebenfalls. Das Signal für die Größe g wird als Ausgang deü Filters 85 an don B-Vektor-Computer 73

2 0 9 811/^Λ 2 6 ά BAD ORHäfMÄL Γ ⁵-

2H3873

gelegt.

Der Entfernungsmarken-Rechner 47 erfüllt eine dreifache Punktion. Er erzeugt die Signale zur Abbildung jeder der drei
Entfernungsmarken für die Standardentfernungen R. = 1000 Fuß, R_n = 2000 Fuß und R„ = 3000 Fuß. Andere Werte für die Standardentfernungen können an den Justiervorrichtungen der Eingänge 143, 144 und 145 eingestellt werden. Als Beispiel wird nun
der Funktionsablauf für die Standardentfernung R_n = 3000 Fuß beschrieben.

Die im Geschoßbahnrechner erzeugten Signale für die r laufen zum Entfernungsmarkenrechner₅der zuerst die Vierte r der r
beispielsweise so bestimmt, daß folgende Ungleichung erfüllt wird:

Ίη-1

at.

In Figur 3 liegt die Marke für einen Abstand von 3000 Fuß vom Flugzeug auf dem Bogen 148 (in Wirklichkeit auf einer Kugel) W zwischen n.g und n_ig, während r im Punkt 19 und ^_1n-1 im Punkt 18 endet. Es ist daher erforderlich, den Punkt zu bestimmen, 'in dem der Bogen 148 den geometrischen Ort 18-19 schneidet.
Zu diesem Zweck ist der geometrische Ort zwischen Punkt 18
und 19 geradlinig anzunehmen. Es wird erkennbar, daß die Koordinaten X und Y mit dem Vektor- r \^rerbunden sind und die Koordinaten Xt._c und Y__c des Kopfes 1"46 eines Interpolationsvektors r mic der Länge R_p durch X und Y in der folgenden beschriebenen Weise bestimmt werden.

Die Interpolationskonstante R-™_T wivd als erstes nach der
Gleichung

a Ö 9 S11/126

~" ^rm-i

IMT

2U3873

(33)

berechnet.

Danach werden die gewünschten Koordinaten für das Zentrum der Entfernungsmarke gemäß den Gleichungen

^ARC " ^Am-1 ^lAm ^Am-1^; "iNT ^K'^H*

^YRC = Vl ^{+ (Y}m - Vl> ^RINT (35)

berechnet und im Speicher 28 gespeichert.

Der Radarleuchtpunkt-Computer 51 kann mit einem Größenjustiereingang 149 versehen werden und arbeitet, wie der Entfernungsmarken-Computer 47, mit der Ausnahme, daß lediglich eine Einseirechnung notwendig ist, dne auf dem Signaleingang für die Radarentfernung R_p beruht. Die Koordinaten X_Rp> Y_Rp legen das Zentrum des Radarleuchtpunktes 43 fest. Ihre Signale werden zur Speicherung dem Speicher 28 zugeführt.

Im folgenden wird die Aufgabe des Seelenfernrohr-Wählers 45 beschrieben. Wie an früherer Stelle bereits erwähnt, benutzte man eine als "starres Visier" bezeichnete Zieleinrichtung, die fest mit dem Flugzeug verbunden war und deren Zielmarke durch ein entsprechendes Kanöver des Piloten mit dem Ziel zur Deckung gebracht werden mußte. In diesem Falle mußte der Pilot nicht nur einen azimuthalen Vorhalt vorgeber, um der Flugzeit des Geschosses Rechnung zu tragen, sondern auch gleichzeitig die Abweichung gog Geschosses von der Seelenachse des Geschützrohres unter der Einwirkung der Schwerkraft berücksichtigen. Dem "starrori Visier" entspricht gemäß Erfindung das Fadenkreuz des Seelenfernrohrs, das auf dem Bildschirm dargestellt wird. Dioses Fadenkreuz ist dem sogenannten "liarmonisierungspunkt", oinom Punkt auf der Seelenachse des Geschützrohres,zugeordnet,

209811/1264 BAD ORtQtNAL

— ?Ω -

der bei genauer Ausrichtung 2250 Fuß vor der Mündung der Bordkanone liegt. Ein Ziel, das sich mit dem Fadenkreuz des Seelenfernrohres deckt, bewegt sich in der Sicht des Piloten durch den Harmonisierungspunkt. Die Anlage ist so konstruiert, daß selbst dann, wenn der Geschoßbahnrechner oder seine Zusatzgeräte ausfallen, der Seelenfernrohr-Wähler kontinuierlich die Koordinaten des Fadenkreuzes wiedergibt, so daß der Pilot nicht völlig ohne Zielhilfen ist. Die Lage des Schnittpunktes des Fadenkreuzes auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre kann entlang orthogonalen Richtungen,die parallel zu den Y- und X- Koordinaten liegen, mit Hilfe der P "Lageeinstellvorrichtungen" 1^7 und 150 eingestellt werden. Die Länge der Arme des Fadenkreuzes läßt sich mit Hilfe der Einstellvorrichtung 151 verändern.

Der Rechengang in einer Rechenanlage mit einem sich wiederholenden Zyklus, wie der hier vorliegenden, erfolgt in der Weise, daß eine Reihe von Berechnungen abläuft, dann eine Änderung der Eingangsdaten erfolgt und nun derselbe Zyklus von Rechenoperationen mit den geänderten Daten von Neuem abläuft. Figur 5 zeigt ein Zeitdiagramm der Abläufe in diesem Teil der Anlage. Aus diesem Diagramm ist zu ersehen, daß neue Werte für die Größen R_p, p, T und V alle 100 ms dem fe Rechensystem zugeführt werden, während neue Werte für die Größen Oi >/3_s:> Av und Δ θ alle 20 ms anfallen. Das Rechensystem bestimmt die Koordinaten für den geometrischen Ort von 20 Geschossen, die Koordinaten für die Entfernungsmarken und die Koordinaten für den Radarleuchtpunkt in weniger a3s 100 ms. Das System ruht dann bis 7,um Ende der 100 ms und wiederholt dann beim Eintreffen neuer Eingangsgrößen denselben Rechensyklus. Da neuberechnete Werte für die verschiedenen Koordinaten gespeichert v/erden, löschen sie die alten Koordinaten im Speicher, so daß kein Koordinatenwert im Rechensystem auf Daten beruht, die ältor als 100 ms s.ind.

20981 1/1264

Die Aufgabe der Kathodenstrahlröhren-Bildschirmeinheit 26 besteht im zerstörungsfreien Lesen von Koordinaten.Punkt für Punkt nach einer vorgegebenen Reihenfolge. Die so dem Speicher entnommenen Koordinaten-Werte lenken den Strahl der Röhre in zeitlicher Folge zu den Positionen, die den durch diese Koordinaten dargestellten Punkten entsprechen und löschen den Kathodenstrahl überall dort, wo keine sichtbare Spur erwünscht ist. Dies läßt sich im Rechensystem mittels Zeitteilung auf bekannte Weise verwirklichen. Obgleich jeder individuelle Rechenschritt nur einige ms dauert, müssen viele solcher Schritte innerhalb eines jeden 100 ms-Intervalls ablaufen, so daß das Rechensystem normalerweise für einen vollen Rechenzyklus fast volle 100 ms benötigt. Jedoch unterbricht ein alle 0,5 ms einlaufender Impuls das Rechensysfcem, läßt lediglich die Beendigung des gerade laufenden Rechenschrittes zu und veranlaßt das System, sich zu "erinnern", an welcher Stelle im Programmablauf es sich befindet. Dann werden die nächsten Koordinaten aus dem Speicher entnommen und gemäß einem vorgegebenen Programm auf dem Bildschirm dargestellt. Das Computer-System "erinnert'¹ sich jetzt an die Programmstelle, an der es unterbrochen wurde, kehr.t nach dort zurück und setzt das Programm fort. Sollten in dem Augenblick, in dem das System den Befehl zum Auslesen und Darstellen eines bestimmten Bildpunktes erhält, keine neuen Koordinaten für diesen Punkt vorliegen, so werden nochmals die noch im Speicher befindlichen alten Punkt-Koordinaten benutzt. Dieser Ablauf wird fortgesetzt, bis alle 29 Punkte dargestellt sind, dann legt der Rechner eine Pause ein, um am Ende des 20 ms-Intervalls diesen speziellen Zyklus aufs neue zu beginnen.

Aus der unteren Reihe der Zeitmarken in Figur 5 erkennt man, daß während jeder Wiederholungsperiode der Bildschirm nur eine einzelne Folge von Werten für die darzustellenden Punkte erhält und naß danach auf dem Bildschirm sich bis zur nächsten

2 0 931¹Ί

2H3873

Wiederholungsperiode nichts ereignet. Dies ist am besten aus Figur 6 zu ersehen, in der die Entstehung einer einzelnen Spur auf dem Bildschirm aufgezeigt wird. Wie schon oben erwähnt, werden nur die in der Geschoßfolge geradzahligen Geschosse dargestellt, um so eine Beschränkung der benötigten Computerkapazität und der Anforderungen an die Darstellungsgeschwindigkeit auf dem Bildschirm zu erreichen»

2u Beginn der Darstellung wird der darstellende Kathodenstrahl gelöscht und zum Startpunkt 0 geführt. Nach 0,5 jo.s ™ wird der Strahl zum Punkt 1 gelenkt und leuchtet auf. In der Folge springt der Strahl dann zu den Punkten 2, 3_; ^? 5, 6 und 7 und wird dann wieder gelöscht- bis er den Punkt 8 erreicht hat, usw. Die Punkte v/erden in numrnerischer Reihenfolge durchlaufen, Ablenkungen, während denen der Strahl nicht sichtbar ist, sind durch gestrichelte Linien angedeutet. Es sei bemerkt, daß der Strahl vom Punkt 17 nicht nach X_RA> ^YR£ ³ sondern nach Punkt 18 abgelenkt wird. Dies erfolgt deswegen, weil der Rechner zur Länge jeder Entfernungsmarke, die vorher gesetzt wurde, im Punkt X_RA automatisch die Hälfte dieser Länge subtrahiert und addiert und daher direkt zu den Punkten 18 und 19 gelangt. Dasselbe Prinzip gilt sowohl für die anderen Entfernungsmarken als auch für den Radarleuchtpunkt und könnte ebenso auf das Fadenkreuz des Seelenfernrohres angewendet werden. Jedoch werden, wie schon bemerkt, aus Gründen zusätzlicher Sicherheit, die Daten für die Punkte 1 bis 7 in einem gesonderten Speicher gespeichert, so daß, wenn der Geschoßbahnrechner ausfallen sollte, das Fadenkreuz trotzdem im Schirmbild erscheint. In diesem Fall wird der Ausgang des Seelenfernrohr-Wählers ^5,anstatt im Speicher 23 zu speichern, direkt an die Bildschirmeinheit 2 weitergegeben.

Die Nachleuchtdauer des Bildschirmes ist groß genug, um nur

ein geringes Absinken der Sichtintensität während der 1*1,5 ms, in denen das Bild der 29 Punkte gezeichnet wird, zu gewährleisten. Andererseits ist die Nac-hleuchtdauer jedoch kurz genug, um ein Verschwimmen des sichtbaren Bildes, das durch die Änderung der Koordinaten eines Geschosses zwischen zwei Strahldurchgängen oder durch die Tatsache, daß beispielsweise für Punkt l'l neue und für Punkt 3 5 "alte" Koordinatenberechnurigen vorliegen, hervorgerufen sein könnte, zu verhindern.

Wie schon vorher bemerkt, kann die Anlage auch in einem Plugzeug-Simulator verwendet werden. In diesem Fall kann dasselbe Rechnersystem, das die verschiedenen Koordinaten bestimmt, dazu benutzt werden, um die Systeme Flugzeug-Autopilot und Ziel-Radar zu modellieren. Durch diesen Kunstgriff erscheint alle für den Techniker oder den Pilotenschüler brauchbare Information auf dem Bildschirm, so daß keine kombinierende optische Vorrichtung notwendig wird.

20981 1/1264 BADQRfGiNAL *

Claims (1)

1. Patentansprüche

   1.j Vorrichtung für Visiereinrichtungen in Flugzeugen oder Flugzeugsimulatoren zur Anzeige der Spur hypothetisch als von einem Flugzeug abgefeuert angenommener Geschosse aus der Sieht vom Flugzeug aus, dadurch gekennzeichnet, daß fortlaufend wiederholt für jedes hypothetische Geschoß einerseits eine erste drei-

   dimensionale Vektor-Größe entsprechend dem Abstand zwischen der Position des Flugzeuges beim Abschluß des Geschosses und der gegenwärtigen Position des Flugzeuges und andererseits eine zweite dreidimensionale Vektor-Größe entsprechend dem Abstand zwischen der Position des Flugzeuges beim Abschuß des Geschosses und der gegenwärtigen Position des Geschosses berechnet wird, daß aus der ersten und der zweiten Vektor-Größe eine dritte dreidimensionale Vektor-Größe entsprechend dem Abstand zwischen den gegenwärtigen Positionen des Flugzeuges und des Geschosses berechnet wird,
   daß die Ortskoordinaten der Vektor-Spitzen der dritten drei-

   fc dimensionalen Vektor-Größen auf ein kartesisches Koordinatensystem umgerechnet werden, dessen eine Ebene senkrecht auf der Abfeuerrichtung des Geschosses aus dem Flugzeug steht, und daß auf einer Anzeigevorrichtung eine dem geometrischen Ort der Spitzen der dritten Vektor-Größen im kartesischen Koordinatensystem entsprechende Spur erzeugt wird.

   2. Vorrichtung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß als Eingangsgrößen für die Berechnung der ersten dreidimensionalen.Vektor-Größen die Eigengeschwindigkeit des Flugzeuges, die seit dem Abfeuern des Geschosses verstrichene Zeitspanne, der Schiebewinkel und

   209811/1264
   BAD ORfGINAt

   der Anstellwinkel des Flugzeuges, die Drehung des Plugzeuges im Raum und die Winkelablage der Abfeuerrichtung des Geschosses dienen.

   3· Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Eingangsgrößen für die Berechnung der zweiten dreidimensionalen Vektor-Größen die Eigengeschwindigkeit des Flugzeuges, die Abschußgeschwindigkeit des Geschosses, die seit dem Abfeuern des Geschosses verstrichene Zeitspanne, die Masse und Oberfläche des Geschosses, die Dichte und Temperatur der Luft, der Schiebewinkel und der Anstellwinkel des Flugzeuges, die Drehung und die Längsbewegung des Flugzeuges im Raum sowie die Schwerkraft dienen.

   ^. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3>dadurch gekennze i cn η et, daß als Anzeigevorrichtung eine optische Einblendvorrichtung dient, auf welcher die Spur bei nicht im Kurvenflug befindlichem Flugzeug eine senkrechte Linie ist.

   5. Vorrichtung nach Anspruch ^,dadurch gekennzeichnet, daß als Einblendvorrichtung ein halb-durchlässiger Spiegel dient.

   6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5,dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung auf der Spur eine Marke solcher Ausdehnung wiedergibt, welche ein Ziel vorgegebener Größe einnimmt, wenn es sich in einem vorgegebenen Abstand befindet.

   209811/1264