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Richtungs- und Geschwindigkeitsmesser für horizontal bewegte, nicht
in der Horizontalebene des Beobachters liegende Ziele. Das Abwehrschießen gegen
Flugzeuge erfolgt auf Grund von rechnerisch ermittelten Vorhaltemaßen, welche sich
auf Entfernung, Höhe, Flugrichtung und Fluggeschwindigkeit im Augenblick der Messung
stützen. Die beiden Größen: Flugrichtung und Geschwindigkeit wurden. bisher in der
Regel geschätzt, nur äusnähmsweise (und da indirekt) durch Apparate genauer ermittelt,
welche eine graphische Darstellung des- Flugweges bringen. Die vorliegende Erfindung
soll die genannten zwei Größen rasch und direkt zu ermitteln gestatten. -Der Beschreibung
des Apparates sei die mathematische Klarstellung dieser Werte und deren Umsetzung
in die Messung an Hand der schematischen Fig. i, 2--und 3 der Zeichnung vorausgeschickt:
i. Flugrichtung. Essei die in einer horizontalen Ebene vor sich-gehende Bewegung
des Zieles- dadurch festgelegt, daß man sich (Fig. i)durch Beschauer B und Ziel
Z eine Vertikalebene V gelegt denkt und als Größe zur Festlegung der Bewegungsrichtung
den Winkel a wählt, welchen Zielweg und Vertikalebene einschließen; dieser Winkel
sei »Flugwinkel« genannt. Die Verbindungslinie B-Z stellt den Sehstrahl zum Ziel
im Augenblick der Messung dar; dieser schließt gegen den Horizont einen Lagewinkel
c) ein. Errichtet man nun in B eine Ebene E senkrecht zum Sehstrahl, so läßt sich
in dieser Ebene eine Projektion des Winkels a als ä darstellen bzw. messen. Denkt
man sich nun im Sehstrahl B-Z als optische Achse ein Fernrohr von B gegen Z gerichtet,
so daß dessen Fadenkreuz - als zur optischen Achse senkrecht stehend - in die Ebene
E fällt, so erscheint Winkel a', die früher erwähnte _ Projektion des Flugwinkels
a, als jener Winkel, unter welchem das Ziel scheinbar vom Vertikalfaden abweicht.
Eine einfache trigonometrische Ableitung- ergibt den Zusammenhang der drei Winkel
a', cp und a durch: tang a - taug ä # sin cp.
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Es ist somit durch die Winkel ä und cp der -wahre Flugwinkel a eindeutig
bestimmbar. 2. Geschwindigkeit. Zur Bestimmung der absoluten Geschwindigkeit braucht
man entweder die Größe der Bewegungsstrecke während einer bestimmten Zeit oder die
Zeit zur Zurücklegung einer bestimmten Bewegungsstrecke. Unter derselben Voraussetzung
wie früher läßt sich nun auch die Größe der Bewegungsstrecke indirekt bestimmen.
Man- denke sich zu diesem Zweck (Fig.2) den Beschauer nicht als einfachen Punkt
B, w* oben gezeichnet, sondern B als
den genauen Ort der .F,adenplatte
im S Fernrohr und dahinter in Richtung des Seh= strahles das Auge A selbst. Nach
dieser Darstellung ergibt sich eine Zentralprojektion w' des wahren Weges w, oder
mit anderen Worten: das Bild w' des wahren Weges auf der Fadenplatte. Kennt man
durch Messung noch die Zielentfernung D - A-Z (A-B im Gegensatz zur übertrieben
gezeichneten Figur verschwindend klein gegen B-Z) und jenen Winkel w; welchen die
Flugrichtung mit dem Sehstrahl einschließt, so gilt die Beziehung, daß die Geschwindigkeit
ist, worin h eine Konstante und t die Flugzeit bedeutet.
-Geht man von einer konstanten Wegprojektion aus und verwendet statt dieser
den in diesem Fäll konstanten Winkel a-, welchen die Grenzstrahlen für diese Wegstrecke
einschließen, so ergibt sich
. Der in diesen Gleichungen enthaltene Winkel co lä ßt sich (ebenso wie oben der
wahre -Flugwinkel a) aus den. Winkeln ä und cp eindeutig bestimmen nac:.
Hauptaufgabe der Erfindung ist es nun, einerseits den wahren - Flugwinkel
a, anderseits den Hilfswinkel W zu bestimmen. Dies wird durch - eine mechanische
Polarkoordinatenauftragung erreicht, wobei die Projektionen a' der Flugrichtungen
a im Winkelrnaße, die Lagewinkel c) der Sehstrahlen B=Z in einem aus der Anordnung
sich ergebenden (empirischen) Maßstabe als 'Radien aufgetragen und Punkte gleicher
Werte durch Kurven verbunden werden (Fig. 3).
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Die Durchführung- dieser Auftragung geschieht dabei mechanisch in
der- Art, daß eine Scheibe, welche der Projektionsebene E entspricht, -um die optische
Achse drehbar angeordnet ist und in fester Verbindung mit einer drehbaren Fadenplatte
(bei vorliegender Ausführung -überhaupt in fester Verbindung mit dem gesamten Fernrohr,
das sich in einem Lager um seine optische Achse dreht) steht. Auf der Fadenplatte
ist ein-Pfeil mit Mittelpunktsmarke eingezeichnet. Wird das optische System nun
derart gegen das Ziel gerichtet, daß dieses im Mittelpunkt der Fadenplatte erscheint,
und wird es überdies derart um seine optische Achse gedreht, daß der Pfeil in die
scheinbare Bewegungsrichtung weist, so ist dadurch auch die mit dem System starr
verbundene Kreisscheibe bereits um den scheinbaren Flugwinkel (Projektionswinkel
ä) gegen eine Normal- oder Nullstellung verdreht, also der Winkel ä »aufgetragen«.
Durch die Einstellung des Fernrohres auf das Ziel; -also durch die Verschwenkung
der optischen Achse um den Lagewinkel cp, hat auch die Ebene der Kreisscheibe die
der Ebene E entsprechende Lage i erhalten. Außerhalb dieses Systems ist ein Zeiger
befestigt, der mit seinem-freien Ende bei der Verschwenkung der Scheibe auf dieser
gleitet. Dieses Gleiten, welches sich als Entfernungsänderung vom Mittelpunkt der
Scheibe darstellt; ergibt nun eine-sich mit dem Winkel cp ändernde Auftragung dem
Radius nach,' so daß also dem Polarsystem anpassend ä im Winkelmaß und e) als Radius
aufgetragen erscheinen,. somit für jede Zeigerstellung ein -Winkel a und ein Winkel
w festgelegt werden kann, die in beliebigen Abstufungen aufgetragen und durch Kurven
verbunden werden; so daß bei der Messung auf Grund der Kurden und Zeigerstellungen
die beiden Winkel a und w sofort abgelesen werden können.
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Der Geschwindigkeitsbestimmung ist stets ein Weg zugrunde zu legen,
d. h. man läßt von einem gegebenen Augenblick an (Zeitpunkt einer genauen Zielentfernungsangabe)
bei ruhig bleibendem Fernrohr das Ziel »auswandern« (in der vorher eingestellten
Pfeilrichtung sich weiterbewegen). Diese Auswanderung kann nun a) durch eine gewisse
Zeit hindurch, oder b) bis zu einer Marke, also eine bestimmte, scheinbare Strecke
lang, erfolgen. = a) Bei Einstellung auf eine von der Entfernung .abhängige Zeit
ist die Anordnung derart getroffen, daß sich die Fadenplatte in der Pfeilrichtung
verschieben läßt, so daß .durch Verfolgung des Zieles (bei unveränderter, optischer
Achse) das Maß der Verschiebung die scheinbare Auswanderung ergibt. Das Ende der
Verschiebung wird dadurch bestimmt, daß ein-Uhrwerk, das sich bei Beginn der Verfölgung
einlöst, nach Ablauf einer gewissen Zeit eine Vorrichtung betätigt, welche - das
Gesichtsfeld verdunkelt. Diese Zeit wieder wird durch Einstellung des Uhrwerks nach
einer Skala, welche den Einfluß der Entfernung auf die Messung berücksichtigt, daher
nach dieser beziffert ist, geregelt. Um außerdem noch den Hilfswinkel w in Rechnung
zu ziehen, erfolgt die Verschiebung der Fadenplatte 'derart, däß sich sofort der
Logarithmus des Verschiebungsmaßes einstellt, der dann, zu jenem der Hilfswinkelfunktion@'mechanisch
addiert, unmittelbar . die Geschwindigkeit ergibt. -b) Bei Einstellung einer konstanten
Strecke, i welche durchlaufen werden muß, wird entweder eins Stoppuhr zur, Zeitmessung
ver-.
wendet und außerdem ein -einfacher. Rechen=
behelf (Schieber), welcher Entfernung, Hilfswinkel und Zeit berücksichtigt, oder
es wird bei Beginn der Auswanderung ein Uhrwerk eingelöst, das zur Vereinfachung
der angeführten Rechnung den Logarithmus der (ablaufenden) Zeit während der Zurücklegung
einer konstanten Strecke stellt.
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Die Zeichnungen zeigen schematisch Ausführungsformen 'der Erfindung
in den Fig. 4 bis io. Die Vorrichtung besteht nach den Fig. 4 und 5 aus einem Fernrohr
a, das mit einer Kreisscheibe b verbunden um seine optische Achse drehbar gelagert
ist. Das Fernrohr ist außerdem vermittels eines Trägers. um eine wagerechte Achse
c der -Höhe nach und um einen vertikalen Stativzapfen hori= zontal verschwenkbar.
Die -Fadenplatte trägt den Pfeil f, der dadurch in die scheinbare Flugrichtung gestellt
wird, daß dem ganzen Fernrohr und- der mit diesem starr verbundenen Scheibe b eine
Drehung nach der scheinbaren Flugrichtung erteilt wird. Ein um eine Achse c drehbarer
Zeiger d wird mit seinem freien Ende durch Federkraft leicht an die Scheibe angedrückt
und ist so angeordnet, daß dieses Ende je nach der Fernrohrlage - sich auf Punkte
von verschiedenem Abstand zum Mittelpunkt der Scheibe einstellt: Die Scheibe besitzt
Kurven, auf welchen vermöge der Zeigerstellung die Flugwinkel und die Hilfswinkel
zur Geschwindigkeitsmessung abgelesen werden können. Zur Geschwindigkeitsmessung
ist nach Art a) der Ausführung (Fig.6) die Fadenplatte im Sinne des Pfeiles f verschiebbar
angeordnet. Zu diesem Zweck hat der Rahmen der Fadenplatte eine Nase j, welche im
Eingriff mit einer exzentrischen, mathematisch ermittelten Flanke g steht, die durch
einen Ring r, welcher einen Zeiger h trägt, derart auf die Nase einwirkt, daß der
Zeiger bei der Drehung des Ringes r den Logarithmus desVerschiebungsrnaßes beschreibt.
Der Zeiger k spielt auf einem drehbaren Ring z, . der selbst wieder einen Zeiger
trägt, welcher auf die logarithmische Auftragung des Hilfswinkels w auf der Kreisscheibe
b eingestellt wird. Dadurch wird -die Multiplikation des Verschiebungswertes mit
der Funktion des Hilfswinkels durchgeführt, und die Geschwindigkeit, deren Logarithmus
auf dem Ring z aufgetragen ist, ergibt sich durch Zeigerweisung h. Beim Gebrauch
wird das Ziel zu Beginn -der Messung in den Mittelpunkt der Fadenplatte eingestellt,
diese gedreht, so daß die Flugrichtung mit - der Pfeilrichtung zusammen-. fällt,
dann bei unverrücktem Fernrohr durch Verschiebung der Fadenplatte - infolge Drehens
des Ringes-r das Ziel so lange im Mittelpunkt gehalten, bis durch dg5Uhrwerk, welches
nach der gesondert gemessenen Entfernung des Zieles gestellt wird, die Vorrichtung
ausgelöst wird, wodurch das Gesichtsfeld verdunkelt wird. Der Ring.z wird mit seinem
' Zeigeransatz auf die Zahl jenes Hilfswinkels w gestellt, auf den der Zeiger d
auf den Kurven weist, worauf der Zeiger h die Geschwindigkeit angibt.
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Bei der anderen Ausführungsform der Meßvorrichtung wird auf dem Pfeil
einer nicht verschiebbaren .Fadenplatte außer der Mittelpunktsmarke ' noch eine
*zweite Marke .angebracht, und die Zeit, welche das Ziel zum Durchlaufen der Strecke
zwischen Mittelpunkt und Marke braucht, mit einer Stoppuhr gemessen, wozaus die
Geschwindigkeit auf Grund der Entfernung, des abzulesenden Hilfswinkels und der
Zeit mittels eines Schiebers ermittelt wird.
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Bei der dritten Ausführungsform der 'Geschwindigkeitsmeßvorrichtung
ist die Fadenplatte nur längs. einer, beständig gleichbleibenden Strecke verschiebbar
angeordnet, und ein Uhrwerk stellt während der Verschiebung den Logarithmus der
'ablaufenden Zeit, der mit jenem- der Distanz und der Funktion. des am Zeiger d
abgelesenen Winkels durch Skaleneinstellung die wahre Geschwindigkeit ergibt.
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Die Fig.7 bis io zeigen mit Weglassung des- Fernrohres schematisch
andere Ausführungsformen der Zeigerführung; so ist nach Fig. 7 und 8 der Träger
o der Kreisscheibe b nicht kniegelenkartig, sondern als gerader Stab ausgebildet
und um eine unmittelbar am Ständeraufsatz q . gelagerte Achse p verschwenkbar. '
Der Zeiger d ist um eine am Ständeraufsatz gelagerte Ächse e drehbar, aufwärts federnd
angebracht und wandert bei Abyvärtsschwenkung der Kreisscheibe b um die Achse p
mit seiner freien Spitze von außen nach innen. Nach den Fig.9 und io ist der Zeiger
d um einen Bolzen e drehbar, welcher auf einem am Träger o befestigten
Ansatz r gelagert ist. Der Träger o ist ebenfalls um eine Achse p verschwenkbar.
Der Ansatz r trägt weiter noch zwei Lagers für eine Schraubenspindel t, auf welcher
nächst dem Ständeraufsatz q ein kleines Zahnrad ac aufgekeilt - ist, das - in ein
großes, mit dem Ständeraufsatz q fest verbundenes Zahnrad v
eingreift.
Das untere Ende des -Zeigers d gleitet mittels eines Längsschlitzes auf einem Stift
w einer längs der Spindel t im Eingriff mit deren Gewinde verschiebbaren
Mutter x, so daß bei Drehung der Spindel t die Mutter x sich horizontal verschiebt
und der Zeiger d mit seiner Spitze längs der Kreisscheibe auf verschiedene Entfernungen
von der Achse eingestellt wird. Die Drehung der Spindel t erfolgt bei der Verschwenkung
des
Trägers o um die Achse P, indem hierbei das Zahnrad at sich
auf der festen Verzahnung v
abrollt. Umgekehrt kann auch durch Drehung eines
auf der Spindel t befestigten Triebrades y- die Verschwenkung des Kreisscheibenträgers
o und gleichzeitig die Zeigerstellung bewirkt werden. An Kurven, welche auf der
Scheibe angebracht sind, oder an Zahlen, welche auf der Scheibe verteilt sind, können
mittels des Zeigers die Funktionswerte, welche aus Scheibendrehungs-und Verschwenkungswinkel
zu bestimmen sind, festgestellt werden. -