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Einrichtung zur Bestimmung der Geschwindigkeit und Kursrichtung von
Luftfahrzeugen und bewegten Zielen Die Erfindung hat eine Einrichtung zum Gegenstande,
welche einerseits die zur Navigation der Luftfahrzeuge notwendige rasche mechanische
Ermittlung der Geschwindigkeit und Fahrtrichtung des Luftfahrzeuges sowie der diese
beiden Größen beeinflussenden Geschwindigkeit und Richtung des Windes und andererseits
für Torpedierung eines bewegten Zieles vom Luftfahrzeug aus die Ermittlung des Vorhaltewinkels
für die Torpedos gestattet.
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Die Einrichtung nach der Erfindung besteht aus einem Visiergerät,
das bei bekannter Höhe des Luftfahrzeuges die Ermittlung der horizontalen Entfernung
und des Horizontalwinkels gegen die Luftfahrzeugachse eines im Gelände oder auf
der Meeresoberfläche befindlichen ruhenden Hilfszieles oder beweglichen Zieles sowohl
zu Beginn als auch zu Ende einer bestimmten Meßdauer gestattet, und einem Doppeldreieckauflöser,
dessen mit Längen- undWinkelteilungen versehene Elemente, entsprechend den Ermittlungen
des Visiergerätes eingestellt, die gesuchte Geschwindigkeit und Kursrichtung unmittelbar
ablesen lassen.
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Da insbesondere auf kleinen Flugzeugen die Anbringung und Verwendung
eines Horizontalentfernungsmessers üblicher Bauart unmöglich ist, so wird im Sinne
der Erfindung zum Ermitteln der horizontalen Hilfsentfernung ein um eine vertikale
Achse drehbar gelagertes Rundblickfernrohr mit einem unten angeordneten, um eine
horizontale Achse schwenkbaren Eintrittsreflektor benutzt, in das zwecks Messung
des vertikalen Zielrichterwinkels eine Fokuslibelle bzw. ein pendelnd aufgehängtes
Visierkreuz eingebaut ist und das zwecks logarithmischer Multiplikation der Tangenten
dieses Winkels mit der bekannten Höhe des Luftfahrzeuges über dem Hilfsziel derartig
eingerichtet ist, daß einerseits die Verdrehung des Eintrittsreflektors über ein
Zahnradvorgelege mit dem Übersetzungsverhältnis z : i auf ein verkoppeltes Kurvenscheibenpaar
übertragen wird, bei dem die Verdrehung der einen mit Griffscheibe und Ablesezeiger
ausgestatteten Kurvenscheibe dem Logarithmus tangens des V erdrehwinkels der anderen
Kurvenscheibe entspricht, während andererseits die zur ersten Kurvenscheibe konzentrisch
gelagerte, ebenfalls mittels einer Griffscheibe, zweckmäßig mittels Zahnradantriebs
verdrehbare kreisförmige Skala als logarithmische Höhenskala ausgeführt ist.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung in beispielsweiser Ausführungsform
dargestellt, und
zwar zeigt Abb. i die geometrische Grundlage der
Richtungs- und Geschwindigkeitsmessung des Luftfahrzeuges und des Windes, Abb. 2
die geometrische Grundlage der Richtungs- und Geschwindigkeitsmessung eines geradlinig
horizontal und gleichförmig bewegten Zieles zwecks Ermittlung der Torpedierungselemente,
Abb. 3 Draufsicht auf einen mechanischen Doppeldreiecksauflöser, Abb.4 eine Seitenansicht,
teilweise Schnitt, des optischen Visiergerätes zur Bestimmung der Richtung und Entfernung
eines Zieles von dem in bekannter Höhe über letzterem fliegenden Luftfahrzeuge aus,
und Abb. 5 Grundruß des Visiergerätes mit der Einrichtung zur Bestimmung des Torpedierungsvorhaltewinkels.
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In Abb. i sei F, Fußpunkt des Luftfahrzeuges zu Beginn und F2 zu Ende
des Messers, F1 Al bzw. F2 A2 sei die Längsachse des Luftfahrzeuges, gegen die die
durchflogene Strecke F, F2 als Folge des Seitenwindes den Kurswinkel K einschließt.
Z sei ein auf der Erd- oder Meeresoberfläche ruhendes Hilfsziel. Denkt man sich
die beiden durch Luftfahrzeug, dessen Fußpunkt und Hilfsziel gebildeten Dreiecke
F' F, Z und F" F2 Z umgelegt, so ergeben sich die horizontalen
Hilfszielentfernungen zu Anfang und Ende der Meßzeit : F, Z = F' F1 tg (p1
= 1z tg T1 und F. Z = F" F2 tg cp2 = h tg (p2, wenn
f bzw. 972 die Lagewinkel des Hilfszieles gegen die Vertikale sind. Ferner ergeben
sich die Seitenwinkel a1 und a2 des Hilfszieles gegen die Luftfahrzeugachse F1 A1
bzw. F2 Al. Wählt man zweckmäßig als Meßzeit T= ioo Sek. und trägt sich auf dieser
Luftfahrzeugachse die in dieser Meßzeit in windfreier Luft durchflogene Strecke
F, A1 als ioofache Eigengeschwindigkeit auf, so ergibt die Strecke Al F2
= T - c die in der Meßzeit T vom Wind zurückgelegte Strecke als ioofache
Windgeschwindigkeit c und der Winkel a = F, Al F2 als Seitenwinkel des Windes
gegen die Achse des Luftfahrzeuges, während die Strecke F, F2 = T - v als ioofache
Fahrtgeschwindigkeit erscheint.
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Die zur Navigation des Luftfahrzeuges unbedingt notwendigen Elemente
v, K, c,
können durch den mechanischen Doppeldreiecksauflöser nach Abb.3 ohne
Rechenoperationen bestimmt werden, wenn die horizontalen Entfernungen F, Z und F2
Z sowie die Horizontalwinkel a1 und a2 des Hilfszieles zu Beginn und zu Ende der
Meßzeit bekannt sind. Dieser Doppeldreiecksauflöser besteht aus einem die Achse
des Luftfahrzeuges F, Al darstellenden, mit Längsteilung (Eigengeschwindigkeitsskala)
versehenen Lineal 24, an dem ein den Fußpunkt des Luftfahrzeuges darstellender ZapfenFl
nebst einer Horizontalwinkelteilscheibe 25 befestigt ist. Um diesen Zapfen ist das
mit einer Horizontalentfernungsteilung ausgestattete Lineal 26 drehbar gelagert
und kann in der eingestellten Lage durch eine Flügelmutter 25" festgeklemmt werden.
Die Lineale 26 und 24 tragen je einen mit Einstellmarke versehenen Schieber 27
bzw. 30, der durch eine Klemmschraube 27" bzw. Sod in der eingestellten Lage
festgeklemmt werden kann. Auf jedem dieser beiden Schieber ist eine Horizontalwinkelteilscheibe
28 bzw. 31 nebst einem Zapfen Z_ bzw. A befestigt, auf welchem je ein mit
Teilung versehenes Lineal 29 und 32 drehbar gelagert ist und mittels einer Flügelmutter
28,
bzw. 3i" gegen die darüberliegende Teilscheibe festgeklemmt werden kann.
Das mit einer Horizontalentfernungsteilung versehene Lineal 29 trägt einen mit Einstellmarke
F. ausgestatteten, festklemmbaren Schieber 33. Auf dem Zapfen F1 ist noch ein weiteres
Lineal 34 drehbar gelagert, das ebenso wie das Lineal 3a eine Geschwindigkeitsskala
besitzt und unabhängig vom Lineal 26 gegen die Teilscheibe 25 eingestellt und durch
eine darunterliegende Flügelmutter 25b festgeklemmt werden kann.
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Dieses Gerät wird in der Weise verwendet, daß auf dem Lineal 24 mittels
der Einstellmarke des Schiebers 3o dieser nach der Eigengeschwindigkeit eingestellt
und festgeklemmt wird, worauf das Lineal 26 mittels seiner durch die Zapfenmittel
von F1 und Z zielenden Meßkante nach dem Horizontalwinkel a1 auf der Winkelskala
25 eingestellt und festgeklemmt wird. Nunmehr wird dessen Schieber 27 mittels seiner
Einstellmarke auf die Horizontalentfernung F, Z eingestellt und festgeklemmt, während
das Lineal 29 mittels seiner durch das Zapfenmittel von Z zielenden Meßkante nach
der Differenz beider Horizontal-,vinkel a2- a1 auf der Winkelskala 28 eingestellt
und festgeklemmt wird.
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Nun stellt man die Marke des Schiebers 33 auf die gemessene Horizontalentfernung
Z F2 und kann sowohl die Meßkante des Lineals 34 als auch die des Lineals 32 auf
den markierten Punkt F2 legen, wodurch man einerseits die wirkliche Geschwindigkeit
v des Luftfahrzeuges (auf 34) sowie die des Windes (auf 32) erhält, gleichzeitig
aber auch den Kurswinkel K wie auch den Seitenwinkel des Windes a.
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Um jedoch die Horizontalentfernungen FZ Z und F2 Z sowie die Horizontalwinkel
des Hilfszieles gegen die Achse des Luftfahrzeuges bei bekannter Höhe la des letzteren
über dem ersteren zu ermitteln, wäre ein Visiergerät erforderlich, das zweckmäßig
durch bloßes Anvisieren des Zieles die Horizontalentfernung F Z als Produkt der
Höhe und der Tangente des Lagewinkels 99 des Hilfszieles gegen die Vertikale ohne
Rechnungsoperation, also wie bei einem Rechenschieber durch logarithmische Multiplikation
anzeigt. Dieses Instrument besteht, wie in Abb. 4 und 5 dargestellt, aus dem
in
einer Ausbohrung der horizontierbaren Grundplatte i um eine vertikale Achse 1 drehbar
gelagerten Fernrohrgehäuse 2, das mit dem Horizontalteilkreis 2," ausgestattet ist,
der zur Ablesung der Horizontalwinkel a1, a, de, einvisierten Hilfszieles mittels
eines auf der Grundplatte vorgesehenen Zeigers i". dient. In diesem Fernrolirgehäuse
ist der um ein horizontales Schildzapfenpaar 3-3' drehbar gelagerte Eintrittsreflektor
4. eingebaut, der die schräg von unten eintretenden Parallelstrahlenbündel in das
Pentaprisma 5 reflektiert, das dieselben vertikal nach aufwärts ablenkt, um sie
mittels des Objektivs 6 in dessen Brennebene B zum Zielbild zu vereinigen. Zwecks
genauer Einhaltung der Objektivachse in der Lotrechten ist in der Brennebene eine
gleichzeitig als Kollektiv wirkende Fol:uslibelle 7 vorgesehen, deren Blase gemeinsam
mit dem Zielbild in dem zum Objektiv konfokalen Okular 8 ;gesehen wird. Die Fassung
des Eintrittsreflektors .l ist mit einem Stirnradsegment g fest verbunden, in das
ein zweites, um eine zur Schildzapfenachse 3-3' parallele Achse io drehbar gelagertes
Zahnsegment ii mit dem halben Teilkreisradius des ersteren eingreift. Dieses ist
mit der Kurvenscheibe 12 fest verbunden, die in bekannter Weise durch zwei sehr
dünne, nebeneinandergelegte Stahlbänder 13, 14 mit einer zweiten Kurvenscheibe 15
dadurch gekuppelt ist, daß sie auch diese letztere, und zwar in entgegengesetzter
Richtung längs eines Teiles ihres Umfanges, umspannen. Die Kurvenscheibe 15, deren
Verdrehwinkel dem Logarithmus der Tangente des Verdrehwinkels der Gegenscheibe 12
entspricht, sitzt auf einer im Fernrohrgehäuse parallel zur Achse io drehbar gelagerten
`'Felle 16 und kann mittels der auf letzterer sitzenden Griffscheibe 17, die mit
dem Zeiger 18 fest verbunden ist, verdreht werden. Auf der Welle 16 sitzt lose eine
Skalenscheibe ig, deren Umfang mit einer Stirnradverzahnung versehen ist, in welche
ein kleines Treibrad 2o eingreift, das auf einer im Fernrohrgehäuse parallel zur
Welle 16 drehbar gelagerten, mit der Griffscheibe 21 versehenen Welle 22 aufsitzt.
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Die Handhabung dieses optischen Geräte:; erfolgt in der Weise, daß
durch Verdrehen der Griffscheibe 21 die bekannte Flughöhe über dem Hilfsziel mittels
des am Gehäuse befestigten Höhenzeigers 23 auf der logarithmischen Kreisteilung
der Skalenscheibe ig eingestellt wird und hierauf durch Verdrehen der zentralen
Griffscheibe 17 das im Okular erscheinende Hilfsziel scharf auf die Blase
der Fokuslibelle 7 eingestellt wird, worauf sich die horizontale Hilfszielentfernung
F1 Z zu Beginn bzw. F., Z zu Ende der Meßzeit von ioo Sek. auf der logarithmischen
Teilung durch Ablesen mittels des mit der Griffscheibe 17 fest verbundenen
Zeigers 18 ergibt. Gleichzeitig eribt sich der Horizontalwinkel a1 zu Beginn bzw.
a. zu Ende der Meßzeit des einvisierten Hilf_,zieles Z gegen die Achse des Luftfahr-2-
t--uges durch Ablesung der Horizontalwinkelskala 2" mittels des Zeigers i", wodurch
alle vier auf den Doppeldreiecksauflöser nach Abb. 3 zu übertragenden Elemente ermittelt
sind.
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Diese in Abb.3 bis 5 dargestellten Geräte können auch zur Ermittlung
des Vorhaltewinkels von Torpedos verwendet «erden, die vom Flugzeug aus bei bekannter
Flug- und Torpedogeschwindigkeit gegen ein geradlinig mit konstanter Geschwindigkeit
sich bewegendes Schiff abgelassen werden sollen.
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Zu diesem Zweck muß zunächst die Geschwindigkeit Lt und Kursrichtung
or des Schiffes ermittelt werden, das während der Meßdauer die Strecke Z, Z2
= zt T zurücklegt. Es werden also nach der in Abb. -, dargestellten
geoinetrischen Grundlage mittels des in Abb..I und 5 dargestellten Visiergerätes
zu Beginn und zu Ende einer gewissen, zweckmäßig mit ioö Sek. gewählten Meßdauer
sowohl die horizontalen Zielentfernungen F, Z1 und F2 Z. als auch die Seitenwinkel
a1 und a2 des Zieles in der vorbeschriebenen Weise bestimmt werden.
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Man überträgt zunächst diese vier Elemente auf den Doppeldreiecksauflöser
derartig, daß gegen das in der Flugrichtung liegende Lineal 2.1 nach dem Winkel
a, auf der Teilscheibe 25 das Lineal z6 eingestellt und festgeklemmt wird und die
Marke des Schiebers 27 auf die horizontale Zieldistanz F, Z1 gestellt wird, worauf
das Lineal 29 nach dem Winkel a, -a, auf der Teilscheibe 28 festgeklemmt wird, während
dessen Schieber 33 mit seiner Marke auf die horizontale Zieldistanz F2 Z gestellt
wird. Legt man nun das Lineal 34 an diese Schiebermarke, so ist die darauf abgelesene
Entfernung F, F2 gleich der in der Meßdauer T sich ergebenden Entfernungsänderung,
also bei T = ioo Sek. gleich der ioofachen Relativgeschwindigkeit. Stellt man die
Marke des Schiebers 3o auf die ioofache Fluggeschwindigkeit und legt das Lineal
32 auch auf den von der Marke des Schiebers 3o angezeigten PunktF., so ergibt sich
der Kurswinkel a des Schiffes gegen die Flugzeugachse auf der Teilscheibe
31,
während die Ablesung am Lineal 32 die ioofache Geschwindigkeit c des Schiffes
ergibt.
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Damit ist aber auch bereits der günstigste Torpedovorhaltewinkel -t
für senkrechtes Auftreffen des Torpedos bestimmt, da bei gegebener Torpedogeschwindigkeit
w sich ergibt
Legt man also in die Flugzeugachse ein mit Geschwindigkeitsteilung versehenes Lineal
35 (Abb. 5), das an der Grundplatte i des optischen
Visiergrätes
befestigt ist, und setzt darauf einen festklemmbaren Schieber 36, der mit einer
' Einstellmarke E und einem horizontalen, zur Verschubrichtung senkrechten, mit
Geschwindigkeitsteilung versehenen Arm 37 versehen ist, welcher ebenfalls einen
mit Einstellmarke El und Klemmschraube 38a ausgestatteten, festklemmbaren Schieber
38 trägt, so kann man das optische Visierinstrument sofort auf den Vorhaitewinkel
-c durch Anlegen einer auf seinem azimutal drehbaren Gehäuse a befestigten, durch
den Drehungsmittelpunkt ziehenden und in der vertikalen Visierebene liegenden Kante
der Leiste 39 gegen den durch E markierten Teilstrich einstellen und durch die Klemmschraube
40 festklemmen, nachdem man den Schieber 36 auf dem Lineal 35 auf die Torpedogeschwindigkeit
w und den Schieber 38 am Lineal 37 auf die Zielgeschwindigkeit zt eingestellt und
festgeklemmt hat. Vor dem neuerlichen Anvisieren des Zieles durch das unter dem
Vorhaltewinkel -c gegen die Flugzeugachse eingestellte Visiergerät muß der Kurs
des Flugzeuges um den Winkel go - or geändert werden, um das Torpedo in jenem Augenblick
abzulassen, als das Ziel in Z3 erscheint, um in Z4 senkrecht getroffen zu werden.
Wie ersichtlich, kann das Lineal 34 auch weggelassen werden, wenn das Gerät lediglich
der Ermittlung des Vorhaltewinkels für Torpedos dienen soll.