DE567054C - Verfahren und Einrichtung zur Vorausbestimmung der beim Schiessen nach beliebig bewegten Zielen in Betracht kommenden Geschossflugzeiten - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
27. DEZEMBER 1932

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

JV* 567054 KLASSE 72 f GRUPPE

G 79903X1172! Tag der Bekanntmachung über die Erteilung des Patents:

5. Dezember 1932

Patentiert im Deutschen Reiche vom 11. Juni 1931 ab

Einrichtungen zur Vorausbestimmung der beim Beschießen beliebig bewegter Ziele in Betracht kommenden Geschoßflugzeiten sind in zahlreichen Ausführungsformen bekanntgeworden. Bei aller Verschiedenheit ihrer Anordnung im einzelnen ist diesen bekannten Einrichtungen gemeinsam der Grundgedanke, die dem voraussichtlichen Treffpunkt entsprechende Geschoßflugzeit aus den in irgendeiner Weise bestimmten Koordinaten des Treffpunktes zu ermitteln. Da indessen zur Ermittlung dieser Koordinaten die Kenntnis der dem voraussichtlichen Treffpunkt entsprechenden Geschoßflugzeit selbst nicht entbehrt werden kann, so findet dabei ein fortgesetzter Kreislauf in der Weise statt, daß zunächst die Treffpunktskoordinaten nur in roher Annäherung bestimmt werden, mit deren Hilfe sodann ein ebenfalls nur roh angenäherter Wert der Geschoßflugzeit errechnet wird, der weiterhin rückwirkend eine verbesserte Bestimmung der Treffpunktskoordinaten liefert usf. Zur Bestimmung der Treffpunktskoordinaten müssen dabei im allgemeinen gewisse einschränkende Voraussetzungen über die Bahn des Zieles gemacht werden, beispielsweise daß das Ziel sich beständig geradlinig, gleichförmig und in konstanter Höhe bewegt.

Abgesehen davon, daß diese Voraussetzungen mit den tatsächlichen Verhältnissen nicht immer in hinreichender Übereinstimmung stehen, führt das erwähnte Verfahren bei der technischen Verwirklichung mit »Hilfe von Rechenvorrichtungen auch zu erheblichen Unzuträglichkeiten. Falls der Wert der auf Grund der Treffpunktskoordinaten ermittelten Geschoßflugzeit lediglich zur Anzeige gebracht und hiernach von Hand in die Rechenvorrichtungen zur Ermittlung der Treffpunktskoordinaten eingeführt wird, müssen an die Bedienungspersonen dieser Vorrichtungen außerordentlich hohe Ansprüche in bezug auf die Schnelligkeit und Genauigkeit ihrer Tätigkeit gestellt werden; soll andererseits dies durch Verwendung zwangsläufig wirkender Zwischenglieder vermieden werden, so ergeben sich Anordnungen, die in mechanischer Hinsicht überaus verwickelt und daher in der Herstellung teuer sind.

Zum Unterschied gegen diese bekannten Einrichtungen löst die Erfindung die Aufgabe ohne Benutzung des geschilderten Kreislaufverfahrens mit einer für die praktischen Erfordernisse stets hinreichenden Genauigkeit für den allgemeinen Fall einer ganz beliebigen Zielbewegung. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß als Einstell-

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dipl.-Ing. Hans Stiller in Berlin-Wilmersdorf'.

größen für die Rechenvorrichtung außer der auf die Lage des Zieles im Beobachtungsaugenblick bezogenen Geschoßfiugzeit und gegebenenfalls (bei Berücksichtigung von Lade- und Kommandoverzügen) konstanten Zeitgrößen ausschließlich zeitliche Ableitungen der auf die Lage des Zieles im Beobachtungsaugenblick bezogenen Geschoßfiugzeit benutzt werden.

ίο Bevor die Grundgedanken der Erfindung an Hand von zwei in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden, sei des besseren Verständnisses halber eine kurze mathematische Betrachtung der zugrunde liegenden Verhältnisse vorausgeschickt.

Es sei T₀ diejenige Flugzeit, die das Geschoß zum Treffen irgendeines beliebigen Punktes der Zielbahn gebrauchen würde.

Jedem weiteren Punkt der Zielbahn ist dann bei gegebener Schußtafel ein bestimmter Wert von τ zugeordnet. Bei beliebiger Bewegung des Zieles läßt sich über die Größer nichts anderes aussagen, als daß sie eine stetige Funktion der Zeit t ist. Eine solche Funktion läßt sich nun aber in eine MacLaurinsche Reihe entwickeln:

r(t)

dtⁿ

(ι)

In dieser unendlichen Reihe bedeuten die

dl») τ

Faktoren

dtn

der Reihe nach die o... 1.,

2., ... zeitliche Ableitung der Größe τ zur Zeit t. R ist das Restglied der Reihe, dessen Wert mit wachsendem η kleiner wird und bei Berücksichtigung einer genügenden Anzahl vor; Gliedern der Reihe praktisch vernachlässigt werden kann. Im folgenden ist dieses Restglied darum nicht mehr erwähnt. Wählt man als Nullpunkt der Zeit t den Augenblick des Abschusses, so geht dieser Ausdruck für den Treffpunkt, der sowohl von dem sich bewegenden Ziel als auch von dem Geschoß nach einer Zeit r_s erreicht wird, über in

η! dt'¹

(2)

Diese Beziehung erlaubt, die Zeitr_s aus dem der Ziellage im Augenblick des Abschusses zugeordneten Wert T₀ und dessen zeitliehen Ableitungen mit beliebiger Genauigkeit zu ermitteln. Praktisch ist es nun freilich nicht durchführbar, eine sehr große Zahl von zeitlichen Ableitungen des Wertes r₀ zu bestimmen. Es erweist sich indessen, daß die Größe to bei den in der Praxis in Betracht kommenden Zielbahnen und Zielgeschwindigkeiten tatsächlich nur verhältnismäßig langsam zeitlich veränderlich ist, so daß die Reihe (2) bereits nach sehr wenigen, in den weitaus meisten Fällen sogar schon nach dem zweiten Gliede abgebrochen werden kann. In diesem Falle ergibt sich

T₅ = T₀ -f- X_s ■

dt

oder

1 —

(3)

dt

Es ist in dieser Betrachtung bis jetzt angenommen worden, daß der Ermittlung des Wertes r_s diejenigen Werte von τ und seinen zeitlichen Ableitungen zugrunde gelegt werden können, die auf den Augenblick des Abschusse selbst bezogen sind. Praktisch ist dieser Fall von Interesse, wenn der fortlaufend bestimmte Wert r_s zur fortlaufenden Er-' mittlung der Treffpunktskoordinaten des Zieles in Kommandogeräten weiterverwendet werden soll. Für die Ermittlung der Zünderstellung der Geschosse muß jedoch berücksichtigt werden, daß zwischen dem Augenblick der Messung von T₀ und seinen zeitlichen Ableitungen und dem Augenblick, in dem auf Grund dieser Messungen der Abschuß erfolgt, ein gewisser Zeitverzug infolge der Einstellung des Zünders, des Ladens und der Kommandogabe liegt.

Es sei daher nunmehr angenommen, daß der Abschuß nicht zur Zeit o, sondern zur Zeit k erfolge. Dann ist an Stelle des Ausdruckes (2) offenbar zu setzen

_dtn

(2a)

Bricht man die Reihe wiederum nach dem zweiten Gliede ab, was sich bei nicht zu großen Werten von k praktisch als durchaus zulässig erweist, so ergibt sich

oder auch

(ti+ A)·-^

^dx

dx

, dx

(3a)

τs ¹^

dt

ι —

dt

(3b)

Die Form (3b) ist für die fortlaufende Auswertung mittels Rechenvorrichtungen dann

die empfehlenswertere, wenn diese Rechenvorrichtungen Bestandteil eines Kommandogerätes bilden sollen, das sowohl die Treffpunktskoordinaten des Zieles fortlaufend er-S mitteln als auch die Zünderstellung unter Berücksichtigung des Ladeverzuges fortlaufend zur Anzeige bringen soll. In diesem Fall findet das erste Glied der Formel (3b), das mit der Gleichung (3) übereinstimmt, zur Vorausbestimmung der Lagekoordinaten des Zieles Verwendung, während das zweite Glied die Korrektur der Geschoßflugzeit für den Lade- und Kommandoverzug liefert.

Die Zeichnungen stellen in den Fig. 1 und 2 Ausführungsbeispiele der Erfindung dar, deren mathematische Grundlagen die Formeln (3) und (3b) bilden. In diesen Formeln ist nur von der ersten Ableitung des Wertes T₀ Gebrauch gemacht; es sei indessen betont, daß es durchaus im Rahmen der Erfindung liegt, auch höhere Ableitungen für die Vorausbestimmung der Geschoßflugzeit heranzuziehen, wenn dies sich in Sonderfällen zur Erzielung

a5 noch höherer Genauigkeiten als erforderlich erweisen sollte.

In Fig. ι ist 1 eine Welle, durch die der Einrichtung fortlaufend der Wertr₀ der auf die Lage des Zieles im Beobachtungsaugenblick bezogenen Geschoßflugzeit zugeführt wird. Die Ermittlung dieses Wertes kann auf beliebigem Wege erfolgen, z. B. bei Luftzielen in bekannter Weise mittels eines Kurvengetriebes, das den Wert τ_Β in Abhängigkeit von der Flughöhe des Zieles und dem Höhenwinkel des Zielstrahles bildet. Die Welle 1 stellt über das Kegelräderpaar 2 und Schnekkengetriebe 3 den Zeiger 4 über einer Skala 5 ein, die zweckmäßig eine unbezifferte radiale Teilung 6 trägt. Die Skala 5 wird durch ein Schneckengetriebe 7 von einer Reibrolle 8 aus angetrieben, die durch eine von einem Motor 9 mit veränderlicher Drehzahl getriebene Reibscheibe 10 gedreht wird. Die Reibrolle 8 ist in einer axial verlaufenden Nut der Welle 11 in Richtung eines Durchmessers der Reibscheibe 10 mittels des gabelförmig ausgebildeten Führungsbocks 12 verschieblich, der seinerseits von Hand mittels Handrad 13 und Spindel 14 angetrieben wird. Durch fortlaufende passende Einstellung des Handrades 13 kann leicht erreicht werden, daß die Skala 5 stets mit der gleichen Geschwindigkeit wie der Zeiger 4 umläuft, oder mit anderen Worten, daß der Zeiger 4 relativ zur Teilung 6 beständig in Ruhe verbleibt. Solange dies zutrifft, entspricht die dem Handrad 13 erteilte Einstellung der Ände-

rungsgeschwindigkeit — des auf den Zeiger 4 übertragenen Wertes T₀.

Entsprechend dem Wert -j~ wird gleichzeitig über das Kegelräderpaar 15 der Kurvenzylinder 16 gedreht, dessen Kurvennut

nach Maßgabe der Funktion f I A— J = ——

j—

geschnitten ist und dementsprechend den Stein 17 in der Führung 18 parallel zur Achse des Zylinders verschiebt. Der Stein 17 trägt einen Zapfen 19, der in einen Schlitz 20 eines Hebels 21 eingreift, der an dem festen Drehpunkt 22 angelenkt ist. In den Schlitz 20 greift außerdem auch der Zapfen 23 einer Schiene 24 ein, die in einem Schlitten 25 parallel zur Achse des Kurvenzylinders 16 verschieblich gelagert ist. Der Schlitten 25 wird senkrecht zur Bewegungsrichtung der Schiene 24 und in der Ebene der Bewegung des Hebels 21 durch die zugleich mit der Welle 1 angetriebene Spindel 26 entsprechend dem Wert T₀ der auf die Lage des Ziels im Beobachtungsaugenblick bezogenen Geschoßflugzeit längs einer Führung 27 verschoben. Die Verschiebung der Schiene 24 ist somit einerseits der Bewegung des Zapfens

19, also dem Wert

dr ^I~~dt

, und andererseits der

Bewegung des Schlittens 25, also dem Wert T₀, proportional; sie entspricht daher gemäß Formel (3) dem Wert · t_s der auf den Treffpunkt bezogenen Geschoßflugzeit. Die Schiene 24 ist auf ihrer Unterseite als Zahnstange ausgebildet und überträgt ihre Bewegung auf das parallel zur Verschiebungsrichtung des Schlittens 25 angeordnete Ritzel 28, welches über Kegelräder 29 den Zeiger 30 antreibt, der den WertT_s auf der festen Skala ^lo° 31 zur Anzeige bringt.

Soll mittels der dargestellten Einrichtung auch der Einfluß einer willkürlich wählbaren Verzugszeit k berücksichtigt werden, so muß entsprechend Formel (3a) zwischen die Welle 1 ™5 und die Spindel 26 eine Additionsvorrichtung, beispielsweise ein Differentialgetriebe, eingeschaltet werden, vermittels dessen zu dem Wert T₀ ein Korrekturwert algebraisch hinzugefügt wird, der durch eine besondere, "° in ihrem Aufbau der beschriebenen Multiplikationsvorrichtung 19 bis 24 ähnliche Rechenvorrichtung als Produkt der gewählten Verzugszeit k und dem an der Kurbel 13

eingestellten Wert -£ gebildet wird.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgebildeten Einrichtung, welche gemäß Formel (3b) die Geschoßflugzeit t_s' bei Berücksichtigung des Einflusses einer willkürlich wählbaren Verzugszeit k als Summe derjenigen Geschoßflugzeit, die sich

bei der Verzugszeit Null ergeben würde, und eines den Einfluß der Verzugszeit berücksichtigenden Korrekturgliedes liefert.

Die Einrichtung nach Fig. 2 weist zunächst die gleichen Getriebe auf wie diejenige nach Fig. i. Um Wiederholungen zu vermeiden, ist die Differentiationsvorrichtung zur Bildung der Änderungsgeschwindigkeit der auf die Lage des Ziels im Beobachtungsaugenblick bezogenen Geschoßflugzeit (3 bis 12 und 14 in Fig. 1) sowie die Multiplikationsvorrichtung nebst Kurvengetriebe (16 bis 28 in Fig. 1) zur Bildung des Wertes t_s hier nur schematisch angedeutet und mit 32 bzw. 33 bezeichnet. Bei Einführung des Wertes in diese Vorrichtungen wird gleichzeitig entsprechend diesem Wert über das Kegelräderpaar 34 der Kurvenzylinder 35 gedreht, dessen Kurvennut nach Maßgabe der Funktion dr

φ I -j— I = -3— geschnitten ist und dem-

¹ dt

entsprechend den Stein 36 in der Führung 37 parallel zur Achse des Zylinders verschiebt. "Der Stein 36 trägt einen Zapfen 38, der in einen Schlitz 39 eines Hebels 40 eingreift, der an dem- festen Drehpunkt 41 angelenkt ist. In den Schlitz 39 greift außerdem auch der Zapfen 42 einer Schiene 43 ein, die in einem Schlitten 44 parallel zur Achse des Kurvenzylinders 35 verschieblich gelagert ist. Der Schlitten 44 wird senkrecht zur Bewegungsrichtung der Schiene 43 und in der Ebene der Bewegung des Hebels 40 längs einer Führung 45 durch eine Spindel 46 verschoben, die durch eine Handkurbel 47 entsprechend der willkürlich wählbaren Verzugszeit k nach Maßgabe eines über Kegelräder 48 angetriebenen Zählwerks 49 eingestellt wird. Die Verschiebung der Schiene 43 ist damit sowohl dem Wert k als auch dem durch den Kurvenzylinder 35 gebildeten άτ

dt

Wert 2— proportional und ergibt gemäß

dt

Formel (3b) den Korrekturwert, der zu dem auf Skala 31 angezeigten, bei Vernachlässigung der Verzugszeit k in Betracht kommenden Wert der Geschoßflugzeit algebraisch hinzugefügt werden muß, um den der Zündereinstellung zugrunde zu legenden Wert τ/ der Geschoßflugzeit zu erhalten. Die Schiene 43 ist auf ihrer Unterseite als Zahnstange ausgebildet und überträgt den Korrekturwert auf das parallel zur Verschiebungsrichtung des Schlittens 44 angeordnete Ritzel 50, welches über Kegelräder 51 das Seitenrad 52 eines Differentialgetriebes antreibt, dessen zweites Seitenrad 53 über Kegelräder 54 von der aus der Vorrichtung 33 herausführenden Achse entsprechend dem Wert r_s der unkorrigierten Geschoßflugzeit eingestellt wird. Die durch das Differentialgetriebe gebildete algebraische Summe, die der korrigierten Geschoßflugzeit τ/ entspricht, wird durch das Mittelrad 55 über Kegelräder 56 auf den Zeiger 57 übertragen, der sie auf der festen Skala 58 zur Anzeige bringt.

Eine Änderung der den beschriebenen Getrieben zugrunde liegenden Formeln (3) und (3b) würde natürlich einen entsprechend geänderten Aufbau der Rechengetriebe zur Folge haben. Falls außer der ersten noch weitere zeitliche Ableitungen der Flugzeit τ bei der Ermittlung der auf den Treffpunkt bezogenen Geschoßflugzeiten berücksichtigt werden sollen, ist, wie ohne weiteres ersichtlich, eine entsprechende Anzahl von weiteren Differentiationsvorrichtungen den beschriebenen Getrieben organisch anzufügen. An Stelle der Reibradgetriebe können natürlich auch andere bekannte Differentiationsvorrichtungen verwendet werden; ebenso können die dargestellten Multiplikation- und Kurvengetriebe durch gleichwertige andere, z. B. durch elektrische Widerstände in Brückenschaltung bzw. durch nach Maßgabe der auszuwertenden Funktionen bemessene elektrische Widerstände, ersetzt werden.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur rechnerischen Vorausbestimmung der beim Schießen lauf beliebig bewegte Ziele in Betracht kommenden Geschoßflugzeiten, dadurch gekennzeichnet, daß außer der auf die Lage des Zieles im Beobachtungsaugenblick bezogenen Geschoßflugzeit und gegebenenfalls konstanten Zeitgrößen, z. B. der Ladeverzugszeit, ausschließlich zeitliche Ableitungen der auf die Lage des Zieles im Beobachtungsaugenblick bezogenen Geschoßflugzeit zur Bestimmung der gesuchten Flugzeiten verwendet werden.

2. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Differentiationsvorrichtungen zur Bestimmung der zeitlichen Ableitungen der auf die Lage des Zieles im Beobachtungsaugenblick bezogenen Geschoßflugzeit in einer der Zahl der berücksichtigten Ableitungen entsprechenden Anzahl enthält. ■

3. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung, die

bei Einstellung entsprechend dem Wert -y-

der zeitlichen Änderung der auf die Lage des Zieles im Beobachtungsaugenblick

bezogenen Geschoßflugzeit selbsttätig den

Wert

dx
¹ dt

bildet, sowie durch eine

Multiplikationsvorrichtung, die einerseits entsprechend diesem Wert und andererseits entsprechend der auf die Lage des Zieles im Beobachtungsaugenblick bezogenen Geschoßflugzeit einstellbar ist, derart, daß die Bewegung ihres Resultatgliedes fortlaufend der auf den voraussichtlichen Treffpunkt bezogenen Geschoßflugzeit entspricht.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Multiplikationsvorrichtung einseitig eine Additionsvorrichtung, z. B. ein Differentialgetriebe, vorgeschaltet ist, in welchem zu der auf die Lage des Zieles im Beobachtungsaugenblick bezogenen Geschoßflugzeit der Resultatwert einer zweiten Multiplikationsvorrichtung algebraisch addiert wird, die entsprechend einer willkürlieh gewählten Verzugszeit und entsprechend der in einer Differentiationsvorrichtung erhaltenen ersten zeitlichen Ableitung der Geschoßflugzeit einstellbar ist, derart, daß die Bewegung des Resultatgliedes der ersten Multiplikationsvorrichtung der Geschoßflugzeit entspricht, die zu dem voraussichtlichen Treffpunkt bei Verzögerung des Abschusses um die gewählte Verzugszeit gehört.

5. Einrichtung nach Anspruch 2 und 3, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung, z. B. ein Kurvengetriebe, das bei Einstellung entsprechend dem Wert -7- der seitlichen Änderung der auf die Lage des Zieles im Beobachtungsaugenblick bezogenen Geschoßflugzeit selbsttätig den dx

Wert 3— bestimmt, sowie durch

dx

^l~~dt

eine entsprechend diesem Wert und einer willkürlich wählbaren Verzugszeit einstellbare Multiplikationsvorrichtung zur Bildung des Korrekturwertes, der zur Berücksichtigung des Einflusses der gewählten Verzugszeit zu dem Wert derjenigen Geschoßflugzeit hinzuzufügen ist, die dem voraussichtlichen Treffpunkt bei verzugsfreiem Abschuß entsprechen würde.

6. Einrichtung nach Anspruch 3 und 5, gekennzeichnet durch ein Differentialgetriebe, das von dem Resultatglied der ersten Multiplikationsvorrichtung zur Ermittlung der Geschoßflugzeit zum Treffpunkt bei verzugsfreiem Abschuß und von dem Resultatglied der zweiten Multi- ■ plikationsvorrichtung zur Ermittlung der Korrekturzeit für diese Geschoßflugzeit einstellbar ist und die algebraische Summe beider Werte auf eine Anzeige- oder Registriervorrichtung überträgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen