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Vorrichtung zur Schallverzugskorrektion an einem Schallortbestimmer
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzielung einer Schallverzugskorrektion
für einen Schallortbestimmer zur Ortsbestimmung eines Luftfahrzeuges bei Nacht oder
schlechter Sicht.
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Wenn ein Schallortbestimmer zur Anzeige der Winkelrichtung oder Lage
eines Luftfahrzeuges benutzt wird, darin ist die unmittelbare, aus der--Lage des
Schallortbestimmers im Azimut und in der Elevation gegebene Anzeige infolge des
Schallverzuges ungenau, der durch die Zeit hervorgerufen wird, die der Schall von
dem Luftfahrzeug bis zu dem Schallortbestimmer braucht und während der das Luftfahrzeug
sich von der scheinbaren, von dem Schallortbestimmer angezeigten Stellung fortbewegt
hat. Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer einfachen
Anordnung zur Erzielung einer, Schallverzugswinkelkorrektion. Ein weiterer Gegenstand
ist die Schaffung einer Anordnung, der durch Schwankungen der Bewe-, gungsgeschwindigkeit
des Schallortbestimmers von kurzer Dauer nicht beeinflußt wird, um eine stetige
Anzeige zu erhalten.
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Das Gerät gemäß der Erfindung besitzt Vorrichtungen zur Berechnung
der Entfernung des Luftfahrzeuges aus seiner Höhe und dem Elevationswznkel, Vorrichtungen
zur Anzeige des Maßes der Winkelbewegung des Schallortbestimmers und Einrichtungen,
die diese Anzeige je nach der Entfernung ändern, um eine Schallverzugswinkelkorrektion
zu erhalten. Vorzugsweise sind Anzeigen der Geschwindigkeit der Winkelbewegung des,
Schall-or tbestimmers im Azimut und in der Elevation vorgesehen, wobei diese Anzeigen
abgeändert werden, um die Azimut- und Elevationskomponente der Schallverzugswinkelkorrektion
zu erhalten.
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An Hand der Zeichnungen werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung
beschrieben.
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Fig. i zeigt in einer Ansicht, und zwar in teilweise senkrechtem Schnitt,
den Zusammenbau einer Ausführungsform der Erfindung mit einer Vorrichtung, die mit
einem Druckmittel arbeitet.
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Fig. z zeigt in einer vergrößerten Ansicht Einzelheiten eines Elementes
von Fig. i. Fig.3 ist eine teilweise senkrecht geschnittene Vorderansicht !einer
anderen Ausführungsform der mit dem Druckmittel arbeitenden Vorrichtung, die an
die Stelle derjenigen nach Fig. i treten kann.
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Fig. ¢ ist ein vorderer senkrechter Schnitt durch eine weitere Ausführungsform
der mit einem Druckmittel arbeitenden Vorrichtung.
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Fig. 5 ist eine hintere Ansicht eines Doppelohrschallortbestimmers,
die die Anwendung der Erfindung zeigt.
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In Fig. i ist eine Vorrichtung zur Anzeige der Geschwindigkeit der
Winkelbewegung eines Schallortbestimmers dargestellt, wie er in Fig. 5 gezeigt ist.
Die Bewegungen des Schallortbestimmers, z. B. im
Azimut, betätigen
eine Welle io einer Pumpe P irgendeiner zweckmäßigen Konstruktion, die hier als
Schaufeldruck saugpump.e dargestellt ist. Eine solche Pumpe kann Luft durch einen
Einlaß i i ansaugen, der mit einem Filzfilter 12 ausgerüstet sein kann, und die
Luft durch einen Auslaß 13 austreiben. Der auf der Welle io befestigte Flügel- oder
Schaufeltragkörper 15 ist exzentrisch angeordnet und trägt die Gleitschaufeln 16
in bekannter Weise. Einesolche Druckmittelpumpe arbeitet derart, daß, wenn der Drehkörper
15 sich in einer Richtung dreht, die Vorrichtung als Druckpumpe arbeitet, und wenn
sich der Körper 15 in der anderen Richtung dreht, sie als Saugpumpe arbeitet. Ein
weiteres Kennzeichen dieser Pumpe besteht darin, daß die Größe des positiven oder
negativen entwickelten Druckes von der Drehgeschwindigkeit des Körpers 15 abhängt.
Es zeigt sich also, daß man durch Benutzung dieser Druck-.oder Saugvorrichtung für
ein Mittel Druck oder Saugzug erzeugt, um eine Anzeige der Drehrichtung der Welle
io sowie der Drehgeschwindigkeit derselben zu erzeugen, und infolgedessen Druck
oder Saugzug entsprechend der Richtung und der Geschwindigkeit der Bewegung des
Luftfahrzeuges, dessen Ort durch den Schallortbestimmer bestimmt werden soll, erzeugt.
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Um eine Anzeige der Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung zu erhalten,
wird die Pumpe P durch das Rohr 13 mit einem Luftbehälter 2o verbunden. Dieser Behälter
hat in Fig. i die Form eines ausziehbaren Balges, dessen gegenüberliegendes Ende
bei 21 mit einem gegenwirkenden Hebel 2-- verbunden ist. Dieser Hebel ist bei 23
drehbar gelagert. Mit dem Hebel sind, und zwar auf der dem Verbindungspunkt
21 gegenüberliegenden Seite des Drehpunktes 23, Spannglieder 24 verbunden,
die mit einem Stift 25 in Verbindung stehen, der in einem :Schlitz 26 des Hebels
22 gleitet. Diese Stift- und Schlitzverbindung ist für einen Zweck bestimmt, der
noch ausführlicher beschrieben wird.
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Es zeigt sich nun, daß, sobald das Mittel unter Druck nach dem Balg
geliefert oder das Mittel aus demselben abgesaugt wird, der Hebel 22 um den Zapfen
23 in der einen oder anderen Richtung entgegen der Wirkung der einen oder der anderen
der Federn entsprechend der Geschwindigkeit der Bewegung des Schallortbestimmers
im Azimut geschwenkt wird. Eine Skala S ist vorgesehen, um mit dem Hebel 22 zusammenzuarbeiten,
wie es noch beschrieben wird.
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An den Schaufeln 16 tritt natürlich ein gewisses Lecken ein, und durch
eine Öffnung 30 an dem Auslaß 13 wird für ein weiteres erhebliches Lecken gesorgt,
so daß die Luft bei einer Geschwindigkeit daraus entweicht, die von dem durch die
Pumpe gelieferten Druck abhängig ist, der wiederum von der Geschwindigkeit der Pumpe
abhängig ist. Für jede Pumplengeschwindigkeit ist daher ein verschiedenes erreichtes
Druckgleichgewicht vorhanden, das zu dem Balgen 2o geliefert wird, um diesen entgegen
der Wirkung der Federn 24 auszudehnen oder zusammenzuziehen, je nachdem der Druck
positiv oder negativ ist. Sobald die Pumpengeschwindigkeit fällt, wird der Druck
infolge des Entweichens der Luft durch die öffnung schneller fallen, alser durch
die Pumpe geliefert wird, und der Druckwird weiter fallen, bis ein neues Gleichgewicht
erreicht ist, bei dem der Druck wieder proportional der Pumpengeschwindigkeit ist.
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Um Vorsorge gegen schnelle Schwankungen der Anzeigevorrichtung infolge
von Änderungen in der Bewegungsgeschwindigkeit der Welle io während kurzer Zeitdauer
zu treffen, ist ein Balg 2o von verhältnismäßig großem Inhalt vorgesehen, so daß
die Menge der in denselben durch eine Drehung des Körpers 15 gelieferten Luft verhältnismäßig
klein ist und eine geringe Wirkung auf die Anzeigevorrichtung hat. Es zeigt sich
also, daß mindestens mehrere Umdrehungen des Körpers 15 erforderlich sind,
bevor eine erhebliche Änderung der Anzeige erreicht wird. Geringere Schwankungen
werden daher ausgeglättet. Um ferner die räumliche Fassungskraft des Balges 20 zu
erhöhen, kann seine Luftkammer 32 an und in Verbindung mit dem Balg vorgesehen sein.
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Eine andere Ausführungsform der mit Druck arbeitenden Vorrichtung
oder. auf Druck ansprechenden Vorrichtung ist in Fig. 3 dargestellt. Die PumpeP
ist der in Fig. i gezeigten Pumpe gleich, jedoch ist der Balg durch eine andere
auf Druck ansprechende Vorrichtung ersetzt worden. Diese Vorrichtung kann in den
Fällen geeigneter sein, in denen der Balg als zu unbiegsam befunden wird und `das
durch die Pumpe gelieferte Mittel, in der Regel Luft, eine zu geringe Wirkung auf
diesen Balg hat. Zu diesem Zweck kann das durch die Pumpe P gelieferte Mittel durch
einen Auslaß 13' in Gestalteines Rohres ausströmen. Dieses Rohr ragt nach oben in
eine umgestülpte Glocke 3 5, deren offenes Ende unter die Oberfläche von Quecksilber
36 in einen Behälter 37 hinabgeht. Das durch das Rohr 13' ausströmende Mittel läßt
daher die Glocke steigen oder fallen und einen Hebe122' gegen die Wirkung Widerstand
leistender Mitte12q. wie oben arbeiten.
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In Fig. q. ist eine weitere Ausführungsform der auf Druck ansprechenden
Vorrichtung für ein flüssiges Medium dargestellt. Bei dieser Vorrichtung wird vorzugsweise
eine Zahnradpumpe P' verwendet, um das Mittel, die Flüssigkeit,
von
einer Seite abzusaugen und auf die andere Seite eines Behälters 40 zu Pumpen, der
eine Trennwand 41 hat, die die beiden Seiten des Behälters bildet. Auf der Flüssigkeit
innerhalb des Behälters 4o ruhen Schwimmer 42. Die relative Bewegung der Schwimmer
wird, sobald die Flüssigkeit in den betreffenden .Seiten oder Abteilungen des Behälters
steigt und fällt, einen Zeiger 22" in derselben Weise, wie bereits beschrieben,
betätigen. Eile Spalt 45, der grundsätzlich wie der Spalt 3o arbeitet, ist vorgesehen.
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Die Anzeige, die durch die Hebel 22, 22' oder -22" der auf Druck ansprechenden
Vorrichtung für ein Mittel gegeben wird, wird entsprechend der Zeit geändert, die
der Schall für die Überbrückung dies Abstandes von dem Luftfahrzeug zu dem Schallortbestimmer,
d. h. der schrägen Strecke oder Entfernung, braucht. Diese Änderung der Anzeige
wird in folgender Weise bewirkt. Wie oben beschrieben, sind die Federn 24 mit einem
Stift 25 verbunden, der in einer Gleitbahn 2 6 oder Schlitz des Hebels 22 verschiebbar
ist. Es ist ersichtlich, daß, sobald der Stift in der Gleitbahn in der einen oder
der anderen Richtung verschoben wird, der Angriffspunkt der Spannglieder verändert
wird, und daß die Größe der Gegenwirkung sich gleichfalls ändert. Wenn also der
Abstand von dem Zapfen 23 bis zum Stift 25 um die Hälfte verringert wird, wird auch
die Größe der Gegenwirkung der Spannglieder halbiert und die Anzeige verdoppelt.
Für einen größeren Zeitfaktor wird also der Stift 25 näher an dien Zapfen 23 bewegt
und sobald die Zeit abnimmt, wird der Stift 25 von dem Zapfen 23 wegbewegt. Um die
Bewegung des Stiftes 25 gemäß der Zeit durchzuführen, kann man die äußeren Enden
der Spannglieder 24 an Blöcken 5o befestigen, die auf Schrauben 5 i geschraubt sind.
Diese Schrauben können gleichzeitig in geeigneter Weise durch auf den Schrauben
51 befestigte Klettenräder 52 und eine über diese Kettenräder laufende Kette angetrieben
werden.
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In Fig. 5 ist beispielsweise eine vollständige Ortbestimmungslage
dargestellt, die mit den Vorrichtungen zur Erzielung der Schallverzugskorrektion
gemäß der Erfindung ausgestattet ist. Der in Fig. 5 dargestellte Schallortbestimmer
gehört zu der üblichen Doppelohrtype und besitzt Hörnerpaare 8o', 8o" und 81' und
81", die waagerecht bzw. senkrecht angeordnet sind. Die Hörner sind auf einem gemeinsamen
Rahmen 82 angeordnet, der drehbar um eine waagerechte Achse 83 in Säulen 84; 84'
gelagert ist. Die ganze Vorrichtung ist auf einer Plattform 8 5 angebracht, die
ihrerseits drehbar um eine senkrechte Achse in dem Träger 86 angeordnet ist. Die
Hörner können also als Ganzes entweder in der Elevation oder im Azimut gedreht werden.
Es ist üblich, je einen besonderen Abhörer für jedes Hörnerpaar vorzusehen. Der
Azimutbeobachter sitzt auf einem Stuhl 87 und trägt den mit den Hörnern 8o'
und 8o" verbundenen Helm 88, während der Elevationsbeobachter auf dem Stuhl 89 sitzt
und-den mit den Hörnern 8 i', 8 i" verbundenen Helm trägt. Der erstere dreht die
Vorrichtung im Azimut mittels eines mit der senkrechten Welle 92 durch ein Getriebe
verbundenen Handrades 9i. Diese Welle dreht nicht nur die Plattform mittels eines
geeigneten Getriebes 93, das mit dem daran angebrachten Innenzahnrad 94 kämmt, sondern
sie treibt auch die Welle i o der Azimutpumpe P über lein geeignetes S.tufengetriebe
95. In ähnlicher Weise treibt das Elevationshandrad 96 die Welle 97, die ihrerseits
die Hörner in der Elevation über ein Schneckenrad 98 an dem Rahmen 82 dreht. Die
Welle 8o dreht ferner eine Sinuskurve 66 mittels eines geeigneten Getriebes 99 für
einen noch zu beschreibenden Zweck. Außerdem treibt die Welle 97 die Welle io' der
Elevationspumpe P' mittels eines nicht dargestellten Getriebes.
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Wenn ein Geräusch eines Luftfahrzeuges durch den Ortbestimmer aufgenommen
wird, ist eine bestimmte zeitliche Verzögerung t eingetreten, die in .Sekunden der
Entfernung s von dem Ortb'estimmer bis zu dem Luftfahrzeug, dividiert durch die
Schallgeschwindigkeit (333 m je Sekunde), gleicht. Die Entfernullg ist gleich der
Höhet des Luftfahrzeuges, dividiert durch den Sinus des Elevationswinkels e (s =
t # 333 = h/sin e). In Fig.2 ist dargestellt, wie die Zeit, die auf Grund dieser
Faktoren berechnet wird, eingeführt wird. Die Höhe wird durch einen Höhenmesser
von geeigneter Form bestimmt und kann mittels eines Ritzels 6o eingeführt werden,
dessen Bewegungsgrad durch einen Zeiger 6 1 angezeigt wird, der über einer
Skala arbeitet, die in Höhenmaßen kalibriert ist und entsprechend der bekannten
Höhe von einem Knopf ioo aus eingestellt wird (Fig. 5). Das Ritzel 6o betätigt eine
Zahnstange 63, um einen Winkelhebel 64 um seinen Zapfen 65 auf einem Schieber
70 zu schwingen. Die lineare Bewegung des Schiebers wird ferner mittels einer
Sinuskurve 66 bestimmt, die entsprechend dem Elevationswinkel betätigt wird, um
einen Teil 67 mit einer Rolle 68 zu betätigen, die m eine an dem anderen Ende des
Winkelhebels 64 ausgebildete Nut 69 eingreift. Es ist also ersichtlich, daß die
beiden Einstellungen für die Höhe und für den Elevationswinkel die Größe der linearen
Bewegung des .Schiebers 7 o bestimmen, die die Entfernung darstellt, von der die
Schallverzugszeit eine Funktion ist. Der Schieber 70
kann die Schrauben
Si in geeigneter Weise antreiben, z. B. durch ein Zahnrad ; i, das auf der Welle
eines der Kettenräder befestigt ist. Der Angriffspunkt des .Stiftes z S wird also
gemäß dem Schallverzugszeitfaktor geändert, und weil die Pumpenwelle io gemäß den
azimutalen Bewegungen des Schallortbestimmers angetrieben wird, zeigt die Skala
S die gesamte azimutale Bewegung für eine gegebene Zeit, d. h. den unter Berücksichtigung
des Schallverzuges berichtigten Azimut-,vinkel, an. Eine ähnliche Anordnung kann
natürlich zur Anzeige des entsprechend berichtigten Elevationswinkels vorgesehen
sein.