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Einrichtung zur Nachbildung der Bewegung von Schallquellen Es ist
an sich bekannt, die Bewegung von Schallquellen, insbesondere von unsichtbaren Luftfahrzeugen,
geometrisch nachzubilden mit Hilfe von Getriebegliedern. Diese Getriebeglieder werden
dabei entsprechend dem Erhöhungswinkel und der Richtung der Schallquelle, die mit
Hilfe akustischer Empfangsgeräte ermittelt werden, eingestellt.
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Diese: bekannte Einrichtung weist insbesondere den. Übelstand auf,
daß Fehlmessungen eintreten können, insbesondere durch den Wind, durch die insbesondere
in Abhängigkeit von der Tagestemperatur und der Feuchtigkeit der Luft sich
ändernde Schallgeschwindigkeit und durch die veränderliche Geschwindigkeit der Bewegung
der Schallquelle.
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Es ist weiter bekannt, mit Hilfe eines akustischen Empfangsgerätes
den scheinbaren Höhenwinkel und die scheinbare Richtung eines Luftfahrzeuges zu
messen und aus diesen Daten mittels einer mechanischen Recheneinrichtung, an welcher
außerdem der Abstand des akustischen Empfangsgerätes von einem Scheinwerfer, die
meteorologisch ermittelte Richtung und Geschwindigkeit des Windes und die- Winkelgeschwindigkeit
des Zieles sowie schließlich die geschätzte Höhe des Zieles eingestellt werden,
die Einstellgrößen für den Scheinwerfer nach Höhe und Seite zu ermitteln. Die Winkelgeschwindigkeit
des Zieles wird in der Praxis mit Hilfe eines ständig auf das Ziel zu richtenden
Fernrohres ermittelt, ein Verfahren, das sich bei der Bekämpfung unsichtbarer Luftfahrzeuge,
also insbesondere des Nachts, indessen nicht durchführen läßt. Hinzu kommt außerdem
noch, daß die Winkelgeschwindigkeit des Zieles in keinem einfachen funktionellen
Zusammenhang zu der wahren (linearen) Geschwindigkeit des Zieles steht.
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Diese bekannte Einstellvorrichtung für Scheinwerfer, die mit hoher
Genauigkeit arbeiten soll, weist insbesondere den Mangel auf, daß mit ihr die Bewegung
des Luftfahrzeuges nicht ohne weiteres ermittelt oder gar nachgebildet werden kann,
was aber für die Feuerleitung von Luftabwehrgeschützen sehr erwünscht ist.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Nachbildung der
Bewegung von Schallquellen, insbesondere von unsichtbaren Luftfahrzeugen, auf Grund
der mit akustischen Empfangsgeräten durchgeführten Richtungsbestimmung Und mit an
sich bekannter Korrektur des akustischen Meßwertes unter Berücksichtigung der Windstärke,
der Windrichtung und der Schallquellengeschwindigkeit.
Gemäß der
Erfindung wird bei einer derartigen Einrichtung die Bahn der Schallquelle auf einer
lichtempfindlichen Fläche mit Hilfe einer Lichtquelle als Leuchtspur erkennbar gemacht.
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Die Vorteile der neuen Einrichtung bestehen hauptsächlich darin, daß
auch jeweils der letzte Teil der geometrisch naclhgebildeten Bewegung der Schallquelle
als Leuchtspur deutlich erkennbar gemacht und damit für die Feuerleitung der Luftabwehrgeschütze
ausgewertet- werden kann, und weiterhin in der gegenüber den bekannten Nachbildungsvorrichtungen
:erzielten, praktisch wichtigen Ersparnis an Zeit für die Auffindung der Einstellgrößen
der Abwehrgeschütze sowie schließlich darin, daß die neue optische Registriervorrichtung
unbegrenzt lange verwendbar ist ohne die sonst vielfach notwendige Auswechselung
des Registrierpapiers, da sich die Leuchtspur nach einer gewissen Zeit von selbst
auslöscht.
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Zweckmäßig wird bei der neuen Nachbildungsvorrichtung auch noch die
lineare Dewegungsgeschwindigkeit der Schallquelle berücksichtigt, die auch bei unsichtbaren
Luftzielen auf Grund mehrerer zeitlich aufeinanderfolgender akustischer Meßwerte
oder durch Schätzung ohne weiteres ermittelt werden kann.
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Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der neuen Einrichtung
dargestellt. Die Fig. i, a,-3, 5 und 6 sind Schaubilder zur Veranschaulichung des
Grundgedankens der Erfindung und der Wirkungsweise der neuen Einrichtung. Fig. q.
zeigt in schematischer Darstellung ein konstruktives Ausführungsbeispiel für eine
Aufzeichnungsvorrichtung für die Bewegung der Schallquelle, während in Fig. 7 konstruktive
Mittel zur Verbesserung der sich aus der aufgezeichneten Bahn der Schallquelle ergebenden
Koordinaten entsprechend der Geschwindigkeit des Zieles dargestellt sind.
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In Fig. i ist angenommen, daß der eigene Standort bei B sei. Die Nordsüdrichtung
ist durch die Linie B-A angedeutet. Es ist weiter angenommen, daß sich ein unsichtbares
Flugzeug längs der Geraden L1, L= und G bewegen würde. Wenn man nun mit Hilfe der
üblichen akustischen Mittel das Flugzeug anpeilen würde, so findet man einen scheinbaren
Flugzeugort L", dessen auf die Nordsüdlinie B-A bezogene Richtung auf der Zeichnung
mit a und dessen Erhöhungswinkel gegenüber der Horizontalen mit b bezeichnet sind.
Der Punkt La wird aus dein Grunde nicht auf der tatsächlichen Bahn des Flugzeuges
L1, L2 und G liegen, weil bei der üblichen akustischen- Messung der Windeinfluß
nicht berücksichtigt ist. Es sei angenommen, daß der nach Windeinfluß korrigierte,
dem fälschlicherweise , gefundenen Standort L, entsprechende Standort L, sei und
daß das Flugzeug während der Zeit, die der Schall gebraucht, um nach dem eigenen
Standort B zu gelangen, sich bis zum Punkte L2 weiterbewegt habe. Bezeichnet man.
nun die Schallgeschwindigkeit mit c, die horizontale Windgeschwindigkeit mit zv
und die Flugzeuggeschwindigkeit mit v, so ergibt sich, daß der Abstand des Punktes
B von dem Punkte L1 gleich dem Produkt c # t, der Abstand des Punktes L1 von dem
Punkte L2 gleich v # t ist und der Abstand des Punktes L1 von L" gleich
w # t, wenn man den Punkt L1 so wählt, daß seine Verbindungslinie
mit dem Punkte L, parallel zur Horizontalebene verläuft. Der zu dem Punkte L1 gehörige
Erhöhungswinkel ist mit bi in der Figur bezeichnet.
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Um nun für die Durchführung der Verbesserung der akustisch gefundenen
Meßwerte nach dem Windeinfluß einfachere Brziehungen zu erhalten, kann man in. Fig.
i sämtliche Strecken durch die obenerwähnte Zeit t dividieren. Es ergibt sich somit
die Fig.2, in welcher die den Punkten L1, L2 und L" der Fig. i. entsprechenden Punkte
mit den entsprechenden kleinen Buchstaben bezeichnet sind. - Man erkennt, daß in
dieser vereinfachten Figur, die eine Winkeltriebnachbildung der Fig. i darstellt,
die Strecke B-h gleich c, die Strecke h12 gleich v
und die Strecke hl" gleich
7v ist.
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Die Erfindung bezweckt nun, die sich aus der Bewegung des Flugzeuges
ergebenden verschiedenen Punkte l, auf einer Halbkugel der Reihe nach zu registrieren.
Diese Halbkugel, deren innere Fläche mit einer phosphoreszierenden oder fluoreszierenden
Schicht bedeckt ist, ist in Fig. 3 mit x bezeichnet. Im übrigen ist in Fig. 3 nur
ein Teil der Fig.2 dargestellt, nämlich das Dreieck B, 1i, 1u. Denkt man
sich nun den Punkt B in den Mittelpunkt der Halbkugel x hineingelegt und die Strecke
1,-B über B hinaus bis zum Schnittpunkt 1i mit der Halbkugel x verlängert,
so ist der Punkt 1i' die gesuchte Projektion des Punktes l1. Um diese Projektion
zu finden, wird im Sinne der Erfindung in der Horizontalebene durch den Punkt B
eine Parallele zu h, l" gezeichnet, welche die Verbindungslinie der Punkte l" und
1i im Punkte IQ' schneidet. Aus den ähnlichen Dreiecken Z,', B, lä
und l,', h, l" ergibt sich dann, daß die Strecke B-lQ' gleich dem Produkt
einer Konstanten k und der Windgeschwindigkeit w ist. Die Konstante k ist gleich
dein Quotienten aus dem Halbmesser .r der Kugel und der Summe dieses Halbmessers
und der Schallgeschwindigkeit c. Durch diesen Hilfs-
Punkt l",'
hat man eine einfache Möglichkeit zur konstruktiven Nachbildung der Projektion li
des nachzubildenden Punktes l1.
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In Fig. 1., die eine für diesen Zweck brauchbare Konstruktion schematisch
andeutet, wird die Halbkugel x über einen Antrieb y ständig entsprechend
dem Winkel a
(Fig. 2), der sich durch akustische Anpeilung des Flugzeuges
als Richtung ergibt, verstellt. An- einem Arm r, der um eine Achse 2 drehbar ist,
ist ein Gleitstück 3 verschiebbar angeordnet. In einem Punkt b' des an dem Gleitstück
3 befestigten Armes 4 ist eine Zugstange 5 drehbar angeordnet, deren anderes Ende
in einem Punkte 1i' kardanisch gelagert ist. Der Punkt li' ist auf einem Gleitstück
6 befestigt, das auf einem um den Zapfen 7 drehbaren Arm 8 verschiebbar ist. An
dem Zapfen 7 ist außerdem ein Storchschnabel 9 drehbar befestigt, dessen vorderes
Ende an einer Projektionslampe io angreift. Als Projektionslampe wird zweckmäßig
eine punktförmige Lichtquelle verwendet. Die Projektionslampe io ist außerdem an
einer teleskopartig ausziehbaren Stange i i befestigt, die bei 12 drehbar an dem
Arm 4 gelagert ist.
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Die Bedienung und Wirkungsweise der Einrichtung nach Fig. 4 ist wie
folgt: Über den Antrieb y wird die Halbkugel x ständig auf die akustisch ermittelte
Richtung a des Flugzeuges (Fig. 2) eingestellt. Der Zapfen 7 wird entsprechend der
Windrichtung gedreht. Dabei bleibt die Stange 8 stets horizontal. Der Arm i wird
um die Achse 2 entsprechend der akustisch ermittelten Erhöhung b des Flugzeuges
(Fig. 2) verstellt. Außerdem wird das Gleitstück 6 von dem Zapfen 7 um die in der
üblichen Weise gemessene Windgeschwindigkeit w verstellt, wobei gleichzeitig infolge
der Verbindung durch die Zugstange 5 das Gleitstück 3 auf dem Arm i verschoben wird.
Weiter wird der Abstand des Befestigungspunktes 13 des Storchschnabels 9 an dem
Arm 8 so 'verstellt, daß er von dem Zapfen 7 den Abstand k # w
hat.
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Durch diese verschiedenen Einstellvorgänge ist die Projektionslampe
io so eingestellt, daß sie außerhalb des Mittelpunktes B der Halbkugel x im Abstande
k # w von diesem Punkt B entfernt in dem Punkt lJ (Fig. 3) zu stehen
kommt und den Punkt h' auf der Innenseite der Halbkugel x projiziert. Wenn man nun
diesen Punkt 1i durch auf den Mittelpunkt B der Halbkugel x bezogene
Koordinaten bestimmt, so ergeben sich: dabei, wie durch die in Fig. 4 eingetragenen
Hilfslinien und ein Vergleich mit-Fig. 3 erkennen läßt, die Koordinaten des gesuchten
Punktes l,'.
In der beschriebenen Weise kann man nach und nach die Bahn des
Flugzeuges auf der Halbkugel x als leuchtenden Strich nachbilden und mit Hilfe der
in der angedeuteten Weise gefundenen Koordinaten der Lichtpunkte 1i die zum Erfassen
des Flugzeuges mit.einem Scheinwerfer erforderlichen Daten finden. Diese ergeben
sich z. B. für einen dreiachsigen Scheinwerfer ohne weiteres aus der Neigung und
der seitlichen Orientierung, also aus den Winkelkoordinaten durch die aufgezeichnete
Flugzeugbahn und den Punkt B gelegten Ebene (Flugebene), während sie für zweiachsige
Scheinwerfer o. dgl. in noch zu besprechender Weise daraus abgeleitet werden können.
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Da sich aus konstruktiven Gründen nicht, wie in Fig. 4 angenommen,
der Punkt B in den Mittelpunkt der Halbkugel x hineinverlegen läßt, so wird dieser
Punkt am besten in einem gewissen Abstand p oberhalb des Mittelpunktes B der Halbkugel
x im Punkt P angeordnet. Die sich hieraus ergebenden Verschiebungen der einzelnen
Linien sind aus Fig. 5 erkennbar. In dieser Figur sind die den Punkten
h, li , 1Q, 1d entsprechenden Punkte mit dem gleichen Bezugszeichen
unter Hinzufügung eines waagerechten Striches über den Buchstaben gekennzeichnet.
Da die Ebenen der Dreiecke h, l,', l," und h, _i111 l. stets einander
parallel sind, so wird eine durch die Strecke hl" und durch Punkt l,' gelegte Ebene
die senkrechte Ebene B, P, la' stets in der gleichen Geraden u, z schneiden.
Es ist also, wie aus Fig. 6' im Querschnitt noch deutlicher erkennbar ist, die Strecke
B-Z = k # p. Demgemäß wird der Storchschnabel 9 (Fig.4) in der durch
diese Beziehung festgesetzten Höhe konstruktiv eingesetzt und dadurch- der Punkt
u (Fig. 5) richtig gesteuert.
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Die Schallgeschwindigkeit wird bei der Ausführung der Fig. 4 durch
die Länge der Zugstange 5 versinnbildlicht. Soll kein fester Wert für die Schallgeschwindigkeit
verwendet werden, wie dies in Fig. i der Einfachheit halber angenommen ist, so kann
man z. B. durch Veränderung der Länge der Zugstange 5 den nach Tageseinfluß (Temperatur,
Luftfeuchtigkeit, Barometerstand usw.) aus Tabellen ermittelten Wert für die Schallgeschwindigkeit
berücksichtigen. Statt dessen kann man auch gewünschtenfalls die Länge der Zugstange
5 konstant lassen und die jeweilige dem Tageseinfluß entsprechende Schallgeschwindigkeit
mit der Windgeschwindigkeit vereinigen, so daß man dann den Abstand des Gleitstückes
6 von dem Zapfen 7 (Fig. 4) nicht entsprechend der wahren Windgeschwindigkeit, sondern
entsprechend einer
Funktion der Windgeschwindigkeit und der Schallgeschwindigkeit
einstellt. Als Windgeschwindigkeit kann man dabei in beiden Fällen auch diejenige
Windgeschwindigkeit bei der neuen Einrichtung berücksichtigen, die in der Höhe herrscht,
in welcher sich das Flugzeug befindet. .
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Wie bereits bei der Erläuterung von Fig. 2 ausgeführt wurde, ist bei-
dem akustischen Peilverfahren auch noch eine Verbesserung der Meßwerte entsprechend
der Geschwindigkeit des Flugzeuges erforderlich, die in Fig. 2 durch die Strecke
h-1, versinnbildlicht wird. Um nun diese Verbesserung bei der mit der Einrichtung
nach Fig. 4 aufgezeichneten Flugzeugbewegung vorzunehmen, kann die in Fig.7 veranschaulichte
Einrichtung benutzt werden.
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Die Einrichtung nach Fig.7 ist bei der praktischen Ausführung der
neuen Einrichtung mit derjenigen nach Fig. 4 baulich vereinigt. Sie ist lediglich
zur leichteren übersicht in einer getrennten Figur veranschaulicht.
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Auf der Innenseite der Halbkugel x ist mit der in Fig. 4. beschriebenen
Einrichtung eine Lichtkurve vermerkt, welche die Bewegung des Flugzeuges darstellt.
In der Kugel x ist nun gemäß Fig. 7 in Zapfen 14 ein Bügel 15 drehbar angeordnet,
der in die aufgezeichnete Flugbahn eingeschwenkt wird. In dem Bügel 15 ist eine
Schraubenspindel 16 gelagert an einem Hebel 17. Die Schraubenspindel 16 wird durch
geeignete Mittel stets horizontal eingestellt. Der Hebel 17 ist an einer Konsole
i8 aufgehängt. Sein Aufhängepunkt Q ist von dem Kugelmittelpunkt
B um _einen bekannten Abstand e entfernt. Auf der Schraubenspindel 16 ist
eine dem Punkt 12 (Fig. 2) entsprechende Mutter i 9 verstellbar gelagert. Die Verbindung
der Mutter i9 mit dem Kugelmittelpunkt geschieht aus konstruktiven Gründen durch
ein Gleitstück 2o, in welchem ein an der Mutter i9 befestigter Zapfen 21 in radialer
Richtung verstellbar ist. Die Führung des Punktes 1i der Schraubenspindel 16, dessen
Abstand von dem Punkte 12 auf der Schraubenspindel entsprechend der geschätzten
oder anderweitig ermittelten Flugzeuggeschwindigkeit eingestellt wird, wird mittels
eines Gleitstückes 23 bewirkt, dessen Zeiger immer in Deckung mit den auf der Hälbkugel
x vermerkten Lichtpunkten zu halten ist. Die Mittelpunktsmarke 22 des Gleitstückes
21 gibt dann die jeweils nach der Flugzeuggeschwindigkeit berichtigte Lage des Flugzeuges
an. Der Abstand des Mittelpunktes B der Halbkugel x von dem Punkt
11 entspricht, wie an Hand von Fig. 2 erläutert wurde, der gegebenenfalls nach Tageseinfluß
korrigierten Schallgeschwindigkeit c. Die Richtung der Verbindungslinie des Mittelpunktes
B der Halbkugel x und des Punktes 1, entspricht, wie an Hand von Fig. 2 erläutert
wurde, der wahren optischen Richtung der Verbindungslinie Beobachtungsort-Flugzeug,
die an einer Anzeigevorrichtung oder an einer elektrischen Gebereinrichtung selbsttätig
angezeigt oder von dieser übertragen wird. Gegebenenfalls können natürlich auch
die Winkelkoordinaten der Richtung B-12 an Anzeigevorrichtungen oder an Fernübertragungsvorrichtungen
einzeln angezeigt werden.
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Bei der praktischen Verwendung der Einrichtung wird zweckmäßig immer
der Zeiger des Gleitstückes 23 auf den letzten Lichtpunkt der auf der Halbkugel
x aufgezeichneten Bahn des Flugzeuges eingestellt und gleichzeitig der Bügel 15
seitlich so gedreht und um seine waagerechte Achse 14, 14 so geschwenkt, daß er
in der Flugebene liegt. Statt einer Halbkugel kann auch eine beliebig andere gekrümmte
oder auch eine ebene Fläche-verwendet werden.