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Vorrichtung zum akustischen Feststellen der Bestimmungselemente eines
nicht sichtbaren Flugzeuges Die bekannten akustischen Peilsysteme, welche eine annähernde
Korrektur der Schallparallaxe durcllführen, übertragen in Wirklichkeit die Aufgabe
der Ortsbestimmung des Zieles auf den optischen Teil des Systems.
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Die für die eigentliche Vorbereitung der Flugzeugabwehr unbedingt
erforderlichen Elemente, Fluggeschwindigkeit und Flughöhe, können erst nach der
Beleuchtung des Zieles festgestellt werden, abgesehen davon, daß die Gewähr für
das Auffinden des Zieles durch Beleuchtung vollkommen von der subjektiven Schätzung
der Fluggeschwindigleit abhängig ist. Diese doppelte Bestimmungsarbeit ist dann
die Ursache der größten Fehler bei der Abwehraktion, nämlich des großen Zeitverlustes.
Außerdem ruft die vorzeitige Beleuchtung oder gar das Suchen des Zieles mittels
Scheinwerfer unweigerlich eine Manöverreaktion des Zieles hervor, welche die eigentliche
Aufgabe der Abwehr vollkommen unmöglich macht. Bei einer größeren Lichtabsorption
der Atmosphäre ist dannSdieVerteidigungvollkommen auf die von der nicht kontrollierbaren
Schätzung der Fluggeschwindigkeit ab. hängigen Angaben angewiesen. Soweit diese
nur zur Richtungskorrektur dienenden Systeme für die augenblickliche Feststellung
der Lage des Zieles bloß akustisch eingerichtet sind, erfordern sie außer der gleichzeitigen
Zusammenarbeit dreier Apparate eine besondere zentrale Einrichtung, eine verläßliche
Bedienung und genügende Zeit für die Auswertung der Elemente.
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Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine Vorrichtung, welche die
akustische Messung
der tatsächlichen Geschwindigkeit des Flugzeuges
für die Feststellung der Voreilung sowie auch die zweckmäßige Anordnung von mechanischen,
die Korrektionsoperationen realisierenden Systemen in der Weise ermög. licht. daß
die korrigierten Elemente ohne subjektive Eingriffe der Bedienung den eigentlichen
Abwehrgruppen ohne Verzug durch die übliche Feststellung oder Aufsuchen durch Beleuchtung
übermittelt werden können.
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Das übliche Prinzip der Richtungskorrektur in der Dachebene des Fluges
ist zu diesem Zwecke, wie in Abb. I schematisch dargestellt, ersetzt durch die Analyse
der Flugzeugbewegung in der orthogonalen Projektion in die Azimutal- und Meridianebenen
a und b des SchallcmpfängersN, so daß sich unter der allgemeinen Bedingung der geradlinigen
horizontalen Bewegung des Zieles L die Voreilkorrekture im wesentlichen auf die
azimutale Projektion der Flugbahn p beschränkt.
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Mit Rücksicht auf den erwähnten üblichen Charakter der Bahn des verfolgten
Zieles und unter der Bedingung der mechanischen Durchführung der Korrekturarbeit
sowie auch der gleichzeitigen Übermittlung der korrigierten Elemente wird der Verlauf
der Korrektur der durch ein System von Linealen materialisierten Zielkoordinaten
auf einige parallele Ebenen a, a1, b, b1 usw. zerlegt, welche die Projektionsflächen
der einzelnen Korrektionsphasen vorstellen.
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Nach ihrer Zugehörigkeit zu den Hauptprojektionsflächen bilden die
Behelfsprojektionskomponenten zwei Gruppen von Operationsebenen a und b, welche
im Apparat derart angeordnet sind, - daß diese Ebenen, was die Koordinatenursprünge
und -richtungen ahbelangt, gleichartig orientiert sind.
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Die gleichartige Orientierung dieser Teilprojektionsflächen derart.
daß die Verbindungslinie der Koordinatenursprünge 0 auch die gemeinsame Achse der
Homographie der veränderlichen. in den Ebenen mechanisch konstruierten Elemente
bzw. Gebilde bildet, gibt die Möglichkeit, die Transmissionen der mechanischen Systeme
der Ebenen gleicher projektiver Zugehörigkeit vorteilhaft zu vereinigen, erleichtert
die mechanische Übertragung der Elemente zu den Kommandosendern und erlaubt außerdem,
wie die Zentralprojektion aus dem Punkt S in die Ebene b2 veranschaulicht, je nach
dem Maß der geforderten Genauigkeit in bestimmten Phasender Korrektur eine evtl.
Vergrößerung des Modellmaßstabes mittels einfacher mechanischer Übersetzungen.
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Die für die mechanische Konstruktion der Azimutprojektion der Flugbahn
unumgänglich notwendige kontinuelle Bildung der Cotangente des Elevationswillliels
13 des gehörten Zieles L besorgt im Apparat eine elektrische Nacheilvorrichtung,
welche motorisch die Veränderungen des Elevationswinkeis fl des Begleitortes L des
Zieles auf die Hypotenuse des mechanischen Elevationsdreieckes in der Ebene b kopiert,
dessen Einheitskathete nach der akustisch in geeigneter Weise festgestellten Flughöhen
derart einstellbar ist, daß die motorisch gebildete Cotangente des Elevationswinkels
S im Modellmaßstab der horizontalen Entfernung h des abgehorchten Flugzeuges entspricht.
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Ein Ausführungsbeispiel für den zentralen Teil der Erfindung ist
in Abb. 2 dargestellt, bei welchem einfachheitshalber sämtliche einfachen und selbstverständlichen
Einrichtungen zur Vermeidung der Abwälzfehler der Lineale, welche eine doppelte
Bewegung, nämlich eine Schub- und Drehbewegung o. dgl., ausführen, weggelassen worden
sind.
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Der mechanische Eintritt 1 dreht mittels der Zahnradübersetzungen
2 und 3 die kreisförmige Zeichenebene , welche drehbar am Gestell des Apparates
20 gelagert ist, in gleicher Richtung und übereinstimmend mit der Azimuteinstellung
des Abhorchapparates. Die Einstellung der Höhenwinkel des Abhorchapparates wird
mittels des Eintrittes 5 und der Zahnradübersetzungen 6 und 7 auf den Kontaktarm
8 der elektrischen Nacheileinrichtungg übertragen, durch deren Tätigkeit der mittels
des Relais II eingeschaltete Motor 10 stets vermittels der Übersetzung 12 den mehrteiligen
Support 13 in Richtung der Cotangente des Höhenwinkels des Kontaktarmes 8 in einer
solchen Stellung erhält, daß der Nacheilarm 14, welcher senkrecht zur Bewegungsrichtung
des Supportes mittels einer Führungsmutter I5 einstellbar ist, stetig die Richtung
des Kontaktarmes 8 verfolgt.
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Durch die verschiebbare Zuführung 18 wird mittels der Übersetzung
17 und der Schraube 16 zunächst eine geeignete Einheitshöhe für die akustische Messung
der Flughöhe und nach der Messung derselben die tatsächliche Höhe im Maßstab des
Apparates eingestellt, so daß der Support 13 um den maßstäblich der horizontalen
Entfernung des akustischen Zieles entsprechenden Wert verschoben wird.
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Infolge der Zusammensetzung der Bewegungen des Supportes 13 und der
Zeichenebene 4 zeichnet der vom Arm 22 des Supportes 13 getragene Zeichenstift 21
die Projektion der Flugbahn.
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Ein mit einem Längsschlitz 24 versehenes leichtes Lineal gleitet
längs des Schreibstiftes 2I und ist am Zapfen 25 drehbar gelagert, der vom Arm 26
getragen wird, welcher mittels einer elektromagnetischen oder ähnlichen Kupplung
27 mit der drehbaren Zeichenebene 4 fest verbunden werden kann.
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Der Zapfen 25, welcher an seinem oberen Ende mit einem Betätigungsknopf
28 versehen ist, nimmt mit seinem unteren Ende gleichzeitig das Gleitlineal 29 mit,
welches mittels des Steines 30 drehbar und verschiebbar am Support 13 gelagert ist,
so daß bei jeder Lage des Supportes und bei beliebiger Betätigung des Knopfes 28
das Lineal 29 parallel bleibt mit dem Lineal 23. An seinem unteren Rand ist das
Lineal 29 mit einer Zahnstange 31 versehen, welche in das Ritzel 32 eingreift, dessen
Bewegung mittels der Obersetzung 33 auf die verschiebbare Welle 34 übertragen wird,
wobei der Einfluß der Abwälzbewegung bei der Drehung des Lineals vorerst mittels
einer Einrichtung eliminiert wird, welche der Einfachheit halber in diesem und den
im weiteren beschriebenen Beispielen nicht eingezeichnet ist.
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Mittels dieser Einrichtung kann das Lineal 23 mit seinem Schlitz
24 genau in die Richtung der gezeichneten Projektion der Flugbahn auf die Zeichenebene
4 eingestellt werden, so daß das Lineal 29 im Maßstab des Apparates und unter der
obenerwähnten Voraussetzung des horizontalen Fluges des Zieles die Bahn des Flugzeuges
materialisiert, dessen mittels des Abhorchapparates verfolgte Bewegung durch die
Welle 34 auf die Voreilvorrichtung 62 übertragen wird, welche im weiteren eingehend
beschrieben wird.
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Der Zapfen des Gleitsteines 30 ist mit einem ähnlichen Stein 35 des
Schublineals 36 derart verbunden, daß die beiden Lineale 29 und 36 stets zueinander
parallel bleiben. Das Lineal 36 ist mittels. des Zahnstangenantriebes 37 und der
Übersetzung 38 in Richtung des Steines 35 verschiebbar, so daß es durch Verdrehung
der verschiebbaren Welle 39, welche ebenfalls aus der Vorrichtung 62 herausragt,
derart verschoben werden kann, daß es mittels des Zapfens 40 das Schublineal 4I
aus deriRichtung des Supportes 13, d. h. aus der Richtung der horizontalen Entfernung
des abgehorchten Zieles, herausdreht. Wenn also das Lineal 36 pm die Voreilung des
Flugzeuges e verschoben worden ist, so gibt der Verdrehungswinkel des Lineals 41
den Wert des Winkels in der Projektionsebene a1 nach Abb. 1, d. h. also die Seitenkorrektur
des Flugzeuges, an. Die Ablenkung des Lineals 41 wird mittels des Zapfens des Steines
42 und der Übersetzung 43 auf die Addiervorrichtung 44 übertragen, wo der Winkel
der Seitenkorrektur zu dem mittels der Übersetzung 2 übertragenen Seitenwinkel hinzuaddiert
wird, worauf der korrigierte Seitenwinkel mittels eines geeigneten Senders 45 weitergegeben
wird.
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Die Verschubbewegung des Lineals 41, welche im Maßstab des Apparates
die wirkliche horizontale Entfernung des Flugzeuges Ir, in der Projektiona,L (Abb.
I) bestimmt. wird mittels der Zahnstangenübersetzung 46 und der Übersetzung47 auf
den Sender der Horizontalentfernung 48 und zugleich mittels der Übersetzung 49 und
der Zahnstangen 50 auf den Support 51 übertragen. Ähnlich wie der Support I3 ist
auch der Support 5i mit einer Schraubenübertragung 56, 57, 58 zum Einstellen der
Höhe ausgestattet, so daß der Zapfen der Schraubenmutter 55 das Schublineal52 in
die Richtung des korrigierten Höhenwinkeis fii in der Projektionsebene b1 (Abb.
I) verdreht, wobei dieser Wert mittels der Übersetzung 53 dem Sender des korrigierten
Höhenwinkels 54 zugeführt wird.
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Die für die Auswertung der Voreilung e notwendige akustische Entfernungl
des Zieles in der Projektion b (Abb. I) wird mechanisch mittels des Lineals 59 konstruiert,
welches mittels des Zapfens der Führungsmutter I5 verschoben und dessen Bewegung
mittels der Zahnstange 6o und der Übersetzung 61 der Voreilvorrichtung 62 zugeleitet
wird.
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Der Rahmen 20 bildet das Gestell des Apparates, und auch der die
Zahnräderübersetzungen 7 und 43 tragende Teil. ist ebenfalls fest mit dem Gestell
verbunden. Die auf diesen festen Teilen angeordneten Lageraugen bilden die dem ganzen
System gemeinsame senkrechte Homographieachse. Gegenüber dieser festen Achse wird
z. B. der Support 13 mittels des Motors IO hin und her bewegt, wodurch die Cotangente
des Lagewinkels ermittelt wird, da mittels der Welle 5 der Lagewinkel und mittels
der Welle I8 die vorläufig geschätzte Flughöhe in den mechanischen Rechenvorgang
hineingebracht werden. Der Lagewinkel wird gleichzeitig auf das Lineal 59 übertragen,
dessen Verschiebung dann die akustische Entfernung des Zieles anzeigt.
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Auf diese Weise hängen die einzelnen mechanisch festgehaltenen Vorgänge
miteinander zusammen. Die Darstellungsanordnung besteht daher aus untereinanderliegenden
Ebenen, die eine gemeinsame Homographieachse haben. Infolge dieser Anordnung wird
der gesamte Aufbau sehr vereinfacht.
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Die mechanische Einstellung vor Voreilung des wirklichen Zieles,
welche die eigentliche Korrektur der Schallparallaxe des gehörten Zieles zum Zwecke
hat, wird fortlaufend von der Voreilvorrichtung 62 durchgeführt, welche ununterbrochen
die Voreilung des Zieles e (Abb. 3) als Funktion der Schallgeschwindigkeit z, der
Fluggeschwindigkeit des Flugzeuges c und der akustischen Entfernung 1 desselben
nach der bekannten Beziehung e c - -konstruiert, wobei zum Unterschied von den
meisten
bekannten Einrichtungen, welche die Werte c und z im Verlaufe eines Operationscyclus
als konstant betrachten, auch diese beiden in Wirklichkeit unabhängig veränderlidien
Funktionen von e fortlaufend korrigiert werden. Die Notwendigkeit dieser Mal3-nahme
ist hinlänglich begründet durch den bekannten Einfluß des Windes auf diese beiden
Geschwindigkeiten und den Einfluß der Lufttemperatur auf die Schallgeschwindigkeit.
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Die fortlaufende Feststellung der Fhtgge schwindigkeit c als unabhängig
veränderliche Größe der Funktion von e wird mechanisch mittels einer in Abb. schematisch
dargestellten Vorrichtung durchgeführt.
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Die Bewegung des Punktes mit der unbekanten Geschwindigkeit c wird
auf eine Rolle kr übertragen, welche eines der Planetenräder des Differentialgetriebes
S verdreht, dessen Satellitenräder mittels einer geeigneten Übersetzung einen auf
einer Schraubenspindel geführten KopfH bewegt. Dieser Kopf trägt einen Reibungsläufer
B, dessen Drehbewegung auf das zweite Planetenrad des Differentialgetriebes S zurückübertragen
wird. Die Reibungsscheibe D dreht sich mittels eines geeigneten Motors Al mit einer
bekannten konstanten Geschwindigkeit o. Proportional mit der Verschiebung des Kopfes
H wächst die Winkelgeschwindigkeit des Läufers B, bis sie der gegenläufigen Winkelgeschwindigkeit
der Rolle K gleich ist und das Satellitenrad des Differentials S zur Ruhe kommt.
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Da die Winkelgeschwindigkeit der Rolle K der fortschreitenden Geschwindigkeit
c proportional ist, kommt nach dem Ausgleich der Winkelgeschwindigkeiten der Planetenräder
des Additionsgetriebes S die Beziehung zur Geltung c; (r, o), welche nach geeigneter
Wahl der Einheitslvinkelgeschwindigkeit (o der Scheibe D die einfache Form annimmt
c=k.r, worin k eine Proportionalitätskonstante ist, welche die Übertragungsverhältnisse
im Maßstab des Modells enthält. Auf jede Veränderung der Geschwindigkeit c reagiert
die beschriebene Vorrichtung durch Vergrößerung des Halbmessers r, solange kein
Ausgleich der Winkel geschwindigkeiten beider Planetenräder erfolgt so daß die Feststellung
der Geschwindigkeit fortlaufend und verläßlich auch bei der Messung veränderlicher
Geschwindigkeiten erfolgt.
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Eine solche veränderliche Geschwindigkeit ist eben die Geschwindigkeit
des akustisch verfolgten Flugzeuges, selbst wenn dessen wirkliche Fluggeschwindigkeit
konstant ist. Deshalb kann für die weitere mechanische Konstruktion der Voreilung
nicht einfach die Geschwindigkeit verwendet werden, welche aus der Bewegung des
akustischen Zieles längs der Flugbahn bestimmt wird. Dieser Nachteil wird durch
die in Abb. 5 beispieIsweise dargestellte Voreilvorrichtung in der Weise beseitigt,
daß die Bewegung des akustischen Zieles dauernd mechanisch mit dem veränderlichen
Wert der Bahn addiert wird, welche mechanisch als Voreilung konstruiert wird, deren
unabhängig veränderliche Größe eine Funktion der in beschriebener Weise aus diesem
Additionsresultat der Bewegung des Zieles festgestellten Geschwindigkeit ist.
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Die Bewegung des akustischen Zieles, welche mittels der Welle 34
und der Ober setzung 63 auf das Planetenrad 64 des Additionsgetriebes übertragen
wird, wird zu der mittels der Welle 35 und der Übersetzung 65 auf die Satelliten
66 dieses Getriebes übertragenen Bewegung hinzuaddiert, so daß die resultierende
Bewegung des Planetenrades 67 vermittels der Übersetzung 68 auf das Planetenrad
69 des zweiten Differentialgetriebes einwirkt, in welchem die durch das Schnekkenrad
71 auf die Satelliten 72 übertragene Drehbewegung des Reibungsläufers 70 subtrahiert
wird. Durch die resultierende Bewegung des Planetenrades 73 wird vermittels der
Ober setzung 74 und der Zahnstange 75 der verschiebbare Support 76 des Reibungsläufers
70 aus der Mittellage in der Achse der vom Motor 78 angetriebenen Reibungsscheibe
77 verschoben.
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Diese Einrichtung entspricht im wesentlichen dem in Abb. 4 dargestellten
Schema, so daß die Verschiebung des Reibungsläufers 70 aus der Mittellage in der
Achse der Reibungsscheibe 77, nach dem Ausgleich der gegenläufigen Winkelgeschwindigkeit
der Planetenräder 69 und 73, im Maßstab des Apparates den Wert der wirklichen Flugzeuggeschwindigkeit
angibt, welche mittels der Welle 79 der an geeigneter Stelle des Schaltbrettes des
Apparates angeordneten Geschwindigkeitsskala übermittelt wird.
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Mittels des Zapfens 8o des Supportes 76 wird ein Schublineal 81 mitgenommen,
welvlies mit seinem Zapfen 82 in dem mittels der Schraube 84 einstellbaren kleinen
Support 83 drehbar gelagert ist. Das Lineal 8 nimmt bei seiner Verdrehung um den
Zapfen 82 die Rolle 83 des Zapfens des Steines 86 mit, welcher in der Nut des Supportes
87 gleitet; dieser Support 87 ist in Richtung der Verschiebung des Supportes 76
verschiebbar und mit einer Zahnstange 88 versehen, deren Verschiebung mittels eines
Doppelsegmentes 89 und der Übersetzung 90 auf die Welle 39 übertragen wird.
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Der Stein 86 läuft in eine Zahnstange 91 aus, welche in einem Zahnzylinder
92 auf der Welle 6 i eingreift. Dieser zweite Teil entspricht der mechanischen Durchführung
des in Abb. 3 dargestellten Schemas mit dem Unterschied, daß der Maßstab der Schallgeschwindigkeit
zwecks Erhöhung der Genauigkeit vergrößert ist. Der Wert der akustischen Entfernung
des Flugzeuges 1 wird mittels der Welle in das System hereingebracht, und die zusammengesetzte
Bewegung des Supportes 87 wertet dann die Voreilung des Flugzeuges aus, die mittels
der Welle 39 einerseits - auf die Zentralorgane des Apparates, anderseits mittels
der Übersetzung 65 zur -cyclischen Addition mit der mittels der Welle 34 hereingebrachten
Bewegung des abgehorchten Flugzeuges zurückübertragen wird.
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PATENTANSrRÜCUE: I. Vorrichtung zum akustischen Feststellen der Bestimmungselemente
eines nicht sichtbaren Flugzeuges, welches mittels eines Abhorchapparates verfolgt
wird, nach dessen akustischen Richtungsangaben auf einer ebenen Zeichenfläche die
Projektion der Flugbahn eingezeichnet wird, wobei die akustischen Elemente des verfolgten
Zieles sowie auch deren korrigierte Werte in einem geeigneten Maßstab mittels mechanischer
Linealsysteme materialisiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Linealsysteme
im Innern der Vorrichtung in zueinander parallelen Ebenen von gemeinsamer, durch
die Koordinatenursprünge aller Ebenen hindurchgehenden Homographieachse angeordnet
sind.