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Verfahren zur Bestimmung des Standortes bewegter Körper Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Bestinunung des Standortes bewegter Körper. Als solche
kiiii»e» sowohl Körper, die sich, wie z. B. Flugzeuge, ini Raun bewegen, als auch
Land- und Seefahrzeuge in Betracht kommen.
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C@em<iß der Erfindung werden Richtung und Größe der Geschwindigkeit
des in Bewegung befindlichen Körpers auf eine mechanische Integrationseinrichtung
zur Einwirkung gebracht, ihre Komponenten je für sich über die Zeit integriert und
aus den so gebildeten Integralen Werte zur Darstellung gebracht, die die Lage des
jeweiligen Standortes in einen Bezugssystem kennzeichnen.
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Dies kann so geschehen, daß von geographischen Bestimmungsgrößen des
Standortes zu einem bestimmten Zeitpunkt ausgegangen wird und die hei Bewegung des
Körpers eintretenden Änderungen dieser Größen dazu benutzt werden, um diejenigen
Bestimmungsgrößen zu ermitteln, die für den jeweils erreichten neuen Standort gelten.
Demgemäß werden in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Bestimmungsgrößen des
Ausgangsstandortes. bevor die Geschwindigkeitswerte aufgenommen bzw. verarbeitet
werden, gerätemäßig eingestellt und die eingestellten Werte nach Aufnahme der Geschwindigkeitswerte
unter Verwendung derselben in die den Bestimmungsgrößen des neuen Standortes entsprechenden
Werte umgewandelt
und damit der jeweilige Standort zur Darstellung
gebracht.
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Des weiteren wird nach der Erfindung die Geschwindigkeit des den in
Bewegung befindlichen Körper tragenden Mediums nach Größe ünd Richtung in ein Gerät
zur Standortbestimmung eingegeben und dort, in zwei Komponenten zerlegt, für die
Ermittlung der Bestimmungsgrößen des Standortes benutzt. Es werden die beiden Komponenten
getrennt voneinander einer mechanischen Integrationseinrichtung zugeleitet und nach
dem Integrationsvorgang über die Zeit automatisch ztir Beeinflussung der Darstellung
des Standortes herangezogen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden ferner die jeweiligen
kennzeichnenden Werte der Geschwindigkeit des in Bewegung befindlichen Körpers und
diejenigen der Geschwindigkeit des den Körper tragenden Mediums bzw. ihre Änderungen,
vorzugsweise bei laufender, inbesondere automatischer Eingabe in das Gerät, selbsttätig
miteinander gemeinsam unter Berücksichtigung der gegenseitigen Winkelstellunig der
beiden Geschwindigkeiten zur Ermittlung der Bestimmungsgrößen des jeweiligen Standortes
verarbeitet bzw. nach gerätemäßiger Voreinstellung gegebener Größen zusammen mit
diesen zu den für den neuen Zeitpunkt geltenden Bestimmungsgrößen ausgewertet. Dieses
kann laufend geschehen, so daß zu jedem Zeitpunkt automatisch der jeweilige Standort
wiedergegeben wird. Dabei werden zweckmäßigerweise die Komponente der Geschwindigkeit
des Körpers und die des tragenden Mediums, die der Ermittlung der einen Bestimmungsgröße,
z. B. der geographischen Breite, dienen, einer gemeinsamen Integrationseinrichtung
zugeleitet, während die der anderen Bestimmungsgröße, z. B. der geographischen Länge,
zugeordnete Komponente der Geschwindigkeit des Körpers und des tragenden Mediums
an eine andere, jedoch ebenfalls beiden gemeinsame Integrationseinrichtung gegeben
wird.
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Bei einer mit Vorteil angewendeten Verfahrensart geschieht die Eingabe
der gegebenen Werte in der Weise, daß die Bestimmungsgrößen (geographische Länge
und Breite) des Ausgangsortes von Band zu Standortbestimmungsgerät eingestellt werden,
Größe und Richtung der Geschwindigkeit des bewegten Körpers automatisch durch elektrische
Fernsteuerung (Gleichlauf-Steuerung) z. B. von einer Kurs- und Fahrtzentrale in
das Gerät gelangen und die Geräteeinstellung nach Größe und Richtung der Geschwindigkeit
des tragenden Mediums von Hand geschieht, wobei die letzteren Werte, wenn sie sich
gemäß gesonderter Feststellung im Laufe der Bewegung des Körpers geändert haben,
auch von Hand berichtigt werden können.
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Der Begriff der geographischen Bestimmungsgrößen beschränkt sich im
Rahmen der Erfindung nicht nur auf die geographische Länge und geographische Breite,
sondern er umfaßt auch die Größen aus anderen Bezugssystemen, mit denen die Definition
eines Ortes oder Punktes gegeben werden kann, wie z. B. das Gitternetzsystem oder
ein auf ein Ziel gerichtetes Standliniensystem.
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Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es beispielsweise möglich,
nach Voreinstellung bestimmter Größen an einem Gerät die bei der Bewegung des Körpers
erreichte geographische Länge und Breite vollautomatisch zti ermitteln und damit
z. B. eine Blindnavigation durchzuführen.
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An Hand einer schematischen Darstellung der Fig. i a, i b und i c
sei das `Fesen des erfindungsgemäßen Verfahrens in beispielsweiser Anwendung auf
die Standortbestimmung eines Flugzeuges erläutert, und zwar zeigt Fig. i a in einem
Diagramm das sog. Winddreieck, Fig. i b die Komponentenzerlegung der Geschwindigkeit
des Flugzeuges und des Windes sowie ihre Einwirkung auf eine Integrationseinrichtung,
Fig. i c die Abnahme der Integrale und ihre Zuleitung zu den Anzeigevorrichtungen
der geographischen Länge und Breite des Standortes.
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Die Bezeichnungen in den schematischen Darstellungen sind so gewählt
worden, daß sie mit den Bezeichnungen der später zu beschreibenden Aitbildungen
des Ausführungsbeispiels übereinstimmen.
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Es sollen in einem Zählwerk 3 (Fig. i c) die geographische Länge und
in einem Zählwerk, die geographische Breite des jeweiligen Standortes eines in der
Luft befindlichen Flugzeuges nach Graden und Minuten zur Darstellung gebracht werden.
Zu diesem Zweck werden zunächst die Werte der geographischen Länge und Breite eines
Ausgangspunktes, z. B, des Startplatzes, von Hand mittels der Knöpfe 5 und 6 in
den Zählwerken 3 und d eingestellt. Eine Änderung dieser voreingestellten Werte
im Flug entsprechend dein jeweils neu eingenommenen Standort geschieht folgendermaßen:
Durch ein in dem Schema nicht näher dargestelltes Gleichlauffernübertragungssystem
wird, z. B. vom Kursgeber der Maschine her, ein Stift 14 (Fig. 1 b) um einen Drehpunkt
io automatisch jeweils derart verschwenkt, daß seine Verbindungslinie mit 16 gegenüber
der y-Achse eines durch 16 verlaufenden Koordinaterisvstem einen Winkel a einschließt
(Fig. i a), der dem Kurswinkel, also der Richtung der Geschwindigkeit des Flugzeuges
entspricht. Der Abstand des Stiftes 1:I vom Drehpunkt 16 stellt ein Maß für die
Größe der Geschwindigkeit v,, dar, mit der die Maschine fliegt. Dementsprechend
ist dieser Abstand in Abhängigkeit von der jeweiligen Änderung der Fluggeschwindigkeit
veränderlich, und zwar erfolgt diese Abstandsänderung ebenfalls automatisch, indem
z. B. von einem Geschwindigkeitsmesser her durch Fernsteuerung (Gleichlauf-Steuerung)
der Stift 14 von 16 entfernt oder aber diesem Punkt genähert wird. Da der Standort
des Flugzeuges durch seine Koordinaten (Länge und Breite) angegeben wird und die
Lage des Stiftes 1d
nach <lern Gesagten eine Funktion der Veränderung
dieses Standortes ist, so sind auch die jeweiligen Koordinaten des Stiftes 14, bezogen
auf den Drehpunkt i6 bzw. die Komponenten (v, - siii a, v,, - cos a;) (Fig.
i c) der die Flugzeuggescli@\,incligkeit nach Größe und Richtung darstellenden Strecke
i4-16 Funktionen der jeweiligen Flugzeugkoordinaten, so daß sie als Grundlage für
die Darstellung der neuen Bestinitnutiäsgrößen verwendet werden können, wobei noch
die Zeit zu berücksichtigen ist, die seit dem Verlassen des im Längen- und Breitenzählwerk
voreingestellten Standortes vergangen ist. In dein Schema werden die beiden Komponenten
dargestellt durch die beiden senkrecht zueinander stehenden und parallel zu den
Koordinaten des Drehpunktes 16 bewegbaren Schieber 6o und 61, die genieinsain mit
dein Stift 14 so verbunden sind und so geführt werden, daß sie bei einer Verstellung
des Stiftes 14 in der Zeichenebene uni einen Betrag parallel zu den durch 16 verlaufenden
Nullkoordinaten verschoben werden, der der Änderung der Größe und/oder Richtung
der Flugzeuggeschwindigkeit entspricht. Schieber 6o ist dabei der geographischen
Länge und der Scliieller ()i der geographischen Breite zugeordnet. Der Weg des Schiebers
6o (v, - sin a) wird auf eine ihin zugeordnete Integrationseinrichtung und der des
Schiebers 61 (v,, - cos a) auf eine andere diesem Schieber zugeordnete Integrationseinrichtung
übertragen, so claß damit die Komponenten als Integranden in ihre zugeordneten Integratoren
eingellen. In dem Ausführungsbeispiel sind als Integrationseinrichtungen Scheiben-Rollen-Walzen-Integratoren,
also solche mit unendlichem Integrationsweg benutzt. Dementsprechend wirkt der Schieber
6o auf einen Kugelkäfig 72 eines solchen zum Lä ngenrechenwerk gehörenden Integrators
im Sinne einer Annäherung oder Entfernung des Käfigs 72 zum Scheibenmittelpunkt
oder von diesem weg und der Schieber 61 auf einen entsprechenden Käfig 73 des zum
Breitenrechenwerk gehörenden Integrators. Die der Flugzeit entsprechende Zeit, Tiber
die die Komponenten zu integrieren sind, wird durch einen Motor 93 in die Integratoren
eingegeben, der mit konstanter Geschwindigkeit die Scheibe 87 des Breitenintegrators
Tiber Schnecke iao, Zahnrad 121, Welle 94, Schneckenrad 122. Schnecke 123, Welle
96 und Zahnrad 97 antreibt und von 87 aus Tiber Schneckenräder 9l, 92 auch eine
Drehung der Scheibe 86 des Längenintegrators bewirkt. Eine Steuerung mittels Hemmwerk
98 und iMitlaufeinrichtung und Potentiometer 99, ioo sorgt für eine spannungsunabhängige
Konstanthaltung der Drehzahl des Antriebsmotors 93.
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Die so gebildeten Integrale werden über geeignete Übertragungselemente
auf die zugeordneten Einrichtungen zur Darstellung der geographischen Länge und
der geographischen Breite übertragen. Diese Einrichtungen können Zählwerke 3, .I
sein, in denen die Bestimmungsgrößen nach Graden und Minuten angezeigt werden. Sie
können aber auch beispielsweise aus anderen Konstruktionselementen bestehen, z.
B. aus solchen, die die Standortkoordinaten bzw. den Standort gemäß seinen Koordinaten
an Hand einer Karte anzeigen.
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ach dem Schema der Fig. i c geschieht die zählwerksmäßige Anzeige
der geographischen Länge in dem Zählwerk 3, das von der Integrationseinrichtung
72, 88, 90, lob bis i io über Zahnräder 112° und 112b, Welle 130, Schnecke
131 und Rutschkupplung 132 angetrieben wird. Die Beeinflussung der Kartenanzeige
kann dagegen von einer Kontakteinrichtung 133 aus erfolgen, die z. B. durch Drehung
der Walze verursachte Fortschaltimpulse gibt. Für die Integrationseinrichtung 87,
73, 89 bestehen die entsprechenden, der Anzeige dienenden Elemente in dem Breitenzälilwerk
.I, das Tiber die Übertragungsteile 135 bis 139 angetrieben wird, und der Kontakteinrichtung
134 für die Breiteneinstellung eines Kartengerätes.
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Außerdem läßt die Fig. i c Maßnahmen erkennen, die für die Darstellung
der jeweiligen geographischen Länge in dem Zählwerk 3 selbsttätig eine Berücksichtigung
der jeweiligen geographischen Breite von den Einrichtungen zur Erniittlung der letztgenannten
Bestimmungsgröße her ermöglichen, um dem Umstand gerecht zu werden, daß sich der
Abstand zweier Längengrade voneinander in Abhängigkeit von der geographischen Breite
ändert. Zu diesem Zweck geht über Welle i.Io, Schnecke und Schneckenrad 102,
103,
Welle 104, Schnecke und Schneckenrad io5, Toi sowie Stift loh und Führung
107, die zur radialen Verschiebung eines von der Walze 9o des Längenintegrators
angetriebenen Kugelsystems log auf einer Scheibe i io dienen, der für die geographische
Breite ermittelte Wert als sec 9p in den Wert für die geographische Länge ein. Diese
Maßnahmen zur Berücksichtigung von sec (p sind jedoch bei der Anwendung des grundsätzlichen
Erfindungsgedankens nicht unbedingt erforderlich. Sie können z. B. wegfallen, wenn
der jeweilige Standort auf einer Karte mit parallel verlaufenden Meridianlinien
zur Darstellung gebracht wird. Die Voreinstellung der Bestimmungsgrößen des Ausgangsortes,
z. B. des Startplatzes, geschieht über die Einstellknöpfe 5 und 6.
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Bei den bisherigen Erläuterungen zu Fig. i b ist der Einfluß des «'indes
noch nicht berücksichtigt. Grundsätzlich ist dies im Rahmen der Erfindung nicht
an eine bestimmte Phase des Gerätespiels zur Bildung der jeweiligen Bestimmungsgrößen
gebunden. Es ist vielmehr möglich, das in der erwähnten Weise errechnete Ergebnis,
eventuell sogar von Hand, um durch den Wind bedingte und mit einem getrennten Gerät
ermittelte Beträge zu korrigieren. Zweckmäßigerweise geschieht die den Windeinfluß
berücksichtigende Korrektur gemäß der Erfindung analog und gleichzeitig mit der
aus Fahrt und Kurs des Flugzeuges erfolgten Ermittlung der Komponenten und ihrer
Integration über die Zeit. Zu diesem Zweck wird ein zweiter Stift .I8 (Fig. i a
und i b), der gleichfalls um den Punkt 16 schwenkbar angeordnet ist und von ihm
entfernt
bzw. an ihn herangebracht werden kann, entsprechend der Windrichtung im Winkel ß
(Fig. i a) zu dem Koordinatensystem eingestellt und in einen der Windgeschwindigkeit
entsprechenden Abstand zu 16 gebracht. Dabei ist für die Einstellung der Windrichtung
bzw. des Winkels ß zum Koordinatensystem zu beachten, daß für die Ermittlung der
Windkomponenten mit dem Winkel ß -f- 18o° gerechnet werden muß, da der Windwinkel
angibt, woher der Wind kommt, während der Kurswinkel a angibt, wohin sich das Fahrzeug
bewegt. Um aber die Werte für den Wind in demselben System einstellen zu können
wie die Werte für Kurs und Fahrt des Flugzeuges, muß der Eingabestift 48 um 18o°
um 16 verschwenkt werden. Aus Fig. i a ist ersichtlich, in welcher Weise Winkel
ß benutzt wird, um die Komponenten v" # sin ß und v" # cos ß zu bekommen und daß
dadurch einerseits der Abstand zwischen den Stiften 14 und 48 einen der Grundgeschwindigkeit
v, des Fahrzeugs proportionalen Wert und andererseits der Winkel zwischen der Verbindungslinie
von 14 und 48 und der die Eigengeschwindigkeit des Flugzeuges darstellenden Verbindungslinie
14-1U den Abtriftwinkel b ergibt.
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Dadurch ergibt sich neben der Möglichkeit der Korrektur der Standortkomponenten
in Rücksicht auf den Windeinfluß die weitere Möglichkeit, über den Abgriff an zwei
Widerständen die beiden Werte, Windgeschwindigkeit und Abtriftwinkel, mittels Drehmagnetsystemen
zur Anzeige zu bringen.
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In die Komponentenermittlung für den Flugzeugstandort werden die Windwerte
auf folgende Weise eingebracht. Analog dem Stift 14 sind auch dem Stift 48 zwei
Schieber 74 und 75 zugeordnet, die sich bei seiner Verstellung parallel zu den Koordinaten
mit 16 als Mittelpunkt verschieben. Dabei wirkt der Schieber 74 auf das dem Längenzählwerk
3 zugeordnete, gleichzeitig unter dem Einfluß des Schiebers 6o stehende Integrationssystem
ein und der Schieber 75 über das dein Breitenzählwerk 4 zugeordnete, unter dem Einfluß
des Schiebers 61 stehende. Der Schieber 74 legt bei seiner Bewegung einen Weg proportional
dem Wert - v. . sin ß und der Schieber 75 einen Weg proportional dem Wert
- v, - cos ß zurück. Über die Umkehrhebel 78 und 79 werden die durch die
Windversetzung bedingten Vorzeigen wieder richtiggestellt, so daß der Kugelhalter
72 einen Weg zurücklegt entsprechend der Strecke ± v, # sin a ± vu, # sin
ß = vg # sin y
und der Kugelhalter 73 einen Weg entsprechend der Strecke ±
v, # cos a ± v", # cos ß = v, # cos y, wobei z,9 die Grundgeschwindigkeit und y
den Kurs über Grund darstellt.
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Die Integration dieser Werte über die Zeit wird in der oben beschriebenen
Weise erreicht. Dann entsprechen die Umdrehungen der dem Längenanzeigewerk zugeordneten
Walze 9o des entsprechenden Integratorsystems dem Betrag
und die Umdrehung der Breitenwalze goa dem Betrag
Die Drehungen an der Breiten- und der Längenwalze gelangen dann in der oben bereits
beschriebenen Weise, die Drehung der letzteren unter Multiplikation mit sec (p
zu dem Betrag
in das zugeordnete Anzeige- bzw. Zählwerk.
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Eine beispielsweise Ausführungsmöglichkeit einer als geschlossenes
Gerät ausgebildeten Einrichtung zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist
in den Fig. 2 bis 9 dargestellt. Es zeigt Fig. 2 die Vorderansicht des Gerätes,
Fig.3 einen Schnitt durch das Gerät nach der Linie A-B der Fig. 2, Fig. 4 einen
Schnitt entsprechend der Linie C-D der Fig. 3, Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie
E-F der Fig. 3, Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie G-H der Fig. 5, Fig. 7 einen
Schnitt nach der Linie 1-K der Fig. 6, Fig.8 eine Seitenansicht des Getriebes nach
I' ig- 7, Fig. 9 einen Schnitt nach der Linie L-31 der Fig. 6.
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Die wesentlichen Teile des Gerätes sind: die Mittel zur Eingabe der
Werte für Kurs und Fährt einerseits und Windrichtung und -größe andererseits, die
Mittel zur Komponentenzerlegung, die Recheneinrichtungen, die in der Hauptsache
aus den Integriervorrichtungen und den Anzeigeelementen bestehen, und schließlich
die Verbindungselemente zwischen Breiten- und Längenrechenwerk zur Einbringung von
sec 9Q in letztere und der zur Einbringung der Zeit dienende Antrieb für die Integriereinrichtungen,
für den ein durch Hemmwerk geregelter Motor benutzt wird.
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In Fig.2 ist i ein Fenster, durch das die geographische Länge, und
2 ein Fenster, durch das die geographische Breite (in dem Falle des Ausführungsbeispiels
beide Werte in Graden und Minuten) abgelesen werden können. Angezeigt werden diese
Werte durch Ziffernrollen eines Zählwerks 3 für die Länge und eines Zählwerks .4
für die Breite (Fig. 2 und .1). Im Rahmen der Erfindung kann die Wiedergabe der
geographischen Bestimmungsgrößen an Stelle oder neben der Zählwerksanzeige auch
auf andere Weise, z. B. auf einer Karte erfolgen, über die entsprechend Zeiger gleiten,
die durch ihren Schnittpunkt den
jeweiligen Standort kenntlich machen.
Auch eine Lichtpunktanzeige kann hierfür benutzt werden. Eingabe der Kurs- und Fahrtwerte
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung des jeweiligen
Standortes bewegter Körper, z. B. eines Flugzeuges, werden zunächst die Bestimmungsgrößen
des Ausgangsortes, also z. B. des Startpunktes, mit Hilfe der auch für etwaige Korrekturen
benutzbaren Einstellvorrichtungen 5 und 6 (5 für die Länge, 6 für die Breite) (Fig.2)
eingestellt. Startet das Flugzeug, so wird in das Gerät die Größe und Richtung der
Geschwindigkeit des Flugzeuges, also seine Fahrt und sein Kurs, gegeben, und zwar
geschieht dies bei dem Ausführungsbeispiel laufend durch Fernsteuerung. Von einem
Kursgeber des Flugzeuges her wird in dem Ausführungsbeispiel eine als 1)rehstellungsempfänger
ausgebildete Empfangseinrichtung 7 (Fig. 5 und 6) derart heeinflußt, daß von diesem
der Kurswinkel abgenommen werden kann. Auf der Achse des DrehstellullgsemPfällgers
7 sitzt nämlich ein Zahnrad 8, dessen Stellung zum Topf des Drehstellungsempfängers
dem jeweils anliegenden Kompaßkurs entspricht. -fit Zahnrad 8 kämmt ein Zahnrad
9, das seinerseits über den Zapfen io mit dem Flansch i i einer Hohlwelle 12 fest
verbunden ist, so daß durch eine Verstellung des Zahnrades 8 zum Gehäuse des Empfängers
die Hohlwelle 12 über ein Zahnrad 9 gedreht wird. Die Hohlwelle 12 vermag ein Getriebe
zu beeinflussen, das in Fig.7 dargestellt und folgendermaßen ausgestaltet ist: Ein
Drehkörper 13, der mit der Hohlwelle 12 so verbunden ist, daß sie auf ihn die vom
Empfänger 7 den Zahnrädern 8 und 9 erteilte Drehbewegung übertragen kann, trägt
einen Stift 14 (Fig. i a, i c, 4, 6, 7, 8). Dieser Stift 14 ist nicht unmittelbar
auf dem Drehkörper, sondern auf einem Stück 15 (Fig. 7 und 8) fest angebracht, das,
in einer Schwalbenschwanzführung des Drehkörpers 13 bewegbar, den Stift 14 auf einem
Radius des Drehkörpers 13 führen kann. Wird nun vom Motor 7 leer der Körper 13 um
seine Drehachse 16 gedreht, so wird auch das Führungsstück 15 mit dem Stift 14 um
einen Winkel verstellt, und zwar entspricht diese Verstellung, wie bereits oben
ausgeführt, der Änderung des Kurswinkels und der Winkel, den eine durch Stift 14
und den Drehpunkt i0 des Drehkörpers 13 gelegte Gerade gegenüber der bei dem Kurswinkel
o eingenommenen Geraden einschließt, dein jeweils vorliegenden Kurswinkel, der damit
in das Gerät eingegangen ist. Dieser Kurswilikel stellt, wie gesagt, den Kompaßkurs
dar.
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Um unter Vernachlässigung der Deviation den rechtsweisenden Windkurs,
das ist der rechtsweisende Kurs ohne Berücksichtigung des Windeinflusses bzw. die
Lage der Flugzeuglängsachse, einzugeben, muß noch die Ortsmißweisung hinzukommen.
Hierfür ist ein Zahnrad 17 mit dem Geliäuse des Empfängers 7 fest verbunden, so
daß das Gehäuse über Ritzel 18 und Achse i9 von dem Einstellknopf io (Fig. 6 und
2) aus um den der Ortsmißweisung entsprechenden Betrag von Hand verstellt werden
kann. Bei dieser Verstellung dreht sich das Zahnrad 8, das seine Stellung zum Gehäuse
7 beibehält, und damit auch der Drehkörper 13 um denselben Betrag mit, so daß nun
das Führungsstück 15 bzw. die Verbindungslinie 14 mit dem Drehpunkt 16 um einen
Betrag Kompaßkurs -F- mittlere Ortsmißweisung = rechtsweisender Windkurs verdreht
ist.
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Die Fahrt oder die Größe der Geschwindigkeit des Flugzeuges wird,
wie bereits erläutert, gleichfalls durch den Stift 14 dargestellt, und zwar durch
seine Entfernung von der Achse bzw. dem Drehpunkt 16 des Körpers 13. Dieser Fahrtwert
geht dadurch in das Gerät ein, daß ein Motor 21 (Fig.6), z. B. von dem Fahrtgeber
des Flugzeuges her ferngesteuert, über ein Getriebe 22, 23 (Fig. 5) und Achse 24
(,Fig.6) auf ein Zahnrad 25 wirkt, das fest mit der in der Hohlachse 12 angeordneten
Welle 26 verbunden ist. Welle 26, deren Achse mit der Drehachse 16 des Drehkörpers
13 zusammenfällt, trägt ein Ritzel 27 (Fig.6 und 7), das seinerseits mit einer an
dem Führungsstück 15 befindlichen Zahnstange 28 kämmt, derart, daß es bei Drehung
der Welle 26 eine Verschiebung des Führungsstückes 15 in dem Sinne einer Entfernung
des Zapfens 14 vom Drehpunkt 16 oder eine Annäherung an denselben je nach der Drehrichtung
der Welle 26 verursacht. Da diese Drehung der Welle 26 bzw. des Ritzels 27 proportional
der über dem Motor 21 fernübertragenen Geschwindigkeitsänderung ist, so stellt die
Entfernung des Zapfens 14 vom Punkt 16 ein Maß für die Geschwindigkeit des Flugzeuges
dar.
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Die Fernübertragung der Geschwindigkeit geschieht nach dem bekannten
Prinzip der selbstabgleichenden Meßbrücke, bei der ein Nehmerpotentiometer infolge
des gegenüber dem Geberpotentiometer auftretenden Spannungsunterschiedes durch einen
relaisgesteuerten Motor um denselben Betrag verstellt wird, der als Maß für die
Geschwindigkeit bzw. für die Geschwindigkeitsänderung am Geberpotentiometer eingestellt
ist. In Fig. 6 ist 29 das Nehmerpotentiometer und 3o ein Kontaktarm, der auf der
Potentiometerwicklung schleift. Letzterer ist mit dem fest auf der Welle 26 sitzenden
Zahnrad 25 durch ein noch zu erläuterndes Getriebe verbunden. Die Wicklung des Nehmerpotentiometers
29 ist an die eine Seite eines Relais 33 geschaltet, an dessen anderer Seite das
nicht dargestellte außerhalb des Gerätes befindliche Geberpotentiometer liegt. Liegen
nun am Geber- und am Nehmerpotentiometer verschiedene Spannungen, dann spricht das
Relais 33 an und schaltet den Motor 21 ein, der das Zahnrad 25 und damit den Kontaktarm
30 und die Welle 26 je nach seiner Drehrichtung vor- oder zurückdreht, bis
am Potentiometer 29 wieder dieselbe Spannung wie am Geberpotentiometer liegt. Dadurch
wird das Relais 33 stromlos, und der Motor kommt wieder zum Stillstand. Die Drehung
der Welle 26 bewirkt über das Ritzel 27 und Führungsstück 15 eine radiale
Bewegung
des Stiftes 14, wodurch dieser auf den neuen Geschwindigkeitswert eingestellt wird.
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Um eine Geschwindigkeitskorrektur durchführen zu können, die notwendig
ist, wenn die vom Geschwindigkeitsmesser des Flugzeuges ermittelten Werte mit der
wahren Geschwindigkeit aus irgendwelchen Gründen (Indexverschiebung, Temperatur
u. dgl.) nicht übereinstimmen, ist in jedes der beiden Leitungsenden des N ehmerpotentiometers
ein Regelpotentiometer gelegt. Diese beiden Potentiometer 34 und- 35 (Fig. 3) können
über Zahnräder 36 und 37 und Achse 38 vom Knopf 39 aus (Fig. 3 und 2) von Hand gegensinnig
verstellt werden, so daß in einem solchen Fall Zahnrad 25 und damit auch Stift 14
eine Stellung einnehmen, die dem Betrag: gemessene Eigengeschwindigkeit -1- Geschwindigkeitskorrektur
= wahre Eigengeschwindigkeit v, entspricht.
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Um bei der gewählten Ausgestaltung der Geschwindigkeits- und Kurseingabe
zu verhindern, daß sich infolge Drehung des Drehstückes 13 bei Kurseingabe
die Zahnstange 18 (Fig. 7) des Führungsstückes 28 an dem Ritzel 27 entlang bewegt
und dadurch eine unerwünschte radiale Verschiebung des Stiftes 14 hervorgerufen
wird, ist das Potentiometer 29 (Fig. 6) mit dem Zahnrad 9 fest verbunden, so daß
das Potentiometer seine Lage zum Zahnrad 9 und sein Kontaktarm 30 sowie über
Welle 26 auch das Ritzel 27 ihre Lage zum Drehstück 13 beibehalten, selbst wenn
sich Zahnrad 9 und damit Drehstück 13 infolge Kurseingabe drehen. Damit ist
die Relativbewegung des Ritzels 27 gegenüber dem Drehstück 13 und folglich
auch die Radialverschiebung des Stiftes 14 nur von der Geschwindigkeitseingabe abhängig.
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Das erwähnte, aus Fig. 6 und 9 ersichtliche Getriebe zwischen Zahnrad
25 und Kontaktarm 3o, über das bei Drehung des Zahnrades 25 der Kontaktarm
30 mitgenommen wird, dient dem Zweck, die infolge der Charakteristik des
Geschwindigkeitsmessers einen nicht linearen Verlauf aufweisenden Fahrtwerte linear
auf das Ritzel 27 zu geben. Wie dargelegt, wird das fest auf der Welle 26 sitzende
Zahnrad 25 und damit Ritzel 27 von dem Motor 21 angetrieben, wobei die Dauer dieser
Bewegung durch den Kontaktarm 30 bestimmt wird. Dieser Kontaktarm 3o, der
lose auf der Welle 26 sitzt, ist als zweiarmiger Hebel ausgebildet, dessen dem Schleifkontakt
abgewandtes Ende einen Stift 4o trägt. Dieser greift, wie Fig. 9 zeigt, in den Schlitz
41 eines Schiebers, in dessen zweiten Schlitz 43 ein mit Zahnrad 25 fest verbundenes
Führungsstück 44 hineinragt, so daß der Schieber 42 bei Drehung des Zahnrades mitgenommen
wird, sich aber radial bewegen kann. Diese radiale Bewegung wird durch eine mit
dem Wicklungsträger des Potentiometers 29 fest verbundene Kurvenscheibe 45 gesteuert,
gegen die eine am Schieber befestigte Gleitrolle 46 mittels Feder 47 gedrückt wird.
Auf diese Weise wird je nach der Kurvenform der Scheibe 45 bei Drehung des Zahnrades
25 der Kontaktarm 30 Mit Vor- oder Nacheilung entsprechend dem Betrag mitgenommen,
um den die Charakteristik des Geschwindigkeitsmessers vom linearen Verlauf .. weicht.
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Einbringung der Windwerte Die Einbringung der Werte von Windrichtung
und -stärke bzw. -geschwindigkeit in das Gerät geschieht in der gleichen Weise wie
von Fahrt und Kurs des Flugzeuges, jedoch mit der Abweichung im Ausführungsbeispiel,
daß es von Hand erfolgt. So ist auch hier ein Stift vorgesehen, dessen Lage radial
zu einem Drehpunkt ein Maß für die Stärke des Windes ist und dessen Verbindungslinie
mit dem Drehpunkt einen Winkel gegenüber der Nullstellung einschließt, der ein Maß
für die Richtung des Windes darstellt. Dieser Stift ist in den Fig. i a, i c, 3,
4 und 6 mit 48 bezeichnet. Er sitzt fest auf einem Führungsstück 49, (las in dein
Drehstück 5o so angeordnet ist, daß es bei Drehung desselben um die Systemachse
um diese mitgedreht und bei Drehung des gleichachsig im Drehstück untergebrachten
Ritzels 51 über seine Zahnstange 52 radial verschoben wird. Die Drehachse dieses
Systems ist die Verlängerung der Drehachse 16 des Systems zur Fahrt- und Kurseingabe
und daher in den Zeichnungen gleichfalls mit 16 bezeichnet. Die Betätigung des Drehstücks
5o, also die Winkeleinstellung, erfolgt über den Handgriff 53, der auf der Hohlachse
54 sitzt, während für die Radialverschiebung des Stiftes 48, also für die Geschwindigkeitseinstellung,
der Handknopf 55 (Fig. 2, 3 und 6) dient, der über die durch Rohlachse 54 verlaufende
Welle 56 das Ritzel 5 i antreibt. Um auch hier zu vermeiden, daß durch Drehung des
Drehstücks 5o eine Relativbewegung gegenüber dem Ritzel 51 entsteht, ist der Knopf
55 durch eine Feder 57 so mit dem Griff 53 gekuppelt, daß er bei Bedienung des letzteren
mitgenommen wird, aber auch unabhängig von diesem betätigt werden kann. Eine Rändelscheibe
58 dient der Rasterung der Bedienungselemente, indem der Griff 53 durch eine Feder
59 gegen die Rändelung gedrückt wird. Komponentenzerlegung In der vorbeschriebenenWeise
werden Fahrt und Kurs des Flugzeuges durch den Stift 14 und Windrichtung und -stärke
durch den Stift 48 im Gerät verkörpert. Diese Werte sind nun in ihre Komponenten
zu zerlegen und die in derselben Dimension liegenden für die Rechnung miteinander
zu vereinigen. Für die Komponentenzerlegung der Werte der Eigenbewegung des Flugzeuges
sind zwei aufeinander senkrecht stehende Steuerelemente 6o und 61 (Fig. 4 und 6)
vorgesehen. Die Steuerelemente besitzen je eine Schlitzführung 62 und 63. Diese
beiden Führungen überschneiden sich so, daß, wie Fig. 4 zeigt, der Stift 14 durch
beide Schlitze, in denen er sich je nach seiner Bewegungsrichtung zügig bewegen
kann, hindurchgreift. Die beiden Steuerglieder 6o und 61 sind auf zueinander senkrecht
stehendenAchsen 64 und 65 mittels U-förmiger Bügel 66 und 67 leicht gleitend gelagert.
Wird also der Stift 1,4 in seiner Lage verändert, also eine Kurs- und/oder Geschw-indirkeitsiinderun.#"
vnr-
genommen, so verschiebt er das Steuerglied 6o zu |
dem \\ ert v,, - sina oder das Steuerglied 61 zu dem |
Wert v,, - cos (x oder aber auch beide Steuerglieder, |
je nachdem, ob seine Lageveränderung parallel zu |
den I' ührungskanten eines der beiden Steuerglieder |
oder in eine in gewissen Winkel dazu erfolgt. Jedes |
Steuerglied (6o, toi) überträgt seine Lageverände- |
rungen auf ein Integrationsgetriebe. Es geschieht |
(lies über eine entsprechend ausgebildete Platte 68 |
bzw. 69, die ebenfalls auf dem U-förmigen Bügel 66 |
bzw. 67 befestigt ist und mit einer Verzahnung |
(70 bzw. 71) in einen Zahnkranz des Kugelkäfigs |
(721)Z\%-.73) des zugeordneten Integrationsgetriebes |
eingreift. |
In ähnlicher \\'eise gehen die in das Gerät g°- |
gebellen Werte für das (las Fahrzeug tragende |
Medium, im Ausfülirucigsbeispiel also für den Wind, |
in die I@oniponentenzerlegunn ein. Dargestellt |
werden die \\"erte für den \\Bind im Gerät, wie be- |
schrieben, durch den Stift 48 bzw. durch seine |
Lage. Diesem Stift sind zwei senkrecht zueinander |
stehende Steuerschieber 74 und 75 zugeordnet, die |
mit ihren unter einem rechten Winkel zueinander |
stehende" Schlitzen 76 und 77 den Stift 48 um- |
fassen und so geführt sind, daß sich bei ent- |
sprechender Bewegung des Stiftes 48 der Steuer- |
schieber ;74 für die eine Windkomponente parallel |
zu der l- ührun- des derselben Komponente der Eigenbewegung des Flugzeuges zugeordneten
Steuerschiebers 6o bewegen kann, während der Steuerschieber 75 für die andere Windkomponente
eine Parallelverschiebung zu der Führung des der anderen Komponente der Eigenbewegung
des Flugzeuges zugcorditeteti Steuerschiebers 6i auszuführen vermag. Die dann von
dem Steuerschieber 74 eingenommene Lage entspricht dem Wert v" - sin ß und die des
Steuerschiebers 75 dem Wert v, # cos ß. Um nun die Windversetzung zu berücksichtigen,
also mit dem Winkel ß- 18o° rechnen zu können, wirken Steuerschieber 74 und 75 je
auf einen Umkehrhebel 78 bzw. 79, die durch die Bewegung des zugeordneten Steuerschiebers
um den Drehpunkt 8o bzw. 81 geschwenkt werden und dadurch einen entsprechend geführten
Schieber 82 bzw. 83 parallel, aber entgegengesetzt zum zugeordneten Steuerschieber
74 bzw. 75 verstelle". Die Schieber 82 und 83 tragen je eine Zahnstange, 84, 85,
die in denselben Zahnkranz des Kugelkäfigs 72 bzw. 73, jedoch um i8o° versetzt,
eingreift, mit dem auch die Zahnstange 7o bzw. 71 des dieselbe Komponente der Eigenbewegung
des Flugzeuges verkörpernden Steuerschiebers 6o bzw. 61 kämmt. Durch diese Anordnung
entspricht der vom Kugelkäfig 72 zurückgelegte Wen des Integriersystems, das der
Ermittlung der geographischen Länge dient, dem Betrag v,
- sin a + v", -
sin (ß + 18o°)
= v,
- sin y, und der Weg, den der Kugelkäfig 73 des
Integriersystems zurückgelegt hat, das für die Ermittlung der geographischen Breite
vorgesehen ist, dem Wert v,, - cos
a + v", - cos (ß + 180°)
= v,
- cos
y.
Rechenwerke Die Verstellung der Kugelkäfige 72 und 73 ist
die Einstellung der Rechenwerke, von denen für jede Komponente, also sowohl für
die Darstellung der geographischen Länge wie auch der geographischen Breite, je
eines vorgesehen ist. Jedes dieser Rechenwerke besteht bei dem Ausführungsbeispiel
in der Hauptsache aus einer Integriereinrichtung und einem Zählwerk, das auch durch
einen Impulsgeber od. dgl. ersetzt bzw. ergänzt werden kann. Die Integriereinrichtungen,
von denen in der Schnittzeichnung der Fig. 3 nur die für das Längenrechenwerk dargestellt
ist, bestehen aus einer auf Kugellagern um ihre Achse drehbaren Scheibe 86 bzw.
87 (in Fig. 4 für das Längenzählwerk nur durch den Teilkreis angedeutet), die mit
einem Zahnkranz versehen sind. Auf diesen Scheiben befindet sich ein aus zwei übereinanderliegenden
Kugeln bestehendes Kugelsystem 88 bzw. 89 (Fig. 3 und 4), das von einem Kugelkäfig
72 bzw. 73 umfaßt wird. Es ist dies der Kugelkäfig, mit dessen Zahnkranz Zahnstangen
70 und 84 bzw. 71 und 85 kämmen. Hierdurch wird infolge Verschiebung der
Steuerglieder eine radiale Verschiebung des Kugelsystems vom Mittelpunkt der zugehörigen
Scheibe weg oder zu diesem hin erzielt, die der Komponente v, - sin
y bzw.
v, - cos
y entspricht. Eine Drehung der Scheibe 86 bzw. 87 bewirkt je nach
der Entfernung des Kugelsystems vom Scheibenmittelpunkt eine langsamere oder schnellere
Umdrehung des Kugelsystems, die durch dasselbe für das Längenzählwerk auf eine Walze
9o (Fig. 3) übertragen wird (die für das Breitenzählwerk erforderliche Walze ist
in der Zeichnung nicht dargestellt, entspricht jedoch der Walze 9o der Fig. 3).
Die Walze 9o macht dann während der Zeit t Umdrehungen entsprechend dem Wert
und die entsprechende Walze des Breitenzählwerkes während derselben Zeit t Umdrehungen
entsprechend dem Wert
Dein Antrieb der Scheiben 86 bzw. 87 dient ein Motor 93 (Fig. 5), der durch bekannte
Übertragungselemente, von denen in Fig. 5 nur die Achse 94 und in Fig. 4 die Achse
96 mit dem Zahnrad 97 zu sehen sind, die Scheibe 87 und von dieser aus über ein
durch die Teilkreise 9i, 92 angedeutetes Getriebe auch die Scheibe 86 mit konstanter
Drehzahl in Umdrehung versetzt. Dadurch geht die Zeit, über die integriert werden
soll, in die Rechenwerke ein. Um die Drehzahl spannungsunabhängig konstant zu halten,
wird der Motor 93 (Fig. 5) von einem Hemmwerk 98 gesteuert, das über eine Mitlaufeinrichtung
mit der vom Motor 93 angetriebenen Welle 94 derart in Verbindung steht, daß bei
Änderung der Drehzahl der Welle 94 ein Schleifarm 99 auf der im Motorstromkreis
liegenden Potentiometerwicklung ioo im Sinne
einer Erhöhung oder
Herabsetzung der Motorspannung verstellt wird. Der von der Walze des Breitenrechenwerkes
gelieferte Wert wird über ein nicht näher dargestelltes Getriebe auf das Zählwerk
4 (Fig. 4) übertragen, so daß in dem Fenster 2 der Frontplatte des Gerätes (Fig.2)
der jeweils erreichte Wert der geographischen Breite in Graden und Minuten ablesbar
ist. Er kann auch im Rahmen der Erfindung in Form elektrischer Impulse von einer
an der Integrierwalze angeordneten oder von ihr gesteuerten Kontakteinrichtung abgenommen
werden.
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Um entsprechend den eingangs gegebenen Erläuterungen, den an der Integrierwalze
9o des Rechenwerkes für die geographische Länge auftretenden Wert noch mit sec
99 multiplizieren zu 'können, ist ein Schneckenrad ioi (Fig. i c, 3 und 5)
mit dem Breitenzählwerk 4 (Fig. i c, 2 und 4) gekuppelt, und zwar über ein Übertragungssystem,
das aus Fig. i c und 5 ersichtlich ist, und aus Schnecke 102, Schneckenrad 103,
Welle 104 und Schnecke io5 besteht. An dem Schneckenrad ioi sitzt, wie aus Fig.
3 ersichtlich, ein Stift io6, der bei Drehung des Schneckenrades ioi in einer Kulissenführung
gleitend die geeignet geführte Platte 107 und damit einen in ihr angebrachten Kugelkäfig
io8 und mit diesem wieder ein in ihm befindliches Kugelsystem iog einerseits längs
der Walze 9o und andererseits radial über eine Scheibe i io verschiebt. Diese Scheibe
i io sitzt an einer Schwinge i i i (s. auch Fig. 5), die schwenkbar gelagert mittels
Federzugs gegen das Kuge!walzensystem angedrückt wird. Aus Fig. 3 ist ohne weiteres
ersichtlich, daß bei Drehung der von Scheibe 87 her angetriebenen Walze 9o diese
Drehung über das Kugelsystem io9 auf die Scheibe iio übertragen wird, so daß von
dem auf der Achse dieser Scheibe sitzenden Zahnrad i i2 ein Wert abgenommen werden
kann, der eine Funktion der Umdrehung der Walze 9o und des Abstandes des Kugelsystems
iocg vom Mittelpunkt der Scheibe iio ist, mithin während der Zeit t dem Wert entspricht:
wobei T, die geographische Breite ist. Dieser Betrag wird als Wert für die in der
Zeit t erreichte geographische Länge über geeignete Übertragungselemente in das
Zählwerk 3 (Fig. 4) gebracht und ist im Fenster i auf der Frontplatte des Gerätes
(Fig. 2) in Graden und Minuten ablesbar.
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Mechanischer Aufbau des Gerätes Wie die Fig.3 zeigt, sind die wesentlichen
Teile des Gerätes auf der Frontplatte i 13 und auf einer parallel zu ihr im Gerät
liegenden Wand 114 angebracht, die untereinander 14nd mit der Rückwand durch geeignete
Abstandsäulen fest verbunden sind. Zwischen Vorder- und Rückwand wird das Gerät
durch geeignete Kappen nach außen hin abgeschlossen. Augen 115 und 116 (Fig. 2)
dienen zur federnden Aufhängung des Gerätes. An der Vorderwand sind noch zwei Anzeigeinstrumente
vorgesehen, von denen das eine, I 17, die Abtrift und das andere, 118, die
Geschwindigkeit des Flugzeuges über Grund anzeigt. iig ist ein Schalter, mit dem
der Geräteantrieb ein- und ausgeschaltet werden kann.
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In vielen Fällen wird ein Gerät in der beschriebenen Vollständigkeit
nicht erforderlich sein, so kann z. B. die Anzeige der Abtrift und der Grundgeschwindigkeit
wegfallen und auch z. B. bei der Anzeige auf einer Merkatorkarte die Einbringung
von sec T in das Längenrechenwerk in Fortfall kommen.