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Apparat für Unterrichts- oder Schulungszwecke in der Navigation, insbesondere
für die Luftfahrt Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die für Lehr- und Schulungszwecke
in der Navigation verwendet werden kann, und bezweckt, ein Instrument zu schaffen,
welches die Bewegung eines gedachten Fahr- oder Flugzeuges, das von einem oder mehreren
Schülern gesteuert wird, anzeigt oder registriert. Ein Instrument dieser Bauart
ermöglicht es, einen oder mehrere Schüler gründlich zu unterrichten und zu schulen,
ohne daß ein wirkliches Fahrzeug dabei Verwendung findet, stellt mithin einen wertvollen
Beitrag zur Schiffahrtkunde dar.
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Die Erfindung ist insbesondere auf jene Bauart derartiger Apparate
anwendbar, die für Lehr- und Schulungszwecke in der Luftfahrt Verwendung finden
und Instrumente darstellen, welche die von einem gedachten Flugzeug geflogene Route
anzeigen oder aufzeichnen.
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. Ein grundlegender Bestandteil eines derartigen Apparates ist eine
Karte, die vom Lehrer verwendet wird und die die Erdoberfläche darstellt, über welcher
die Bewegung ausgeführt wird. Obwohl in vielen Fällen Karten mit rechtwinkligen
Koordinaten zu diesem Zwecke bekannt sind, so genügen diese im allgemeinen nicht,
um einen großen Raum der Erdoberfläche darzustellen, sofern nicht beträchtliche
Ungenauigkeiten in Kauf genommen werden. in dieser Hinsicht. sind Karten, welche
eine wirklich konstante Skala vorsehen, für diesen Zweck höchst
wünschenswert,
insbesondere solche Karten, in denen die Meridiane durch zusammenlaufende gerade
Linien dargestellt sind, während die Breitengrade durch Kreisbogen dargestellt werden,
die in einem gemeinsamen Schnittpunkt im Mittelpunkt der besagten geraden Linien
liegen. Mehrere Systeme von Kartenentwürfen leisten diesem Erfordernis Genüge. Zum
Beispiel gibt es die einfache Kegelprojektionskarte mit einer- Normalparallelen,
eine solche, mit zwei Normalparallelen und die sogenannte Sekantenkegelprojektionskarte.
Darüber hinaus kann die Erfindung auch auf die polaren Zenithprojektionssysteme
angewendet werden, wie z. B. das polare Zenithproj ektionssystem mit gleichen Raumflächen,
das System mit gleich weit abstehenden, parallelen Raumflächen oder das sogenannte
stereographische Projektionssystem. Diese sind in Wirklichkeit Kegelprojektionen,
in welchen die Konstante.(Unveränderliche) des Kegels der Einheit gleichgesetzt
wird. Dies kann auch auf eine gerade Meridian-Mehrkegelprojektion _ angewendet werden,
wie z. B. auf das internationale Mehrkegelproj ektionssystem (i: z ooo ooo), und
zwar in den Fällen, in denen die _ Mittelpunkte der Bogen, die auf der verwendeten
Kärte-die Breitengrade darstellen, eng genug liegen, um zu eriÜöghchen, daß die
Abweichung außer acht gelassen werden kann, die durch die Annahme herbeigeführt
wird, daß die Bogen konzentrisch seien. Dementsprechend und für den Zweck dieser
Patentbeschreibung werden im nachfolgenden Karten, die auf solchem Projektionssystem
beruhen, als Karten, welche auf einer Kegelprojektion mit geradem Meridian beruhen,
bezeichnet.
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Im Falle der einfachen Kegelprojektion werden die Entfernungen entlang
der Normalparallelen genau; aber die Entfernungen entlang anderen "Parallelen werden
in dem Maße ungenau, in welchem sich die Entfernung von der Normalparallelen vergrößert.
In jenen Projektionsformen, die zwei Normalparallelen einschließen, sind die Entfernungen
entlang den zwei Parallelen genau, die Entfernungen entlang den dazwischenliegenden
Parallelen ein wenig zu kurz und die Entfernung entlang den Parallelen, die außerhalb
der zwei Normalparallelen liegen, ein wenig zu lang. Nichtsdestoweniger werden keine
ernsthaften Abweichungen herbeigeführt, indem man voraussetzt, daß die Skala konstant
ist.
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Wenn Karten, welche auf einer Kegelprojektion mit geradem Meridian
beruhen, verwendet werden, kann ein Verlauf eines. großen Kreises durch eine gerade
Linie ohne wesentliche Abweichung angezeigt werden. Dies erweist sich als vorteilhaft,
wenn Funkpeilungen vorgenommen werden, aber leider hat diese . Kartenart den Nachteil,
daß der Verlauf einer Windstrichlinie nicht durch eine gerade Linie dargestellt
werden kann; da solch eine Linie eine verschiedenartige winklige Verbindung zu jedem
Meridian haben würde. Nichtsdestoweniger wird die Verwendung von Karten, welche
auf einer Kegelprojektion mit geradem Meridian beruhen, für den Gebrauch - der Instrukteure
als wünschenswert angesehen, und demgemäß ist es eine der Aufgaben der-Erfindung,
einen neuen Apparat zu schaffen, der für Lehr- un-d Schulungszwecke in der Navigation
angewendet werden kann, bei welchem automatische Berichtigungen eingeführt werden,
um zu ermöglichen, daß solche Karten mit zufriedenstellenderem Ergebnis verwendet
werden können.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, bei hier in Betracht kommenden
Apparaten eine Karte, welche auf einer Kegelprojektion mit geradem Meridian beruht,
zu verwenden, wobei der Apparat automatisch arbeitende Mittel besitzt; die auf einem
Kompaßsystem Berichtigungen bewirken, derart, daB, wenn sich ein gedachtes. Fahrzeug
auf der Route eines Kompasses bei besagtem System bewegt, sich das anzeigende und
registrierende Element so bewegt, daß es die Meridiane der Karte bei im wesentlichen
gleichbleibenden Winkeln schneidet. Damit ein Schüler bei diesem Apparat einen konstanten
Kompaßkurs aufrechterhalten kann, muß er die Steuerung des Fahrzeuges auf die auf
den Kompaß automatisch angewandten Berichtigungen ausgleichen, und infolgedessen
zeichnet das anzeigende und registrierende Element auf der Karte eine gekrümmte
Spur, die einen gleichbleibenden Kompaßkurs repräsentiert.
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Der Hauptzweck der Erfindung besteht darin, einen neuen Apparat zu
schaffen, welcher- die Notwendigkeit solcher Ausgleichstätigkeit durch den Schüler
überflüssig macht. Dieser Apparat zeichnet sich weitgehend vom vorerwähnten dadurch
aus, daß die erforderlichen Berichtigungen zur Bewegung des anzeigenden und aufzeichnenden
Elements von der Apparatur gemacht werden und nicht erst auf ein magnetisches KompaBsystem
angewendet werden müssen.
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Die Erfindung besteht im wesentlichen aus einem Instrument, welches
auf einer auf einer Kegelprojektion mit geradem Meridian beruhenden Karte den- angenommenen
Kurs eines Pilotenausbildungsflugzeuges anzeigt und aufzeichnet, das von einem oder
mehreren Schülern gesteuert wird. Hierfür ist ein Kursanzeigeelement und ein Übertragungsmittel
vorgesehen, um relative Bewegungen des Kursanzeigers und der Karte in zwei gegenseitig
zueinander senkrechten Richtungen zu erzeugen, und zwar als Frequenzkurve auf Eingangsmeßwerte,
welche die angenommene Bewegung des Flugzeuges repräsentieren. Die Erfindung zeichnet
sich also durch die Schaffung von Berechnungsmitteln aus, welche in Übereinstimmung
mit jenen Eingangsmeßwerten gesteuert werden, welche die angenommene Bewegung des
Flugzeuges darstellen, um auf diese Weise denjenigen Winkel zu berechnen, der von
dem durch den auf der Karte vom Kursanzeiger angezeigten Punkt gehenden Meridian
mit einer der besagten zwei Richtungen gebildet wird. Ein wesentliches Merkmal der
Erfindung sind Mittel, welche die Arbeit der Übertragungsmittel in Übereinstimmung
mit dem Wert des -besagten Winkels abändern, so daß der durch die Bewegung des Kursanzeigers
über der Karte angezeigte Steuerkurs mit dem angenommenen Steuerkurs des Flugzeuges
übereinstimmt.
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In allen Ausführungsbeispielen der Erfindung sind weiterhin Mittel
vorgesehen, um elektrische Signale zu erhalten, welche die angenommene Position
des
gedachten Fahrzeuges und die angemessenen Berichtigungen darstellen,
die zur Bewegung der anzeigenden bzw. registrierenden Elemente und dieser elektrischen
Signale gemacht werden müssen. Zum Beispiel werden elektrische Potentialdifferenzen
angewendet, um die Wirkung der elektromechanischen Einrichtungen zu steuern, wodurch
die gewünschte Bewegung des anzeigenden bzw. registrierenden Elements erhalten wird.
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Es werden an Hand der Zeichnungen im Nachfolgenden beispielsweise
zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben, die sich auf die Fliegerschulung
beziehen.
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Abb. x stellt einen Entwurf dar, um den verwendeten Apparat nach dem
ersten Ausführungsbeispiel zu erklären; Abb. 2 zeigt den Apparat nach diesem ersten
Ausführungsbeispiel schematisch; Abb. 3 zeigt die Form eines Sinus-Kosinus-Potentiometers,
der in dem Apparat nach Abb. 2 verwendeten Art; Abb. q. zeigt den Apparat nach dem
zweiten Ausführungsbeispiel schematisch.
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Abb.5 ist ein Schema, welches die Arbeitsweise des in der Abb. q.
dargestellten Apparates erläutert; Abb. 6 zeigt eine Abänderung des in Abb. q. dargestellten
Apparates zwecks Verwendung von Polarkarten.
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In Abb. i sind die Meridiane einer auf Kegelprojektion beruhenden
Karte mit geraden Meridianen durch die Linien 7 dargestellt, die-in einem Punkt
P zusammenlaufen, welcher der Polpunkt ist, auf welchem die Kartenprojektion basiert.
Die Breitengrade sind durch konzentrische Bogen 8 dargestellt, die den Punkt P als
Mittelpunkt haben. Ein Punkt g stellt die angenommene Position des gedachten Flugzeuges
und den markierten Punkt einer registrierenden Feder dar, die auf der Karte in zwei
normalen Richtungen beweglich ist, und zwar parallel zum Meridian 0-P und in rechten
Winkeln zudem letzteren. Die Geschwindigkeit über Grund des Flugzeuges wird durch
die Längen- und Breitengeschwindigkeitsvektoren VN_s und V-r_w dargestellt. Wenn
der Winkel, der durch den durch Punkt g gehenden Meridian und den Meridian
0-P gebildet wird, a ist, so sieht man daraus; daß die Gesamtkomponente
der Geschwindigkeit des Flugzeuges in einer Richtung parallel zum Meridian
0-P liegt = VN_s . cos a -Vlj_W . sin a
und daß
die Gesamtkomponente der Geschwindigkeit des »Flugzeuges« in senkrechter Richtung
zum Meridian 0-P = VN_s . sin a -f- V_r_w - cos a ist.
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Der in Abb. 2 gezeigte Apparat wird angewendet, um diese Geschwindigkeitskomponente
zu berechnen und um eine aufzeichnende Feder über die Karte in Übereinstimmung mit
den erhaltenen Ergebnissen zu bewegen. Diese Karte, die mit io bezeichnet ist, beruht
auf einer Kegelprojektion mit geradem Meridian und ist in einem rechteckigen Rahmen
ii untergebracht. Die Meridiane und Breitengrade sind wiederum durch die Linien
7 bzw. 8 angezeigt wie in Abb. i, und der mittlere Meridian verläuft parallel zu
den senkrechten Seiten des Rahmens m. Eine registrierende Feder 12 ist an einer
vertikalen Längenleitspindel 13 so montiert, daß sie entlang der Leitspindel verschoben
wird, wenn die letztere durch einen elektrischen Motor 14 gedreht wird, der von
der Leistung eines Verstärkers 15 erregt wird. Dieser Motor 1q. treibt auch einen
Generator 16 an, welcher ein Geschwindigkeitsrückkopplungssignal an den Verstärker
15 liefert, und zwar über ein Kabel 17, um die Gewähr zu haben, daß die Winkelgeschwindigkeit
des Motors immer proportional zur zugeführten Spannung ist, und um eine Pendelung
zu vermeiden. Die vertikale Leitspindel 13 ist auf einer horizontalen Breitenleitspindel
18 montiert, und zwar mittels eines Lagerbocks ig, derart, daß, wenn als Ergebnis
der Drehung der Leitspindel 18, die durch einen elektrischen Motor 2o ausgelöst
wird, der Bock ig entlang der horizontalen Leitspindel verschoben wird, auch die
vertikale Leitspindel seitlich über die Karte io bewegt wird. Der Motor 2o wird
von der Leistung eines Verstärkers 21 erregt und treibt einen Generator 22 an, der
ein Geschwindigkeitsrückkopplungssignal für diesen Verstärker vorsieht.
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Die Arbeitsweise, wie die Eingangssignale den Verstärkern 15 und 2i
übermittelt werden, wird im folgenden beschrieben: Die vertikale Leitspindel 13
wird mechanisch an den Kontakthebel 23 eines Potentiometers 24 gekoppelt,
das zwischen und in Reihe mit den durch Hand nachstellbaren Potentiometern 25 und
26 geschaltet ist. Eine Wechselstrompotentialdifferenz, die eine Maximalamplitude
von 6oo Volt hat, wird zwischen dem äußeren Ende des Potentiometers 26 und dem äußeren
geerdeten Ende des Potentiometers 23 eingeführt. Der Kontakthebel des Potentiometers
25 wird an den Anschluß dieses Potentiometers mit dem Potentiometer 24 und der Kontakthebel
des Potentiometers 26 an den Anschluß dieses Potentiometers 26 mit dem Potentiometer
24 geschaltet. Außerdem sind die Kontakthebel dieser Potentiometer 25 und 26 so
gekoppelt, daß - wie auch immer sie eingestellt sein mögen - der kombinierte Reihenschlußwiderstand
immer konstant ist. Folglich wird die Maximalpotentialdifferenz über den Endstücken
des Potentiometers 24 aufrechterhalten bei einem konstanten Wert von ioo Volt, aber
die Ausgangsleistung der Spannung aus dem Kontakthebel 23 wird abhängig gemacht
einmal von der Stellung des Kontakthebels selbst, insofern als diese Spannungsausgangsleistung
ein Maximum repräsentiert, wenn sich die Feder i2 am Unterteil (Süd) der Karte befindet
und ein Minimum darstellt, wenn besagte Feder am Oberteil (Nord) der Karte angelangt
ist. Zum anderen ist die Spannungsausgangsleistung von den Stellungen der gekoppelten
Kontakthebel der Potentiometer 25 und 26 abhängig, die gemäß dem Verhältnis zwischen
vertikaler Länge der verwendeten Karte und der senkrechten Entfernung zwischen dem
Oberteil bzw. Unterteil der Karte und dem Polpunkt, auf welchem die Projektion basiert,
eingestellt sind, so daß Karten von verschiedenen Gebieten und verschiedenen Maßstäben
j e nach Belieben verwendet werden können. Wenn z. B. angenommen wird, daß das Oberteil
der verwendeten Karte vier Kartenlängen von dem Polpunkt entfernt ist, werden die
gekoppelten Kontakthebel der Potentiometer
25 und 26 so weit eingestellt,
bis die Maximalspannung an der Verbindungsstelle der Potentiometer 25 und 24 = 400
Volt und das Maximalpotential bei der Verbindungsstelle der Potentiometer 26 und
24 500 Volt beträgt. Es ist daher offenbar, daß die Ausgangsleistung der
Spannung aus dem Kontakthebel 23 dieses vertikalen Potentiometersystems_ die vertikale
Entfernung repräsentiert, die man erhält, wenn man mittels der Registrierfeder durch
den Polpunkt eine Senkrechte zum mittleren Meridian zieht.
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Die horizontale Führungsspindel 18 ist in. ähnlicher Weise mechanisch
an den Kontakthebel 27 eines Potentiometers 28 gekoppelt, das zwischen den
durch Hand nachstellbaren Potentiometern 29 und 3o angeordnet und in Reihe geschaltet
ist. Der Kontakthebel des Potentiometers 29 ist an die Verbindungsstelle dieses
Potentiometers mit dem Potentiometer 28 und der Kontakthebel des Potentiometers
3o mit der Verbindungsstelle dieses Potentiometers 30 mit besagtem Potentiometer
28 gekoppelt; diese zwei Kontakthebel sind so gekoppelt, daß - wie auch immer sie
eingestellt sein mögen - der kombinierte Reihenwiderstand immer gleich bleibt. Die
äußeren Enden der Potentiometer 29 und 3o erhalten gleiche, aber Gegenphasenwechselspannung,
die eine Maximalamplitude von ioo Volt mit Bezug auf Erde haben, und der Widerstand
dieser Potentiometer 29 und 30 ist so gewählt, daß die über den Endstücken des Potentiometers28
aufrechterhaltene Maximalspannung ioo Volt ist. Die Lage- des Nullpunktpotentials
auf dem Potentiometer 28 wird bestimmt, indem die gekoppelten Kontakthebel der Potentiometer
2gund3o eingestellt werden, wobei diese Einstellung entsprechend der Lage jenes
Meridians geschieht, der zu der Seite des Rahmens parallel verläuft. Wenn dieser
Meridian innerhalb des Kartenrahmens zentral angeordnet ist, wie dies in der Zeichnung
gezeigt ist, werden die gekoppelten Kontakthebel der Potentiometer 24und3o so eingestellt,
daß die Gegenphasenwechselpotentiale, die auf die gegenüberliegenden Enden des Potentiometers
28 zugeführt werden, eine- Maximalamplitude von 5o Volt aufweisen. In Fällen, in
denen der vertikale Meridian der Karte entlang einer Kante des Rahmens liegt, müßten
die gekoppelten Kontakthebel der Potentiometer 29 und 3o so eingestellt werden,
daß ein Ende des Potentiometers 28 auf dieses das Nullpotential erhält, während
das andere Ende des besagten Potentiometers 28 das Maximum von iöovolt Wechselstrom
darauf zugeführt bekommt. Es ist zu ersehen, daß die Ausgangsleistung der Spannung
des Kontakthebels 27 dieses horizontalen Potentiometersystems die senkrechte Entfernung
der Registrierfeder 12- vom vertikalen Meridian der Karte repräsentiert.
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Wenn es immer so eingerichtet werden kann, daß ein Meridian der Karte
zentral innerhalb dieses Kartenrahmens liegt, können die Potentiömeter 2g und
30 wegfallen. In diesem Falle erhalten dann .die Endstücke des Potentiometers
28 gleiche Wechselpotentiale, die eine Maximalamplitude von- 50 Volt haben.
Ein derartiges Potentiometer wird vorzugsweise mit einer im Mittelpunkt gelegenen
Anzapfstelle versehen, die mit Erde verbunden ist. Die durch die Kontakthebel 23
und 27 erhaltenen Signale dieser vertikalen und horizontalen Potentiometersysteme
werden den Verstärkern 31 bzw. 32 zugeführt, und die verstärkten Signale werden
dazu verwendet, um die Feldspulen 33 bzw. 34 zu erregen, die zu einem Sinus-Kosinus-Zerleger
gehören, der auch eine Ankerwicklung 35 umfaßt. Die letztere ist vorgesehen, um
ein Eingangssignal auf einen Verstärker 36 eines darauffolgenden Servosystems zu
erzeugen. Dieses Servosystemumfaßt einen elektrischen Motor37, der von der Leistungsabgabe
aus einem Verstärker 36 erregt wird, und ist mechanisch an besagten Rotor 35 des
Zerlegers gekoppelt. Diese Anordnung ist derart getroffen, daß der Motor 37 den
besagten Rotor 35 so lange antreibt, bis keine Leistungsabgabe aus dem letzteren
mehr erfolgt, d. h. bis der Rotor 35 eine Stellung erreicht hat, die in rechten
Winkeln zu dem resultierenden Feld liegt, das von den Feldspulen 33 und 34 erzeugt
wird. Ein Generator 38 wird von dem Motor 37 angetrieben und sieht ein Geschwindigkeitsrückkopplungssignal
über einen.. Leiter 39 auf den Verstärker 36 vor.
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Ein Trommeltyppotentiometer 4o hat zwei Kontakthebel 41 und 42; die
in gleichbleibendem Winkelabstand von go° gehalten werden und so konstruiert sind,
daß sie von der Welle des Motors 37 gedreht werden. Ein weiteres Trommeltyppotentiometer
43 ist vorgesehen, welches zwei Kontakthebel 44 und 45 aufweist, die bei gleichbleibendem
Winkelabstand von go° gehalten werden und ebenfalls so vorgesehen sind, daß sie
von der Welle des besagten Motors gedreht werden. Der Umriß der Wicklung dieser
zwei Potentiometer ist in Abb. 3 schematisch dargestellt, welche als Ausführungsbeispiel
die Wicklung des Potentiometers 43 ausgebreitet zeigt, so daß sie in einer Ebene
liegt (die Enden 46 sind normalerweise miteinander vereinigt). Diese Windung ist
so vorgesehen, daß, wenn sie an zwei diametral gegenüberliegenden Punkten 47 und
47 geerdet und mit Wechselstromeingangssignalenvon gleicher Amplitude, aber entgegengesetzter
Phase an zwei dazwischen-und diametral gegenüberliegenden Punkten 49 und 50 versehen
wird, die Kontakthebel 44 und 45 Ausgangssignale liefern, die eine Maximalspannung
haben, die proportional dem Sinus und Kosinus des Drehwinkels der Kontakthebel ist,
von einer Vergleichsstellung_ aus gerechnet. Die Winkeldrehung der Kontakthebel
44
und 45 wird von der Amplitude der auf die Feldspulen 33 und 34 des Zerlegers
zugeführten Signale bestimmt, und die Ausgangssignale aus den besagten Kontakthebeln
44 und 45 sind auch proportional der Amplitude der zugeführten Gegenphaseneingangssignale,
die auf die Wicklung des Potentiometers an den Punkten 49 und 50 zugeführt
werden.
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Das Potentiometer 4o ist so vorgesehen, daß es in derselben Weise
arbeitet, aber seine Kontakthebel 41 und 42 sind um go° zurückversetzt in bezug
auf die Kontakthebel 44 und 45, die zum Potentiometer 43 gehören. Diese Zurückstellung
entspricht dem go°-Winkelabstand der vertikalen und horizontalen Referenzachse und
ist notwendig, um die Signale der Geschwindigkeitskomponenten zu berechnen, gleichviel
ob sie positiv oder negativ sind.
Die Ableitung der Eingangssignale
zu den Potentiometern 40 und 43, die zu der vertikalen Geschwindigkeitskomponente
bzw. zur horizontalen Geschwindigkeitskomponente gehören, wild im folgenden beschrieben.
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Wechselstromspannungen, die Maximalamplituden haben, die proportional
zur Ost-West-Eigengeschwindigkeit des gedachten Flugzeugei und zur Ost-West-Geschwindigkeit
sind, werden durch die Klemmen 51 und 52 an einem Verstärker 53 geführt, in dem
beide kombiniert werden.
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Die Ausgangssignale aus diesem Verstärker repräsentieren die Ost-West-Geschwindigkeit
über Grund (VE_w) des Flugzeuges und werden auf die Primärwicklung eines Transformators
54 gebracht. Die Sekundärwicklung dieses Transformators weist eine Mittelanzapfung
auf, die so geerdet ist, daß. Signale von gleicher Amplitude, aber von entgegengesetzter
Phase mittels der Leiter 55 und 56 an die diametral gegenüberliegenden Punkte 49
und 50 (Abb. 3) des Potentiometers 43 geführt werden. Wechselstromspannungen, die
Maximalamplituden haben, die proportional zur Nord-Süd-Eigengeschwindigkeit des
fingierten Flugzeuges und zur Nord-Süd-Windgeschwindigkeit sind, werden durch die
Klemmen 57 und 58 an einen Verstärker 59 geführt, in welchem sie kombiniert werden.
Die Ausgangssignale aus diesem Verstärker 59 repräsentieren die Nord-Süd-Geschwindigkeit
über Grund (V v_s) des Flugzeuges und werden auf die Primärwicklung eines
Transformators 6o gebracht. Die Sekundärwicklung dieses Transformators hat eine
Mittelanzapfung, die so geerdet ist, daß Signale von gleicher Amplitude, aber von
entgegengesetzter Phase mittels der Leitungen 61 und 62 auf die diametral gegenüberliegenden
Punkte des Potentiometers 40 gebracht werden, die den Punkten 49 und 5o (s. Abb.
3) des Potentiometers 43 entsprechen.
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Es ist zu ersehen, daß die Wechselstromsignale, die von den Kontakthebeln
44 und 45 des Potentiometers 43 erhalten werden, den Werten -VE- w- sing und VE_w
- cos a entsprechen, während die Wechselsignale, die von den Kontakthebeln
41 und 42 des Potentiometers 4o erhalten werden, den Werten VN _s
* sin
a und VN_s * cos a entsprechen. Die Signale VN_s # cos a und -VE_w
- sin a repräsentieren Komponenten der Geschwindigkeit des Flugzeuges in
vertikaler Richtung der Karte und werden auf den Verstärker 15 geführt, der die
Erregung des Motors 14 für den Antrieb der vertikalen Führungsspindel 13 bestimmt.
Die Signale VE-,v - cos a und VN_s - sin a
repräsentieren Geschwindigkeitskomponenten
des Flugzeuges in horizontaler Richtung der Karte und werden dem Verstärker 21 zugeführt,
der dazu dient, die Erregung des Motors 2o zu bestimmen, der die horizontale Leitspindel
18 antreibt.
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Aus der vorangehenden Beschreibung, die sich auf Abb. 1, 2 und 3 bezieht,
ist zu ersehen, wie die registrierende Feder 12 veranlaßt wird, sich derart über
die Karte xo zu bewegen, daß das gedachte Flugzeug von einem Schüler auf einem konstanten
Kompaßkurs geflogen werden kann und wie besagte Feder die Meridiane der Karte bei
im wesentlichen gleichbleibenden Winkeln schneidet. Die notwendigen Berichtigungen
werden automatisch herbeigeführt, ohne daß der Schüler, der das gedachte Flugzeug
fliegt, eine Tätigkeit auszuüben braucht. Da die Skala der konischen Karten mit
geradem Meridian im wesentlichen konstant bleibt, wird der Lauf auf der Karte von
der Feder x2 ziemlich genau aufgezeichnet.
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In Abb. 4 ist schematisch eine andere Ausführung der Erfindung dargestellt,
um die Signale zu berechnen, die erforderlich sind, um die vertikalen und horizontalen
Leitspindeln so zu treiben, daß die Feder sich über einem Meridian einer auf Kegelprojektion
beruhenden Karte bewegt, in Übereinstimmung mit den durch das Azimuthsystem des
nautischen Unterrichts angezeigten Strecken. Die Arbeitsweise dieses zweiten Apparates
soll unter Bezugnahme auf Abb.5 erklärt werden, in welcher die Meridiane eines auf
Kegelprojektion beruhenden Kartensystems wiederum durch die geraden Linien 7 und
die Breitengrade durch konzentrische Kreisbogen 8 dargestellt sind und der Polpunkt
der Projektion bei P angezeigt ist. Ein Vergleichspunkt Q wird gewählt, der polare
Koordinaten R., a. hat, wobei R, gleich der Entfernung des Vergleichspunktes von
dem Punkt P und a, gleich jenem Winkel ist, der von dem durch den Vergleichspunkt
gehenden Meridian und einem Meridian 0-P gebildet wird, der parallel zu den vertikalen
Seiten des Kartenrahmens verläuft. Wie dargestellt, ist der Winkel a, gleich Null.
Die Lage des Flugzeuges wird an Punkten dargestellt, die polare Koordinaten R, a
haben. Der Kompaßkurs des Flugzeuges wird durch den Winkel b und seine Geschwindigkeit
über Grund durch den Vektor V dargestellt, der in eine durch S gehende Nord-Süd-Komponente
V cos b in meridionaler Richtung und in eine Ost-West-Komponente V sin b in einer
Richtung in rechten Winkeln zu dem durch S gehenden Meridian aufgelöst werden kann.
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Hieraus ist zu ersehen, daß
und daß
Überdies wird offensichtlich, daß y = R, - R cos a und x = R sin
a, wobei x und y die Cartesianischen Koordinaten des Punktes S im
Hinblick auf die rechtwinkligen Achsen sind, die als ihren gemeinsamen Ursprung
den Punkt (Ro, a,) haben, wobei eine dieser besagten Achsen in der Richtung 0-P
liegt.
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Der in Abb.4 gezeigte Apparat dient dazu, die obigen Gleichungen -zu
lösen und den vertikalen und horizontalen Führungsspindeln die notwendigen Umdrehungen
zu geben, um eine zugeordnete Registrierfeder so zu bewegen, daß, wenn das fingie-.te
Flugzeug auf einem konstanten Kompaßkurs geflogen wird, die besagte Feder die Meridiane
einer zugeordneten Karte, welche auf einer Kegelprojektion mit geradem Meridian
beruht, bei im wesentlichen gleichbleibenden. Winkeln schneidet.
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Eine Ankerwicklung 63 eines Drehmomentfernsenders ist mechanisch mit
dem Anzeiger eines mechanischen
Kompaßsystems (das nicht gezeigt
wird) gekoppelt, wobei ein Schüler, der das gedachte Flugzeug fliegt, den Kompaßkurswinkel
des besagten Flugzeugs feststellt. Auf diese Weise wird jede Veränderung des Kompaßkurses
des Flugzeuges eine entsprechende Winkeldrehung dieser Ankerwicklung 63 zur Folge
haben. Eine Wechselspannung von konstanter Maximalamplitude wird zwischen den Klemmen
64 und Erde angewendet, um diese Ankerwicklung 63 zu erregen. Die zugeordneten Statorwindungen
65 werden elektrisch mit der Statorwicklung 66 eines abseits gelegenen Fernempfängers
gekoppelt. Das eine Ende der Ankerwicklung 67 ist geerdet, und das, andere ist gekoppelt,
um den Eingang zu einem Verstärker 68 zu ermöglichen. Dieser - Verstärker bildet
einen Teil eines nachfolgenden Servosystems, das auch einen elektrischen Motor
69 umfaßt, der, wenn er von dem Ausgang. des besagten Verstärkers erregt
wird, dazu dient, die besagte drehbare Wicklung 67 anzutreiben. Diese Anordnung
ist so getroffen, daß, wenn der Einfallswinkel des Flugzeuges geändertwird, die
folgerichtige und entsprechende Winkeldrehung der Rotorwicklung 63 Wechselsignale.
zur Folge hat, die in der Rotorwicklung 67 induziert werden. Diese Signale werden
nach Verstärkung durch den Verstärker 68 benutzt, um den Motor 69
zu erregen,
damit er die besagte Rotorwicklung 67 antreibt; bis sie eine Stellung erreicht,
in welcher kein Signal mehr induziert wird. Der Motor 69 treibt auch einen
Generator 70 an, welcher dazu dient, die Geschwindigkeitsrückkopplungssignale
an den Verstärker 68 zu liefern.
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Außerdem ist der Motor 69 vorgesehen, um die Rotorwicklung
eines Sinus-Kosinus-Zerlegers anzutreiben, so daß dieser winklige Bewegungen empfängt,
die denen der Rotorwicklung 63 entsprechen; wobei seine winldige Stellung der Peilung
des Flugzeuges entspricht. Diese Ankerwicklung 71 wird erregt, indem zwischen einer
Klemme 72 und Erde ein wechselndes elektrisches Signal zugeführt wird, das eine
Amplitude V hat, die proportional zur Erdgeschwindigkeit des Flugzeuges ist, so
daß die in den gegenseitig senkrechten Statorwindungen 75 bzw. 74 dieses Zerlegers
induzierten Signale gleich V cos b bzw. V Bin b sind.
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Die Größe V cos b repräsentiert das Verhältnis der Zunahme von R und
bildet die Eingangsleistung zu einem Verstärker 75. eines Integrationssystems, das
zu R gehört. Dieses Integrationssystem umfaßt einen elektrischen Motor 76, der vorgesehen
ist, um durch die Ausgangsleistung aus diesem Verstärker 75 erregt zu werden. Die
Welle. dieses Motors erhält eine Anfangsdrehung, die dem Wert R, entspricht. Dieses
System bewerkstelligt eine Integration der Zeit der dem Verstärker 75 zugeführten
Spannung.
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Der..Motor 76 treibt nicht nur einen Generator 77 an, um -die Geschwindigkeitsrückkopplungssignale
zum Verstärker 75 zu erhalten, sondern .beeinflußt auch die- Kontakthebel 78 und
79 der Trommeltyppotentiometer 8o.bzw. 8z: Das Potentiometer 86 ist in Reihe
mit der Statorwicklung 74 des Zerlegers geschaltet und empfängt von diesem ein Eingangssignal,
welches den. Wert V sin-b darstellt. Überdies hat .das besagte Potentiofneter_8o
eine Wicklung, die eine solche Form hat, daß die von ihrem Kontakthebel
78 erhaltene Ausgangsleistung proportional zum reziproken Wert der Winkeldrehung
des Kontakthebels steht. Diese Winkeldrehung ist wiederum proportional zum momentanen
Wert von R, der vom Motor 76 errechnet wird. Die Ausgangsleistung des Kontakthebels
78 entspricht deshalb der Größe V sin b/R, das ist sozusagen die Änderungsgeschwindigkeit
des Winkels a. Die von dem Kontakthebel 78 erhaltene Ausgangsleistung bildet
ein Eingangssignalzu einem Verstärker 82 eines Integrationssystems, das zu a gehört.
Dies System umfaßt einen elektrischen Motor 83, dessen Welle eine Anfangsdrehung
erhält, die dem Winkel a, entspricht, und dieser Motor ist vorgesehen, um von der
Ausgangsleistung aus dem Verstärker 82 erregt zu werden, so daß ununterbrochen der
Winkel a bestimmt wird. Der Motor 83 treibt einen Generator 84, der die Geschwindigkeitsrückkopplung
zum Verstärker 82 liefert, und auch die Kontakthebel der zwei Trommeltyppotentiometer
85 und 86 an.
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Auf das Potentiometer 81 wird eine Wechselspannung von konstanter
Maximalamplitude gebracht, und seine Wicklung hat eine solche Form, daß ihr Kontakthebel
79 ein Ausgangssignal liefert, das einen Augenblickswert R darstellt zwecks
Anwendung auf die Wicklungen der zwei Potentiometer 85 und 86. Die Wicklungen des
letzteren haben eine solche Form, daß deren Kontakthebel Ausgangssignale Vorsehen,
die proportional zum Sinus bzw. Kosinus von a sind. Diese Signale repräsentieren
R cos a und R sin a.
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Die Signale, die R sin a repräsentieren, werden auf einen Verstärker
87 eines Servosystems gebracht, das einen elektrischen Motor 88 umfaßt, welcher
vorgesehen ist, um durch die Ausgangsleistung von besagtem Verstärker 87 erregt
zu werden, um einen Generator 89 anzutreiben, der die Geschwindigkeitsrückkopplung
für den Verstärker 87 vorsieht, und den Kontakthebel eines Rückmeldepotentiometers
go zu beeinflussen. Der Motor 88 treibt auch eine horizontale Führungsspindel gz
an, die angeordnet ist in Verbindung mit einem Rahmen 92, der die Karte trägt, die
für den Apparat verwendet wird. Die von dem Kontakthebel des Potentiometers go erhaltenen
Signale werden auf die Eingangsleistung des Verstärkers 87 verwendet, wobei die
Signale so vorgesehen sind, daß der Motor 88 sich dreht, bis die durch diesen Kontakthebel
erhaltene Ausgangsleistung gleich ist und gegenüber dem R sin a-Signal liegt. Demgemäß
ist die Drehung der horizontalen Führungsspindel g1 proportional dem Wert von R
sin a und entspricht der Verdrängung x von S auf der Karte (vgl. Abb.5).
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Die von dem Kontakthebel des Potentiometers 85 erhaltenen Signale,
die R cos a repräsentieren, bilden eine Eingangsleistung zu einem Verstärker
93 eines Servosystems, das einen elektrischen Motor 94 umfaßt, der vorgesehen
ist, um von der Ausgangsleistung des besagten Verstärkers 93 erregt zu werden.
Dieser Motor 94 treibt einen Generator 95 an, der die Geschwindigkeitsrückkopplung
zu dem Verstärker 93
vorsieht, und bewegt den Kontakthebel eines »Rückmeldea-Potentiometers
g6 sowie eine vertikale Führungsspindel 97, auf der eine Registrierfeder
98
montiert ist. Der Verstärker 93 hat einen weiteren Signaleingang,
der von dem Kontakthebel eines Potentiometers 99 erhalten wird, auf welchem eine
Wechselspannung von konstanter Maximalamplitude liegt, und zwar in Gegenphase zur
Wechselspannung, welche den Wert R cos a repräsentiert, die der Verstärker aus dem
Potentiometer 85 empfängt, und der Kontakthebel dieses Potentiometers ist vorgestellt,
um einen Wert R, zu erhalten. Der Kontakthebel des Potentiometers 96 liefert ein
Signal, das auf den Eingang des Verstärkers 93 wirkt, so daß der Motor 94 weiterarbeitet,
bis das Signal, das von diesem Kontakthebel erhalten wird, eine Amplitude hat, die
gleich groß und der Resultierenden der anderen Eingangsspannungen entgegengesetzt
ist. Demgemäß empfängt die vertikale Führungsspindel 97 eine Drehung, die zum Wert
(R, - R cos a) proportional ist und die der y-Koordinate auf der Karte entspricht
(s. Abb. 5).
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Die horizontale Führungsspindel gi und die vertikale Führungsspindel
97 sind anfänglich so eingestellt, daß die Feder 98 auf den Punkt Ra, a, liegt.
Aus der vorangehenden Beschreibung ist zu ersehen, daß die Feder 98 danach horizontal
und vertikal über die Karte bewegt wird, in Übereinstimmung mit der Komponente der
Erdgeschwindigkeit des Flugzeuges in horizontaler und vertikaler Richtung auf der
Karte. Es mag wünschenswert sein, eine Karte zu verwenden, die auf einer polaren
Projektion beruht, in welcher die Faktoren der Skala entlang dem Meridian und Breitengrad
an jedem Punkt verschiedenartig sein können und sich überdies von Punkt zu Punkt
verändern mögen. In diesem Falle müssen die den Führungsspindeln zu vermittelnden
Umdrehungen in Übereinstimmung mit den am Punkt der Karte (an dem sich das Flugzeug
befindet) vorherrschenden Skalenfaktoren gesteuert werden.
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In polaren Projektionen sind sowohl radiale als auch transversale
Skalen an jedem Punkt (d. h. die Skala entlang dem Meridian und die Skala entlang
dem Breitengrad an jenem Punkt) Funktionen von R, der Entfernung des fraglichen
Punktes von dem Pol. Um diese Anforderungen zu erfüllen, können die Kupplungen zwischen
dem Zerleger und dem R-Integrations-System der Abb. 5 geändert werden, wie in Abb.
6 gezeigt. In dieser Abänderung des Potentiometers 8o, auf welches das Eingangssignal
V sin b angewendet wird, ist die Form so abgeändert, daß sie eine Ausgangsleistung
von V sin b/Fl (R) ergibt, wenn sein Kontaktizebel um einen Winkel verschoben
wird, der R entspricht, wobei F1 (R) der Ausdruck für den entlang den Parallelen
der Breitengrade herrschenden Skalenfaktor bei einer Entfernung R vom Pol ist. Die
Statorwicklung 73 des Zerlegers, die eine Ausgangsspannung V cos b vorsieht, ist
in Reihe mit einem zusätzlichen Potentiometer ioo geschaltet, anstatt direkt mit
dem Eingang des Verstärkers 75 wie in Abb.5 gezeigt. Der Kontakthebel dieses Potentiometers
ioo ist mit dem Eingang des Verstärkers 75 geschaltet, und dessen Wicklung ist so
angeordnet, daß sie eine Ausgangsleistung von V cos blF2 (R) gibt, wenn sein
Kontakthebel um einen Winkel gedreht wird, der dem Wert R entspricht, wobei F2 (R)
der Ausdruck für den Skalenfaktor entlang einem Meridian bei einer Entfernung R
vom Pol ist.
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Das R-Integrator-System bestimmt also fortgesetzt die Größe R und
berücksichtigt den sich ändernden Skalenfaktor entlang den Meridianen der Karte.
Das a-Integrator-System, welches den Ausgang aus dem abgeänderten Potentiometer
78 empfängt, bestimmt ununterbrochen a, indem es die Veränderung der Skalenfaktoren
entlang den Breitengraden in dem Maße berücksichtigt, wie die Entfernung vom Pol
geändert wird.