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Ziel- und Lenkkommandogerät für Lenkflugkörper Die Erfindung betrifft
ein Ziel- und Lenkkommandogerät, mit dem bei der Fernlenkung von Flugkörpern nach
dem Zieldeckungsverfahren aus der Beobachtung der relativen Lage des Flugkörpers
zum Sehstrahl Schütze-Ziel regeltechnisch exakte Fernlenkkommandowerte hergeleitet
werden, die es ermöglichen, den Flugkörper in kürzester Zeit in die Zieldeckung_zu
steuern und dabei Pendelungen um den Zielstrahl zu vermeiden, auch wenn Ungeübte
das Gerät bedienen.
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Die Steuerung ferngelenkter Flugkörper nach dem Zieldeckungs- oder
Dreipunktverfahren erfolgt im allgemeinen so, daß der Schütze durch Verstellung
eines Steuergliedes an der Fernlenkeinrichtung die Bahn des Flugkörpers so beeinflußt,
daß er ihn mit dem Ziel in Deckung sieht. Gelingt es ihm, die Deckung des Flugkörpers
mit dem Ziel während der ganzen Flugzeit aufrechtzuerhalten, so wird das Ziel getroffen.
Dieses beschriebene Lenkungsverfahren zeichnet sich zwar durch einen minimalen Geräteaufwand
aus, hat aber schwerwiegende Nachteile, die im folgenden aufgezeigt werden sollen.
Wenn man die verlangte Einsteuerung eines Flugkörpers auf eine bestimmte Bahn mit
großer Genauigkeit und in der kürzest möglichen Zeit durchführen will, so muß man
die regeltechnischen Eigenschaften des Flugkörpers kennen und muß seine jeweilige
Flugrichtung relativ zur Zielgeraden, also auch die momentane Ablage und deren Änderungsgeschwindigkeit,
messen können. Sind diese Werte laufend bekannt, so kann daraus das Fernlenkkommändo
errechnet werden, das den Flugkörper schnellst= möglich auf die Zieldeckungsbahn
bringt.
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Diese Bedingungen sind bei der Ausübung des oben beschriebenen Lenkungsverfahrens
nicht efüllt. Der Schütze kann auf Grund seiner Beobachtungen des Geschoßweges und
der Zielbewegungen
lediglich ein gefühlsmäßiges Lenkungskommando
geben, wobei es seiner Erfahrung überlassen bleibt, die richtige Größe des Kommandos
abzuschätzen. Eine wesentliche Erschwerung dieser Abschätzung erfolgt dadurch, daß
dem Schützen gleiche Ablagen des Flugkörpers von der Zieldeckungsgeraden in verschiedener
Entfernung des Flugkörpers vom Schützen verschieden groß erscheinen. .
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Vom Standpunkt der Erfindung aus gesehen, hat das beschriebene Verfahren
den Nachteil, daß man dem Schützen reichlich Gelegenheit geben muß, Er= fahrungen
zu sammeln. Es bedarf einer sehr gründlichen und zeitraubenden Ausbildung, die deshalb
teuer wird, weil sie mit vielen Übungsschüssen verbunden ist.
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Trotzdem wird er niemals in der Lage sein, das Geschoß in der kürzestmöglichen
Zeit ins Ziel zu lenken. Das ist nur mit gerechneten Kommandowerten möglich.
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Es sind auch Anordnungen bekannt, mit deren Hilfe es möglich ist,
das beschriebene Zieldeckungsverfahren durchzuführen, wenn Ziel und Flugkörper für
das Auge des Schützen nicht direkt sichtbar sind. Bei diesem im zweiten Weltkrieg
von deutscher Seite unter dem Namen »Rheinland-Programm« entwickelten Verfahren
waren zwei Funkmeßgeräte miteinander gekuppelt: Der Spiegel des einen Gerätes wurde
dem Ziel nachgeführt, so daß dessen Achse im Rahmen seiner -Meßgenauigkeit auf das
Ziel zeigte. Die Achse des zweiten Spiegels wurde der ersten parallel gerichtet.
Dies geschah wegen der Größe der Spiegel durch eine von Hand betätigte Folgeschaltung
und nur in seltenen Fällen durch eine starre Kupplung. Diese konnte erst bei einem
geplanten Übergang zu kürzeren Wellen, die kleinere Spiegeldurchmesser möglich machten,
vorgesehen werden. Dieser zweite Spiegel peilte den Flugkörper an, der einen. eigens
eingebauten Sender zum Abstrahlen von Peilsignalen mitführte.
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Auf einem BraunschMRohr wurde die Lage des Flugkörpers als Leuchtpunkt
dargestellt, während das Ziel durch ein auf dem Leuchtschirm angebrachtes Fadenkreuz
markiert wurde. Der geschilderte Geräteaufwand war notwendig, um bei fehlender Sicht
eine Bekämpfung feindlicher Flugzeuge mit ferngelenkten Flugkörpern zu ermöglichen.
' Der ganze bisher geschilderte Zweck dieses sogenannten Rheinland-Verfahrens bestand
darin, das wegen fehlender Sicht unsichtbare Ziel und den aus demselben Grund unsichtbaren
Flugkörper als Fadenkreuz und Leuchtpunkt auf einem Braunschen Rohr nachzubilden.
Der Schütze steuerte bei diesem Verfahren genauso, wie er es bei direkter Sicht
getan haben würde. Er schätzt nämlich aus dem Abstand des Leuchtpunktes- vom Fadenkreuz
auf Grund seiner Erfahrung die Kommandowerte ab, die zur Zieldeckung führen sollten,
und gab diese Werte mit Hilfe eines Steuerknüppels auf einen Sender, der sie zum
Flugkörper übertrug. Die Schwierigkeiten der Lenkung waren also durch dieses Verfahren
in keiner Weise geringer als bei der Steuerung nach direkter Sicht. Das Rheinland-Verfahren,
das mit Dezimeterwellen arbeitete, erforderte einen gewaltigen GeräteäufWarid. Die
Radargeräte »Würzburg«, »Mannheim« eünd »Mannheim-Riese« waren ortsfeste Geräte.
Die Vollmotorisierung des Rhein-1and-Verfahrens mittels eines dreiachsigen Lastzuges
wurde bei der nie durchgeführten Umstellung auf Zentimeterwellen angestrebt.
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Eine andere nach dem Zieldeckungsverfahren arbeitende Einrichtung
ist zum Lenken von Schiffstorpedos vorgeschlagen worden. Hierbei wird der Winkel
zwischen zwei Zielstrahlen mittels zweier miteinander gekuppelter Fernrohre ermittelt,
und die von ihnen entworfenen Bilder werden in einem Okulargesichtsfeld so angeordnet,
daß sie räumlich getrennt, und zwar untereinander erscheinen. Zwischen beiden Bildern
ist ein Abkommfaden angeordnet.
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-Wird nun das eine -Fernrohr in der Weise gedreht, daß das Zielbild
auf dem Abkommfaden liegt, und das zweite Fernrohr derart, daß das Torpedobild sich
ebenfalls mit dem Abkommfaden deckt, und stehen hierbei beide Fernrohrachsen nicht
parallel zueinander, schließen also einen Winkel -ein, so Wird über. elektromechanische
Kontakte ein Lenkkommando selbsttätig erzeugt und '- dem Torpedo zugeleitet. Je
nach Winkelrichtung - in bezug auf den Abkommfaden - wird ein Rechts- oder Linkskommando
erzeugt. Nachteilig ist hierbei, daß nur drei unterschiedliche Kommandowerte erzeugt
werden, nämlich Links-Null-Rechts. Die Größe der Seitenkommandos läßt sich nicht
variieren.
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Ein weiterer Mangel dieser Lenkeinrichtung ist, daß dem Torpedo keine
Fernlenkkommandowerte außer dem Wert Null mehr geliefert werden können, wenn Zieldeckung
erreicht ist, da dann Ziel- und Torpedobild zusammenfallen. Bei dem der Erfindung
zugrunde liegenden Problem wäre mit einem Nullkommando aber nur dann auszukommen,
wenn folgende Bedingungen erfüllt sind: das Ziel darf keine Eigenbewegungen haben,
es darf kein Seitenwind herrschen, der den Flugkörper anders als das Ziel versetzt,
und der Flugkörper darf keinen Bau- oder Trimmfehler aufweisen. In allen anderen
Fällen ist auch nach Errgichen der Zieldeckung ein Lenkkommando mit einem von Null
verschiedenen Wert nötig;-um die Zieldeckung aufrechtzuerhalten, bis der Flugkörper
im Ziel eintrifft.
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Nur wenn es sich um relativ langsam ablaufende Vorgänge handelt, kann
bei der genannten Fernlenkeinrichtung erwartet werden, daß der Schütze Zielbild
und Torpedobild exakt mit dem Abkommfaden zur Deckung bringt. Steht nur wenig Zeit
zur Verfügung, so gelingt dies nicht. Diese Behauptung ist verständlich unter Berücksichtigung
der Tatsache, daß der Winkel zwischen den beiden Sehstrahlen nicht sehr groß ist
und zu seiner Ermittlung während des ganzen Schußvorganges sich ständig wiederholende,
sehr exakte Messungen notwendig sind, wenn Aussicht auf einen Treffer bestehen soll.
Nach den. Erfahrungen vieler Jahre kann nur dann erwartet werden, daß ein Schütze
mit
Hilfe einer Fernlenkwaffe das in Aussicht genommene Ziel trifft, wenn möglichst
wenig geistige Arbeit von ihm gefordert wird. Unmöglich aber wird das bekannte Lenkverfahren
dann, wenn ein Vorgang in mehreren Richtungen, beispielsweise nach Höhe und Seite
eines Flugkörpers, gesteuert werden soll. Die Ausbildung des Gesichtsfeldes müßte
dabei so sein, daß vier Teilbilder und zwei Abkommfäden vorzusehen wären. Unter
dieser Voraussetzung müßte also der Schütze die beiden Seitenbilder mit ihrem zugehörigen
Abkommfaden und die beiden Höhenbilder mit ihrem zugehörigen Abkommfaden zur Koinzidenz
bringen. Diese Forderungen übersteigen aber bei rasch durchzuführenden kurzzeitigen
Vorgängen, wie sie bei der Lenkung von Flugkörpern in ein vorausbestimmtes Ziel
erforderlich sind, die Fähigkeiten eines jeden Menschen.
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Da zur Kommandobildung für einen Lenkvorgang nach dem Zieldeckungsverfahren
als primärer Meßwert - aus dem sich die Kommando-Bildung aufbauen läßt - nur der
Winkel zwischen den Sehstrahlen vom Beobachter zum Ziel einerseits und vom Beobachter
zum Flugkörper andererseits zur Verfügung stehen, liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, den Mängeln der nach dem genannten Verfahren arbeitenden Einrichtungen
abzuhelfen und ein Visier zu schaffen, mit dein der Schütze durch einen einfachen
Meßvorgang und ohne jede Gedankenarbeit die zur Lenkung eines sich selbsttätig bewegenden
Körpers erforderlichen Lenkkommandos erzeugt.
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Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß ein an sich bekanntes
Reflexvisier mit einem eine Steuervorrichtung aufweisenden Rechengetriebe derartiger
Ausbildung versehen wird, daß dieses der Größe und der Geschwindigkeit der Teilbildverschiebung
im Ortungsteil des Gerätes proportionale Lenkkommandos erzeugt.
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Beim erfindungsgemäßen Ziel- und Lenkgerät werden somit von dem Objektraum,
der das Ziel und den Flugkörper umfaßt, mittels eines Reflexvisiers zwei Bilder
übereinander entworfen. Das eine Bild ist gegenüber dem anderen so verschiebbar,
daß die Abbildung des Zieles in dem einen und die Abbildung des Flugkörpers in dem
anderen laufend zur Deckung gebracht werden können. Aus der Größe und der Geschwindigkeit
der Verschiebung der beiden Bilder gegeneinander wird das Fernlenkkommando für den
Flugkörper hergeleitet. Die beiden Bilder können auf rein optischem Weg oder ganz
allgemein durch eine mit elektromagnetischen Wellen arbeitende Einrichtung in direkter
Abbildung oder über Zwischenabbildungen erzeugt werden. Die Verschiebung des einen
Bildes gegenüber dem anderen kann durch eine optisch-mechanische oder eine elektrische
Vorrichtung oder auch durch eine Kombination beider Verfahren durchgeführt werden.
Die Herleitung des aus der Verschiebung der beiden Bilder zu bildenden Fernlenkkommandos
erfolgt durch additive Verbindung der dem Bildverschiebungsmittel zugehörigen Bewegungsgröße
und ihrer Änderungsgeschwindigkeit. Dabei werden die . jeweiligen Entfernungen beider
Körper vom Visierort berücksichtigt.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist eine Integrationseinrichtung
vorgesehen, die, bei Teilbilddeckung ausgelöst, ein dem Integral aller nunmehr gebildeten
Kommandos entsprechendes; vom Ortungsteil unabhängiges Zusatzkommando bildet. -Sobald
somit der Flugkörper die Zieldeckungs-. bahn erreicht hat, wird durch eine Kommandointegration
ein Zusatzkommando gebildet, durch das Vertrimmungen des Flugkörpers .und Seitenwind
berücksichtigt werden. Die Kommandobildung wird also im Bedarfsfall ständig fortgesetzt.
Die jetzt gebildeten Kommandowerte zeigen immer denselben Richtungssinn. Sie werden
dazu- benutzt, über, eine Integrationseinrichtung, .im einfachsten Fall einen Motor,
den elektrischen Nullpunkt des Visiers so zu verstellen, da$ ein Zusatzkommando
gebildet wird, das der Auswanderungstendenz des` -Flugkörpers entgegenwirkt. Nach
kurzzeitiger Arbeit der Integrationseinrichtung ist das notwendige-Zusatzkommando
in seiner Größe. aufgebaut; und von da an bleibt das Geschoß auf der Zieldecküngsbahn,
auch wenn die beiden Teilbilder identisch anfeinanderfallen. Die beschriebene -Zusatzkommando-Bildung
ist für das exakte Treffen des Zieles entscheidend. Kleine Streuungen der Kommandogabe,
die uni den Sollwert schwankt, werden durch die Integrationseinrichtung. ebenfalls
erfaßt und durch Mittelung geglättet.
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Es ist auch eine Kombination denkbar, bei der die Abbildung- des Ziels
durch einen Bildwandler und die Ausbildung des Flugkörpers durch eine lichtoptische
Einrichtung erfolgt. Dann wird die zur Kommandobildung erforderliche Deckung der
beiden Bilder entweder durch eine optisch-mechanische Ablenkung des Lichtbildes
oder durch eine elektrisch-magnetischeoder kapaz itiveBeeinflussung des Elektronenbildes
vorgenommen. Es können auch beide Körper durch je einen Bildwandler abgebildet werden
und die beiden Bilder an den Fluoreszenzschirmen durch lichtoptische Elemente zu
einem Doppelbild vereinigt werden, während die zur Kommändöbildungerforderliche
Deckung der beiden Teilbilder durch elektrische Beeinflussung der Elektronenbilder
erfolgt.
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Die Verwendung eines Bildwandlers bietet sich für den nächtlichen
Einsatz des Gerätes als Selbstverständlichkeit an. Das Ziel kann durch einen Infrarotscheinwerfer
sichtbar gemacht und der Flugkörper mit einem Infrarotstrahler ausgerüstet werden,
so daß er ebenfalls im Bildwandler erkennbar wird.
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Der Bildwandler erfüllt jedoch bei Mischbildanordnungen gemäß der
Erfindung noch einen anderen Zweck. Es werden nämlich zwei Bilder ineinanderprojiziert
und beim Steuern gegeneinanderbewegt. Dadurch wird zwangläufig der Bildkontrast
herabgesetzt. Durch komplementäre Färbung der beiden Teilbilder läßt sich wohl eine
bessere Unterscheidbarkeit bewirken, aber nie wird der Kontrast durch solche Mittel
auf seinen ursprünglichen Wert
zu bringen sein. Wenn man aber das
eine der beiden Teilbilder mit Hilfe eines Bildwandlers abbildet, so läßt sich der
Verstärkungsgrad des Bildwandlers so weit herabsetzen, daß auf dem Bildschirm nur
der Flugkörper erscheint. Denn die Leuchtdichte des Flugkörperscheinwerfers ist
wesentlich größer, als die des Geländes. Nötigenfalls läßt sich dieses Flugkörperleuchtbild
in einem zweiten Bildwandler in seiner Helligkeit verstärken. Da der Bildwandler
bei geeigneter Fotokathode infrarotempfindlich ist, kann die Lichtquelle am Geschoß
so beschaffen sein, daß sie keine sichtbaren Strahlen aussendet.
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Bildet man das zweite Teilbild lichtoptisch ab und bringt beide zusammen,
so entsteht ein Mischbild, bei dem das eine Teilbild nur aus einem Lichtpunkt besteht,
der darüber hinaus im anderen Teilbild nicht sichtbar ist. Ein derartiges Mischbild
weist nicht den Mangel einer Kontrastverminderung auf. Auf diese Weise ist für den
Schützen alles störende Beiwerk verschwunden, das optischen Mischbildern anhaftet.
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Die optische Einrichtung zur Erzeugung der beiden Bilder besteht nach
einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gerätes aus zwei an und
für sich bekannten schräg zur Blickrichtung gestellten Glasplatten, von denen die
eine teildurchlässig ist und während der Messung feststeht, während die zweite verspiegelt
und allseitig drehbar gelagert ist. An der verspiegelten Platte sind Vorrichtungen
zur Messung der Plattenbewegung vorhanden. Zur weiteren Ausgestaltung dieser optischen
Einrichtung können Prismen, Drehkeilpaare oder auch Fernrohre dienen. Weitere Einzelheiten
des erfindungsgemäßen. Gerätes gehen aus den nachfolgenden Ausführungen hervor.
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Wenn der Flugkörper eine seitliche Ablage y vom Visierstrahl hat,
so erblickt ihn der Beobachter am Visier unter einem Winkel (w gegen den Visierstrahl.
Bei der gleichen Ablage y ist o) für verschiedene Entfernungen x verschieden groß.
Es ist also primär nur
meßbar.
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Nun wird für das vorliegende Verfahren die Kenntnis der Flugkörpergeschwindigkeit
v als bekannt vorausgesetzt. Bezeichnet man die Flugzeit vom Start bis zu dem Zeitpunkt
der jeweiligen Messung mit t, so kennt man die Entfernung
oder bei konstanter Geschwindigkeit x = v - t. Aus dem gemessenen Winkel
co läßt sich somit die seitliche Ablage y = x - c) errechnen. Die Messung des Winkels
w ist also die primäre Aufgabe des Gerätes.
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Diese Messung erfolgt mit dem erfindungsgemäßen Gerät dadurch, daß
man durch an sich bekannte optische Mittel und Anordnungen, wie sie ähnlich in älteren
Konstruktionen von Einstandsentfernungsmessern angewendet werden, ein Doppelbild
des Objektraumes erzeugt. Die beiden Bilder werden bei dem erfindungsgemäßen Gerät
relativ so zueinander verschoben, daß Bildpunkte des einen Teilbildes mit Bildpunkten
des anderen Teilbildes zur Deckung gebracht werden. Verschiebt man die Teilbilder
nun derart, daß das Zielbild des einen Teilbildes mit dem Flugkörperbild des anderen
Teilbildes in Deckung kommt, so ist dadurch eine Messung des oben erklärten Winkels
t) erfolgt. Eine solche Verschiebung eines Teilbildes erfolgt durch mechanische
Bewegung optischer Bauelemente, wie z. B. durch Drehung eines Spiegels, Prismas
oder eines Drehkeiles oder durch Verschiebung einer Linse. Im Fall eines elektronenoptischen
Bildes geschieht sie durch elektromagnetische oder kapazitive Beeinflussung des
Elektronenbildes. Im ersten Fall sind die Bewegungen der optischen Bauelemente durch
die Gesetze der geometrischen Optik mit der Größe des Winkels w verknüpft. Im Fall
der Elektronenoptik ist die Stromstärke der elektromagnetischen oder die Spannung
der kapazitiven Ablenkorgane das Maß für den Winkel «o.
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Da die beiden Teilbilder des Doppelbildes geometrisch-optisch identisch
sind, ist es meistens erforderlich, durch physikalisch-optische Methoden, wie z.
B. durch Färbung oder Änderung des Polarisationsgrades oder der Polarisationseinrichtung,
dafür zu sorgen, daß sie für den Beobachter unterscheidbar werden.
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Um den Anwendungsbereich des Visierverfahrens, auch auf nicht sichtbare
Lichtwellenlängen, wie z. B. ultraviolette oder ultrarote und Wärmestrahlen auszudehnen,
soll das Verfahren der Doppelbildung auch auf Bilder des Objektraumes ausgedehnt
werden, wie sie auf den Bildschirmen von Bildwandlern entstehen, wobei es auch denkbar
ist, daß nur einer der interessierenden Bildpunkte, also entweder nur das Ziel-
oder das Flugkörperbild, durch den Bildwandler, der andere aber durch eine lichtoptische
Anordnung abgebildet wird.
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Da mit dem Visier nach der Erfindung der Winkel zwischen zwei Punkten
des Objektraumes gemessen wird, muß der Abstand der Eintrittspupillen der beiden
Optiken, die die Teilbilder des Doppelbildes erzeugen, hinreichend klein sein.
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Hat man auf diese Weise den Winkel c) bestimmt, so ist daraus das
Fernlenkkommando zu errechnen. Für eine bestimmte Enfernung x ist, wie oben gezeigt
wurde, die Flugkörperablage y dem Winkel (w proportional.
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Das Kommando wird dann aus einer additiven Verbindung des Wertes der
Ablage y und deren zeitlicher Änderung, also dem Differentialquotienten
gebildet. Bezeichnet man den Kommandowert zur Zeit t mit Kt so ist also
Kt =m-yt+si- yt, wobei m und n Aufschaltkonstanten sind. Da
bei fester Entfernung x die Ablage y dem Winkel co proportional ist, kann in der
Kommandobildung an Stelle von y auch co benutzt werden, nur ist dann
zu
bedenken, daß oi mit der Entfernung x multipliziert werden muß, üm- die Ablage y
zu erhalten. Es bestehen zwei #Iöglichkeiten, den Einfluß der Entfernung zu berücksichtigen.
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i. Die aus der Bestimmung von cö herkommenden Meßwerte werden mit
x multipliziert. Damit hat man bereits die Ablage y und kann Kt damit errechnen.
. _ 2. Man benutzt den Wert von co zur Errechnüng eines Kommandos K; = m .
cot -I- n . c'vt .
Sodann bildet man. aus Kt durch Multiplikation mit
x oder eine gleichwertige Operation das eigentliche Kommando Kt.
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Beide Wege sind gangbar und zeigen ihre Besonderheiten, die, je nach
den apparativen Verhältnissen, den einen oder den anderen vorteilhafter erscheinen
lassen.
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Wird beispielsweise die Bestimmung von co optisch-mechanisch ausgeführt
und auch der Kommandowert auf mechanischem Weg durch Benutzung eines Additionsgestänges
gebildet, so erscheint es zweckmäßig, die Eingangswerte für das letztere aus den
mechanischen Stellwerten der co-Messung durch Zwischenschaltung eines. . Multiplikationsgestänges
zu bilden. Dieses ist im Prinzip eine Hebelübersetzung mit veränderlichem Übersetzungsverhältnis.
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Werden die Meßwerte für c) dadurch erzielt; daß die .mechanischen
Bewegungen der optischen Meßelemente durch elektrische Abgriffe, z. B. Potentiometer,
abgegriffen werden, so kann man die Multiplikation von w mit x dadurch darstellen,
daß die Potentiometerspannung -proportional x vergrößert wird. Entsprechende Überlegungen
gelten auch für kapazitive oder .induktive -Abgriffe.
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Wird c) durch die Größe eines Stromes oder einer Spannung dargestellt,
die aus der Beeinflussung eines Bildwandlerbildes herstammt, so wird ein Verstärker
mit entfernungsproportionalem Verstärkunsgrad verwendet. Selbstverständlich ist
der elektrische Weg nur dann sinnvo)l, wenn auch die Kommandobildung elektrisch
erfolgt. . .
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Die Ausbildung der Hebelübersetzung des Multiplikationsgestänges sowie
der gleichwertigen Spannungsänderung bei elektrischen .Abgriffen macht konstruktive
Schwierigkeiten, wenn der Entfernungsbereich zu groß wird: In. diesem--Fall bietet
die zweite gezeigte Möglichkeit einen Ausweg, der besonders darin einfach wird,
wenn die Fernlenkkommandos. durch .Impulsverhältnisse- dargestellt werden. Dies-
ist allerdings meistens der Fall. Die Kommandos werden dabei in bekannter Weise
auf elektromechanischem Weg durch einen beweglichen Abgriff von einer rotierenden-
"Kontakteinrichtung abgenommen, -die zwei - unter Spannung liegende und voneinander
durch einen isolierenden Spalt getrennte Kollektoren aufweist. Der isolierende Spalt
hat dabei zweckmäßigerweise meistens die Form einer geodätischen Linie. Der 5gält
ist auf. einem rotierenden Zylinder zweckmäßig eine Schraubenlinie und auf einer
rotierenden Scheibe 'eine archlmedische Spirale. Im ersten. Fall wird der Abgriff
parallel zur Zylinderachse, im zweiten in radialer Richtung über die Scheibe bewegt.
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Bildet man beispielsweise: bei der. rotierenden Scheibe die Trennungslinie
,der beiden Kollektor-. hälften so aus, daß man auf dem Umfang eine Vielzahl von
Zacken anbringt, von denen jeder durch einen Teilbogen einer mit entsprechender
Steigung ausgestatteten Spirale und dem Teil ,eines Radius begrenzt wird, so erhält
man eine spgenannte Sägezahnlinie. Der Abgriff muß so weit, in radialer Stellung
beweglich. sein, daß er .dig Höhe eines Sägezahns überdeckt. Entsprechend muß auf
einer mit einem Sägezahnspalt versehenen Kommandowalze der Abgriff so weit beweglich
sein, daß er die Sägezähne in ihrer ganzen Höhe überdeckt. Dann kann das Impulsverhältnis
voi der negativen Einheit bis zur positiven verändert werden. .
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Um nun bei zunehmender Entfernung des Geschosses vom Zielgerät den
einer konstanten Seitenablage des Flugkörpers entsprechenden, abnehmenden Wert des
Winkels co, mit dem der Kommandowert K+ gebildet wird, zu kompensieren, ist es erforderlich,
auf der Kollektorscheibe oder der Kommandowalze die Sägezahnhöhe nach dem gleichen
Gesetz, also proportional dem reziproken Wert der Entfernung x, kleiner werden zu
lassen. Bei einer konstanten seitlichen Ablage des Flugkörpers wird nämlich dann
von dem Abgriff ein konstantes Impulsverhältnis abgegriffen. Diese Maßnahme ist
. der Multiplikation von co mit -x äquivalent. Ist das Entfernungsverhältnis nicht
allzu groß, so wird die Sägezahnscheibe als elektromechanischer Kollektor ausgebildet.
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Wird dagegen eine große Variation der Sägezahnhöhe und dabei gleichzeitig
eine große Anzahl von Sägezähnen -verlangt, so .wird die Scheibe in Form einer Blende
als lichtelektrischer Kollektor so ausgebildet, daß ein Kollektorteil lichtundurchlässig,
der andere lichtdurchlässig ist. Ein auf dis Sägezahnscheibe, abgebildeter Lichtpunkt,
wird durch eine Fotozelle abgetastet. Der Lichtpunkt -ist dann natürlich durch die
Kommandorechenvorrichtung in radialer Richtung relativ zur Scheibe zt3 verschieben.
Zur Verstärkung der- Zellenströme ist ein Verstärker erforderlich, der einen konstanten
Verstärkungsgrad hat.
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An Hand der Zeichnungen wird anschließend ein nach den dargelegten
Gedankengängen entworfenes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen :Gers; tes
beschrieben.
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Fig. i erläutert die Situation. Das Auge $ des Schützen blickt durch
das Visier ,9 nach dem Ziel 1o. Das Geschoß mit der seitlichen Ablage *y vom Zielstrahl
ist in zwei Entfernungen x, und .x,. gezeigt und-mit i i, bzw. 112 bezeichnet. Man
sieht, daß trotz gleicher Ablage y wegen der verschiede nen Entfernungen das Geschoß
in der Lage iii unter einem größeren Winkel cot erscheint als 112 unter dem Winkel
co2. , Die Fig. 2a, 2b und 2c zeigen das Gesichtsfeld der Visiereinrichtung. In
Fig. 2 a ist das Bild Ales
gestreckten Strahlenganges mit dem Zielbild
io und dem Flugkörperbild T I dargestellt, in Fig. 2 b ist das Bild des abgewinkelten
Strahlenganges mit dem Zielbild io' und dem Flugkörperbild i i' zu sehen. Fig. 2
c zeigt ein Mischbild aus den Fig. 2 a und 2b, wobei die Bilder der beiden Strahlengänge
derart zur Deckung gebracht sind, daß das Flugkörperbild ri' und das Zielbild io
sich decken. Durch die dazu notwendige Verstellung der Visiereinrichtung wird der
Winkel co gemessen. Außerdem erscheinen im Gesichtsfeld noch die Bilder ii und i
o', die für die Messung nicht benötigt werden.
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In Fig. 3 ist schematisch der Aufbau eines Ausführungsbeispiels des
Ziel- und Lenkkommandogerätes gezeigt. Das Auge 8 des Schützen betrachtet durch
die schräggestellte Glasplatte 12 den sowohl das Ziel als auch den Flugkörper umfassenden
Objektraum. Über den Spiegel 13 wird in der gezeichneten Weise ein zweites Bild
erzeugt. Das auf den Spiegel 13 fallende Bild ist durch ein vorgeschaltetes Lichtfilter
1q. gefärbt, damit der Schütze im Doppelbild dessen Komponenten unterscheiden kann.
Der Spiegel 13 ist kardanisch gelagert und kann durch Bewegen des Griffes 15 des
Steuerknüppels 16 um die Achsen 105 und io6 gedreht werden. Durch eine solche Bewegung
von geeigneter Größe wird die Messung des Winkels co entsprechend der Darstellung
in Fig. 2 c durchgeführt.
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Der Steuerknüppel 16 ist mit einem Gewinde versehen, auf dem sich
die Mutter 17 bewegen kann. Diese Bewegung erfolgt zwangläufig durch einen nicht
dargestellten Motor, der den Steuerknüppel 16 um seine Längsachse dreht. Dabei läuft
während der Flugzeit des Flugkörpers die Mutter 17 aus ihrer Anfangsstellung in
der Nähe des Spiegels 13 in Richtung auf das freie, den Griff 15 aufweisende Ende
des Steuerknüppels, wodurch die ilbersetzung des Steuerknüppelausschlages zu einem
mit der Mutter 17 verbundenen Additionsgetriebe laufend vergrößert wird. Auf diese
Weise wird r) mit x multipliziert, und die Bewegung der Stange ist nunmehr der Ablage
y proportional.
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Das Rechengetriebe zur Bestimmung der Ablage y ist eine vereinfachte
Ausführung einer in der Rechengetriebetechnik als Dreieckmultiplikator bekannten
Einrichtung. Sie besteht aus dem Steuerknüppel 15, 16, der Mutter 17 sowie den Stangen
18, 25 und 26. Zum besseren Verständnis der Kinematik eines solchen Getriebes ist
ergänzend zu der vereinfachten Konstruktion nach Fig. 3 in Fig. 3 a der dem Ausführungsbeispiel
zugrunde liegende Dreieckmultiplikator schematisch dargestellt.
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Um die feste Drehachse 1o5 ist der Steuerknüppel 15, i6 schwenkbar.
Das Gestänge 25, 26 der Fig. 3 ist ebenfalls in Fig. 3a enthalten. Neu hinzugekommen
ist jedoch die Stange ioi, io2, die von dem sich mit konstanter Geschwindigkeit
drehenden Zahnrad io3 über die Zahnstange 104 gleichmäßig nach unten bewegt wird.
Der Steuerknüppel 15, 16, die Stange 25, 26 und die Stange ior, io2 sind hier durch
den Stein 117 miteinander verbunden. Der Stein 117 übernimmt auch die Funktion
der Mutter 17. In der Grundstellung des Visiers steht der Steuerknüppel 15, 16 senkrecht
nach unten, wie in Fig.3 gestrichelt dargestellt, die Doppelbilder fallen aufeinander,
die Stange 101, io2 befindet sich in ihrer obersten Stellung und das Gestänge 25,
26 ebenfalls in seiner Ausgangslage. $eim Abschuß des Flugkörpers nimmt das Visier
diese Nullstellung ein, von der aus die der Flugkörperablage entsprechende Verstellung
des Gestänges 25, 26 zu errechnen ist. Zu irgendeiner späteren Zeit habe die Stange
ioi, rot den senkrechten. Abstand x vom Drehpunkt 105 des Steuerknüppels,
und der Steuerknüppel sei um den Winkel ro geschwenkt. Dann entspricht die Auswanderung
des Gestänges 25, 26 dem geforderten Wert y=x-tgw.
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Das vereinfachte Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 für ein derartiges
Rechengetriebe vermag praktisch die gleiche Aufgabe zu lösen. Der Fehler, der sich
durch die Kreisbewegung der Mutter 17 um den Drehpunkt 105 ergibt, ist bei
den relativ kleinen Knüppelausschlägen bedeutungslos. Aus der Fig. 3 b ist ersichtlich,
daß für die in Frage kommenden Winkel sin c) an Stelle von tg w gesetzt werden kann.
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Die Stange i8 ist an ihrem Anschlußpunkt i9 so mit dem Glied 2o des
Additionsgetriebes verbunden, daß sie auf dem Getriebeglied 2o von 22 bis 23 wandern
kann. Die Teile 25 und 26 des Additionsgetriebes sind starr mit dem Getriebeglied
2o verbunden. Der Teil 26 hat einen Zylinder 27, in dem ein mit dem Teil 2g verbundener
Därnpfungskolben 28 angeordnet ist. Der Hebel 31 ist über Gelenke 21 und 24 an die
Teile 25 bzw. 29 angeschlossen. Durch das Gelenk 3o ist ein Hebel 32, der einen
elektrischen Kontaktabgriff 33 trägt, mit dem Hebel 31 verbunden. Das Gelenk 21
gestattet außerdem noch eine Verschiebung des Hebels 31 in Richtung 21, 22.
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Wird die Stange i8 in ihrer Längsrichtung um eine Strecke y bewegt,
so wird das Getriebeglied 2o um den gleichen Betrag parallel zu sich selbst verschoben.
Wegen der starren Ankoppelung des Teiles 25 an das Getriebeglied 2o bewegt sich
auch der Gelenkpunkt 24 um die Strecke y. Betrachtet man vorübergehend den Gelenkpunkt
21 als fest, so erfährt die Stange 32 eine Verstellung um den Betrag
Um denselben Betrag bewegt sich der Abgriff 33 am Widerstand 34 aus seiner Ruhelage,
und an den Klemmen 35 tritt eine dem Wert y proportionale Spannung auf.
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Solange die Stange 18 bewegt wird, wirkt an der härnpfungseinrichtung
27, 28 eine Kraft, die auf Grund physikalischer Gesetze der Geschwindigkeit
proportional ist. DieseKraft bewegt den Punkt 21 gegen eine am Hebel 31 wirkende
Federfesselung 36 um ein y proportionales Stück so lange, wie die Bewegung der Stange
i8 anhält. Diese Ortsänderung des Punktes 21 fügt zu der bereits vorhandenen Auswanderung
des Abgriffes 33 noch den Betrag
hinzu. So ist die Gesamtverschiebung
des Abgriffes 33 und damit
die an den Klemmen 35 auftretende Kommandospannung K gegeben durch einen Ausdruck
der Form
sind in diesem speziellen Fall die Werte der weiter oben genannten Aufschaltkonstanten
m und n. Hat der Schütze mit Hilfe dieser Kommandowerte den Flugkörper in Zieldeckung
gebracht, so schließt er durch Betätigung des Relais 37 den Schalter 38.
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Nun fließt der Kommandostrom durch einen Integrationsmotor 39. Dieser
verstellt in der gezeichneten Art und Weise den zweiten Abgriff 40, wodurch ein
die Zielgeschwindigkeit oder eine Geschoßvertrimmung berücksichtigendes Zusatzkommando
gegeben wird. Dieses Zusatzkommando hält den Flugkörper auf der Zieldeckungsbahn,
wenn durch den Steuerknüppel im zeitlichen Mittel wegen der erreichten Zieldeckung
kein F'ernlenkkommando mehr gegeben wird.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Ziel- und
Lenkkommandogerät ist in Fig.4 schematisch dargestellt. Gleiche Bauteile sind in
der Darstellung mit den gleichen Ziffern bezeichnet wie in Fig. 3. Die Unterschiede
in den beiden Ausführungsbeispielen bestehen in folgendem.-Das Multiplikationsgestänge,
das in Fig.3 den Steuerknüppel mit dem Rechengetriebe verbindet, entfällt bei Fig.
4. Der Knüppel ist mit festem Übersetzungsverhältnis mit dem Rechengetriebe verbunden.
Die in dem Rechengestänge gebildeten mechanischen Kommandowerte werden nicht wie
in Fig.3 mit Hilfe eines Potentiometers in elektrische Steuerimpulse verwandelt,
sondern mittels einer Steuerwalze. Diese Steuerwalze hat eine solche elektrische
Kontaktanordnung, daß sie die Funktion des Multiplikationsgestänges des Ausführungsbeispiels
gemäß Fig. 3 übernehmen kann. Die Ausgestaltung des Integrationsgliedes ist der
Kommandowalze angepaßt. Es hat daher eine gegenüber der Fig. 3 abweichende konstruktive
Ausbildung.
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Im Unterschied zum ersten Beispiel hat hier die Kopplung des Steuerknüppels
45 mit dem Additionsgetriebe ein konstantes Übersetzungsverhältnis. Am Steuerknüppel
45 ist mittels eines Gelenkes 46 die Stange 47 angeschlossen, die ihrerseits über
ein Drehgelenk 48 mit dem Getriebeglied 2o verbunden ist. Die Zeitabhängigkeit der
Meßwerte wird erst hinter dem Additionsgestänge an einer Steuerwalze 5o in Fig.4
um eine waagerechte Achse drehbar berücksichtigt. Einen vergrößerten Ausschnitt
aus der zylindrischen Steuerwalze 5o zeigt die Fig. 5. Die Walze besteht aus zwei
leitenden Kollektorteilen $ i und 52, die durch eine isolierende Sägezahnkurve 53
getrennt sind. Die Amplitude der Sägezähne nimmt nach einem vorgegebenen Gesetz
ab. Es soll gezeigt werden, daß durch eine geeignet gewählte Funktion der Sägezahnamplituden
die Zeitabhängigkeit der Meßwerte kompensiert werden kann.
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Wie aus Fig. 4 ersichtlich, sind die Enden einer Batterie 54 über
Schleifkontakte 55 und 56 an die beiden Kollektorteile 51 bzw. 52 gelegt, und ein
auf der Walze beweglich angeordneter Abgriff 57 ist über die Klemmen 58, von denen
aus der Kommandowert dem Flugkörper zugeführt wird, mit der Mitte der Batterie 54
verbunden.
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Die Walze 5o wird durch einen Motor 59 mit einer solchen Geschwindigkeit
gedreht, daß der Abgriff der Impulse von der Walze mit der gewünschten Frequenz
erfolgt. Auf der Walze müssen dann so viel Sägezähne angebracht sein, daß ihre Anzahl
dem Produkt aus Impulsfrequenz und jeweiliger Flugkörperflugzeit t entspricht.
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Hat der Abgriff 57 die Ablage h von der Mittellinie 0-O der Sägezahnkurve,
so durchläuft er (Fig. 5) die Strecke c auf dem Kollektorteil 51,
greift hier
also eine positive Spannung ab, und anschließend die Strecke d auf dem Kollektorteil
52, auf dem er eine negative Spannung abgreift. Die Ablage h des Abgriffes 57 liefert
somit an den Klemmen 58 einen elektrischen Spannungsverlauf, wie er etwa in der
Nebenabbildung Fig. 5 a dargestellt ist. Er wiederholt sich in dem Maß, wie der
Abgriff 57 die Sägezähne der Steuerwalze überstreicht. Dieser Spannungsverlauf wird
als Fernlenkkommando dem Flugkörper zugeführt, er muß also dem weiter oben abgeleiteten
Ausdruck für den Kommandowert entsprechen. Die Rudermaschinen des Flugkörpers sind
so gestaltet, daß der in Fig. 5 a dargestellte Spannungsverlauf in eine Querkraft
umgewandelt wird. Insofern ist die an der Steuerwalze abgegriffene Spannurig E(t)
dem Kommandowert K äquivalent, und es gilt die Zuordnung
Wie bereits weiter oben gezeigt wurde, geht der Steuerknüppelausschlag bei konstanter
Ablage y mit c), d. h. aber mit
zurück. Läßt man nun die Sägezahnamplituden ebenfalls mit
kleiner werden, so ist ersichtlich, daß dann K konstant bleibt.
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Der erwähnte Abgriff 57, der auf der Steuerwalze 5o das in Fig. 5
a dargestellte elektrische Kommando abgreift, ist über die Integrationseinrichtung
65, 67 mit dem Rechengetriebe 20, 26, 29, 31 verbunden. Der Additonshebel3i liefert
regeltechnisch richtige Kommandowerte, wie es in der Beschreibung des Ausführungsbeispiels
nach Fig. 3 gezeigt wurde. Es fehlt jedoch noch die Zeitkompensation, da das Ausführungsbeispiel
nach Fig. 4. eine feste Ankopplung des Steuerknüppels 45 an das Rechengestänge hat.
Die Längsverschiebung
des Hebels 61 entspricht also dem weiter vorn
erläuterten Kommandowert Kt m . a)t + n . u't mit den vorher
erläuterten Werten
und
für die Aufschaltkonstanten m und n. Der Hebel 61 bewegt über die Gelenke
62, 64, 67 und die Hebel 63 und 66 den Abgriff 57.
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Neben dem Abgriff 57 läuft noch ein zweiter Abgriff 6o über die Steuerwalze
5o. Beide stehen in Walzumlaufrichtung an der gleichen Stelle oder haben einen Abstand,
der kleiner ist als seine Sägezahnbreite. Der Hebel 61 mit dem Abgriff 6o ist im
Gelenkpunkt 3o an das Additionsgetriebe angekoppelt und überträgt die Steuerknüppelausschläge
auf die Steuerwalze. Außerdem ist der Hebel bi durch das Gelenk 62 mit einem Ende
eines zweiten Additionshebels 63 verbunden, dessen anderes . Ende durch die Integrationsvorrichtung
65 bewegt wird. An dem in der Mitte des Hebels 63 befindlichen Drehpunkt 64 ist
ein Hebel 66 angelenkt, der den Abgriff 57 trägt. Der Ausschlag des Abgriffes 57
ist anfangs dem des. Abgriffes 6o proportional. Der Abgriff 57 liefert über die
Klemmen 58 die Kommandoimpulse an den Flugkörper.
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Vom Erreichen der Zieldeckungsbahn an beginnt die Integrationsvorrichtung
65 die über 6o abgegriffenen Impulse zu addieren und damit den unteren Drehpunkt
67 des zweiten Additionshebels 63 in dem Sinn zu verstellen, daß das gegebene Kommando
vergrößert wird. Damit erfolgt eine Übersteuerung des Flugkörpers. Durch diese Steuermaßnahme
verändert sich die Lage des Flugkörpers relativ zum Ziel auf dem Bild im Visier
so, daß eine Gegenbewegung des Steuerknüppels 15, 45 erforderlich -ist. Damit wird
auch der Abgriff 6o zurückgenommen. Der Integrationsvorgang ist beendet, wenn 6o
auf der Mittellinie 0-0 der Sägezahnkurve steht. Der Flugkörper fliegt dann ohne
Steuerknüppelausschlag auf der Zieldeckungsbahn, und, das erforderliche Trimmkommando
ist durch die Integration als festes Vorkommando auf den Abgriff 57 übertragen worden.
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Die Steuerwalze der Figg. 4 kann als lichtelektrisches Schaltorgan
ausgeführt werden, wenn man beispielsweise den Walzenkörper 5o aus lichtdurchlässigem
Stoff herstellt und einen Kollektorteil als undurchsichtige Zeichnung anbringt.
Diese Zeichnung -kann auf fotochemischem Weg hergestellt sein. Die Sägezahnlinie
53 wird dann zu einer Helldunk.elkante, die durch einen- als Abgriff beweglich angebrachten
Lichtpunkt mit Hilfe einer optischen Projektionseinrichtung und einer Fotozelle
abgetastet werden kann. Im elektrischen Kreis der Fotozelle entstehen dann zeitlich
mit der Impulsfrequenz und den Kommandowerten zerhackte Ströme, die über geeignete
elektrische Vorrichtungen wie Relais, Verstärker usw. in eine zur Weiterleitung
an den Flugkörper geeignete Form gebracht werden. Natürlich kann. die Walze in einer
etwas .abgeänderten Anordnung durch eine Scheibe oder auch einen anders geformten
Körper ersetzt werden.
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Schließlich wird noch erwähnt, daß die seitliche Ablage des Geschosses
von der Zielgeraden im allgemeinen in zwei Komponenten aufgespaltet werden muß,
also z. B. in eine horizontale und eine vertikale Komponente, oder im Fall von Polarkoordinaten
in einen absoluten Wert und ein Azimut, und daß infolgedessen die meisten der hier
beschriebenen Vorrichtungen doppelt vorhanden sein müssen. Zur Darstellung der Höhen-
und Seitenkomponente des Vektors von io nach ii gemäß den Fig. 2 a und 2 c ist beispielsweise
die in Fig. 3 dargestellte Anordnung dementsprechend zweimal erforderlich. An der
Mutter 17 ist ein identisches Rechengestänge, aber um 9o° gegen das erste verdreht,
also senkrecht zur Zeichenebene, anzubringen.