DEC0008320MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 19. Oktober 1953 Bekanntgemacht am 23. Februar 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

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 ίο Verwendung findet, stellt mithin einen wertvollen Beitrag zur Schiffahrtkunde dar.

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.

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

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wünschenswert, insbesondere solche Karten, in denen die Meridiane durch zusammenlaufende gerade Linien dargestellt sind, während die Breitengrade durch Kreisbogen dargestellt werden, die in einem gemein-

. 5 samen 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

ίο 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 (1: ι 000.000), und zwar in den Fällen, in denen die Mittelpunkte der Bogen, die auf der verwendeten Karte die Breitengrade darstellen, eng genug liegen, um zu ermöglichen, 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.

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.

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- und Schulungsz\vecke in der Navigation angewendet werden kann, bei welchem automatische Berichtigungen eingeführt werden, um zu ermöglichen, daß solche Karten mit zufriedenstellenderem Ergebnis verwendet werden können..

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, daß, 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.

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 Kompaßsystem angewendet werden müssen.

Die Erfindung besteht im wesentlichen aus einem Instrument, welches auf einer auf einer Kegelproj ektion 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. Eiri 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.

In allen Ausführungsbeispielen der Erfindung sind weiterhin Mittel vorgesehen, um elektrische Signale zu erhalten, welche die angenommene Position des

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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 elektro-mechanischen Einrichtungen zu steuern, wodurch die gewünschte Bewegung des anzeigenden, bzw. registrierenden Elements erhalten wird.

ίο Es werden an Hand der Zeichnungen im Nachfolgenden beispielsweise zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben, die sich auf die Fliegerschulung beziehen.

Abb. ι 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-Poten-

ao tiometers, der in dem Apparat nach Abb. 2 verwendeten Art;

Abb. 4 zeigt den Apparat nach dem zweiten Ausführungsbeispiel schematisch.

Abb. 5 ist ein Schema, welches die Arbeitsweise des in der Abb. 4 dargestellten Apparates erläutert; Abb. 6 zeigt eine Abänderung des in Abb. 4 dargestellten Apparates zwecks Verwendung von Polarkarten.

In Abb. ι 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 9 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 zu dem letzteren. Die Geschwindigkeit über Grund des Flügzeuges wird durch die Längen- und Breitengeschwindigkeitsvektoren Fjy_s und Ve-w dargestellt. Wenn der Winkel, der durch den durch Punkt 9 gehenden Meridian und den Meridian 0-P gebildet wird, α ist, so sieht man daraus, daß die Gesamtkomponente der Geschwindigkeit des Flugzeuges in einer Richtung parallel zum Meridian 0-P liegt = V_n^s : cos a — V_E-w · sin a und daß die Gesamtkomponente der Geschwindigkeit des »Flugzeuges« in senkrechter Richtung zum Meridian 0-P = V^s · sin α + V_E-w · cos α ist.

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 10 bezeichnet ist, beruht auf einer Kegelprojektion mit geradem Meridian und ist in einem rechteckigen Rahmen 11 untergebracht. Die Meridiane und Breitengrade sind wiederum durch die Linien 7 bzw. 8 angezeigt wie in Abb. 1, und der mittlere Meridian verläuft parallel zu den senkrechten Seiten des Rahmens 11. 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 14 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 19, derart, daß, wenn als Ergebnis der Drehung der Leitspindel 18, die durch einen elektrischen Motor 20 ausgelöst wird, der Bock 19 entlang der horizontalen Leitspindel verschoben wird, auch die vertikale Leitspindel seitlich über die Karte 10 bewegt wird. Der Motor 20 wird von der Leistung eines Verstärkers 21 erregt und treibt einen Generator 22 an, der ein Geschwindigkeitsrückkopplungssignal für diesen Verstärker vorsieht.

Die Arbeitsweise, wie die Eingangssignale den Verstärkern 15 und 21 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 600 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 Reihenschluß widerstand immer konstant ist. Folglich wird die Maximalpotentialdifferenz über den Endstücken des Potentiometers 24 aufrechterhalten bei einem konstanten Wert von 100 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 12 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 je 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 Potentio-

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meter 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 VpIt 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. 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 30 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 30 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 30 erhalten gleiche, aber Gegenphasenwechselspännung, die eine Maximalamplitude von 100 Volt mit Bezug auf Erde haben, und der Widerstand dieser Potentiometer 29 und 30 ist' so gewählt, daß die über den Endstücken des Potentiometers 28 aufrechterhaltene Maximalspannung 100 Volt ist. Die Lage des Nullpunktpotentials auf dem Potentiometer 28 wird bestimmt, indem die gekoppelten Kontakthebel der Potentiometer 29 und 30 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 24 und 30 so eingestellt, daß die Gegenphasen Wechselpotentiale, die auf die gegenüberliegenden Enden des Potentiometers 28 zugeführt werden, eine Maximalamplitude von 50 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 30 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 iooVolt 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:

Wenn es immer so eingerichtet werden kann, daß ein Meridian der Karte zentral innerhalb dieses Kartenrahmens liegt, können die Potentiometer 29 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 Servosystem umfaßt 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.

Ein Trommeltyppotentiometer 40 hat zwei Kontakthebel 41 und 42, die in gleichbleibendem Winkelabstand von 90⁰ 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 90⁰ 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 Wechselstromeingangssignalen von 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 44 110· 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 Gegenphaseneingangs- 115. signale, die auf die .Wicklung des Potentiometers an den Punkten 49 und 50 zugeführt werden.

Das Potentiometer 40 ist so vorgesehen, daß es in derselben Weise arbeitet, aber seine Kontakthebel 41 und 42 sind um 90⁰ zurückversetzt in bezug auf die Kontakthebel 44 und 45, die zum Potentiometer 43 gehören. Diese Zurückstellung entspricht dem 90°- Winkelabstand der vertikalen und horizontalen Referenzachse und ist notwendig, um die Signale der Geschwindigkeitskomponenten zu berechnen, gleich- 125. viel ob sie positiv oder negativ sind.

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Die Ableitung der Eingangssignale zu den Potentiometern 40 und 43, die zu der vertikalen Geschwindigkeitskomponente bzw. zur horizontalen Geschwindigkeitskomponente gehören, wird im folgenden beschrieben.

Wechselstromspannungen, die Maximalamplituden haben, die proportional zur Ost-West-Eigengeschwindigkeit des gedachten Flugzeuges und zur Ost-West-Geschwindigkeit sind, werden durch die Klemmen 51 und 52 an einem Verstärker 53 geführt, in dem beide kombiniert werden.

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 Mittel anzapfung 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 (Vs-s) des Flugzeuges und werden auf die Primärwicklung eines Transformators 60 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 50 (s. Abb. 3) des Potentiometers 43 entsprechen.

Es ist zu ersehen, daß die Wechselstromsignale, die

von den Kontakthebeln 44 und 45 des Potentiometers 43 erhalten werden, den Werten —V e-w sine und Ve-w " cos α entsprechen, während die Wechselsignale, die von den Kontakthebeln 41 und 42 des Potentiometers 40 erhalten werden, den Werten Vys • sin α und Vy-s " cos α entsprechen. Die Signale Vs-s · cos α und —Ve-w · sin α 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-n · cos α und Vjsf-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 20 zu bestimmen, der die horizontale Leitspindel 18 antreibt.

Aus der vorangehenden Beschreibung, die sich auf Abb. i, 2 und 3 bezieht, ist zu ersehen, wie die registrierende Feder 12 veranlaßt wird, sich derart über die Karte 10 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 12 ziemlich genau aufgezeichnet. . .

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 R₀, a₀ hat, wobei R₀ gleich der Entfernung des Vergleichspunktes von dem Punkt P und a₀ gleich jenem Winkel ist, der von dem durch den Vergleichspunkt gehenden Meridian und einem Meridian O-P gebildet wird, der parallel zu den vertikalen Seiten des Kartenrahmens verläuft. Wie dargestellt, ist der Winkel a₀ gleich Null. Die Lage des Flugzeuges wird an Punkten dargestellt, die polare Koordinaten R, α haben. Der Kompaßkurs des Flugzeuges wird durch den Winkel b und seine Geschwindigkeit über Grund durch den Vektor V dargestellt, der in eine durch 5 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.

Hieraus ist zu ersehen, daß

dR
~df

= V cos b ,

und daß

R₀-R = V cos b dt,

F sin δ
R

F sin δ
R

dt ist.

Überdies wird offensichtlich, daß y = R₀ — R cos a und χ = R sin a, wobei χ und y die Cartesianischen Koordinaten des Punktes S im Hinblick auf die rechtwinkligen Achsen sind, die als ihren gemeinsamen Ursprung den Punkt (R₀, a₀) haben, wobei eine dieser besagten Achsen in der Richtung O-P liegt.

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 Registrier- , feder so zu bewegen, daß, wenn das fingierte 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.

Eine Ankerwicklung 63 eines Drehmomentfernsenders ist mechanisch mit dem Anzeiger eines mecha-

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nischen 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 Kompäßkurses des Flugzeuges eine entsprechende Winkeldrehung dieser Ankerwicklung 63

ι 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 geändert wird, 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.

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 winklige 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 Fhat> 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 sin b sind.

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 R₀ entspricht. Dieses System bewerkstelligt eine Integration der Zeit der dem Verstärker 75 zugeführten Spannung.

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 80 bzw. 81. Das Potentiometer 80 ist in Reihe mit der Statorwicklung 74 des Zerlegers geschaltet und empfängt von diesem ein Eingangssignal, welches den Wert F sin δ darstellt. Überdies hat das besagte Potentiometer 80 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 Änderüngsgeschwindigkeit des Winkels a. Die von dem Kontakthebel 78 erhaltene Ausgangsleistung bildet ein Eingangssignal zu einem Verstärker 82 eines Integrationssystems, das zu α gehört. Dies System umfaßt einen elektrischen Motor 83, dessen Welle eine Anfangsdrehung erhält, die dem Winkel «₀ 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.

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. _go Die Wicklungen des letzteren haben eine solche Form, daß deren Kontakthebel Ausgangssignale vorsehen, die proportional zum Sinus bzw. Kosinus von α sind. Diese Signale repräsentieren R cos α und R sin a.

Die Signale, die R sin α 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 Geschwindigkeits- _1Oo rückkopplung für den Verstärker 87 vorsieht, und den Kontakthebel eines Rückmeldepotentiometers 90 zu beeinflussen. Der Motor 88 treibt auch eine horizontale Führungsspindel 91 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 90 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 α-Signal liegt. Demgemäß ist die Drehung der horizontalen Führungsspindel 91 proportional dem Wert von R sin α und entspricht der Verdrängung χ von S auf der Karte (vgl. Abb. 5).

Die von dem Kontakthebel des Potentiometers 85 erhaltenen Signale, die R cos α repräsentieren, bilden eine Eingangsleistung zu einem Verstärker 93 eines Servosystems, das einen elektrischen Motor 94 umfaßt, der vorgesehen ist, um von der Ausgangsleistung _lao 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 »Rückmelde«-Potentiometers 96 sowie eine vertikale ₁₂j Führungsspindel 97, auf der eine Registrierfeder 98

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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 α repräsentiert, die der Verstärker aus dem Potentiometer 85 empfängt, und der Kontakthebel dieses Potentiometers ist vorgestellt, um einen Wert R₀ 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 (R₀ — R cos a) proportional ist und die der y-Koordinate auf der Karte entspricht (s. Abb. 5).

Die horizontale Führungsspindel 91 und die vertikale Führungsspindel 97 sind anfänglich so eingestellt, daß die Feder 98 auf den Punkt R₀, a₀ 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

3'5 Übereinstimmung mit den am Punkt der Karte (an dem sich das Flugzeug befindet) vorherrschenden Skalenfaktoren gesteuert werden.

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 i?-Integrations-System der Abb. 5 geändert werden, wie in Abb. 6 gezeigt. In dieser Abänderung des Potentiometers 80, auf welches das Eingangssignal V sin b angewendet wird, ist die Form so abgeändert, daß sie eine Ausgangsleistung von V sin 6/.F₁ (R) ergibt, wenn sein Kontakt- hebel 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 100 geschaltet, anstatt direkt mit dem Eingang des Verstärkers 75 wie in Abb. 5 gezeigt. Der Kontakthebel dieses Potentiometers 100 ist mit dem Eingang des Verstärkers 75 geschaltet, und dessen Wicklung ist,so angeordnet, daß sie eine Ausgangsleistung von V cos 5/F₂ (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.

Das Ä-Integrator-System bestimmt also fortgesetzt die Größe 7? 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.

Claims (9)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Apparat für Unterrichts- und Schulungszwecke in der Navigation, welcher auf einer auf einer Kegelprojektion mit geradem Meridian beruhenden Karte den angenommenen Kurs eines von einem oder mehreren Schülern gesteuerten Schulungsflugzeuges anzeigt oder registriert, mit einem Kursanzeiger und einem Übertragungsmittel, um die relative Bewegung 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 darstellen, gekennzeichnet durch die Anordnung von Berechnungsmitteln (23 bis 29 in Abb. 2, 73 bis 78, 80,

82 bis 84 in Abb. 4), welche in Übereinstimmung mit den die angenommene Bewegung des Flugzeuges darstellenden Eingangsmeßwerten gesteuert werden, um 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, und gekennzeichnet durch ein Mittel (40 bis 45, 15, 21 in Abb. 2, 85, 86 in Abb. 4), welches die Arbeit des Übertragungsmittels in Übereinstimmung mit dem Wert des besagten Winkels so abändert, daß der durch die Bewegung des Kursanzeigers über der Karte angezeigte Steuerkurs mit dem angenommenen Steuerkurs 'des Flugzeuges übereinstimmt.

2. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekenn- - zeichnet, daß das die Arbeit des Übertragungsmittels abändernde Mittel ein Auflösemittel (40 bis 45) einschließt, welches in Übereinstimmung mit dem Wert des berechneten Winkels wirkt und Eingangsmeßwerte empfängt, die die Geschwindigkeit des Flugzeuges in zwei zueinander senkrecht stehenden Azimutalachsen darstellen und den Übertragungsmitteln elektrische Signale zuführen, welche die Flugzeuggeschwindigkeiten in Parallelrichtungen zu den besagten zwei Richtungen darstellen.

3. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die Arbeit des Übertragungsmittels abändernde Mittel ein Auflösemittel (85,86) einschließt, welches in Übereinstimmung mit dem Wert des berechneten Winkels wirkt und Eingangsmeßwerte empfängt, die die Flugzeugposition mit Bezug auf die zwei zueinander senkrecht stehenden Azimutalachsen darstellen und den Übertragungs-

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mitteln elektrische Signale zuführt, die die Flugzeugposition mit Bezug auf die zu den besagten zwei Achsen parallelen Achsen darstellen.

4. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Berechnungsmittel ein Mittel (33 bis 39) einschließt, um einer Welle eine Drehung zu verleihen, die von der besagten Winkelabweichung abhängt und daß ein Auflösemittel (40 bis 45) vorhanden ist, welches mit der Welle zusammen-■ wirkt, um elektrische Signale zu verschaffen, welche zum Sinus bzw. Kosinus des Drehwinkels der Welle proportional sind.

5. Apparat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das die Abänderung der Arbeit des Übertragungsmittels bewirkende Mittel zwei Auflösevorrichtungen einschließt, von denen die eine (40 bis 42) eine zur Flugzeuggeschwindigkeit in einer vorher bestimmten Richtung proportionale Eingangsspannung empfängt und jene Ausgangsspannungen verschafft, die zum Sinus bzw. Kosinus des Drehwinkels der Welle proportional sind, und von denen die andere Auflösevorrichtung (43 bis 45) eine Eingangsspannung empfängt, die zur Flugzeuggeschwindigkeit in einer zweiten vorher bestimmten • 25 Richtung proportional ist, die senkrecht zur ersten ist und Ausgangsspannungen vorsieht, die proportional sind zum Sinus bzw. Kosinus des besagten Winkels, wobei ein gesondertes Mittel (15,21) vorhanden ist, welches die die Geschwindigkeitskomponenten darstellenden Spannungen in den Längen- bzw. Breitenrichtungen der Karte kombiniert. .' .

6. Apparat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Berechnungsmittel Potentiometer (23 bis 30) einschließt, die in Übereinstimmung mit der Flugzeugbewegung gesteuert werden und Ausgangsspannungen schaffen, welche die Positionskoordinaten auf der Karte des Anzeigeelements mit Bezug auf den Projektionspol darstellen, auf welchem die Karte beruht.

7. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Berechnungsmittel aus einem Mittel (73, 75 bis 77) besteht, welches die Flugzeugentfernung vom Projektiorispol berechnet, auf welchem die Karte beruht, ferner ein Mittel (74,80, 82 bis 84) einschließt, welches denjenigen Winkel berechnet, der von dem durch den auf der Karte vom Kursanzeiger angezeigten Punkt gehenden Meridian und einer Nullachse gebildet wird, die durch besagten Projektionspol geht, und schließlieh ein Auflösungsmittel (85, 86) umfaßt, welches in Übereinstimmung mit der besagten Entfernung und dem besagten Winkel betätigt werden kann, um dadurch die Flugzeugkoordinaten mit Bezug auf diejenigen rechtwinkligen Achsen zu berechnen, die parallel sind zu den zwei Richtungen und ihren Ursprung in besagtem Projektionspol haben.

8. Apparat nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Berechnungsmittel ein Integriermittel (75 bis 77) einschließt, welches in Überein-Stimmung mit der Nord-Süd-Geschwindigkeit des Flugzeuges betätigt wird, um die Flugzeugentfernung von besagtem Pol zu berechnen, und ein weiteres Integriermittel (82 bis 84) umfaßt, das als Funktion der Ost-West-Geschwindigkeit des Flugzeuges und des berechneten Wertes der besagten Entfernung betätigt wird, um den Abweichungswinkel zu berechnen.

9. Apparat nach Anspruch 7, um einen Kurs auf einer Polarkarte aufzuzeichnen, auf welcher das Maßstabverhältnis entlang dem Meridian an jedem Punkte eine erste Funktion der Flugzeugentfernung von demjenigen Projektionspol dar-. stellt, auf welchem die Karte basiert, und das Maßstabverhältnis entlang der Parallelen der Breite eine zweite Funktion der besagten Entfernung ist, gekennzeichnet durch die Anordnung von Potentiometern (80, 100), welchen Eingangsspannungen zugeführt werden, die den Nord-Südbzw. Ost-West-Geschwindigkeiten des Flugzeuges proportional sind und deren Kontakthebel von dem Entfernungsberechnungsmittel eingestellt werden, wobei die Potentiometer so beschaffen sind, daß sie Ausgangsspannungen vorsehen, welche in Übereinstimmung mit den betreffenden Maß-Stabsverhältnissen abgeändert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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