Verfahren und Einrichtung zur Ermittlung der zu einer akustisch gewonnenen Peilrichtung eines bewegten Luftziels gehörigen optischen Daten.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Ermittlung der zu einer akustisch gewonnenen Peilrichtung eines bewegten Luftziels gehörigen optischen Daten.
Bei der akustischen Peilung von bewegten Zielen, zum Beispiel von Flugzeugen, liegt eine der wesentlichsten Fehlerquellen in der Tatsache begründet, dass der Schall eine endliche Zeit braucht, um von der Schallquelle zum Horchgerät zu gelangen. Diesen "Schallverzug"kann man unter gewissen Voraussetzungen rechnerisch erfassen. Da jedoch die Verwertung der Peilungen in der Regel sofort erfolgen muss, geht das Bestreben dahin, die Korrektur des Schallverzuges möglichst automatisch in Abhängigkeit von der Bewegung und jeweiligen Einstellung des Peilgerätes selbst vorzunehmen.
Das Problem, das die Erfindung zu lösen hat, ist das folgende : Angenommen, das aku- stische Peilgerät befindet sich am Orte H (Fig. 1) und ein Flugzeug bewege sich längs der Geraden A 0. Alle Peilstrahlen von H nach dem Flugzeug, sowohl die akustischen wie die optischen, liegen dann in einer Ebene, die durch den Punkt H und die Gerade AO gegeben ist. Diese Ebene schneidet in die horizontale Ebene eine"Spur"s, die durch H geht und zu AO parallel ist. Die Ebene AOH bildet mit der horizontalen Ebene den Neigungswinkel a.
Es werde nun von H aus die Richtung HA gepeilt. In Wirklichkeit befindet sich in diesem Augenblick das Flugzeug aber bereits an einem andern Punkt, zum Beispiel in 0.
Bezeichnet man nun mit a die Schallgeschwindigkeit, mit v die Flugzeuggeschwindigkeit und mit t die Zeit, so kann man setzen :
AH = at und AO =-und--==-. ah a
Die zu ermittelnde Korrektur ist nun der Winkel AHO, der an die akustische Richtung in der Ebene d anzutragen ist. Dieser Winkel ist nun von dem VerhÏltnis @ ab- a hÏngig. Für die automatisehe Ermittlung der optischen Peilung geniigt es also, das Dreieck HAO im RechengerÏt nachzubilden.
Hierbei kann man die Strecke HA = a in irgendeinem Massstab konstant einsetzen, zum Beispiel als Grosse HA'= r. Im gleichen Massstab ergibt sich dann für AO die Sfrecke A'0' bezw. HH' . H'A' ist alsdann. da parallel zu HO', die gesuchte optische Richtung. Wenn das Flugzeug nun linge AO fliegt, beschreibt ¯1'einen Kreis mit dem Radius r in der Ebene d. Denkt man sich also einen Arm von der Lange FI¯1'= r in H und einen zweiten Arm in H'. beide in der Ebene d drehbar, gelagert, wobei der zweite Arm am Punkt > 1'längsversehiebbar geführt ist, so gibt H'A'fiir eine bestimmtc Fluggeschwindigkeit r die jeweils g ltige optische Richtung an.
Eine solche mechanische Vorrichtung ist sehematisell in Fig. 2 dargestellt. Die Bezeichnungen entsprechen Fig. 1. In den Punkten 11 und H'denke man sich Stäbe HA' und H'A'derart kardanisch gelagert, dass die Eardanachsen l und l'vertikal und parallel zueinander sind, und die Kardanachsen 3 und 3'rechtwinklig zu 1 und 1'liegen. HA' gleitet in der Führung bei A'. Dann ergibt HA' die akustischen Seiten- und H¯henwinkel a und y gegen die Nordsüdrichtung NS und H'A'die optischen Winkel a'und y'.
Die Achsen des Kardans bei H sind die Drehachsen des akustischen Peilgerätes selbst oder mit diesen gekuppelte Hilfsachsen, die die gleiche Bewegung ausführen. Der Abstand HH'entspricht jeweils der Fluggeschwindig- keit des Ziels und muss entsprechend eingestellt werden.
Da H und fl'auf der Spur s liegen müssen. so muss diese noch ermittelt werden. Wie das mechanisch geschieht, zeigt im Schema Fig. 3.
In ähnlicher Art wie oben geschildert wird die akustische Peilrichtung iiber einen Punkt A'einer Anzeigevorrichtung zuge- fiihrt, die der oben erklärten ähnlich ist.
Diese Vorrichtung lässt sich auch um die vertikale Achse 6. 6 und um die horizontale Achse 8. 8 drehen. Auf der Achse 8. 8 ist aber ausserdem noch im Schnittpunkt H"dieser Achse mit der vertikalen Achse 6. 6 eine dritte Achse 10 angebracht, die zur Achse 8. 8 senkrecht steht. Um diese Achse 10 ist der auf ihr senkrecht stehende Stab 11 drehbar gelagert. Wird dieser Stab 11 um diese Achse 10 gedreht, so bestreicht er eine Ebene, die durch Drehung der Achse 8. 8 um den AVinkel e gegen die Horizontale geneigt werden kann. Diese Ebene, welche in die Hori zontalebene die Spur s schneidet (diese Spur fällt mit der Drehachse 8. 8 zusammen), kann noch um die Achse 6. 6 gedreht werden, so dass die Spur s der Ebene jede Lage in der Horizontalen einnehmen kann.
Wird also der Stab 11 so mit dem Horchgerät gekoppelt. dass er immer die akustische Richtung anzeigt, so werden sich naturgemäss alle Achsen, 8. 8 und 6. 6, irgendwie-aller- dings nicht zwangsläufig-mitdrehen. Nur in dem einen Fall, in welchem die Achse 8. 8 dem Zielweg des angepeilten Flugzeuges parallel liegt, dreht sich der Stab 11 nur um die Achse 10, während die anderen Achsen still stehenbleiben, da ja jetzt die vom Stab 11 bestrichene Ebene mit der Horchdach- ebene zusammenfällt.
Dadurch, dass man den Lagerbügel 7 so lange um 6. 6 verdreht, bis die Achse 8. 8 bei noch so grossen Auswan derungen des Stabes 11 sich nicht mehr be wegt. kann man die Lage der Spur s, die ja zum Zielweg parallel verläuft, ermitteln und durch Verschieben der oben geschilderten Indikatoren in dieser Richtung die Kor rektnr des Schallverzuges vornehmen. Fiir die Praxis sind die Apparateteile Fig. 2 und Fig. 3 miteinander kombiniert. Sie sind so miteinander gekoppelt, dass der Stab 11 in Fig. 3 immer parallel zur Verbindungslinie HA', und die Achse 8. 8 in Fig. 3 immer parallel zu der Verbindungslinie zwischen den beiden Drehpunkten H'H in Fig. 2 liegt.
Hinsichtlich der Richtung, in welcher der Drehpunkt H'gegen H verschoben werden soll, ist jedoch noch nicht jede Doppeldeutig- keit ausgeschaltet, da diese Verschiebung entweder nach links oder rechts von H aus erfolgen kann. Durch die Beobachtung der Auswanderung des Stabes 11 in Fig. 3 lässt sich die richtige Verschiebung ermitteln.
Wie im Eingang erklärt wurde, muss die Verschiebung entgegengesetzt der Auswan- derungsrichtung des Ziels vorgenommen werden. Da aber die Bewegung des Stabes 11 in Fig. 3 die Auswanderungsrichtung erkennen läBt, ist die Verschiebung von H'in Fig. 2 eindeutig festgelegt. In diesem Fall ist die Auswanderung von links nach rechts angenommen. Es hat also die Verschiebung von rechts nach links zu erfolgen. Hiermit sind alle für die Schallverzugskorrektur erforderlichen Grössen ermittelt.
Fig. 4, 5 und 6 stellen ein praktisches Ausführungsbeispiel des den Gegenstand der Erfindung bildenden Gerätes dar.
Der vom Horchgerät ermittelte akustische Höhenwinkel wird durch die Achse 20 (Fig. 5), die mit dem Horchgerät zwangs läufig verbunden ist, auf den Hebel 21 übertragen. Die Achse 20 ist in dem um die Vertikalachse EH mit Hilfe des Lagers 23 drehbaren Gehäuse 24 gelagert. Der akustische Seitenwinkel wird auf das Gehäuse 24 durch ein Zahnradgetriebe zwangsläufig vom Horchgerät übertragen. Die durch Schätzung ermittelte Flugzeuggeschwindigkeit v wird durch den Gleitstein 25 (Fig. 6) mittels Spindel 26, die den Spindelkopf 27 trägt, eingestellt. Dadurch wird die Achse H'H' (Fig. 5) um eine Strecke HH'von der Achse HH verschoben.
Diese Verschiebung kann auch in entgegengesetzter Richtung vorgenommen werden, indem die Scheibe 28 (Fig. 6), die die Spindel 26 trägt und in Platte 29 (Fig. 4 und 5 oben) drehbar gelagert ist, um 180 gedreht wird. Der mit dem Stein 25 fest verbundene Stift 50 gleitet dabei in dem Schlitz 51 der Platte 33 (Fig. 4 und 5 oben).
Die Platte 29 (mit Gleitstein 30 und Schlitten 31 fest verbunden) gleitet dadurch in die entgegengesetzie Richtung. Der Gleitstein 30 gleitet in dem Schlitz 52 in der Platte 33.
Die Platte 33 ist durch das Lager 34 in dem Gehäuse 24 drehbar angeordnet. Der Schlitten 31 trägt, um die Achse H'H'konzentrisch im Lager 81 drehbar, die Lagerbügel 35 und 36 und diese die Achse 37. Im Schnittpunkt der Achse 37 mit H'H'ist die Buchse 38 rechtwinklig zur Achse 37 angebracht. In Buchse 38 gleitet der Rundstab 39, der mit dem Hebel 21 im Gelenk 22 vereinigt ist.
Die Lagerbügel tragen ausserdem noch einen elektrischen Geber 40 für die Fernübertragung des optischen Höhenwinkels, und dieser Geber 40 ist mit dem Rotor eines Gebers 41 für den optischen Seitenwinkel fest gekoppelt. Das Gehäuse des Gebers 41 gleitet in einer Ereuzführung 42 bis 44, deren feststehender Teil 44 zum Ständer des Gerätes ausgebildet ist. Der Schlitten 31 kann also im jeweiligen Abstand v um die Achse HH geschwenkt werden. Der Geber 41 leitet die optischen Seitenwinkel entsprechend weiter auf eine Anzeigevorrichtung bekannter Ausführung ; desgleichen der Geber 40 die optischen Höhenwinkel, die durch Segment 45 und Kegelrad 46 von der Achse 37 auf denselben übertragen werden.
Durch diese besondere Ankupplung der Geber 40 und 41 an die Nachbildung der optischen Peilrichtung, dargestellt durch die Achse 37 und den Rundstab 39, ist erreicht, dass ausser der Einstellung dieser Nachbil- dung auch die Einstellung der Geber 40 und 41 vom Eorchgerät aus erfolgt.
Der Schlitten 31 mit der Achse H'H' wird durch den Griff 47 so eingestellt, dass die Verbindungslinie HiHi (Fig. 5) mit der Nordsüdrichtung den gleichen Winkel einschliesst wie letztere mit der Zielwegrichtung.
Diese Einstellung wird durch die Blockiervorrichtung 48, die am Sockel 44 angreift, festgehalten. Die Blockiervorrichtung 48 wird beim Loslassen des Knopfes 47, wobei sich dieser in Pfeilrichtung bewegt, automatisch durch die Feder 49 betätigt.
Zur Bestimmung des richtigen Winkels der Richtung HiHi, mit der Nord-Süd-Rich- tung ist folgende Einrichtung vorgesehen :
Auf der Buchse 38 (Fig. 4) ist der Stab 53 durch das Lager 54 angelenkt. An dem Stab 53 sind weiterhin die Führungsstange 55 durch das Gelenk 56 und der Hebel 57 i durch das Gelenk 58 befestigt. Die Füh rungsstange 55 ist durch das Gelenk 59 an den Schlitten 31 angelenkt. An dem Hebel 57 sitzt ein Kegelrad 60 (Fig. 5), das auf dem rechtwinklig auf der Achse 61 stehenden Zapfen 62 läuft. Die Achse 61 sitzt in dem Schlitten 31.
Durch die parallele Anordnung des Hebels 57, der Führungsstange 55 und der Buchse 38 bezw. des Rundstabes 39 und durch die Gleichfiihrung dieser drei Teile mittels eines gemeinsamen Stabes 53 wird erreicht, dass der Hebel 57 die gleichen Bewegungen wie die Rundstangen 39 zwangsläufig mitmachen muss.
Die Bewegung des Punktes w4'l parallel zur Horizontalebene wird über den Hebel 57 und das Kegelrad 60 auf ein Kegelrad 63 und von da über das mit diesem Kegelrad 63 festgekoppelte Radsegment 64 auf das Stirnrad 65 und das damit gekoppelte Kegelrad 66 übertragen. Die beiden Rader 65 und 66 laufen auf einer Hohlwelle 67, die mittels eines Halters 68, der lose auf der Welle 69 aufgesetzt ist, in der richtigen Teilkreisenentfernung des Kegelrades 70 gehalten wird.
Das Kegelrad 70 sitzt fest auf Welle 69 und überträgt die Bewegung somit auf die Scheibe 71, deren Drehrichtung. Pfeil 18 mit der Richtung der eingravierten Pfeile 72 und 73 auf der Scheibe 28 übereinstimmen muss.
Ist das nicht der Fall. dann muss die Scheibe 28 um 180 gedreht werden wodurch oben beschriebene Verlagerung des optischen Bezugspunktes um die Flugzeuggeschwindig- keit v in die verlangte, entgegengesetzte Richtung zur Flugrichtung gebracht wird.
Die Bewegungen der Achse 62 werden durch das fest auf der elle 61 sitzende Segment 74 über das auf Welle 75 befestigte Stirnrad 76 und das Kegelrad 77 auf das Kegelrad 78, die Hohlwelle 79 und die Scheibe 80 übertragen. Durch Herunterdrük- ken des Knopfes 47 wird die Arretierung der Platte 33 aufgehoben. Die Platte 33 wird nun so lange in der Drehrichtung der Scheibe geschwenkt, bis die Scheibe 80 stillsteht. Darauf kann die Platte 33 wieder blockiert werden, da nunmehr die augenblickliche Zielwegrichtung im Gerät festgelegt ist. Ändert das Ziel seine Richtung, so äussert sich dies in der Bewegung der Scheibe 80, die Scheibe 33 muss entsprechend nachgedreht werden, bis Scheibe 80 wieder still steht.