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Zieleinrichtung zum Einstellen der Visierlinie beim Geschoßabwurf
aus Luftfahrzeugen. Das bisher geübte Zielverfahren beim Geschoßabwurf aus Luftfahrzeugen
beruht allgemein darauf, daß vom Lotpunkt der Zielstelle aus in Richtung des Zieles
um einen der Wurfweite entsprechenden Betrag vorgehalten wird. Dieses Verfahren
kann den Einfluß des Windes kaum in befriedigender Weise berücksichtigen, da die
genaue Ermittlung des mit dem Winde veränderlichen Vorhaltewertes und der Vorhalterichtung
theoretisch und praktisch auf Schwierigkeiten stößt. Die nachfolgend erläuterte
Erfindung besteht in einer Einrichtung, bei der -zunächst auf einen gegen den Lotpunkt
der Zielstelle in Mittschiffsrichtung des Luftfahrzeugs verschobenen, ideellen Hilfspunkt
zurückgehalten und erst
von diesem Hilfspunkt aus in Richtung des
Ziels vorgehalten wird. Die neue Einrichtung läßt eine theoretisch einwandfreie
Berücksich. tigung des Windeinflusses zu, ohne daß es nötig wäre, Windstärke und
Richtung für sich zu ermitteln oder das Ziel in der Windrichtung anzusteuern. Außerdem
lassen sich die Zurück- und Vorhaltestrecke unter jeglicher Vermeidung einer geistigen
Tätigkeit ermitteln und mittels einer Zieleinrichtung in einfacher '@ÄTeise mechanisch
einstellen. Die Begründung hierfür ergibt sich aus Folgendem: Man betrachte die
Bewegung des Luftfahrzeugs und des fallenden Geschosses von einem Koordinatensystem
mit senkrechter Z-Achse aus, das sich mit der Luftströmung im Raume fortbewegen
und dessen X-Achse die, horizontale Richtung der Eigenbewegung des Fahrzeugs gegen
die Luft haben möge. Im Augenblick des Abwurfes sei das Fahrzeug auf der Z-Achse
in der Höhe H angenommen. Alsdann stellt sich der Fall odes Geschosses nach Abb.
i als eine Kurve I( in der X-Z-Ebene dar, deren Verlauf nur von der mit der Eigengeschwindigkeit
des Fahrzeugs übereinstimmenden, horizontal gerichteten Anfangsgeschwindigkeit V,
und der Bombenform abhängt. Die auf der X-Achse liegende, von der Höhe H abhängige
Wurfstrecke P-C sei gleich R. Verfolgt man nunmehr die Bewegung des genannten Koordinatensystems
vom Ziel aus, so findet man, daß sich das System und folglich auch der Endpunkt
C der Strecke R, entsprechend der am Ziel wahrnehmbaren Windgeschwindigkeit W und
Windrichtung, gegen das Ziel fortbewegt. Damit also letzteres überhaupt von dem
Fallgeschoß :erreicht werden kann, muß der Ruftreffpunkt C zu Beginn des Falles
entgegen der Windrichtung um eine Strecke vom Ziel entfernt sein, die gleich dem
Weg des Windes bzw. der Verschiebung des Koordinatensyst:ms während der Fallzeit
t, also gleich dem Ausdruck W . t ist. Demnach muß beim Zielen von der auf
der Z-Achse in der Höhe H befindlichen Zielstelle O aus nach einem Punkte Z der
X-Y-Ebene visiert werden, dessen Lage durch die Komponente P-C = ,Z auf der X-Achse
und C-Z =W # t in Richtung des scheinbaren Windes am Ziel festgelegt
ist. Die aus Abb. i ersichtliche Projektion dieser Visierlinie 0-Z ist die Linie
P-Z. Die unmittelbare Einstellung dieser Visierrichtung und des Vorhaltebetrages
P-Z mittels einer Zieleinrichtung würde, wie anfangs schon angedeutet, auf erhebliche
Schwierigkeiten stoßen. Hier setzt nun die Erfindung :ein, indem sie vorschreibt,
nicht von dem Lotpunkte P der Zielstelle O, sondern von dem in Mittschiffsrichtung
rückwärts liegenden Hilfspunkt D aus nach dem Ziel Z vorzuhalten. Die Lage des Punktes
D ergibt sich dabei aus folgender Betrachtung.
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Die horizontale Bewegung der Abwurfstelle Ö gegen das Ziel Z ist die
Resultierende V aus der Eigengeschwindigkeit V" des Fahrzeugs und der Windgeschwindigkeit
W (Abb. i). Die Richtung von V weist von Z aus nach rückwärts auf den Punkt D) der
X-Achse. Diesem Punkte muß sich das Ziel beim Ansteuern scheinbar entgegenbewegen,
wenn es überhaupt getroffen werden soll.
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Die Längen der Zurückhaltestrecke P-D = T
und Vorhaltestrecke
D-Z = S ergeben sich durch Vergleich des Zieldreiecks D-C-Z mit dem aus Vo,
W und V gebildeten Fahrtdreieck: Beide Dreiecke sind, wie sich aus der Parallelität
ihrer Seiten ergibt, ähnlich; ihre linearen Abmessungen stehen im Verhältnis t:
i. Es folgt für die Zurückhaltestrecke T der Wert Vot-R und für die Vorhaltestrecke
S der Wert V # t. Aus diesen Ableitungen ergibt sich ohne weiteres,
daß die Lage des Hilfspunktes D- aur von der Eigengeschwindigkeit V, einerseits
und der Wurfweite R bzw. Fallzeit t, d. h. von der Höhe H, anderseits abhängig ist,
nicht aber von Stärke und Richtung des Windes.
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Fallen Abwurf- und Zielstelle, z. B. bei einem Luftschiff mit mehreren
Gondeln, nicht zusammen, so muß die Visierlinie im Augenblick des Abwurfs nach Abb.
i nicht von der Abwurfstelle O nach Z, sondern von der Zielstelle O' nach Z verlaufen.
Dem wird entsprochen, wenn die bezeichnete Zürückhaltestrecke T um den Abstand
0-0' = M der Ziel-und Abwurfstelle vergrößert oder verkleinert wird, je nachdem,
ob erstere vor oder hinter der letzteren liegt. Daraus ergibt sich für die Zurückhaltestrecke
jetzt der Wert T'-Va#t-R ± M.
Die Vorhaltestrecke bleibt dagegen gleich S.
Die Zieleinrichtung besitzt demgemäß eine stets horizontale Hilfsebene, auf der
die nach Abb. i projizierten Zurück- und Vorhaltestrecken B bzw.
B' und A, eingestellt werden. Diese Strecken sind so gewählt, daß sie bei
ihrer Betrachtung vom Punkt O bzw. O' aus auf der Erdoberfläche die oben abgeleiteten,
richtigen Strecken T bzw. T' und S abschneiden-. Bezeichnet L den
Abstand der Hilfsebene von O, so gilt für die projizierte Zurückhaltestrecke
und für die projizierte Vorhaltestrecke
Die nähere Einrichtung ist nun in den Abb. a bis 5 und 7 dargestellt.
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In Abb. q. ist a eine durchsichtige Platte aus Glas o. dgl., deren
untere Fläche mit der obenerwähnten Hilfsebene identisch ist. Um diese Fläche stets
parallel zur Horizontalebene zu erhalten, ist der Rahmen d der Platte a mittels
des Kardanringes e in dem Ring f pendelnd aufgehängt; der Rahmen
d
wird durch ein Pendelgewicht oder andere :Mittel in gleichbleibender Lage
zur Horizontalen gehalten. Der Ring f und somit auch der Rahmen ,cl nebst Glasplatte
a sind in dem Sockel g drehbar, so daß ein auf der unteren Glasfläche eingeritzter
Längsstrich X aus der in Abb. ¢ gezeichneten Mittellage - Längsrichtung des. Flugzeugs
- beliebig seitlich herausgeschwenkt werden kann (Abb. 5). Die Glasplatte a ist
außerdem in der Richtung des Längsstriches mittels der Schraube m verschiebbar;
:eine auf der Glasplatte eingeritzte Vorhaltemarke y kann infolgedessen auf den
Vorhalteabstand A vom Drehmittelpunkt O eingestellt werden.
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Die Glasplatte a und mit ihr der Längsstrich x und die Vorhaltemarke
y werden gleichzeitig mit der Erdoberfläche durch das oberhalb der Glasplatte im
Abstand L angeordnete Diopter hindurch betrachtet. Das Diopter ist am festen Sockel
g angebracht. Es läßt sich mittels der Schraube g in Längsrichtung des Fahrzeugs
verschieben und an einer Skala auf den Zurückhaltewert B' einstellen, so daß der
Drehmittelpunkt O der Glasplatte a eine Horizontalverschiebung von gleichem Betrage
nach rückwärts geben die Diopteröffnung erfährt. Die Visierlinie ist nunmehr durch
den Mittelpunkt des Diopters und die Vorhaltemarke y festgelegt. Das Ziel ist auf
dem Längsstrich anzusteuern; der Abwurf erfolgt, sobald das Ziel die Vorhaltemarke
anschneidet.
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Zum Einstellen des Zurückhaltewertes
an der Diopterskala müssen außer den Konstanten L und M die Werte
H, Va, t und I2 bekannt sein. Die Höhe H wird am Barometer abgelesen. Die
Eigengeschwindigkeit V, kann für das betreffende Luftfahrzeug als bekannt gelten.
In der Regel wird V, bei horizontaler Fahrt und ein und derselben Schraubenumdrehungszahl
nahezu konstant sein. Ein konstantes Va vorausgesetzt, sind die noch übrigbleibenden
Größen t und R reine Funktionen von H, und daher kann für den praktischen
Gebrauch der ganze Zurückhaltewert B' als Funktion von H aufgefaßt werden. Er läßt
sich mithin nach Ablesung des Barometers an der zweckmäßig nach Höhen eingeteilten
Skala des Diopters in einfachster Weise einstellen. Bei etwaiger Änderung der Eigengeschwindigkeit
V, kann die Skala gegen eine andere ausgewechselt werden. Bezüglich des Vorhaltewertes
können auf Grund des oben Gesagten L, H
und t als bekannt gelten. Es wäre
also noch die Relativgeschwindigkeit V zwischen Ziel und Abwurfstelle zu bestimmen.
Statt dessen wird jedoch mittels der unten näher behandelten Wandermarken die scheinbare
Relativgeschwindigkeit ermittelt und in den obigen Ausdruck
eingeführt. Letzteres geschieht in der Weise, daß der Wert L #
A
gemäß Abb. 3 auf die eine, vertikale Seite 0-J' und der Wert
auf die andere, horizontale Seite J'-G' eines rechtwinkeligen Dreiecks O-J'-G' übertragen
wird. Der so gebildete Vorhaltewinkel a zwischen dem Vorhaltearm b und der Vertikalen
bedingt in dem Dreieck O-J-G mit einer vertikalen Kathete 0-J von der konstanten
Länge L .eine horizontale Kathete J-G von der Länge L # tga
womit die richtige Vorhaltestrecke A dargestellt ist. Denkt man sich nun durch den
Vorhaltearm b längs der zuletzt genannten horizontalen Kathete J-G die Glasplatte
a verschoben, so erkennt man, daß diese mit der Vorhaltemarke y die richtige
Vorhaltestellung erreicht hat. Das behandelte Vorhaltedreieck braucht in der Zieleinrichtung
nicht, wie eben beschrieben, vertikal zu stehen, sondern kann auch z. B. in die
Horizontale umgeklappt werden (Abb. q. und 7).
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Wie oben beschrieben, nimmt das Diopter in dem Ausführungsbeispiel
an der Pendelbeweg ung nicht teil. Um trotzdem etwaige Fehler infolge Neigung des
Fahrzeugs und des Diopters gegen die stets horizontale Hilfsebene zu vermeiden,
ist das Diopter in der Nähe des Pendelaufhängepunktes o angebracht. Alsdann können
nach Abb.6 infolge des stets verhältnismäßig kleinen Abstandes B' des Diopters p
vom Aufhängepunkt o nur geringe, unschädliche Abweichungen E von der richtigen Visierlinie
entstehen. Die Einrichtung kann jedoch auch so getroffen werden, daß das Diopter
an der Pendelbewegung teilnimmt, nur muß dann dafür Sorge getragen werden, daß es
von der Drehung des Rahmens d und der Glasplatte a unabhängig bleibt.
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Es ist bereits ausgeführt worden, daß bei der Ermittlung des Vorhaltewin
Fels nicht die wahre, sondern die scheinbare Relativgeschwindigkeit
gemessen wird. Hierzu
dienen beispielsweise Wandermarken j (Abb.
¢), die sich in bekannter Weise mit regelbarer Geschwindigkeit parallel zum Längsstrich
x der Glasscheibe a durch das Gesichtsfeld bewegen. In Abb. z sind diese Marken
auf dem Film c zu denken, der sich über Rollen i und k unmittelbar
unter der Glasscheibe bewegt. Die Marken befinden sich mithin in derselben Hilfsebene
wie die Vorhaltemarke y. Beim Zielen werden die Marken j durch Regeln der Filmgeschwindigkeit
so eingestellt, daß sie relativ zu den durch das Gesichtsfeld wandernden Gegenständen
der Erdoberfläche stillstehen; ihre Geschwindigkeit entspricht dann dem genannten
Ausdruck
Die Übertragung dieses Geschwindigkeitsmaßes auf die horizontale Seite J'-G' des
Vorhaltedreiecks (Abb.3) ergibt, abgesehen von der einfachen Einstellung der senkrechten
Kathete 0-J' nach der Höhenskala, ohne weiteres in der entsprechenden Verschiebung
der Vorhaltemarke y den Vor. haltewert A.
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Diese Ermittelung und übertragu g des Geschwindigkeitsmaßes geschieht
rein mechanisch durch die in Abb. 7 dargestellte Einrichtung. In dieser Abbildung
stellt r eine von einem Uhrwerk oder einer anderen, möglichst gleichmäßig wirkenden
Vorrichtung angetriebene Planscheibe dar, von der ein auf seiner Achse in Längsrichtung
verschiebbares Reibrad s mitgenommen wird. Die Umlaufgeschwindigkeit des letzteren
wird um so größer, je mehr .es mit Hilfe der Schraube t und des Rändelrades m vom
Mittelpunkt der Planscheibe r entfernt wird. Die Reibrolle s überträgt ihre Drehung
auf die IVEtnehmerrolle i und bewegt dadurch den Film mit entsprechender Geschwindigkeit.
Durch die Drehung der Schraubenspindel t wird zugleich mittels einer Kegelradübertragung
o. dgl. die Schraubenspindel u gedreht. Diese verschiebt wiederum den Schlitten
v und gibt dadurch dem Vorhaltearm b eine der Filmgeschwindigkeit entsprechende
Auslage. Der früher erwähnten Abhängigkeit des Vorhaltearms von der barometrischen
Höhe wird durch Querverschiebung des Anlenkungspunktes E mittels des Querschlittens
w und der Schraube L Rechnung getragen. Von dem Vorhaltearm b wird die bei F im
Abstande L vom Drehpunkte angelenkte Glasscheibe a mitgenommen.
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Die Handhabung der beschriebenen Zielvorrichtung beim Zielvorgang
beschränkt sich auf folgende einfachen Tätigkeiten: r. Ablesen der Flughöhe am Barometer
und Einstellen des Diopters und der einen Seite 0-J' des Vorhalt:edreiecks nach
ihren Höhenskalen mittels der Schrauben g und L; a. Drehen der Glasscheibe a beim
Ansteuern des Ziels nach dem Längsstrich x und Einstellen der Wandermarken auf relative
Ruhe im Gesichtsfelde mit Hilfe der Schraube m; 3. Abwerfen des Geschosses, sobald
das auf dem Längsstrich x anwandernde Ziel die Vorhaltemarke y anschneidet.
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Zur weiteren Vereinfachung der Handhabung können das Einstellen des
Diopters und der Seite 0-J' des Vorhaltedreiecks durch Kuppeln der Einstellschrauben
g und L miteinander vereinigt werden. Das Einstellen beider Werte geschieht alsdann
nach einer und derselben Skala mit einem :einzigen Handgriff. Schließlich läßt sich
auch das Barometer so anbringen, daß sein Zeiger über der gleichen Skala spielt.
Dann :erübrigt sich zum Einstellen des Diopters und der vertikalen Seite des Vorhaltedreiecks
das Ablesen der Skala ganz, und es braucht nur die Einstellmarke der Skala mit dem
Barometerzeiger zur Deckung gebracht zu werden. Diese Einrichtung gestattet also,
bei der Handhabung der Zielvorrichtung im Luftfahrzeug ohne jede Ablesung einer
Skala oder Übertragung irgendeiner Zahl auszukommen.
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Die Ermittlung der Relativgeschwindigkeit V' H braucht auch nicht
durch Wandermarken zu geschehen, sondern :es können hierzu unter anderem die bekannten
Vorrichtungen dienen, welche auf einer Messung der zum Durchlaufen des Ziels durch
:ein Parallelfadensystem erforderlichen Zeit beruhen. Oder es kann zum gleichen
Zwecke :ein Zielfaden dem Ziel während eines bestimmten Zeitabschnittes nachgeschoben
und die Verschiebung auf die Seite J'-G' des Vorhaltedreiecks übertragen werden
o. dgl. Auch läßt sich die Vorrichtung so einrichten, daß an Stelle des Diopters
und Fadenkreuzes eine Fernrohrvisiereinrichtung tritt. Ein Ausführungsbeispiel einer
solchen ist in den Abb. 8 und 9 dargestellt.
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Diese Einrichtung ist aus der beschriebenen Dioptervorrichtung dadurch
entstanden, daß ein Fernrohr mit seiner Achse in die durch Diopteröffnung und Wandermarke
gebildete Linie gebracht ist. Zu diesem Zweck ist das Fernrohr in einem oberen Punkte
O seiner Achse und in einem unteren Punkte E beweglich mit - einem durch ein Pendelgewicht
o. dgl. stets in die gleiche Lage eingestellten Körper z verbunden. Der obere Anlenkungspunkt
O ist in gleicher Weise wie früher das Diopter p in Längsrichtung des Fahrzeugs
verschiebbar. Der untere Anlenkungspunkt L' läßt sich in gleicher Weise wie früher
die Glasplatte a mit der Vorhaltemarke y und dem Wandermarkensystem
j um eine Vertikalachse schwenken und außerdem radial verschieben.
Die
durch einen regelbaren selbsttätigen Antrieb bewirkte Radialverschiebung ermöglicht
es, das Ziel im Gesichtsfeld dauernd in relativer Ruhe zu einem Fadenkreuz a zu
halten. An dem ebenfalls an dem pendelnden Körper i angelenkten, von der Fernrohrbewegung
jedoch unabhängigen Vorhaltearrn 3 ist die Vorhaltemarke q. angeordnet; sie ragt
von außen in die Fadenkreuzebene des Fernrohrs hinein und erscheint im Gesichtsfelde
gleichzeitig mit dem betrachteten Gegenstande. Der in einem Schlitz 16 des Fernrohrgehäuses
17 geführte Punkt E, dessen horizontale Verschiebegeschwindigkeit wiederum als Maß
für die scheinbare Relativgeschwindigkeit des mit dem Fernrohr anvisierten Erdzieles
dient, wird mittels einer Klemmvorrichtung 5 o. dgl. mit dem endlosen Stahlband
6 o. dgl. gekuppelt und von letzterem mitgenommen. Der Antrieb und die Geschwindigkeitsregelung
des Stahlbandes erfolgt in der gleichen Weise wie bei dem Film c in Abb. 7 durch
eine von dem Reibradgetriebe io, i i bewegte MitnehmertrOmmel 7. Ein Zahnrad 8 und
eine mit dessen Achse verbundene Schraubenspindel g verschieben zugleich die Reibrolle
io auf der Planscheibe i i und den Schlitten 12. Das Geschwindigkeitsmaß der Fernrohrbewegung
wird mithin bei seiner Einstellung gleichzeitig auf den Schlitten und auf den in
einem Schlitz des Vorhaltearms 3 gleitenden Zapfen 13 als horizontale Verschiebung
übertragen. Der Zapfen 13 kann außerdem mit Hilfe des durch eine Schraube i q. verstellbaren
Schlittens 15 nach einer Skala in senkrechter Richtung verschoben werden. Durch
das Zusammenwirken der horizontalen und vertikalen Verschiebung des Zapfens 13 erhalten
der Vorhaltearm 3 und die Vorhaltemarke q. die durch das früher behandelte Vorhaltedreieck
angegebene Vorhaltestellung. Hat man das Ziel mit dem Fernrohr aus größerer Entfernung
aufgesucht, das Fernrohr mit dem Stahlband gekuppelt und die Geschwindigkeit des
letzteren so geregelt, daß das Ziel im Gesichtsfeld in relativer Ruhe zum Fadenkreuz
verbleibt, so erscheint die Vorhaltemarke nach längerer oder kürzerer Zeit am unteren
Rande des Gesichtsfeldes und wandert am Längsfaden entlang dem Ziel entgegen. Sobald
Ziel und Vorhaltemarke sich treffen, ist die richtige Ab-«-urfstellung erreicht.