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Flugbahnrechenmaschine Die Erfindung bezieht sich auf die Darstellung
der durch den Luftwiderstand hervorgerufenen Verzögerung eines fliegenden Geschosses
zur mechanischen Errechnüng der Flugbahnen von Geschossen.
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Bei bekannten Einrichtungen dieser Art ist der Luftwiderstand lediglich
als eine Funktion der Geschoßgeschwindigkeit und der mit der Flughöhe veränderlichen
Luftwichte angenommen, und der Einfluß, den die Form und das Kaliber des Geschosses
auf den Luftwiderstand haben, durch einen für den jeweiligen Fall unveränderlichen
Faktor ausgedrückt. Der Einfluß der Temperatur auf den Luftwiderstand ist bei diesen
Einrichtungen aber nicht berücksichtigt.
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Die Temperatur beeinflußt den Luftwiderstand auf zweierlei Art. Einerseits
ändert sich bei sonst unveränderten atmosphärischen Bedingungen mit der Temperatur
der Luftdruckverlauf mit der Höhe, also auch die Luftwichte und damit der Luftwiderstand,
anderseits bewirkt jede Temperaturänderung die Luft (mit der Höhe und mit der Zeit)
aber auch eine Änderung der Schallgeschwindigkeit und damit ebenfalls eine Änderung
des Luftwiderstandes (sog. expliziter Temperatureinfluß). Der Temperaturverlauf
nach der Höhe ist sowohl mit der Jahres- als auch mit der Tageszeit unregelmäßig
veränderlich.
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Bekannte Universalschußtafeln dienen zum Ablesen der Erhöhung des
Geschützrohres oder der Seitenabweichung des Geschosses für vorbekannte Zielentfernungen
und Zielwinkel. Sie sind so aufgebaut, daß beliebige auf das fliegende Geschoß wirkende
Einflüsse, auch Temperatureinflüsse, Berücksichtigung finden können. In diesen Schußtafeln
sind die Bestimmungsstücke von bereits vorher etwa mit Hilfe einer Rechenmaschine
errechneten Flugbahnen in übersichtlicher Form zeichnerisch aufgetragen. Durch beigegebene
Ablesehilfsmittel kann man zu bestimmten Ausgangswerten als Lösung gehörende Tafelwerte
schnell
und bequem auffinden und ablesen. Eine Eirechnung von Geschoßflugbahnen kann mit
diesen bekannten Ausführungen jedoch nicht vorgenommen werden.
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Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung wird nun eine den tatsächlich
auftretenden Verhältnissen entsprechende Darstellung des Luftwiderstandes zur Bestimmung
der Geschoßverzögerung unter Einbeziehung des Temperatureinflusses dadurch erreicht,
daß der Einfluß der erfahrungsgemäß von Fall zu Fall und mit der Flughöhe in bestimmter
Weise sich ändernden Temperatur in die mechanische Rechnung einbezogen wird. Insbesondere
wird vorgeschlagen, dabei sowohl den Einfluß der Temperatur auf den Luftdruck als
auch den expliziten Temperatureinfluß, entweder jeden für sich oder auch beide gleichzeitig,
zu berücksichtigen.
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Zum Einbringen dieser beiden Temperatureinflüsse in die Recheneinrichtung
werden vorteilhaft zwei Arbeitskurven, mit der Flughöhe als unabhängig Veränderlicher,
verwendet, von denen die eine, die Temperaturkurve, den Temperaturverlauf oder den
ihm entsprechenden Verlauf der Schallgeschwindigkeit und die andere, die Luftdruckkurve,
den dem Temperaturverlauf entsprechenden Luftdruckverlauf wiedergibt.
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Die (verkörperte) Temperaturkurve ist zweckmäßig so auszuführen, daß
sie als Ganzes verschiebbar und verdrehbar ist und daß sie gegebenenfalls aus gegeneinander
verschieblichen und verdrehbaren Teilen zusammengesetzt ist. Die den verschiedenen
einstellbaren Temperaturverläufen zugeordneten Luftdruckkurven werden dabei vorteilhaft
auf drehbaren und auswechselbaren Tragorganen untergebracht.
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Die beiliegende Zeichnung zeigt als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
schematisch den Teil eines Flugbahnrechners, der zur Darstellung der Geschoßverzögerung
durch den Luftwiderstand dient, mit Einrichtungen sowohl zur Berücksichtigung des
Einflusses der Temperatur auf den Luftdruck als auch zur Berücksichtigung des expliziten
Temperatureinflusses.
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Der Darstellung -der durch den Luftwiderstand verursachten Geschoßverzögerung
ist die Gleichung
zugrunde gelegt, worin v die Geschoßgeschwindigkeit, t die Zeit, C einen Festwert
(Maßstabfaktor), B einen von Form, Kaliber und Gewicht des Geschosses und vom Bodenluftdruck
abhängigen Wert, p den Luftdruck am Geschoßort, p" den Luftdruck am Boden, s die
Schallgeschwindigkeit am Ort des Geschosses und Z
die Luftwiderstandsfunktion bedeuten.
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Bezüglich des Temperaturverlaufes ist in dem Ausführungsbeispiel die
übliche Annahme gemacht, daß die Temperatur zunächst geradlinig mit der Höhe abnimmt
und sich dann von einer bestimmten Höhe, dem sog. stratosphärischen Punkt, an nicht
mehr ändert.
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Auf einem in Pfeilrichtung verschiebbaren, mit der ebenen Skala a1
versehenen Schlitten A gleitet, senkrecht zur Bewegung des Schlittens
A, ein Schlitten B mit dem zur Skala a1 gehörigen Zeiger b1 und der
eigenen ebenen Skala b2. Auf dem Schlitten B liegt ein dritter Schlitten C mit dem
zur Skala b, gehörigen Zeiger cl. Der Schlitten C bewegt sich in gleicher Richtung
wie der Schlitten A.
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Der Schlitten C trägt eine zweiteilige Arbeitskurve c2, die sog. Temperaturkurve,
auf der die senkrecht zur Bewegungsrichtung des Schlittens A verschiebliche Rolle
c3 ruht. Das in Gleitrichtung des Schlittens C verlaufende Stück der Temperaturkurve
ist fest mit dem Schlitten verbunden. Das andere Stück ist auf dem im Schlitten
C gelagerten Zapfen dl drehbar und kann durch das ortsfest gelagerte Handradd-,
über das GetriebeD geschwenkt werden. An das Getriebe D ist noch der Zeiger d, -angeschlossen,
der mit den beiden ortsfesten Skalen d4 und d,., zusammenarbeitet.
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Am Schlitten A lagert in zwei Armen a2 die Welle ei der .auswechselbaren
Trommel E. Auf der Trommel E befinden sich, auf dem Umfang verteilt, eine Anzahl
Arbeitskurven, die Luftdruckkurven. Die Welle ei greift in die ortsfest gelagerte
Welle e. ein, die mit einer Skalentrommel es und mit dein Handrad e4 versehen ist.
Der Skala e3 gegenüber befindet sich der ortsfeste Zeiger e,,. Die auf einer .der
Luftdruckkurven der Trommel E aufliegende Rolle er, ist in dem einen Ende der längs
beweglich gelagerten Stange e7 drehbar gelagert. Die Stange e7 mündet in das Rechenwerk
F.
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Die mit der Rolle c3 verbundene, längs verschieblich gelagerte Stange
c5 führt wie die Welle g der Geschwindigkeitstrommel G in das Rechenwerk H. Aus
diesem tritt die Welle 1i aus, die die Achse der Luftwiderstandstrommel I bildet
und fest mit ihr verbunden ist. Der Mantel der Luftwiderstandstrommel I trägt eine
nicht dargestellte Kurvenbahn, entsprechend der einzuführenden Luftwiderstandsfunktion
mit dem Ouotienten
als unabhängig Veränderlicher. Auf dieser Kurvenbahn läuft die Rolle il, die in
dem
einen Ende der längs verschieblich gelagerten Stange i2 drehbeweglich
gelagert ist. Sowohl die Stange i2 als auch noch eine dritte ebenfalls längs verschieblich
gelagerte Stange k1 führen in das Rechenwerk F. Der Zeiger lz_ an der Stange k1
spielt über der festen Geschoßskala k2. Aus dem Rechenwerk F tritt die Ergebniswelle
f aus.
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Die sog. Temperaturkurve c2 stellt in Wirklichkeit die Schallgeschwindigkeit
abhängig von der Flughöhe dar. Da die Schallgeschwindigkeit verhältnisgleich der
Wurzel aus der absoluten Temperatur ist, verläuft, bei den obenerwähnten Annahmen
über .den Temperaturverlauf nach der Höhe, der abfallende, für einen mittleren Fall
berechnete Teil der Temperaturkurve schwach (parabolisch) gekrümmt.
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Die Skalen a1, b" d4- und d5 dienen dazu, der Temperaturkurve c2 die
für -den jeweiligen bestimmten Fall passende Lage zu geben. An den Skalen a1 und
b2 werden die Koordinaten des stratosphärischen Punktes, nämlich die stratosphärische
Temperatur und die stratosphärische Höhe eingestellt, wobei die Temperaturskala
a1, entsprechend dem Zusammenhang zwischen der Schallgeschwindigkeit und der Temperatur,
eine parabolischie Teilung erhält, während die Höhenskala b2 gleichmäßig .geteilt
.ist.
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An den Skalen d4 und d5 wird durch Drehen am Handrad d2 die für den
jeweiligen Fall vorgetriebene Temperaturänderung je Höhenmeßeinheit, beispielsweise
die Temperaturänderung auf je roo m Höhenunterschied, eingestellt. Die Skala d4
ist dazu in Grad je Höhenmeßeinheit eingeteilt. Für diejenigen Fälle, bei denen
mit einem unveränderlichen stratosphärischen Punkt gerechnet werden soll, wird an
der dafür vorgesehenen Skalads einfach die Bodentemperatur eingestellt. Es sind
mehrere Skalen d5, für verschiedene stratosphärische Punkte geltend, vorgesehen.
Diese Skalen d5 .befinden sich, als Kreisbogenstücke aneinandergereiht, auf einer
drehbaren Skalenscheibe, so daß die Skala für den jeweils geltenden stratosphärischen
Punkt .durch Drehen dieser Skalenscheibe schnell und leicht eingestellt werden kann.
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Auf -der Luftdrucktrommel E sind die zu ,dem angenommenen Temperaturverlauf
gehörigen Luftdruckkurven für verschiedene Bodentemperaturen angebracht. Die jeweils
der bestimmten Bodentemperatur entsprechende Luft.druckkurve wird durch Drehen der
Trommel E .mit Hilfe des Handrades e4 nach dem Abheben der Rolle es unter diese
Rolle gebracht, wobei die vorgenommene Einstellung von der in Temperaturgrad eingeteilten
Skalentrommel es an dem feststehenden Zeiger cs abgelesen werden kann. Zu jeder
anderen Temperaturkurve c2 gehört auch eine besondere Luftdrucktrommel.
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Vor Inbetriebnahme der als Ausführungsbeispiel gezeigten Einrichtung
sind die folgenden Einstellungen zu machen: z. Einstellen des dem Geschoß und dem
Bodenstück zugeordneten Festwertes B an der Geschoßskal.a k3, a. Einsetzen der zu
dem Geschoß gehörigen Luftwiderstandstrommel I, 3. Einstellen .der Temperaturkurve
c2 entsprechend den der Rechnung zugrunde zu legenden atmosphärischen Verhältnissen.
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Es werden eingestellt: Die stratosphärische Temperatur an der Skala
a1, die stratosphärische Höhe an der Skala b2, das Temperaturgefälle oder die Bodentemperatur
an der Skala d4 oder d5.
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q.. Einsetzen der zu der gewählten Temperaturkurve c2 gehörenden Luftdrucktrommel
E.
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5. Einstellen -der der gewählten Bodentemperatur zugeordneten Luftdruckkurve
an der Skala e$ (bei abgehobener Rolle eJ.
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Durch die übrigen von -der Erfindung nicht berührten Teile des Flugbahnrechners
werden der dargestellen Einrichtung fortlaufend ,die Geschoßgeschwindigkeit durch
eine entsprechende Verdrehung der Geschwindigkeitstrommel G und die Flughöhe durch
eine entsprechende Verschiebung des Schlittens A (nach links) zugeführt.
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Mit dem Schlitten A werden auch die Schlitten B und C mit der Temperaturkurve
c2 und die Luftdrucktrommel E mit den Luftdruckkurven verschoben. Die nicht mitverschobenen
Rollen c3 und e, rollen dadurch relativ auf den zugehörigen Kurvenbahnen ab. Ihre
jeweiligen Höhenlagen sind ein Maß für die jeweilige Schallgeschwindigkeit s und
das jeweilige Luftdruckverhältnis
Das Maß für die Schallgeschwindigkeit s wird durch die Stange c5 an das Rechenwerk
H weitergegeben, .das aus ihm und dem -von der Welle g eingeleiteten Maß v
für die Geschwindigkeit den Quotienten
bildet und die LuftwiderstandstrommelI entsprechend die-, sein Wert verdreht. Die
Höhenlage der Rolle il ist ein Maß für den zugehörigen Wert der Luftwiderstandsfunktion
o
Dieser Wert und der durch die Stange e, einzuführende augenblickliche Wert des
Luftdruckverhältnisses
- werden zusammen mit dem auf :der Geschoßskala kg eingestellten und durch die Stange
k1 übermittelten Festwert B durch das Rechenwerk F miteinander malgenommen
und
das sich ergebende Produkt als Drehung an der Ergebniswelle dargestellt. Die Drehung
der Ergebniswelle f ist dadurch nach der der Rechnung zugrunde gelegten vorerwähnten
Formel ein Maß für die durch den Luftwiderstand hervorgerufene Verzögerung des Geschosses.