PF [中字]美國海軍火控計算機基礎機械結構-第二部分(MN-6783b)

♪♪ 理解元件求解器，取決於對其解決之類型問題的一定程度的認識。 舉個例子，我們將使用這個簡單的情境。 目標靜止不動，本船航向與航速保持不變。 隨著船隻的移動，距離持續變化。 目標的方位角也在不斷變化。 此外，不僅距離和目標方位在變化，它們的變化速率也不恆定。 例如，這四艘船的位置在時間上以相等的間隔分布。 在A與B之間的時間內，範圍的變化大於C與D之間時間內的變化。 因此，距離變化的速率並非常數。 同時請注意，A 與 B 之間的目標方位變化小於 C 與 D 之間的變化。 因此，目標方位變化率並非常數。 解決火控問題需要持續掌握現有變化速率的資訊。 這是一個向量問題，我們已知本船的航向與航速，如圖中速度向量的長度與方向所示。 我們還知道對準目標的視線。 距離的變化率，或稱距離變化速率，是指沿視線方向的分量。 目標方位角的變化率，或稱方位變化率，是垂直於視線方向的分量。 比較兩船位的向量圖，方位變化率各分量的差異， 同時，請再次說明速率變化率各組成部分的差異，並展示這些速率如何變化。 即使船的航向和航速保持不變。 這些比率也會隨著課程的變更而改變。 它們也會隨著速度的改變而改變。 問題在於如何提供持續不斷、即時有效的解決方案。 這是由組件求解器完成的。 它持續建立向量圖形，測量各個分量，並將其數值傳輸至電腦的其他部分。 要了解其如何形成矢量圖，我們將從速度矢量開始，首先考慮其方向。 方向是相對於這條中心線來測量的，這條中心線代表視線方向。 速度向量位於向量齒輪的槽內。 一個輸入齒輪驅動向量齒輪。 槽口相對於中心線的方向，再現了船隻運動方向相對於視線線的方向。 現在，讓我們看看向量長度是如何獲得的。 在槽形矢量齿轮下方有一個凸輪。 凸輪表面是在齒輪端面上加工出的螺旋槽。 凸輪由這個輸入齒輪定位。 一個帶有突出銷釘的跟隨件在槽內運行。 銷延伸穿過向量齒輪上的槽，使得銷與從動件僅能沿槽移動。 船速通過此輸入齒輪輸入。 透過透明的向量齒輪，你可以看到螺旋槽如何推動從動件和銷釘沿槽移動。 從齒輪中心到銷釘的距離即為速度向量的長度。 當速度為零時，銷釘位於中心位置。 在低速時，從銷釘到中心的距離，即向量長度，較小。 隨著速度提高，向量亦隨之增大。 當達到全速時，向量達到最大值。 既然我們已經了解速度向量的產生方式，接下來我們要探討其各個分量是如何獲得的，以完成向量圖。 為此，有兩個帶槽的支架，銷釘穿過兩個槽向上延伸。 當指針移動以形成速度向量時，同時也移動齒條以形成該向量的分量。 為了清楚說明，讓我們逐一觀察每一組機架。 從零位置開始，注意齒條在銷釘移動至定位以形成速度向量時的移動情況。 齒條移動的距離等於沿視線方向的速率範圍分量。 為了顯示此組件如何被測量並以速率範圍形式傳輸，請將滑架回歸至零位。 現在請看這個輸出。 輸出旋轉量測的是齒條移動量，或元件的長度。 並通過輸出軸，將測量的速率傳輸至電腦的其他部分。 另一個齒條以相同的方式運作，但其運動方向與視線線垂直。 此組件為速率承受元件，其數值透過此輸出傳輸。 當本船航向與視線方向一致時，方位變化率分量變為零。 且速率變化率分量等於速度向量。 在零速度時，兩個齒條在中心處交叉，輸出值均為零。 這是一種碟式積分器，是幾種不同類型中的一種。 他們能做很多工作。 其中最簡單的一項，即範圍保持工作，將讓你對整合器的功能有相當清楚的了解。 一個保持距離的簡單範例是針對靜止目標的情況。 並隨著自身船隻以恆定速度沿視線方向移動。 問題從一個觀察到的初始範圍開始。 在任何時刻，範圍變化量與初始範圍的總和即為目前的範圍。 若本船向目標移動，則現時距離等於初始距離減去距離變化量。 在此情況下，範圍變動為負值。 在另一種情況下，則是正數量。 目前的範圍，即是初始範圍與範圍變化量的代數和。 磁碟積分器計算距離的變化。 那麼，讓我們來檢視這個範圍保持問題的這一部分。 從初始位置重新開始，並以恆定速率改變範圍，例如每秒10碼。 很容易看出，10秒後，距離變化為100碼。 20秒後，200。 三十、三百，以此類推。 但其他所有點的範圍變化又是如何呢？ 以普通的算術，你無法跟上這個問題的節奏。 更重要的是，這個解決方案將以一系列跳躍的形式出現。 範圍不會以這種方式改變。 整合器以如下方式計算距離的變化， 順暢且連續地隨著範圍的變化而變化。 之所以在此使用這種範圍以恆定速率變化的例子，是因為其簡單性。 實際上，在幾乎所有情況下，範圍的變化並非常數。 然而，整合器持續計算距離的變化，並將其作為輸入提供給微分器。 另一個輸入是初始範圍。 差動器將代數和作為現有範圍。 在考慮問題的同時，現在我們來探討機制本身。 當頂部被抬起時，你會看到大部分基本部件。 一個滾筒、一個圓盤和一個球。 另一顆球放在這顆球上，兩顆球都固定在一個車架上。 這些部件以示意圖形式顯示，以說明其運作原理。 有兩個輸入。 一個輸入是時間。 它由一個以恆定速度由馬達驅動的圓盤表示。 另一個輸入是速率變化率。 速率範圍來自元件求解器，會以這種方式移動或定位球體。 範圍變更是指滾輪從起始位置起，以轉數為單位測量的位置變更。 並通過輸出軸傳輸。 旋轉的圓盤通過摩擦力使球體和滾輪轉動。 當球靠近圓盤邊緣時，滾輪會以最高速度旋轉。 滾輪速度隨著球靠近圓盤中心而降低。 在中心位置，滾輪的轉速為零。 原則上，滾輪與圓盤相當於一個變速比。 滾輪與光碟上的軌道周圍彼此如同兩個齒輪般相互作用。 這些球體起到惰輪齒輪的作用。 滾筒和鋼珠的周長當然都是恆定的。 但光碟上的音軌是可變的。 這相當於無限多的齒輪比。 為了讓數學推導更易於理解， 假設光碟每秒旋轉一圈，我們將在這個計時器上顯示出來。 並且在輸出端，假設滾輪轉動一圈代表距離變化一碼。 範圍變更將由此計數器顯示。 然後，以每秒三碼的距離變化率， 此輸入將球體置於位置，以實現盤與滾輪之間三比一的比率。 滾輪現在每轉動一圈，光碟就轉三圈。 範圍變化以每秒三碼的速度累積。 恆定的相對速度變化率是不尋常的。 在大多數情況下，距離變化率始終在變化。 這可被視為一個無限多個的速率變化過程。 並隨著整合器持續計算每一瞬間的變化 並加入總輸出中。 還有一點。 當滾珠位於圓盤中心的這一側時，滾輪會向一個方向旋轉 當它們在這邊時，則朝相反方向移動。 一邊用於正向的範圍變化率，其輸出將範圍變化量加到初始範圍上。 另一側則用於負範圍速率 將輸出減去範圍變更量後，再從初始範圍中扣除。 因此，無論速率範圍是高或低，正或負，皆然 整合器持續將距離變化率乘以時間，並輸出距離的變化量。 這就是所有變更的總有效金額。 倍增器是一種能夠將兩個持續變化的值相乘的機制。 我們將使用此種機架類型的倍數作為說明之用。 其他類型也遵循相同的原理。 機架倍增器有兩個相互垂直的輸入機架，分別為 A 和 B。 以及一個輸出架。 一個輸入架設有一個帶槽的轉動臂，可繞著一個固定銷軸擺動。 另一個輸入架有一個槽，通過一個滑動銷與轉軸臂相連接。 稱為倍增銷釘。 當任一輸入軸移動時，會改變乘數銷的位置。 此銷釘亦與輸出齒條的槽口配合。 因此，輸入齒輪的移動會定位輸出齒輪的位置。 當倍增銷與固定銷對齊時， 輸入電路架與輸出電路架均位於零位。 為了讓這個機制的運作方式更易於理解， 請在每個輸入機架以及輸出機架上標示適當的刻度。 這些值在一個方向上為正 以及在另一個方向的減號。 現在讓我們看看。 輸入 A 為正二 以及一個正三的B輸入 輸出是二乘以三，或者加六。 或輸入加四 再加上四個， 輸出為正十六。 現在讓輸入A保持在四 並將 B 改為零。 輸出是四乘零，或零。 當一個輸入為零時， 輸出永遠是零。 無論其他輸入值為何。 現在輸入一個負值， 說負三乘以正四， 輸出為負十二。 兩個輸入均為負數時， 負二乘以負四， 輸出當然為正八。 因此，乘數可處理正負值。 它能立即得出兩個輸入值的乘積， 即使輸入不斷變動。 此機制輸出為兩個輸入的乘積的原因是 可以從幾何上顯示。 從倍增針位於靜止針正上方開始， 我們將使用這一行作為基線。 沿這條線的距離， 從固定銷到轉動銷 是一個常數。 我們就稱它為 K 吧。 假設輸入 A 移動距離 A 且輸入 B 移動距離 B。 我們稱輸出的長度為 X。 現在，沿著轉動臂上的槽有一條線 形成兩個相似三角形。 它們對應的邊成比例。 因此，X 對於 B 正如 A 對於 K。 兩邊同時乘以 B 於是我們得到 X 等於 AB 除以 K。 換句話說，輸出 X 等於兩個輸入值的乘積 除以 K，一個常數。 距離 K 在每個乘數中始終為一個常數值 其效果由適當的選擇來確保 輸入與輸出齒輪比。 在本系列的前两部分中僅描述了七種機制 我們與每種機制相處的時間僅僅很短。 但它已足夠顯示機制在計算中的運用方式。 以及如何分別研究這些機制 你可以獲得許多理解 用於解決火控問題的儀器。 謝謝。