Купол для астрономических наблюдений из штурманских кабин

Патент № 64450

Авторы патента

Патент № 64450 «Купол для астрономических наблюдений из штурманских кабин» входит в следующие категории:

 

Класс 62с, 23

42с, 39„

К Я450

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТСРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зарегистрировано в Бюро изобретений Госплана СССР

P. B. Куницкий

К нол для астрономических наблюдений из штурманских кабин

Заявлено 22 октября 1943 года в НЛО за А 8406 (3238С8) Опубликовано 28 февраля 1945 года

На современных американских самолетах, предназначенных для дальних полетов, обычно устанавливаются купола для астрономических наблюдений, стандартного образца, имеющие форму шарового сегмента. Эти купола изготавливаются обычно из подогретых листов плексигласа, на две стороны которых создается разность атмосферного давления, вследствие чего плексиглас выдавливается в сторону меньшего давления, принимая при -этом сферическую форму.

Такой слособ изготовления сфе-рических куполов приводит к тому, что толщина их стенок получается не одинаковой: у основанля купола — оольше, у вершины — меньше, вследствие чего внутренняя и ,внешняя поверхности купола ста.новятся неконцентрическими. Луч света, проходящий сквозь такой купол, претерпевает рефракцию, т. е. отклоняется от своего первоначального направления, по двум причинам: во-первых, от несовпадения направления луча с радиусом поверхности купола и, во-вторых, из-за неконцентричности внешней .и внутренней поверхностей купола.

Угол рефракционного отклонения лу.а может изменяться в значительных пределах от нескольких минут дуги по полуградуса и больше. При этом он зависит как о; высоты наблюдаемого светила, так и, еще в большей степени, от положения секстанта относительно купола. Последнее обстоятельство заставляет при применении сферических куполов пользоваться подвесными секстантами, производя после их подвески исследование куполов на рефракцию в зависимости от изменения высоты светил.

Если в распоряжении штурмана имеется только ручной секстант, измерение высот светил делается для него крайне затруднительным, так как, держа секстант в руках, невозможно гарантировать стандартное его положение относительно купола. 11ри нестандартном же положении секстанта величина ошибки измерения, происходящая из-за незнания точного значения рефракции купола, может значительно превышать случайные ошибкл измерений высот светил в воздухе. Предлагаемый купол для астрономических наблюдений из

»; 64450

0 ==

< штурманских кабин, например, самолетов, имеет ту осооенность, что он имеет коническую форму, в результате чего уменьшается в"личина ошибки астрономических наблюдений, возникающей вследствие рефракции лучей при прохождении сквозь стенки купола.

На чертеже фиг. 1 изображает продольный разрез примерной формы выполнения купола, фиг. 2— вид в плане заготовки купола, а фиг. 3 — 4 поясняют влияние купола конической формы на результаты астрономических наблюдений.

Купол состоит из двух частеи: усеченного конуса 1 из плексиг- е ласа и металлического колпака 2.

Угол между образующей конуса

1 и плоскостью основания 3 — около

40 . Плексиглас, из которого изготовлен конус 1 купола, должен обладать высокой прозрачностью и зеркальностью. Толщина плексигласа около 5 — 6 мм.

Для изготовления конуса из листа плексигласа делается заготовка

4 формы, показанной на фиг. 2.

Коническая форма заготовке 4 прида! тся после ее подогревания на деревянном шаблоне. Края 6 — 7 выреза 5 или склеиваются вдоль об разующей конуса („на стык" или

„на клин"), или заклепываются.

Колпак 2 купола 1 изготавливается из легкого металла. Он наглухо прикрепляется к верхней части конуса и имеет хорошо обтекаемую форму.

При установке купола на крыше" фюзеляжа штурман может измерять высоты дневных и ночных светил в пределах от 45 до 80=, т. е. в тех же пределах, что и при применении сферического купола.

При измерении высот светил в центральной плоскости купола (т. е. в плоскости, проходящей через ось конуса) рефракция купола равна нулю. При небольшом отклонении от центральной плоскости поправка на рефракцию принимает отрицательное значение, но она практически настолько мала, что ею можно пренебречь.

При пересечении поверхности конуса 1 плоскостью, проходящей через ось ОХ конуса, получаются две пересека1ощиеся в вершине конуса прямые QA и ОВ (фиг. 3}.

Отсюда следует, что при наблюдении светил в центральных плоскостях конуса рефракция отсутствует.

Пересечем конус плоскостью, параллельной оси конуса и отстоящей от оси на расстоянии К см.

Как известно, в этом случае в плоскости сечения получится гипербола, большая ось которой параллельна оси конуса.

Для получения уравнения этой гиперболы выберем прямоугольную систему координат так, как это показано на фиг. 3 (ocb ОХ идет вдоль оси конуса) и проведем плоскость, уравнение которой Z = К.

Уравнение конуса в прямоугольной системе координат: ха Yа za а - b -, с -

В случае кругового конуса C,=Ь„ зпая же размеры усеченного конуса ь, купола нетрудно найти, что

2 3 — — 1,19, т. е. Ь., = 1,19 а,.

В таком случае уравнение конуса примет вид:

7.тс ) 19 -

Принимая Z, = =К, получаем уравнение гиперболы: .9 )

\ к к 19 -" откуда видно, что полуоси гиперболы pBBHbl:

К

a= — и b— = 1 .

1,19

Выведем теперь выражение радиуса кривизны гипероолы в зависимости от координаты Х.

Напишем общее выражение радиуса кривизны гиперболы: (b x2-i- a<.у- ) .

X 64450

Подставляя в это выражение значения а и Б, полученные выше, а также, имея в виду, что для rub / пероолы у = p ха — а"-, нахоа дим, после ряда преобразований (2,7 х- — 0,8 Р

Пользуясь этой формулой нетрудно вычислить значения радиусов кривизны гиперболы для различных значений К и Х. Результаты вычислений приведены в таблице 1.

Таблица 1

1см,2см Зсп !

6 см 946 см

12,, 7650

18 „ 25800

228 см 95 см

1890 „ 830

6430,, 2560

Из рассмотрения этой таблицы видно, что в середине конуса(Х== i2 см), а тем более у его основания (Х = 18 c») радиус кривизны гиперболы во всех случаях настолько велик, что кривизной гни-рболы можно пренебречь, т. е. рассматривать ее как прямую.

При Х = 6 см, т. е. непосредcтвенно под колпаком купола (низ которого находится, как это видно из фиг. 3, на расстоянии 66 мм от вершины конуса}, радиус кривизны гиперболы значительно меньше, вследствие чего представляется целесообразным определить для этого случая величину рефракции, происходящей от кривизны сечения конуса.

Обозн".»è» через d толщину плексигласа и через Z — зенитное расстояние светила. Пусть ломаная

SAB (фиг. 4) изображает путь луча светила с углом падения х, углом отражения р и углом выхода х, а точка С обозначает центр кривизны гиперболы в точке падения луча.

При этом для простоты выводов предполагается, что центры кривизны внешней и внутренней гиперболы совпадают.

Для определения угла, входящего в правую часть этого выражения, воспользуемся формулой, дающей -;ангенс угла между нормалью к п.перболе и осью Х"-:

« а- у

tg; = —,- °

b - х где у и х — текущие координаты ги п ерб олы.

Из уравнения гипероолы легко

/ b: У получить: — =; ., —,, но го х а - х предыдущему имее:и

b — = 1,19- и b =1, > следовательно, .1

< или г

t -- = 0,707 l!

k -

x к1 414

< Рефракционное отклонение луча происходит вниз, т. е. поправка на р=фракцию должна быть отрицательной. - Эта формула написана дляслучая, когда утол . отсчитывается по часовой стрелке.

Соединим точку С с точками А и В и проведем линии АМ и CL, параллельные оси, конуса (т. е.— вертикали). Введем обозначения: (АС1= и (ВСА =5. Очевидно, угол и показывает, под каким углом сходятся касательные к двум концентрическим окружностям, проведенные в точках А и В. Иначе говоря угол, можно рассматривать, как преломляющий угол призмы (клина), вызывающей рефракцию луча светила .

Опоеделим этот угол. яиv АВ

Из A АВС имеем йище о

d но AB, откуда следует

cos 3

=-1и, =t<<,< . ,< а

По законам преломления света

sin а

sin l = где n — показатель и преломления плексигласа. Но, как это видно из фиг. 4, х = л — z, следовательно: гп (-.- — z)

Г п

X 64450

Принимая Х =- 6 см и придавая зенитному расстоянию наименьшее из встречающихся на практике значений 7. = 10, соответствующее максимальному значению угла вычисляем угол 6 по формулам 2, 3 и 4 для различных значений К.

Результаты вычислений угла и даны в таблице 2.

Таблица 2

1 см, 2 см 3 см

3/ 21

19 33

39 47

21 16

0 7

38 35

20 40

2,8

4 (Ь,3

9,э

Для определения величины реф-ракционного отклонения воспользуемся формулой призмы:

sin а = и. а1ГГ (,: + ii, Пользуясь этой фэрмулой, а также формулой sin à и принимая и = 1,37, находим значение г, приведенное в нижней строке таблицы 2.

Из трех полученных значений г первое: 1 †настоль мало, что им можно пренебречь. Таким образом даже при неблагоприятных условиях (Х= 6 см и Z= 10 ) рефракция купола делается ощутительной только при удалении плоскости наблюдений от центральной плоскости купола на 2 см. Но этот случай очень мало вероятен, так как 2 см составляют почти,, радиуса основания колпака купола, и легко может предохранить сеоя or столь заметного отклонения от центральной плоскости.

С другой стороны, если зенитному расстоянию светила придать значение 20 (практически очень .,редко приходится наблюдать све-тила с меньшими Z) и несколько здесь к †уг падения луча на призму, ) — соответствующий угол преломления, a — уго.i выхода луча из призмы, 6 — преломляющий угол призмь1 и и — коэфициент преломления.

Рефракционное отклонение по.лучается по формуле:

r =х — х. увеличить У., приняв его равным

8 см (в эгон случае луч от светила проходит сквозь купол приблизительно на 3 см ниже основания колпака), то при К = 3 см получается, что = 1,7 и г = 2,5.

На основании всего сказанного можно принять, что даже при наиболее неблагоприятных встречающихся на практике условиях наблюдений рефракцией купола практически можно пренебрегать.

Коническая форма купола дает возможность производить астрономические измерения высот дневных и ночных светил в требуемых на практике пределах (от 15 до 80 ).

При.применении купола конической формы следует избегать измерения высоты светил в плоскостях, далеких от центральных плоскостей купола и сквозь части купола, расположенные непосредственно под его колпаком.

Преимущзс гво конического купола перед сферическими куполами состоит в том, что при его применении можно пренеорегать рефракционным смещением, максимальное значение которого практически не превышает 2,3 . Это дает возможность при наличии конического купола пользоваться секстантами любой кон:грукции, не производя никаких предварительных испытаний купола.

Недостатком конического астрокупола является только. наличие шва, вдоль которого производится склейка или заклепка плексигласа.

Эгот недостаток не имеет, однако, сколько-нибудь существенного значения, так как благодаря шву выпадаег из наолюдений область неоа шириной не более 3 — 4 .

Предмет изобретения

Купол для астрономических наблюдений из штурманских кабин, например, самолетов, о т л и ч а юшийся тем, что, с ц лью уменьшения величины ошибки астрономических наолюдений, возникающей вследствие рефракции лучей при прохождении сквозь стенки купола, последний выполнен конической формы.

Г.:тв. редактор д. А. Михайлов

Техн. редактор М. В. Смольякова. 1123597 Подписано к печати 16/VII 1946 г. Тираж 500 экз. Цена 65 коп, Зак, 202

Типография Госплаииздата, им, Воровского, Калуга