Вычислительное устройство

Авторы патента:

G06G1/08 - с круглыми или спиральными шкалами

(72) Автор изобретения

Ф. И. Стрельцов (7)) заявитель (54) .ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к аналоговым- вычислительным устройствам с ручным управлением и предназначено для использования s тех отраслях народного хозяйства, в которых производство работ в течение суток свя5 эано с условиями освещенности мест ности: сельское хозяйстве, боевая подготовка войск на местности, разнего рода экспедиции, оргайизации занимающиеся заменой естественного освещения электрическим освещением и т.п., а также в обыденной жизни, рыбаками, охотниками, туристами и той частью населения, чья деятельность связана или зависит от освещенности местности, кроме астрономической практики, имеющей для этого более совер"

1 шенные приборы.

Известны вычислительные устройства с круглыми шкалами, йреднаэначенные для расчетов гидравлических систем и снабженные круглыми и спи2 ральными шкалами, имеют пустотелый цилиндр, на котором расположена выполненная из прозрачного материала втулка с пазом и рисками для отсчета результативных величин. Внутри цилиндра установлен валик, на поверхности которого нанесены шкалы различных видов гидравлических напряжений. В кольцевых пазах пустотелого цилиндра размещены выступы линейки, связанной с втулкой посредством паза. Определение искомых величин на этом устройстве производится установкой втулки, поворотом цилиндра и валика до совмещения с исходными величинами, Отсчет искомой величины производится по соответствующей шкале в точке пересечения этой шкалы с риской втулки. -С помощью этого устройства можно.определить четыре величины ).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению

3 . 9914 является вычислительное устройство, содержащее корпус, в котором размещены цилиндры, оси вращения которых параллельны и расположены в одной плоскости (2).

Однако известные вычислительные устройства обладают ограниченностью функциональных возможностей и позволяют определять не более четырех искомых величин, что явно недостаточ- 1О но для расчета явлений Солнца, так как при этом необходимо определять восемнадцать величин, определяющих освещенность местности, которые бывают необходимы в производственной и обыденной жизни, в связи с чем из1 вестные вычислительные устройства с . их ограниченными функциональными возможностями, не могут быть использо" ваны при расчетах явлений Солнца, 2о определяющих освещенность местности.

Цель изобретения - расширение класса решаемых задач путем создания такого малогабаритного и общедоступного s пользовании устройства, с по- 25 мощью которого можно было бы заблаговременно рассчитывать явления Солнца определяющие освещенность местности.

Поставленная цель достигается тем, что в вычислительном устройстве, со" зв держащем корпус, в котором размещены цилиндры, оси вращения которых параллельны и расположены в одной плоскости, корпус снабжен .прозрачной крышкой, на которой нанесены визирные ли- з нии, параллельные образующим цилинд" ров, на цилиндры нанесена информация, центральный цилиндр выполнен цельным, один крайний цилиндр выполнен трехсекционным, а другой - двухсекционным, причем в секционных цилиндрах одна секция неподвижно cBR"dHB с общей осью цилиндра, а остальные сек-. ции выполнены поворотными относительно нее и зафиксированы с помощью гаек,<5 закрепленных на осях цилиндров.

С целью повышения быстродействия вычислений средний и один из крайних цилиндров кинематически связаны между собой посредством зубчатой передачи.

На фиг. 1 изображено устройство„ общий вид; на фиг, 2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг. 3 - то же, вид справа; на фиг. 4 - крышка корпуса; на фиг. 5 - развертка информации на трех секционном цилиндре; на фиг. 6 - развертка информации на среднем

39 4 цилиндре; на фиг. 7 вЂ” развертка информации на нижнем двухсекционном цилиндре; на фиг. 8 вЂ” номограмма из сопряженных шкал для определения разности долгот осевого меридиана часового пояса Москвы и пункта наблюдения, в часовой мере, помещенная на обороте корпуса.

Вычислительное устройство, осуществляющее расчет явлений Солнца, определяющих освещенность местности, имеет корпус 1, боковые стенки 2 корпуса 1, крышки 3 корпуса 1, выполненную из прозрачного материала. В корпусе 1 установлен трехсекционный цилиндр 4, цельный цилиндр 5 и двухсекционный цилиндр 6. В секционных цилиндрах 4 и 6 большие секции неподвижно связаны с общей для всей секций осью 7. Крайние секции этих цилиндров выполнены с полыми выступами

8, выходящими за пределы корпуса 1 устройства, скрепленные в рабочем положении с помощью гаек 9, навинченных на концы осей.

Средний цельный цилиндр имеет левую полусь 10 и правую, утолщенную полуось 1 l, на которую наглухо одето зубчатое колесо 12, связанное через промежуточное зубчатое колесо 13, с зубчатым колесом 14, одеTblM на ось 7 цилиндра 6, закрепляемое на ней с помощью гайки 9. Вращательное движение цилиндров производится с помощью установочных головок 15. На крышку 3 корпуса 1 на.несены визирные линии 16 для установки цилиндров 4-6 в рабочее положение и снятия результативных величин.

На среднюю секцию 17 цилиндра 4 нанесены входная шкала 18 дат восхода Солнца и входная шкала 19 дат захода Солнца. На секции !7 нанесена также шкала 20 поправок во время восхода и захода Солнца за долготу пункта наблюдения. На левую секцию

21 цилиндра 4 нанесена шкала 22 времени восхода Солнца, а на правую сек " цию 23 - шкала 24 времени захода

Солнца (без поправок за широту пункта наблюдения), Кроме того, на секции 21 и 23 нанесены стрелки 25 для установки этих секций на значение поправки за долготу пункта наблюдения по шкалам 20. На всех шкалах ци" линдра 4 содержание, относящееся к летнему времени, на образце устрой9914

5 ства нанесено красным цветом, а на чертежах заключено в скобки.

На цилиндре 5 нанесена шкала 26 дат и номограмма 27 для определения поправок во время восхода и захода 5

Солнца за широту пункта наблюдения с линиями и надписями 28 равных значений этих поправок в минутах, а также шкала 29 широт пунктов наблюде ния от 40 .до 60 свереной широты

На секции 30 цилиндра 6 нанесена номограмма 31 с линиями и надписями

32 в минутах, служащая для определения значений продолжительности гражданских сумерек по датам шкалы 26.

Линии 28, 32,значение которых равно нулю или кратко 30 мин, утолщены.

Точки с цифрами 33 указывают значение результативных величин которве не мвгли быть выражены линиями 28 и

32. Штрихи 34 на линиях 28 и 32 указывают направление убывания абсолютных значений величии, обозначаемых

° этими линиями. На этом же цилиндре 6 нанесена акала 35 широт пунктов на. блюдения от 40 до 60 северной широты и шкала 36 входных величин для определения характерных явлений, обуславливающих условия освещенности местности за северным полярным кругом. На 30 секцию 37 цилиндра 6 для определения высоты Солнца в полдень нанесена шкала .38, устанавливаемая в рабочее положение с помощью стрелки: 39 на секции 30 цилиндра 6. Та часть этой шка- З5 лы которая явно относится к летнему времени, на образце нанесена красным цветом, а на чертежах применены скобки. Для юстировки синхронной работы цилиндров 5-6 на эти цилинлры нане- в сены юстировочные линии 40, которые при юстировке устройства совмещаются с визирными линиями 16 на крышке

3, закрепляемой на корпусе 1 с помощью винтов 41. На обратной стороне корпуса 1 устройства нанесена номограмма 42 из сопряженных шкал (фиг.G)

На ней нанесены входная шкала 43 восточных долгот пунктов наблюдения в градусной мере и результативная шкала 44 разностей долгот осевого меридиана часового пояса Москвы и пунк-, та .наблюдения, выраженных в часовой иере с делениями через 10 мин. Надписи на шкалах 43, 44 выполнены в два ряда, причем внутренним значением

55 величин на шкале 43 соответствуют внутренние значения на шкале 44, а внешним - внешние.

39 6

Шкалы 18-19 дат восхода и захода

Солнца на цилиндре 4 построены относительно выбранных размеров шкал

22 и 23 по усредненным значениям декретного времени восхода и захода Солнца, для точки с координатами: 56 северной широты и

30 восточной долготы, полученных с использованием "Астрономических календарей".

Шкала дат 26 на цилиндре 5 посроена по значениям склонений Солнца в даты обозначенные на этой шкале.

Номограмма 27 на цилиндре 5 построена по данным, полученным путем вычисления по аргументам: широта (от

40 до 60о северной широты) и азимуты точек восхода и захода Солнца от

47 до 137о

Номограмма 31 на цилйндре 6 построена пь усредненным значениям про должительности гражданских сумерек.

Нулевое деление шкалы 36 с учетом рефракции и видимого радиуса

Солнца, смещено на 0 85 вниз относительно юстировочной линии 40, цилиндра Ь, в связи с чем при определении дат начала и конца сумеречных дней и белых ночей в расчетах применяется дополнение до -6, рав" о ное -5 2 .

При установке крайних секций трехсекционного цилиндра на значение поправки на долготу пункта наблюдения эта поправка автоматически вводится во время восхода и захода Солнца для всех дней года. При установке сред" него цилиндра на нужную дату он устанавливается на значение величины поправки во время восхода и захода

Солнца на широту пункта наблюдения, а нижний цилиндр посредством зуб чатой передачи автоматически устанавливается на значение продолжительности гражданских сумерек и на значение высоты Солнца над горизонтом. При установке нижнего цилиндра на значение входных величин средний цилиндр автоматически устанавливается: при положительных значениях этих величин вЂ” на даты начала и конца полярного дня или на даты начала и конца белых ночей, а при отрица- тельных значениях этих величин вЂ” на даты начала и конца полярной ночи или на даты начала и конца сумеречных дней в полярную ночь..

Устройство дает возможность определять в любом пункте СССР и Европы

991439 8

7 в полосе между 40 и 60в северной широты следующие явления Солнца, оп» ределяющие освещенность местности по поясному, декретному и летнему времени: время восхода и захода Солн-.s ца; долготу дня или ночи; время наступления рассвета или темноты; долготу светлого или темного времени; время истинного полдня; высоту Солнца. в поддень; даты наступления и окон- В чания полярного дня или полярной ночи, даты начала или конца белых ночей, даты начала или конца суммеречный дней в полярную ночь в С верном полушарии. 15

Работу с устройством разберем на прweре, в котором необходимо отпределить все результативные величины для пункта наблюдения с координатами, определенными по географической 20 ,карте: 44 3 северной широты и 84+151 . восточной долготы 2 августа. Разность принятого местного времени и московского времени равна +4 ч. Работа с устройством начинается с вычисления 2$ постоянных величин для нужного пункта наблюдения.

При этом определяются

1 ° Поправка на долготу пункта на блюдения во время восхода и захода зр

Солнца - ПД по формуле: ПД РДч+Рв, где РДч - разность долгот среднего меридиана часового пояса Москвы и пункта наблюдения, в часовой мере.

Определяется по шкале 44 относитель35 но шкалы 43. В точке, обозначающей долготу 84 15 на шкале 43 со шкалы 44 снимаем отсчет значения РДч, который равен "минус" .3ч 37,мин.

РВ - разность принятого местного времени и московского времеНи, известная местным жителям, равна +4 ч.

ПД = РДч + РВ 3 ч 37 мин + 4 ч=

+2 1 мин Ответ. ПЛ +23 мин.

2. Постоянная величина (ПВ) для 4> определения высоты Солнца над горизонтом в полдень вычисляется по формуле ПВ 90-6, где IJ - широта пункта наблюдения ° !

ПВ -" 90 - 44 30 = 4505 . Ответ

ПВ=45

Подготовка устройства к работе про изводится путем устанорки на нем вычисленных постоянных величин, для чего необходимо: отвинтить винты 41 и снять крышку 3 с корпуса 1, ослабить гайки 9 на оси 7 с обеих сторон цилиндра 4 и, вращая секцию 21 вокруг своей оси, совместить стрелку 25 со значением ПД (ПД +23 мин) на шкале

20 секции 17. Удерживая в этом поло.жении секции 17 и 21, закрепить гайку 9. Такую же операцию проделать для совмещения стрелки 25 на секции 23 со значениями ПД на шкале 20 секции 17, "

Ослабить гайку 9 на оси 7 цилиндра

6 и совместить значение ПВ.(ПВ= 45 5q на шкале 38 секции 37 со стрелкой 39 на секции 30. Удерживая в этом положении секции 30 и 37 закрепить гайку 9 на оси 7 цилиндра 6.

Если пункт наблюдения постоянный, то рекомендуется на цилиндры 5-6 нанести линии, обозначающие значение его широты, для чего сначала острие карандаша совмещают со значением широты (44430 ) на шкале 29 цилиндра

5 и в таком положении повернуть цилиндр на 360о, а затем то же проде.лать на цилиндре 6 по шкале 35. Точки пересечения полученных линий с визирными линиями 16 навсегда будут служить местом снятия результативных величин с цилиндров 5-6.

Установить крышку 3 на корпус 1 и завинтить винты 41.

Определяют время восхода Солнца(ВВ)

С помощью установленной головки 15 цилиндра 4 установить шкалу 18 так, чтобы визирная линия 16 этого цилиндра обозначила дату 2 августа на шкале 18. В этом положении на шкале 22 снять отсчет времени восхода Солнца (ВВ1)..ВВ1 6 ч 29 мин.

С яомощью установочной головки 15 цилиндра 5,óñòàíîâèòü шкалу 26 на дату 2 августа и с номограммы 27 снять значение поправки за широту пункта наблюдения во время восхода Солнца .(ПИ) относительно линий 28 равных значений этих поправок. ПШ +44 мин, а с номограммы 31 снять значение llpc должительности гражданских сумерек (ПГС) относительно линий 32. ПГС

36 мин. Одновременно со шкалы 38 по визирной линии 16 снимается значение высоты Солнца в полдень(ВС).

63о

Вычисляют время восхода Солнца (ВВ), которое равно сумме ВВ и ПШ.. ВВ =, 6 ч 29 мин + 44 мин=7 ч 13 мин

Ответ. Восход Солнца в 7ч 13 мин.

Определяют время захода Солнца

991439

Устанавливаем цилиндр 4 на дату по шкале 19, а от -чет времени захо- да Солнца (BЗ )снять со шкалы 24, Щ 22 ч 3О мин.

Вычисляем время захода Солнца(ВЗ) s которое равно разности ВЗ и ПШ.

83= 22 ч 30 мин - +44 мин =

2l ч 46 мин.

Ответ. Заход Солнца в 21 ч 46 мин.

Примечание: Время восхода и захода Солнца вычисляется, как правило в уме.

Определяют долготу дня (ДД).

Долгота дня, т.е. промежуток вре.мени от восхода до захода Солнца, )s определяется как разность времени захода .Солнца =83 и времени восхода Солнца (ВВ).

ДД ВЗ-ВВ= Zl ч 46 мин - 7 ч 13 мин=

14 ч. 33 мин.

Ответ. Долгота дня равна 14ч 33 мин, Определение долготы ночи (ДН).

Долгота ночи (ДН), т.е.. промежуток времени от захода до восхода

Солнца определяется как разность яре-. gs мени .восхода Солнца на следующий день. т.е. 3 августа, увеличенного на 24 ч и времени захода Солнца в начале ночи. ДН = ДВ + 24 ч - ВЗ =

=7ч 15 мин +24 ч - 21 ч 46 мин = 30

= 9 ч 29 мин.

Ответ. Долгота ночи с 2 на 3 августа равна 9ч 29 мин, где 88 =

= 7ч 15 мин - время восхода Солнца

3 айгуста.

Определяют время включения (вечером) и выключения (утром) уличного освещения.

Определение времени включения и выключения уличного освещения сводится к определению времени наступлеция темноты и рассвета. Пояснение: часть суток после захода Солнца называется вечерними сумерками, а перед его восходом - утренними сумер-! ками. При безоблачном небе в конце гражданских сумерек освещенность горизонтальной поверхности равна 0,1 лк и совпадает с необходимостью включения искусственного освещения для безопасйости дорожного движения. Про-. S0 должительность гражданских сумерек

ПГС 36 мин.

Время наступления темноты (ВТ ) определяется как сумма времени захода

Солнца (ВЗ ) и продолжительности, граж- Ы данских сумерек (ПГС)., BT = B3 + ПГС 21 ч 46 мин + . + 36 мин = 22 ч 22 мин.

l-О

Ответ. Уличное освещение.необходимо включать в 22 ч 22 мин.

Время наступления расвета (ВР)определяется как разность времени вос" хода Солнца (ВВ) на следующий день, т.е, 3 августа и продолжительности гражданских сумерек (ПГС). Время восхода Солнца 3 августа ВВ 7ч 15 мин

ПГС=36 мин ВР ВВ-ПГС=7ч 15 мин36 мин = 6 w. 39 wH.

Ответ. Время выключения уличногоосвещения 6 ч 39 .мин.

Определить время, в течение которого уличное освещение должно быть включенным и определить долготу наиболее благоприятного на уборке урожая светлого времени.

Пояснение, Определение этих величин сводится к определению долготы темного -и светлого времени..

Долгота темного времени (Дтв) определяется как разность времени нас" тупления рассвета (ВР) на следующий день, т.е. 3 августа (ВРбч 39мин1 увеличенного на 24 ч и времени нас-. тепления темноты 2 августа(ВТ = .

= 22 ч 22 мин.у

Дтв= BР+24ч "ВТ бч 39 мин +.

+ 24 ч.22 мин 8ч 17 мин.

Ответ. Время освещения улиц ночью со 2 на 3 августа равно 8 ч 17 мин.

Долгота светлого времени (ДСВ) чис ленно равна разности времени наступления темноты (ВТ) и рассвета(ВР в одну и ту же дату - 2 августа. ДСВ

= 8T-BP °

ВР определяется для 2 августа

ВР=ВВ-ПГС 88=7ч 13 мин ПГС 36 мин.

BP=BB-ПГС=7ч 13 мин-- 36 мин

6 ч 37 мин.

ДСВ ВТ-ВР=22 ч 22 мин -.6 ч 37 мин

= 15 ч 45 мин.

Ответ, Долгота наиболее благо; приятного на уборке урожая светлого времени 2 августа равна 15 ч 45 мйн.

Определяют время максимальной освещенности местности Солнцем. Реае" ние этой задачи сводится к опреде-. лению времени истинного полдня и к определению высоты Солнца в это время.

Время истинного полдня-(ВИП) определяется как полусумма времени восхода (88=7ч 13 мин) и захода

Солнца (83=21 ч 46 мин .)

ВИП=(ВВ+ВЗ):2 (7ч 13 мин +

+21 ч 46 мин) : 2 14 ч 29,5 мин.

Ответ Время истинного полдня

14 ч 29,5:wí.

Формула изобретения

11 991"

Высота Солнца (ВС) в истинный пол день и равна 63О .

Примечание. 3 истинный полдень направление на Солнце совпадает с направлением на юг. Обозначенное íà 5 . местности оно может быть использовано при ориентировании, например телевизионных антенн, если азимут на телепередатчик получен по карте, а также при ориентировании по Солнцу с помощью часов, считая, что место полдня на циферблате часов является место на циферблате, равное вычисленному времени истинного полдня. Оно равно округлено

14 ч 30 мин по летнему времени.

Определяют даты наступления и окончания полярного дня и полярной ночи, даты начала и конца белых ночей, даты начала и конца сумеречных дней в полярную ночь на параллели

69в северной широты.

Пояснение. Определение дат сводится к вычислению входных величин в шкалу 36 на цилиндре 6: 25

Д " первичного значения этого дополнения значения широты пункта наблюдения 69 до 90

Д - вторичного значения этого дополнения. Д =Д1-5 2.. 30 о

" Вычисляются положительные и отрицательные значения Д1и. Д . Положительные значения Д =90-69>=21o .

Л =21-5 2 =15 8 . Отрицательные значения Д»= -21 ; Д =-21 -5 2=-26 2 35 устанавливают шкалы 36 цилиндра

6 поочередно на положительные и отрицательные значения Д и Д, причем при установке шкалы 36 на положитель ное значение Д„ и Д, получаем на шка- пе 26 по визирйой линии 16 цилиндра

5 соответственно даты. начал.- и конца полярного дня и даты начала и кон-. ца бегых ночей, а при установке цилиндра 6 на отрицательные значения . Д„ и Д получаем соответственно даты начала и конца полярной ночи и даты начала и конца суммеречных дней в полярную ночь.

Примечание. Начало полярного дня и белых ночей всегда приходится на первое полугодие, а начало полярной ночи и суммеречных дней в ней - на второе полугодие. Даты начала и конца белых ночей можно определить с ши роты более 60 5

О 55

Решение. Действуя, как указано выше получаем: начало полярного дня

39 12 °

21 мая, конец - 23 июля, начало белых ,ночей 1 мая, конец - 12 августа (а между ними вЂ” полярный день). Начало полярной ночи 2 декабря, конец - 11 января.

Примечание, Установить цилиндр 6 на отрицательное значение Д =-26 2 2. нельзя, так как это значение выходит за пределы шкалы 36. Это значит, что в период с 2 декабря по 11 января полярная ночь на этой параллели не имеет круглосуточной темноты, а в те 7 чение всего периода прерывается суммеречными полярными днями.

Таким образом, предлагаемое вычислительное устройство позволяет заранее получать данные о явлениях

Солнца, определяющих освещенность местности на любую дату: время восхода или захода Солнца, время наступления рассвета или темноты и т.п. необходимых там, где человек связан или его деятельность зависит от этих явлений, например в сельском хозяйстве, военнослужащими при организации боевой подготовки войск на местности в любое время суток, участниками разного рода экспедиций, рыбаками, охотниками и той частью населения, чья деятельность зависит от освещенности местности в течение суток, а также при определении времени перехода от естественного освещения к электрическому освещению и обратно в целях обеспечения безопасности уличного движения в наиболее обжитой части страны и в заполярных районах СССР, подвергающихся интенсивному освоению.

1. Вычислительное устройство, содержащее корпус, в котором размещены цилиндры, оси вращения крторых параллельны и расположены в одной плоскости, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения класса решаемых задан, корпус снабжен прозрачной крышкой, на которой нанесены визирные линии, параллельные образующим цилиндров, на цилиндры нанесена информация, центральный цилиндр выполнен цельным, один крайний цилиндр выполнен трехсекционным, а другойдвухсекционным, причем в секционных цилиндрах одна секция неподвижно свя13 зана с общей осью цилиндра, а остальные секции выполнены поворотными относительно нее и зафиксированы с помощью гаек, закрепленных на осях цилиндров.

2. Устройство по п.l, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия вычисле= ний> средний и один из крайних цивиндров кинематически связаны между

50 AO 0 32 S1 УР ЯЕ

У?УВ39 1

-Фиг. f

А-А

1Å

2Е

7 .8

1Е

22 20 18 18

991 "39 l4 собой посредством зубчатой передачи.

Источники информации> принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР 565301, кл. G 06 G 1/08, 1972.2. Авторское свидетельство СССР