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          上世紀(jì)50年代,緊湊型數(shù)字計(jì)算機(jī)出現(xiàn)前,戰(zhàn)斗機(jī)等龐大的計(jì)算是怎么實(shí)現(xiàn)的?

          共 2004字,需瀏覽 5分鐘

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          2023-11-13 02:53

          在緊湊型數(shù)字計(jì)算機(jī)出現(xiàn)之前,20 世紀(jì) 50 年代的戰(zhàn)斗機(jī)是如何進(jìn)行計(jì)算的?Bendix 中央空氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī) (CADC) 是一種機(jī)電模擬計(jì)算機(jī),使用齒輪和凸輪進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算。它被用于 F-101 和 F-111 戰(zhàn)斗機(jī)以及 B-58 轟炸機(jī)等軍用飛機(jī)來(lái)計(jì)算空速、馬赫數(shù)和其他“空氣數(shù)據(jù)”。
          一個(gè)多世紀(jì)以來(lái),飛機(jī)一直根據(jù)氣壓來(lái)確定空速 ,從皮托管獲取壓力讀數(shù)以確定空速。但接近音速時(shí),流體動(dòng)力學(xué)會(huì)發(fā)生變化,方程也會(huì)變得復(fù)雜。為了求解這些方程,CADC 使用旋轉(zhuǎn)軸的角度來(lái)表示變量。
          這些函數(shù)可以機(jī)械計(jì)算似乎令人難以置信,但三種技術(shù)使這成為可能?;緳C(jī)制是差速齒輪,它可以增加或減少值。其次,對(duì)數(shù)被廣泛使用,因此乘法和除法變成了微分執(zhí)行的加法和減法,而平方根則通過(guò)減速2倍來(lái)計(jì)算。最后,特殊形狀的凸輪實(shí)現(xiàn)了功能:對(duì)數(shù)、指數(shù)和特定功能到應(yīng)用程序。通過(guò)結(jié)合這些機(jī)制,可以機(jī)械地計(jì)算復(fù)雜的函數(shù)。
          主要的數(shù)學(xué)元素是差速齒輪。它添加了兩個(gè)輸入。通過(guò)使用對(duì)數(shù),微分可以乘法、除法和求平方根。
          但是如何得到對(duì)數(shù)呢?具有特殊形狀的凸輪可以生成對(duì)數(shù)、指數(shù)和其他復(fù)雜的函數(shù),真是難以想象。
          最后,旋轉(zhuǎn)輸出通過(guò)同步器轉(zhuǎn)換為電信號(hào),同步器是通過(guò)三根電線傳輸旋轉(zhuǎn)的特殊電機(jī)設(shè)備。這些信號(hào)發(fā)送至飛機(jī)儀表以及發(fā)動(dòng)機(jī)控制、武器系統(tǒng)等。
          下圖顯示了帶有同步器、凸輪和連接器的 CADC 頂部。齒輪位于金屬板后面,不可見(jiàn)。溫度伺服系統(tǒng)將溫度測(cè)量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)。伺服放大器由三塊電子元件板組成,包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)的晶體管和磁放大器。大紅色電位器為伺服環(huán)路提供反饋。帶有 20 個(gè)調(diào)節(jié)螺釘?shù)撵`活凸輪允許對(duì)傳感器進(jìn)行調(diào)諧,以消除非線性或其他誤差源。
          這是頂部的內(nèi)部視圖。三個(gè)齒輪與 CADC 的其余部分嚙合,接收壓力值并發(fā)送溫度。
          經(jīng)過(guò)大量的逆向工程,創(chuàng)建了這張圖,顯示了復(fù)雜的方程如何分解為由凸輪和差速器執(zhí)行的步驟。
          這是計(jì)算無(wú)對(duì)數(shù)空氣溫度并通過(guò)伺服系統(tǒng)輸出的機(jī)制的特寫。
          這些微分計(jì)算真實(shí)空速。由于某種原因,空氣密度×聲速通過(guò)紅色電位器電阻輸出,而不是通過(guò)伺服器。
          當(dāng) CADC 裝在盒子里時(shí),它看起來(lái)并不起眼。只有當(dāng)你打開(kāi)它時(shí),你才能看到里面齒輪的驚人復(fù)雜性。
          Bendix CADC 是 20 世紀(jì) 50 年代用于戰(zhàn)斗機(jī)的機(jī)電模擬計(jì)算機(jī)。我們?yōu)閴毫鞲衅鞑糠止╇?,并獲得大量旋轉(zhuǎn)齒輪和伺服動(dòng)作。
          到 20 世紀(jì) 60 年代末,隨著戰(zhàn)斗機(jī)變得更加先進(jìn)和計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷進(jìn)步,數(shù)字處理器取代了航空數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)中的齒輪。
          真是難以想象,那個(gè)年代的工程師需要多么牛逼的技術(shù),多項(xiàng)物理學(xué)科頂級(jí)研究的結(jié)合,以上我們雖然也看不懂,但是可以大概了解下,電子技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用于計(jì)算之前,通過(guò)機(jī)械的方式是怎么計(jì)算的。上一代科學(xué)家是真的牛逼!
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