上世纪50年代，紧凑型数字计算机出现前，战斗机等庞大的计算是怎么实现的？

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2023-11-13 02:53

在紧凑型数字计算机出现之前，20 世纪 50 年代的战斗机是如何进行计算的？Bendix 中央空气数据计算机 (CADC) 是一种机电模拟计算机，使用齿轮和凸轮进行数学计算。它被用于 F-101 和 F-111 战斗机以及 B-58 轰炸机等军用飞机来计算空速、马赫数和其他“空气数据”。

一个多世纪以来，飞机一直根据气压来确定空速，从皮托管获取压力读数以确定空速。但接近音速时，流体动力学会发生变化，方程也会变得复杂。为了求解这些方程，CADC 使用旋转轴的角度来表示变量。

这些函数可以机械计算似乎令人难以置信，但三种技术使这成为可能。基本机制是差速齿轮，它可以增加或减少值。其次，对数被广泛使用，因此乘法和除法变成了微分执行的加法和减法，而平方根则通过减速2倍来计算。最后，特殊形状的凸轮实现了功能：对数、指数和特定功能到应用程序。通过结合这些机制，可以机械地计算复杂的函数。

主要的数学元素是差速齿轮。它添加了两个输入。通过使用对数，微分可以乘法、除法和求平方根。

但是如何得到对数呢？具有特殊形状的凸轮可以生成对数、指数和其他复杂的函数，真是难以想象。

最后，旋转输出通过同步器转换为电信号，同步器是通过三根电线传输旋转的特殊电机设备。这些信号发送至飞机仪表以及发动机控制、武器系统等。

下图显示了带有同步器、凸轮和连接器的 CADC 顶部。齿轮位于金属板后面，不可见。温度伺服系统将温度测量转换为旋转。伺服放大器由三块电子元件板组成，包括驱动电机的晶体管和磁放大器。大红色电位器为伺服环路提供反馈。带有 20 个调节螺钉的灵活凸轮允许对传感器进行调谐，以消除非线性或其他误差源。

这是顶部的内部视图。三个齿轮与 CADC 的其余部分啮合，接收压力值并发送温度。

经过大量的逆向工程，创建了这张图，显示了复杂的方程如何分解为由凸轮和差速器执行的步骤。

这是计算无对数空气温度并通过伺服系统输出的机制的特写。

这些微分计算真实空速。由于某种原因，空气密度×声速通过红色电位器电阻输出，而不是通过伺服器。

当 CADC 装在盒子里时，它看起来并不起眼。只有当你打开它时，你才能看到里面齿轮的惊人复杂性。

Bendix CADC 是 20 世纪 50 年代用于战斗机的机电模拟计算机。我们为压力传感器部分供电，并获得大量旋转齿轮和伺服动作。

到 20 世纪 60 年代末，随着战斗机变得更加先进和计算机技术不断进步，数字处理器取代了航空数据计算机中的齿轮。

真是难以想象，那个年代的工程师需要多么牛逼的技术，多项物理学科顶级研究的结合，以上我们虽然也看不懂，但是可以大概了解下，电子技术大规模应用于计算之前，通过机械的方式是怎么计算的。上一代科学家是真的牛逼！

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