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?

芯片之家

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 · 2023-11-13

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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