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(11) | EP 0 057 296 A2 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG |
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| (54) | Aufschlagzünder mit flugzeitabhängiger Verzögerung |
| (57) Ein Aufschlagzünder mit einer Verzögerungszeit zwischen Aufschlag eines Geschosses
im Ziel und seiner Detonation ermöglicht das Eindringen ins Ziel vor der Detonation.
Die Fluggeschwindigkeit eines Geschosses nimmt mit wachsender Flugzeit ab. Um trotzdem
eine genügende Eindringtiefe zu gewährleisten, muß mit abnehmender Fluggeschwindigkeit
die Aufschlagverzögerungszeit größer werden. Zu diesem Zweck wird ein Verzögerungszähler
flugzeitabhängig durch einen Selbstzerlegungszähler eingestellt. |
[0001] Die Erfindung betrifft einen Aufschlagzünder insbesondere für Raketen oder Geschosse, mit flugzeitabhängiger Verzögerungszeit zwischen Aufschlag und Zündung der Rakete oder des Geschosses im Ziel, mit Organen 23 zum Messen der Flugzeit, mit Organen 24 zum Messen der Verzögerungszeit und mit Organen 28,29 zum Einstellen der Verzögerungszeit in Funktion der Flugzeit des Geschosses oder der Rakete.
[0002] Bei einem bekannten Aufschlagzünder dieser Art (siehe deutsche Offenlegungsschrift Nr 21 52 427) hängt die Aufschlagzündverzögerungszeit direkt von der Differenz der Ladezustände zweier Kondensatoren ab, wobei der erste Kondensator eine vor dem Abschuss des Geschosses vorgegebene Ladung im wesentlichen beibehält, während sich die vor dem Abschuss vorgegebene Ladung des zweiten Kondensators mit zunehmender Flugzeit sukzessive veringert. Beim Schliessen des Aufschlagschalters wird der erste Kondensator über einen Widerstand definiert entladen. Die Zündung erfolgt bei einem bestimmten Spannungsverhältnis beider Kondensatoren vorzugsweise bei gleicher Spannung.
[0003] Dieser bekannte Aufschlagzünder hat den Nachteil, dass er Kondensatoren enthält, durch welche Zuverlässigkeit und Genauigkeit des Zünders beeinträchtigt werden.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kombinierten Aufschlag- und Zeitzünder zu schaffen, dessen Aufschlagzünder mit flugzeitabhängiger Verzögerungszeit arbeitet, ohne dass er zusätzliche Kondensatoren oder andere passive elektronische Elemente aufweist.
[0005] Der erfindungsgemässe Aufschlagzünder ist gekennzeichnet durch
- einen ersten Zähler 23 zur Bestimmung der Flugzeit,
- einen zweiten Zähler 24 zur Bestimmung der Verzögerungszeit,
- eine Schaltung zum stufenweisen Umschalten des zweiten Zählers 24 auf grössere Verzögerungszeit in Funktion der vom ersten Zähler 23 bestimmten wachsenden Flugzeit.
[0006] Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Aufschlagzünders ist im folgenden anhand der beigefügten Zeichnung ausführlich beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 das Schaltbild eines bekannten Aufschlagzünders, der eine einstellbare Aufschlags-Verzögerungszeit besitzt,
Fig. 2 das Blockschema des erfindungsgemässen Aufschlagzünders mit einem Selbstzerlegungszähler und einem Verzögerungszähler,
Fig. 3 das Diagramm, auf dem die erforderliche Verzögerungszeit für die Detonation nach dem Aufschlag im Ziel in Funktion der Flugzeit des Geschosses dargestellt ist,
Fig. 4 das Schaltbild mit dem Aufbau der in Fig. 2 dargestellten Zähler und Decoder.
[0007] Der bekannte Aufschlagzünder gemäss Fig. 1 (siehe auch CH-PS 608 604) besitzt einen Aufschlagschalter 10 sowie einen Sperrschalter 11. Der Aufschlagschalter 10 wird beim Aufschlag des Geschosses im Ziel betätigt. Der Sperrschalter 11 verhindert eine vorzeitige Betätigung des Aufschlagschalters 10 während der Abschussphase und gewährleistet die übliche Vorrohrsicherheit. Die beiden Schalter 10 und 11 sind über ein Nor-Gatter 12 und der Aufschlagschalter 10 ist über das Nor-Gatter mit einem Flip-Flop-Schalter 15 verbunden, der aus zwei Nor-Gattern 13 und 14 besteht. Beim Aufschlag des Geschosses im Ziel wird der Flip-Flop-Schalter durch das Ansprechsignal des Aufschlagschalters 10 umgeschaltet. Der Flip-Flop-Schalter 15 ist über einen Inverter 16 an einen RC-Oszillator 17 und über ein Nand-Gatter 18 an einen Frequenzverdoppler 19 angeschlossen. Sowohl der Flip-Flop-Schalter 15, als auch der RC-Oszillator 17 sind über einen Zähleingang 20 an einen Selbstzerlegungszähler 23 angeschlossen. Der Zähleingang 20 besteht aus zwei Nand-Gattern 21 und 22. An den Frequenzverdoppler 19 ist ein Verzögerungszähler 24 angeschlossen. Sowohl der Selbstzerlegungszähler 23 als auch der Verzögerungszähler 24 sind über ein Nor-Gatter 25 und einen Inverter 26 an eine Zündpille 27 angeschlossen.
[0008] Der Oszillator 17 ist auf zwei verschiedene Impulsfrequenzen z.B. 250 Hz oder 30 kHz umschaltbar. Dem Selbstzerlegungszähler 23 wird eine Frequenz von 250 Hz zugeführt. Dem Verzögerungszähler 24 wird über den Frequenzverdoppler 19 ausschliesslich eine Impuls-Frequenz von 60 kHz zugeführt.
[0009] Die Wirkungsweise dieses bekannten Aufschlagzünders ist wie folgt:
Trifft ein Geschoss mit dem beschriebenen Aufschlagzünder auf ein Ziel auf, so wird durch den Aufschlagschalter 10 der Flip-Flop-Schalter 15 umgeschaltet. Gleichzeitig wird der Selbstzerlegungszähler 23 gesperrt und der Oszillator 17 auf die höhere Impulsfrequenz von 30 kHz umgeschaltet. Durch den Flip-Flop-Schalter 15 wird der Verzögerungszähler 24 eingeschaltet und über den Frequenzverdoppler 19 mit einer Impulsfrequenz von 60 kHz
gespiesen. Sobald dieser Verzögerungszähler 24 z.B. 8 Zählimpulse decodiert hat, erhält die Zündpille 27 ein Stromstoss und detoniert. Diese etwas komplizierte Lösung wurde aus folgenden Gründen gewählt:a) Die Schaltung benötigt keinen zusätzlichen Kondensator zur Signalverzögerung ausser dem Kondensator im RC-Oszillator.
b) Der Oszillator braucht wenige externe passive Komponenten.
c) Die Temperaturcharakteristik der Verzögerungszeit ist gut.
d) Eine digitale Einstellung der Verzögerungszeit ist möglich. Bei diesem bekannten Aufschlagzünder ist die Verzögerungszeit von der Flugzeit unabhängig.
[0010] Dieser Nachteil wird mit der Vorrichtung gemäss Fig. 2 vermieden, in welcher die Mittel für eine flugzeitabhängige Verzögerungstzeit dargestellt sind.
[0011] Gemäss Fig. 2 sind an dem Selbstzerlegungszähler 23 zwei Decoder 28 und 29 angeschlossen. Der Selbstzerlegungszähler 23 und der Decoder 29 sind über das Nor-Gatter 25 und den Inverter 26 an die Zündpille 27 angeschlossen.
[0012] Da die Geschossgeschwindigkeit mit zunehmender Flugzeit abnimmt, müsste auch die Verzögerungszeit zwischen dem Aufschlag des Geschosses im Ziel und der Detonation grösser werden, damit das Geschoss auch bei kleiner Geschossgeschwindigkeit genügend tief ins Ziel eindringen kann, bevor die Detonation stattfindet. Die Ansprechverzögerung eines elektronischen Bodenzünders ist im wesentlichen zielunabhängig und konstant. Eine Verzögerungszeit von ca. 250 tL sec ist anfänglich ausreichend, damit ein Geschoss das Ziel zuerst durchschlägt und anschliessend detoniert.
[0013] Aus der Figur 3 und der Tabelle I ist der Zusammenhang zwischen der Flugzeit des Geschosses und der erforderlichen Verzögerungszeit ersichtlich.
[0014] Es wird angenommen, dass die Anfangsgeschwindigkeit des Geschosses v3 = 1180 m/sec beträgt, und das Geschoss daher in der ersten Sekunde ca. 1 km zurücklegt. In der ersten Sekunde ist daher eine Verzögerungszeit von ca. 250 U sec erforderlich. Nach der dritten Sekunde fliegt das Geschoss jedoch wesentlich langsamer und es ist eine Verzögerungszeit von ca. 460 µ sec. erforderlich:
[0015] Die Verzögerungszeit eines Bodenzünders setzt sich aus folgenden Anteilen zusammen:
a) Die Zeit für die Stosswelle von der Zünderspitze bis ins Heck des Geschosses beträgt ca. 40 - 50 µ sec .
b) Die elektronische Verzögerung ca. 120 - 360 µ sec
c) Die pyrotechnische Verzögerung ca. 50 - 60 Ltsec
[0016] Die totale Verzögerungszeit dann daher gemäss Tabelle I zwischen 250 und 460 µ sec gewählt werden, wobei die Zahl der Stufen frei wählbar ist. Bei den vier Stufen gemäss Fig. 3 und Tabelle I ist der Schaltungsaufwand vertretbar und wird im Folgenden ausführlicher beschrieben.
[0017] Der Aufbau der in Fig. 2 dargestellten Zähler 23,24 und Decoder 28,29 ist aus Fig. 4 ersichtlich.
[0018] Gemäss Fig. 4 besitzt der Selbstzerlegungszähler 23 eine Anzahl Flip-Flop-Stufen, von denen nur die vier Stufen AA, BB, CC und DD dargestellt sind. Der Verzögerungszähler 24 besitzt ebenfalls eine Anzahl Flip-Flop-Stufen, von denen nur die drei Stufen D3 D3, D4 D4 und D5 D5 dargestellt sind. Der Decoder 28 besitzt im ganzen sechs Nand-Gatter 30,31,32,33,34 und 35 sowie vier Nor-Gatter 36,37,38 und 39. Schliesslich besteht der zweite Decoder 29 im ganzen aus vier Nand-Gattern 40,41,42 und 43.
[0020] Daraus folgt:
S 1 = D·C·(B·A) = D-C + B·A
S 2 = D·C B.A = D·C + B.A
S 3 = D·C · B·A - D·C + B-A
S 4 = D·C · · B·A + D·C + D· C + D·C
S 4 = (D·C + A·B) · D·C
[0021] Daraus ergeben sich bei Decoder 28 gemäss Fig. 4 die folgenden Verbindungen:
1) Für S 1:
Das Nandgatter 30 ist mit A und B der Flip-Flop-Schalter AÄ und BB des Selbstzerlegungszählers 23 verbunden. Das Nor-Gatter 36 ist einerseits mit dem Nand-Gatter 30 und andererseits über Nand-Gatter 34 mit C und D der Flip-Flop-Schalter CC und DD verbunden. Der Ausgang des Nor-Gatters 36 liefert Signal S 1.
2) Für S 2:
Das Nand-Gatter 31 ist mit A und B der Flip-Flop-Schalter AA und BB des Selbstzerlegungszählers 23 verbunden. Das Nor-Gatter 37 ist einerseits mit dem Nand-Gatter 31 und andererseits über Nand-Gatter 34 mit C und D der Flip-Flop-Schalter CC und DD verbunden. Der Ausgang von Nor-Gatter 37 liefert Signal S 2.
3) Für S 3:
Das Nand-Gatter 32 ist mit A und B der Flip-Flop-Schalter AA und BB des Selbstzerlegungszählers 23 verbunden. Das Nor-Gatter 38 ist einerseits mit dem Nand-Gatter 32 und andererseits über Nand-Gatter 34 mit C und D der Flip-Flop-Schalter CC und DD verbunden. Der Ausgang von Nor-Gatter 38 liefert Signal S 3.
4) Für S 4:
Das Nand-Gatter 33 ist mit A und B der
[0022] Flip-Flop-Schalter AA und BB des Selbstzerlegungszählers 23 verbunden. Das Nor-Gatter 39 ist einerseits mit dem Nand-Gatter 33 und andererseits über Nand- Gatter 34 mit C und D der Flip-Flop-Schalter CC und DD verbunden. Ferner ist das Nor-Gatter 39 über einenInverter 46 an das Nand-Gatter 35 angeschlossen, welches ebenfalls an C und D der Flip-Flop-Schalter CC und DD angeschlos sen ist. Der Ausgang von Nand-Gatter 35 liefert Signal S 4.
[0026] Daraus ergeben sich bei Decoder 29 gemäss Fig. 4 die folgenden Verbindungen:
Für 120 µ sec Verzögerung:
Nand-Gatter 43 ist mit Nor-Gatter 36 des Decoders 28 und mit D4 des Flip-FlopSchalters D4 D4 des Verzögerungszählers 24 verbunden.
Für 180 µ sec Verzögerung:
Nand-Gatter 42 ist mit Nor-Gatter 37 des Decoders 28 und mit D3 und D4 der Flip-Flop- Schalter D3 D3 und D4 D4 des Verzögerungszählers 24 verbunden.
Für 240 µ sec Verzögerung:
Nand-Gatter 41 ist mit Nor-Gatter 38 des Decoders 28 und mit D5 des Flip-Flop-Schalters D5 D5 des Verzögerungszählers 24 verbunden.
Für 360 LL sec Verzögerung:
Nand-Gatter 40 ist mit Nand-Gatter 35 des Decoders 28 und mit D4,D5 der Flip-Flop-Schalter D4 D4 und D5 D5 des Verzögerungszählers 24 verbunden.
[0027] Schliesslich sind die beiden Nand-Gatter 40,41 an ein Nand-Gatter 44 und die anderen beiden Nand-Gatter 42,43 an ein weiteres Nand-Gatter 45 angeschlossen. Diese beiden Nand-Gatter 44 und 45 sind über das Nor-Gatter 25 und den Inverter 26 an die Zündpille 27 angeschlossen. Für die Selbstzerlegung ist der Selbstzerlegungszähler 23 an das Nor-Gatter 25 angeschlossen. Da es sich bei der Schaltung gemäss Fig. 4 um eine einfache logische Schaltung handelt, scheint eine ausführlichere Beschreibung nicht erforderlich zu sein.
[0028] Die Wirkungsweise des beschriebenen Aufschlagzünders mit flugzeitabhängiger Verzögerungszeit ist wie folgt:
Beim Abschuss eines Geschosses wird der RC-Oszillator 17 (Fig. 1) eingeschaltet und es gelangen 250 Impulse pro Sekunde zum Selbstzerlegungszähler 23. Dieser Selbstzerlegungszähler erzeugt nach der ersten Sekunde den Impuls Sl, nach der zweiten Sekunde den Impuls S2, nach der dritten Sekunde den Impuls S3 und nach der vierten Sekunde den Impuls S4. Ausserdem erzeugt der Selbstzerlegungszähler 23 zum gewünschten Zeitpunkt ein Signal zur Selbstzerlegung des Geschosses, sofern dieses nicht vorher schon im Ziel aufgeschlagen ist.
[0029] Während der Abschussphase und für die Vorrohrsicherheit verhindert der Sperrschalter 11, dass der Piezoschalter vorzeitig ausgelöst wird.
[0030] Schlägt das Geschoss auf ein Ziel auf, wird durch den Aufschlagschalter 10 der RC-Oszillator von der niedrigen Frequenz von 250 Hz auf die hohe Frequenz von 30 kHz umgeschaltet. Diese Impulse gelangen jedoch nicht mehr zum Selbstzerlegungszähler 23, sondern über den Frequenzverdoppler 19 gelangen 60 000 Impulse pro Sekunde in den Verzögerungszähler 24.
[0031] Erfolgt der Aufschlag des Geschosses vor Ablauf der ersten Sekunde nach dem Abschusas des Geschosses, so wird bei Aufschlag dem Decoder 29 das Signal Sl zugeführt, und sobald der Verzögerungszähler 24 ein Intervall von 120 üLsec abgezählt hat, gelangt an den Decoder 29 ein Signal, das zusammen mit Sl in der Lage ist, die Zündpille 27 auszulösen, d.h. zur Detonation zu bringen. Erfolgt der Aufschlag später, z.B. vor Ablauf der zweiten, dritten oder vierten Sekunde nach dem Abschuss des Geschosses, so wird beim Aufschlag dem Decoder 29 das Signal S2, bezw. S3, bezw. S4 zugeführt und sobald der Verzögerungszähler 24 ein Intervall von 180, bezw. 240, bezw. 360 µ sec abgezählt hat, gelangt an den Decoder 29 ein Signal, das zusammen mit dem Signal S2 bezw. S3, bezw. S4 in der Lage ist, die Zündpille 27 auszulösen, d.h. zur Detonation zu bringen.
- einen ersten Zähler (23) als Organ zur Bestimmung der Flugzeit
- einen zweiten Zähler (24) zur Bestimmung der Verzögerungszeit
- eine Schaltung (28,29) zum stufenweisen Umschalten des zweiten Zählers (24) auf grössere Verzögerungszeit in Funktion der vom ersten Zähler (23) bestimmten, wachsenden Flugzeit.