Zündeinrichtung für Sprenggeschosse

Abstract

 Ein Verfahren zur Korrektur des Zündzeitpunktes eines Geschosses nach Verlassen der Mündung des Rohres eines Geschützes beruht darauf, daß die Beschleunigung, die das Geschoß erfährt, detektiert und integriert wird. In­tegriert man die Beschleunigung innerhalb und außerhalb des Rohres zweimal, erhält man den Weg, den das Geschoß tatsächlich zurücklegt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbe­griff des Anspruches 1, sowie eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.

[0002] Die Zündung und Explosion eines Geschosses nach dem Ab­feuern, beispielsweise aus einem stationären oder fah­renden Geschütz, einer Kanone oder dergleichen, ist so einzustellen, daß das Geschoß möglichst genau am vorbe­stimmten Punkt explodiert.

[0003] Bekannte Zünder sind Zeitzünder, die vor dem Abschuß eingestellt werden, so daß sie nach einer vorbestimmten Zeit explodieren. Da die Strecke, die das Geschoß in dieser Zeit zurücklegt, unter anderem von der Mündungs­geschwindigkeit abhängt, wird diese Geschwindigkeit ge­messen und entsprechend der zurückzulegenden Strecke (Zielentfernung) und der als bekannt vorausgesetzten Geschwindigkeitsabnahme die Zeit eingestellt. Diese sog. v_o-Korrektur des Zeitzünders (v_o = Mündungsgeschwindig­keit) ermöglicht eine bessere Wirkung im Ziel.

[0004] Die Bestimmung der Mündungsgeschwindigkeit erfolgt auf unterschiedliche Weise:

[0005] Bei einer Methode wird die Geschwindigkeit dadurch ge­messen, daß der Vorbeiflug des Geschosses an der Rohr­mündung mittels zwei in bestimmten Abstand am Geschoß angeordneten induktiven Sensoren detektiert und aus der Beziehung
v = Weg/Zeit = Δ S/Δt
die Mündungsgeschwindigkeit rechnerisch ermittelt wird (siehe z. B. DE-OS 33 07 785). Dies ist nachteilig, weil die Positionierung der Sensoren (Aufnehmer) äußerst exakt erfolgen muß und durch Rohrerosion Fehlersignale erzeugt werden können. Aus den Meßungenauigkeiten resul­tiert schlußendlich eine Streuung des Explosionsortes im Zielbereich.

[0006] Darüberhinaus gibt es eine Reihe weiterer Meßmethoden der v_o-Korrektur, die im Endeffekt alle ähnliche Unge­nauigkeiten mit sich bringen.

[0007] Eine weitere Methode zur Zündpunktkorrektur, die eben­falls auf einer Geschwindigkeitskorrektur basiert, ist aus der DE-OS 33 09 147 bekanntgeworden. Nach dem Ab­schuß werden die innenballistischen und außenballisti­schen Geschwindigkeiten dadurch bestimmt, daß die Be­schleunigungen mittels piezo-elektrischer Beschleuni­gungssensoren gemessen und einmal integriert werden. Da die tatsächliche Geschwindigkeit mit einer vorher einzu­gebenden Soll-Geschwindigkeit zu vergleichen ist und diese Soll-Geschwindigkeit mit Ungenauigkeiten behaftet ist, weil sie auf Annahmen beruhen muß, ist auch diese Korrekturmethode ebenfalls mit entsprechenden Ungenauig­keiten behaftet.

[0008] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Ungenauigkeiten noch weiter vermindert sind. Weiterhin soll eine Schal­tungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens angegeben werden.

[0009] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1.

[0010] Durch die Treibgase wird innerhalb des Rohres ein Druck aufgebaut, der dem Geschoß eine von 0 bis auf den Maxi­malwert ansteigende und danach abfallende Beschleunigung erteilt.

[0011] Wenn das Geschoß dann die Mündung verlassen hat, fliegt es auf einer ballistischen Bahn antriebslos bis ins Ziel und wird dabei durch den Luftwiderstand abgebremst. Wäh­rend der Beschleunigungswert ca. 50.000 g im Rohr (mit g = Erdbeschleunigung) annehmen kann, betragen die Verzö­gerungswerte durch die Luftreibung abhängig vom cw-Wert ca. 10 g.

[0012] Es ist bekannt, daß die Geschwindigkeit das erste Inte­gral der Beschleunigung

und der zurückgelegte Weg das zweite Integral der Be­schleunigung ist:

[0013] Damit ist es möglich, durch Messung und zweimalige Inte­gration der Beschleunigung eine praktisch exakte Korrek­tur des Zündzeitpunktes durchzuführen. Es ist nämlich nur noch erforderlich, den Weg zum Ziel zu messen, was sehr genau mittels Entfernungsmessern erfolgen kann, und diesen Soll-Weg vorzugeben bzw. im Geschoß einzuspei­chern. Im Gegensatz zu einer - angenommenen - Soll-Ge­schwindigkeit kann der Weg exakt gemessen werden, was für die Exaktheit der Zündzeitpunktes bzw. des Zündpunk­tes von besonderer Bedeutung ist.

[0014] Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dem Anspruch 2 zu entnehmen.

[0015] Danach werden die positive Beschleunigung im Rohr und die negative Beschleunigung außerhalb des Rohres mitein­ander kombiniert, wodurch der tatsächlich zurückgelegte Weg bestimmt wird und die Streuungen des Explosionsortes im Zielbereich dadurch minimiert werden.

[0016] Integriert man die Beschleunigung über den gesamten Be­schleunigungsverlauf, so sind die bei der Integration auftretenden Konstanden Null. Das genannte Doppelinte­gral gibt ständig den zurückgelegten Weg an.

[0017] Aufgrund der Messung der positiven Beschleunigung im Rohr und deren Integration finden Einwirkungen auf das Geschoß im Rohr, z. B. durch Rohrerosion, Pulvertempera­tur u. a., Eingang in die Bestimmung des Weges, da diese Einwirkungen den Beschleunigungsverlauf beeinflussen.

[0018] In gleicher Weise finden auch Beeinflussungen des Ge­schosses außerhalb des Rohres durch Wind, Hundernisse im Flugweg und dgl. Eingang, da auch diese außerballisti­schen Einwirkungen den gesamten Beschleunigungsverlauf beeinflussen.

[0019] Eine Schaltungsanordnung, mit der dieses erfindungsgemä­ße Verfahren durchgeführt werden kann, ist aus dem An­spruch 3 zu entnehmen.

[0020] Da die Beschleunigung innerhalb und außerhalb des Rohres (innen- und außenballistische Beschleunigungen) extrem unterschiedliche Größen und auch unterschiedliche Vor­zeichen aufweisen, werden erfindungsgemäß nach Anspruch 4 zwei getrennte Beschleunigungsaufnehmer eingesetzt und deren Signale elektronisch summiert. Dabei liefert der eine Beschleunigungsaufnehmer nur die positiven Werte der Beschleunigung während der sog. innenballistischen Beschleunigungsphase; der andere Beschleunigungsmesser liefert nur negative Spannungswerte während der außen­ballistischen Verzögerung.

[0021] Beide Signale müssen natürlich gleiche Empfindlichkeit haben; dies bedeutet, daß geeignete Verstärker oder Ab­schwächer vorgeschaltet bzw. vorgesehen sein müssen.

[0022] Die Auswertung des zurückgelegten Weges geschieht da­durch, daß die während der zwieten Phase erzeugten Span­nungswerte bzw. Signale von einem Komparator mit einem Schwellwert verglichen werden. Sobald die aufaddierten Signale diesen Schwellwert erreichen, wird ein Zündim­puls abgegeben.

[0023] Wird über die innen- und außenballistische Beschleuni­gungsphase in der oben angegebenen erfindungsgemäßen Weise integriert, kann der Weg exakt bestimmt werden, ohne den sonst wichtigen Mündungsgeschwindigkeitswert besonders messen zu müssen. Hilfsgrößen, welche zur Weg­vermessung benutzt werden, finden erfindungsgemäß keinen Eingang in die Wegberechnung. Triangulation, Weg-Zeitum­ wandlung, v_o-Messung bzw. Radarmessungen können somit entfallen. Darüberhinaus wird auch die äußere Form des Geschosses beibehalten und nicht verändert, weil alle Elemente für die Beschleunigungsmessung im Inneren des Geschosses untergebracht sind. Dadurch wird auch der cw-Wert, als der Widerstandsbeiwert des Geschosses, nicht geändert. Alle außenballistischen Einwirkungen in Flugrichung auf das Geschoß während der Flugphase, die die negative Beschleunigung beeinflussen, finden bei der doppelten Integration Eingang in die Wegbestimmung, so daß das Geschoß immer im Zielgebiet detonieren kann.

[0024] Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, sollen die Erfindung bzw. die weitere Ausgestaltung der Erfindung, sowie weitere Vor­teile näher erläutert und beschrieben werden.

[0025] Es zeigen:

Figur 1 a) bis c) die Verläufe

a) der Beschleunigung

b) der Geschwindigkeit,

c) des zurückgelegten Weges eines Geschosses und

Figur 2 ein Blockschaltbild einer erfind­dungsgemäßen Schaltungsanordnung.

[0026] Ein Geschoß, das aus einem Geschütz abgefeuert wird, wird innerhalb des Geschützrohres beschleunigt. Dabei nimmt der Beschleunigungswert - ausgehend von 0 g - ei­nen Maximalwert b_max an, der beispielsweise 50.000 g (g = Erdbeschleunigung) betragen kann. Von diesem Maxi­malwert b_max aus fällt die Beschleunigung b(t) ab und wird außerhalb des Rohres aufgrund des Lufwiderstandes negativ.

[0027] Diese Bremswirkung entspricht der negativen Beschleuni­gung, die einen maximalen Wert von va. 10 g (g = Erdbe­schleunigung annehmen kann. Nur unter Einfluß der Luft­reibung würde das Geschoß so lange weiter fließen, bis die kinetische Energie durch die Bremswirkung der Luft aufgezehrt wäre.

[0028] Der Geschwindigkeitsverlauf ist in der Fig. 1b darge­stellt. Die Geschwindigkeit des Geschosses steigt von 0 auf einen Maximalwert v_o an, der die Geschwindigkeit im Bereich der Mündung des Rohres ist. Danach sinkt die Geschwindigkeit ab, da das Geschoß antriebslos fliegt und durch die Luftreibung abgebremst wird.

[0029] Die Geschwindigkeit berechnet sich aus der Beschleuni­gung gemäß.

[0030] Die Mündungsgeschwindigkeit ist:

t_o ist die Zeit, zu der das Geschoß die Rohrmündung ver­läßt.

[0031] Wenn das Geschoß einen Zeitzünder enthält, wird der Zeitzünder vor dem Abschuß eingestellt, so daß das Ge­schoß nach einer bestimmten Flugdauer, die einem be­stimmten Flugweg entspricht, explodiert.

[0032] Wenn der Flugweg vorgeben ist, dann ist demgemäß die Zeitdauer vom Verlassen der Mündung bis zur Explosion einzustellen. Da die Mündungsgeschwindigkeit aber schwanken kann, streut der Detonationsort des Geschos­ses. Durch Korrektur der Zeitdauer durch Berücksichti­gung der Mündungsgeschwindigkeit v_o kann diese Streuung minimiert werden.

[0033] Erfindungsgemäß also wird die Beschleunigung des Ge­schosses im Rohr mittels eines im Geschoß befindlichen Beschleunigungselementes detektiert und integriert, wo­bei innerhalb des Geschosses der Wert v_o errechnet wird (s. weiter unten Figur 2).

[0034] Wenn die Geschwindigkeit v(t) nochmals integriert wird, dann erhält man den Weg, der ebenfalls innerhalb des Geschosses zur Bestimmung des Zündortes benutzt werden kann.

[0035] Anhand der Figur 2 soll dies nochmals erläutert werden.

[0036] Figur 2 zeigt im Blockschaltbild eine Schaltungsanord­nung zur Bestimmung des Zündzeitpunktes eines Geschos­ses. Innerhalb des Geschosses befinden sich zwei Be­schleunigungsmesser 20 und 21, von denen der Beschleuni­gungsmesser 20 die positive Beschleunigung, d.h. die in­nenballistische Beschleunigung (im Rohr), und der Be­schleunigungsmesser 21 die negative Beschleunigung, das ist die außenballistische Beschleunigung (außerhalb des Rohres), mißt. Beide gemessenen Wert, die um den Faktor 10³ differieren, werden mittels Verstärkern 22 und 23 aneinander angepaßt, so daß sie im Punkt 24 zusammenge­führt und einem Auswerter 25 zugeführt werden können, an dessen Ausgang das Signal b(t) ansteht. Dieses Signal wird auf einen ersten Integrator 26 aufgegeben, der hieraus die Geschwindigkeit errechnet. Zum Zeitpunkt t = to, erhält man die Mündungsgeschwindigkeit v_o, d. h. die Geschwindigkeit, die das Geschoß gerade beim Verlas­sen des Rohres hat. Mit dieser Geschwindigkeit kann die im oben genannter Zeitzünder vorher eingestellte Zeit­dauer vom Abschußort bis zum Ziel korrigiert werden. In diesem Falle würde das Signal v_o über die strichlierte Leitung 26 a einem Rechner 27 zugeführt, in dem - ausge­hend von einer Nenn-Mündungsgeschwindigkeit - eine einer Nennstrecke entsprechenden Nennzeitdauer für den genann­ten Zeitzünder einprogrammiert ist. Im Rechner 27 wird die Nenn-Mündungsgeschwindigkeit mit der tatsächlichen Mündungsgeschwindigkeit verglichen und der Zündzeitpunkt korrigiert, so daß die Zündsignale Z vom Rechner 27 zu dem Zeitpunkt abgegeben werden, an dem sich das Geschoß im Ziel befindet.

[0037] Wenn der Wert v(t) nochmal integriert wird, was in einem zweiten Integrator 28 erfolgt, dann bildet sich aus­gangsseitig ein Signal S für den Weg, den das Geschoß zurücklegt. Dieses Wegsignal wird einem Vergleicher 29 zugeführt, dem außerdem ein Wegsollwert, der von einem Wegsollwerterzeuger 30 bereitgestellt wird, zugeführt wird. Sobald der Weg s dem Sollwert entspricht, wird ein Zündimpuls Z erzeugt, der das Geschoß zur Detonation bringt. Als Beschleunigungsmeßelemente können einfach Sensoren benutzt werden, da auf Linearität oder Reprodu­zierbarkeit der Meßwerte nach der ersten Beschleuni­gungsphase im Rohr kein Wert gelegt werden muß. Zum Bei­spiel kann ein Element eingesetzt werden, das sich ela­stisch oder plastisch unter dem Einfluß einer trägen Masse verformt; die Verformung ist dann ein Maß für die Beschleunigung.

[0038] Dies können auch sog. Stauchkörpermesser sein, die bei Gasdruckmessungen in Rohren verwendet werden. Dazu wird ein elastisch verformbarer Körper an dem rückseitigen Ende eines im Geschoß angeordneten Raumes angebracht, dessen vorderes Ende eine kleine Masse aufweist; wenn das Geschoß beschleunigt wird, wird der verformbare Kör­per entsprechend der Beschleunigung zusammengedrückt und aus dieser Verformung kann dann ein Maß für die Be­schleunigung abgeleitet werden. Präzise Beschleunigungs­aufnehmer sind nicht erforderlich; insbesondere müssen sie keine reprodizierbaren Werte abgeben, weil nur ein­mal gemessen wird.

[0039] Die Integrationszeit für die positive Beschleunigung be­trägt ca. 5 msec, da nur im Rohr eine positive Beschleu­nigung vorhanden ist. Daher darf die Messung der positi­ven Beschleunigung nicht länger als diese 5 msec dauern, damit evtl. später auftretende Fehler bei der Auswertung der negativen Beschleunigung keinen Einfluß mehr aus­üben. Da darüberhinaus auch der Hauptanteil des Ge­schwindigkeitszuwachses beim Maximum der Beschleunigung auftritt, genügt ebenfalls ein nicht besonders linear arbeitender Beschleunigungsmesser.

Ansprüche

1. Verfahren zur Korrektur des Zündzeitpunktes ei­nes Geschosses nach Verlassen der Mündung des Rohres einer Kanone, eines Geschützes und dergleichen, mittels eines Zünders, dadurch gekennzeichnet, daß die sich zeitlich ändernde Beschleunigung des Geschosses zumin­des während seines Weges innerhalb des Rohres gemessen und mindestens zweimal integriert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­net, daß die Beschleunigung sowohl innerhalb als auch außerhalb des Rohres gemessen und zweimal integriert wird.

3. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfah­rens nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekenn­zeichnet, daß im Geschoß ein Beschleunigungsmesser vor­gesehen ist, dessen Ausgangssignal einem die Beschleuni­gung zweimal integrierenden Integrator zuführbar ist, dessen den gerade zurückgelegten Weg entsprechendes Aus­gangssignal einem Rechner (27), in dem die Zeitdauer für den Zeitzünder des Geschosses einprogrammiert ist, zu­führbar ist, und daß im Rechner ein Soll-Weg mit dem Ausgangssignal des Integrators (Ist-Weg) verglichen und dadurch der Zündzeitpunkt korrigiert wird.

4. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfah­rens nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekenn­zeichnet, daß im Geschoß zwei Beschleunigungsmesser (20, 21) vorgesehen sind, von denen der eine Beschleunigungs­messer die Beschleunigung des Geschosses innerhalb des Rohres und der andere Beschleunigungsmesser (21) die Be­schleunigung des Geschosses außerhalb des Rohres detek­tieren, daß die Signale der Beschleunigungsmesser (20, 21) zwei Integratoren (26, 28) zuführbar sind, mit denen die Beschleunigungssignale zweimal integriert werden, und daß das Ausgangssignal des zweiten Integrators das Weg-Zeitsignal ist, das einem Komparator (29) zuführbar ist, in dem dieses Signal mit einem Soll-Weg-Zeitsignal verglichen und so der Zündzeitpunkt korrigiert wird.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch ge­kennzeichnet, daß beiden Beschleunigungsmessern (20, 21) Verstärker (22, 23) zugeordnet sind, die die von den Be­schleunigungsmessern (20, 21) abgegebenen Signale ver­gleichmäßigen, so daß sie einer Auswerteeinheit (25) zuführbar sind, deren Ausgangssignale dem ersten Inte­grator zugeführt werden.

Zeichnung