Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Geschossgeschwindigkeit an der Mündung eines Waffenrohres eines Geschützes hoher Kadenz nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es sind verschiedene Verfahren bzw. Vorrichtungen zur externen Messung der Geschwindigkeit eines Objektes bekannt und gebräuchlich. Zur Messung der Mündungsgeschwindigkeit von Geschossen eines Geschützes hoher Kadenz, ganz besonders eines Mehrlingsgeschützes, sind jedoch nur wenige brauchbar. Hier ist eine Messung ohnehin nur in Mündungsnähe möglich, weil sonst in den meisten Fällen ein nur mit viel Aufwand lösbares Identifikationsproblem entsteht. Diese Forderung wird noch durch die Tatsache unterstrichen, dass eine Programmierung eines Geschosses mit einfachen Mitteln nur sehr nahe der Mündung möglich ist. Sie wird noch verschärft, falls wie bei der beispielsweise nachstehend beschriebenen Anwendung, vor der individuellen Programmierung jedes Geschosses, dessen Geschwindigkeit bestimmt werden soll.
Die Verhältnisse an der Mündung eines Geschützes hoher Kadenz sind bezüglich Druck, Temperatur, Rauch, Verbrennungsrückständen, Lichterscheinungen und der Korrosivität der Gase extrem. Es gibt deshalb nur wenige Messverfahren, die diesen Umweltbedingungen standhalten, allen voran das magnetische. Dessen Hauptnachteile liegen darin begründet, dass die magnetischen Feldlinien stets in sich geschlossen sind und sich nur schwer bündeln lassen, und dass es mit Ausnahme bei Supraleitern keine magnetische Isolatoren gibt.
Wie vorstehend bereits angedeutet, können aufgrund der Messdaten derartiger Vorrichtungen z.B. in Geschossen zur Abwehr von kleinen Lenkwaffen hoher Geschwindigkeit eingebaute hochpräzise Zünder so programmiert werden, dass eine grosse Anzahl in solchen Geschossen mitgeführter Subprojektile in einem genau definierten optimalen Zündzeitpunkt ausgestossen wird. Wie aus einer Druckschrift OC 2057 d 94 der Firma Oerlikon Contraves AG Zürich, bekannt, erfolgt die Programmierung des Zünders unmittelbar nach dem Verlassen der Geschützmündung. Dies bringt den Vorteil, dass das Zeitintervall, für das die Flugbahn des abzuwehrenden Objektes extrapoliert werden muss, minimal wird. Zusätzlich bietet diese Version die Möglichkeit, dem Geschoss die Tempierung, berechnet aufgrund der tatsächlich gemessenen Mündungsgeschwindigkeit, zu übergeben.
An die Präzision eines solchen Messverfahrens, das auf einer kurzen Wegstrecke unmittelbar ausserhalb der Mündung durchzuführen ist, werden hohe Anforderungen gestellt. Die Forderungen liegen bei Luftabwehrsystemen im Bereich von 1 bis 3 Promillen. Die eigentliche Messbasis muss nahe der Mündung angebracht sein und darf nur eine geringe Länge aufweisen, weil bei Treibspiegelmunition ein konisch sich öffnender Freiraum für die seitlich wegfliegenden Führungselemente (Sabots) vorhanden sein muss.
Die geringe Länge und die Mündungsnähe sind auch deshalb erforderlich, weil die mit dem Geschützrohr starr verbundene Messanordnung die Eigenfrequenz der Biegeschwingungen des Geschützrohres umso mehr senkt, je grösser diese Masse und je weiter von der Geschützmündung entfernt ihr Schwerpunkt ist. Bei bestehenden, festigkeitsmässig korrekt ausgelegten (d.h. möglichst leichten) Rohren kann dies unter Umständen beim nachträglichen Anbringen zu einer Vergrösserung der Waffenstreuung führen.
Bei einer mit der EP-A 0 108 973 bekannt gewordenen Vorrichtung gemäss Oberbegriff, bei der die Messung der Geschossgeschwindigkeit auf der Veränderung des magnetischen Feldes zweier in einem bestimmten Abstand voneinander angeordneter, magnetisch offener Ringspulen beim Geschossdurchgang beruht, ist nachteilig, dass sich die beiden Ringspulen, die den Geschosskanal in einigem Abstand umschliessen, gegenseitig beeinflussen (Fig. 1), wobei die Linien gleicher Induktion derart verlaufen (Fig. 2), dass sich der Einfluss von Form und Aufbau eines Geschosses auf die Genauigkeit der Messung nachteilig auswirken kann.
Wegen des geringen Abstandes von der Mündung des aus ferromagnetischem Material gefertigten Geschützrohres ist die Feldverteilung zusätzlich verformt. Dadurch wird die Messpräzision in nicht tragbarer Weise beeinflusst. Prinzipiell kann der Abstand der Ringspulen voneinander durch ein Eichschiessen festgestellt und bei der Geschwindigkeitsberechnung berücksichtigt werden. Die Schwierigkeit besteht jedoch darin, dass diese Eichung für jeden Geschosstyp durchgeführt werden muss und je nach der zufälligen Magnetisierung von Geschoss und Mündung um mehrere Prozente abweichen kann. Bei der zufälligen Magnetisierung ist typisch, dass sie im Verlauf des Schiessens ständig ändert. Dies ist auf die hohe Beanspruchung des zumeist aus ferromagnetischem Material gefertigten Rohres bei der Schussabgabe und auf die hohen Temperaturen an der Mündung zurückzuführen.
Eine weitere nachteilige Verzerrung des Feldverlaufes wird durch äussere Magnetfelder, z.B. durch das durch die ferromagnetischen Teile des Geschützrohres und dessen Führungsteile gebündelte Erdfeld und durch eine bei der Bearbeitung oder Montage zufällig erfolgte Magnetisierung des Rohres oder der Geschosse bewirkt. Bei den herkömmlichen Messsystemen mit offenen (Luft-) Spulen entstehen dabei grosse, nicht prädiktierbare Messfehler, die zudem von Munitionstyp zu Munitionstyp verschieden sind, und die auch mit einem Eichschiessen nicht ausreichend und zuverlässig korrigiert werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art vorzuschlagen, die vorstehend erwähnte Nachteile nicht aufweist, und bei der zwecks Erreichen einer hohen Messgenauigkeit insbesondere die gegenseitige Beeinflussung der beiden Spulen sowie der Einfluss des Geschützrohres und Geschosses vermieden wird.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Vorrichtung sind durch die abhängigen Patentansprüche 2 bis 9 definiert.
Hierbei weist jeder Sensor zwei Spulen und einen in einer senkrecht zu einer verlängerten Rohrachse des Geschützes verlaufenden Ebene angeordneten, aus ferro- oder ferrimagnetischem Material bestehenden geschlossenen magnetischen Kreis auf, wobei die zwei Spulen jedes Sensors bezüglich der Längsachse des Waffenrohres des Geschützes um einen Spulen-Versatzwinkel von 180 DEG gegeneinander versetzt angeordnet sind.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die magnetischen Kreise als runde Scheiben ausgebildet und weisen zwei Ansätze für die Festhaltung der Spulen und eine Durchlassöffnung für Geschosse auf, wobei die Durchlassöffnung einen Nutzbereich für die Messung darstellt.
Gemäss einer besonderen Ausführung sind die beiden Sensoren um einen Sensor-Versatzwinkel von 90 DEG um die verlängerte Rohrachse gegeneinander verdreht angeordnet, sodass die magnetischen Felder der beiden Sensoren im Nutzbereich senkrecht zueinander verlaufen.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile sind darin zu sehen, dass die gegenseitige Beeinflussung der Spulen bzw. der beiden Sensoren weitgehend vermieden wird, und die Feldlinien des magnetischen Flusses in ihrer ganzen Länge im Wesentlichen in Ebenen senkrecht zur Achse des Waffenrohres verlaufen, sodass eine präzise, von der Form und vom Aufbau des Geschosses unabhängige Messung gewährleistet ist. Durch die vorgeschlagene Versetzung der beiden Sensoren bzw. magnetischen Felder gegeneinander kann die durch den geringen Abstand der beiden Sensoren möglicherweise noch vorhandene Feldverzerrung weiter verringert werden.
Die Versetzung hat ausserdem den Vorteil, dass bei Geschossen aus ferromagnetischem Material mit relativ grosser Hysterese eine allfällig negative Wirkung des durch die Startspule erzeugten remanenten Feldes auf dem Geschoss bei der Stoppspule minimiert wird.
Dadurch, dass der für die Messung genutzte magnetische Fluss erfindungsgemäss senkrecht zur verlängerten Rohrachse gerichtet ist, können die im Wesentlichen axial gerichteten Felder von Geschützrohr und Geschoss nur einen geringen Einfluss auf den magnetischen Fluss der Sensoren ausüben. Weil das Magnetfeld nur einen gegenüber den bekannten Messsystemen mit offenen Luftspulen kurzen Weg durch den freien Raum zurücklegen muss, kann mit einer erheblich höheren magnetischen Feldstärke im Messbereich gearbeitet werden, was den Einfluss von externen Magnetfeldern auf die Messgenauigkeit und die Reproduzierbarkeit signifikant vermindert.
Besondere Vorteile der vorgeschlagenen Vorrichtung ergeben sich bei der Messung der Geschwindigkeit programmierbarer Geschosse, da im Gegensatz zu bekannten Vorrichtungen, bei denen für die Messung und Programmierung axiale magnetische Felder verwendet werden, die Gefahr einer nachteiligen Beeinflussung des Programmiervorganges durch das Messfeld vermieden wird. Die erfindungsgemässe Vorrichtung macht es weiterhin möglich, die Feldverzerrungen soweit zu reduzieren, dass mit einer relativ kleinen Messbasis bzw. kleinem Abstand der beiden Sensoren voneinander praktisch brauchbare Abmessungen und die geforderte Messgenauigkeit erreicht werden können.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Diagramm des Verlaufes der magnetischen Feldlinien zweier benachbarter Spulen bei einer Vorrichtung gemäss Stand der Technik,
Fig. 2 ein Diagramm des Verlaufes der Linien gleicher Induktion zweier benachbarter Spulen bei der Vorrichtung gemäss Stand der Technik,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung,
Fig. 4 einen Querschnitt durch einen Sensor gemäss Fig. 3,
Fig. 5 einen Längsschnitt einer zweiten Ausführung der Vorrichtung,
Fig. 6 eine Ansicht der Vorrichtung in Pfeilrichtung A der Fig. 5, und
Fig. 7 einen Längsschnitt der mit einer Mündungsbremse verbundenen Vorrichtung.
In der Fig. 1 sind die Abszisse einer Längsachse bzw. Rohrachse eines Waffenrohres eines Geschützes und die Ordinate radialen Abständen von der Rohrachse zugeordnet. Unter dem Begriff einer Längsachse bzw. Rohrachse soll hierbei nicht nur die auf die Länge des Waffenrohres beschränkte Achse verstanden werden, sondern auch deren über das Waffenrohr hinausgehende Bereiche. Die Abszisse und die Ordinate sind in Abstände gleicher Länge von z.B. 0,1 m eingeteilt. Mit P1 und P2 sind die Mittelpunkte zweier gleichsinnig gepolter Ringspulen bezeichnet, die in dem vorstehend definierten Abstand (auch Messbasis oder Messstrecke genannt) nebeneinander angeordnet sind.
Wie aus dem Diagramm ersichtlich, bleibt ein grosser Teil der in einer die verlängerte Rohrachse enthaltenden Ebene verlaufenden Feldlinien nicht auf die unmittelbare Umgebung jeder einzelnen Spule beschränkt, wie dies eine genaue Messung eigentlich erfordert, sondern umfasst beide Spulen. Beim dargestellten Feldlinienverlauf ist der Einfluss der Mündung des Waffenrohres nicht berücksichtigt.
Gemäss Fig. 2 sind die Abszisse der Rohrachse des Geschützes und die Ordinate den radialen Abständen von der Rohrachse aus zugeordnet. Die Abszisse und die Ordinate sind in Abstände gleicher Länge von z.B. 0,05 m eingeteilt. Die Mittelpunkte P1 und P2 der beiden Ringspulen sind im doppelten vorstehend definierten Abstand nebeneinander angeordnet, wobei der doppelte Abstand die Messbasis bildet. Wie aus dem Diagramm ersichtlich, verlaufen die Linien gleicher Induktion symmetrisch zu einer Mittelebene ME der Messbasis, sodass eine präzise, von der Form und vom Aufbau eines Geschosses unabhängige Messung nicht gewährleistet ist. Weil sich das Geschoss nur in einer Richtung durch die Messstrecke bewegt, trifft es nicht, wie für eine genaue Messung notwendig wäre, zweimal den gleichen Feldverlauf an.
Bei Messsystemen kurzer Länge, die auch zur Messung von Treibspiegelmunition geeignet sind, können allein schon dadurch Messfehler von 10% und mehr entstehen. Beim dargestellten Verlauf der Linien gleicher Induktion ist der Einfluss der Mündung des Waffenrohres nicht berücksichtigt.
In den Fig. 3 und 4 sind mit 1 der Mündungsbereich eines Waffenrohres und mit 2 Geschosse während einer Abschussfolge bezeichnet. Nahe der Mündung 1 sind zwei in einem Abstand a voneinander angeordnete Sensoren 3 vorgesehen, wobei der Abstand a die Messbasis darstellt und beispielsweise 18 cm beträgt. Jeder der Sensoren 3 weist ein Spulenpaar aus zwei Spulen 4 und einen in einer senkrecht zu einer verlängerten Längsachse bzw. Rohrachse 6 des Waffenrohres des Geschützes verlaufenden Ebene angeordneten, aus ferro- oder ferrimagnetischem Material bestehenden geschlossenem magnetischen Kreis 5 auf, an dem die Spulen 4 um einen Spulen-Versatzwinkel von 180 DEG voneinander versetzt angeordnet sind.
Der magnetische Kreis 5 ist als runde Scheibe ausgebildet und weist zwei Ansätze 7 für die Festhaltung der Spulen 4 sowie eine Durchlassöffnung 8 für die Geschosse 2 auf, wobei die Durchlassöffnung 8 einen Nutzbereich für die Messung darstellt. Um den Einfluss von Wirbeiströmen gering zu halten, können die magnetischen Kreise 5, wie an sich bekannt, aus einem Paket geschichteter Bleche hergestellt werden, die aus ferro- oder ferrimagnetischem Material mit hohem elektrischen Widerstand bestehen. In den magnetischen Kreisen 5 sind Löcher 9 vorgesehen, mittels welchen die Sensoren 3, wie nachstehend anhand der Fig. 7 näher beschrieben, konzentrisch zur verlängerten Rohrachse 6 an einer Halterung befestigt sind, die mit dem Waffenrohr verbunden ist.
Die Spulen 4 der Sensoren 3 sind über elektrische Leiter 10 mit einer an einer Stromquelle 11 angeschlossenen Weiche 12 verbunden, die mit einer Auswerteelektronik 13 in Verbindung steht.
Wie aus der Fig. 4 ersichtlich, ist der magnetische Kreis 5 weitgehend geschlossen und nur im Nutzbereich unterbrochen, um den Durchtritt des Geschosses 2 zu ermöglichen. Mit dem in der Fig. 4 dargestellten Verlauf von mit 14 bezeichneten Feldlinien im Nutzbereich bei Durchgang eines ferro-magnetischen Geschosses wird die für die Messung erforderliche Änderung des magnetischen Flusses deutlich gemacht.
Gemäss den Fig. 5 und 6 sind die beiden Sensoren 3 um einen Sensor-Versatzwinkel von 90 DEG um die verlängerte Rohrachse 6 gegeneinander verdreht an einer durch strichpunktierte Linien symbolisierten Halterung 15 angeordnet. Durch diese Massnahme wird erreicht, dass die magnetischen Felder der beiden Sensoren 3 im Nutzbereich senkrecht zueinander verlaufen, sodass die residuelle Kopplung weiter reduziert und die durch den relativ geringen Abstand der beiden Sensoren 3 bewirkte Feldverzerrung bezüglich der für die Geschossdedektion ausgewerteten Feldkomponente nochmals vermindert wird.
Die vorstehend beschriebene Massnahme ist für Geschosse, die grössere Abweichungen von der Rotationssymmetrie aufweisen nicht geeignet. In diesem Fall können die beiden magnetischen Kreise 5 bevorzugt um genau den Sensor-Versatzwinkel gegeneinander verdreht montiert werden, der der Zunahme des Drallwinkels bzw. einem Zusatzdrallwinkel zwischen durch strichpunktierte Linien symbolisierte Mittelebenen 16 der magnetischen Kreise 5 entspricht.
Sind die Geschosse aus ferromagnetischem Material mit relativ grosser Hysterese gefertigt, so kann die beschriebene Verdrehung auch dazu benutzt werden, eine allfällig negative Wirkung des durch den in Geschossrichtung ersten Sensor 3 (Startsensor) erzeugten remanenten Feldes auf dem Geschoss beim zweiten Sensor 3 (Stoppsensor) zu minimieren.
Es ist auch möglich die magnetischen Felder in den beiden magnetischen Kreisen der Sensoren 3 gleich oder auch entgegengesetzt zu polen.
In der Fig. 7 ist mit 20 ein Tragrohr bezeichnet, an dessen Enden Flansche 21, 22 vorgesehen sind. Die Flansche 21, 22 weisen Vertiefungen 23, 24 auf, in welche die Sensoren 3 eingesetzt sind. Der erste Flansch 21 ist mittels Schrauben 27 mit einem Flansch 26 eines Bremsteiles 25 verbunden. Das Bremsteil 25 weist einen konischen Teil 28 und einen zylindrischen Teil 29 auf. Der konische Teil 28 ist als Mündungsbremse ausgebildet und weist zu diesem Zweck radiale \ffnungen 30 und Prallplatten 31 auf. Betreffend die Wirkungsweise der Mündungsbremse wird auf die bereits genannte EP-A-0 108 973 hingewiesen. Der zylin drische Teil 29 ist mit einem Innengewinde 32 versehen, mittels welchem er und damit auch das Tragrohr 20 am Geschützrohr befestigt werden kann.
Der zweite Flansch 22 ist mittels Schrauben 33 und einem Klemmring 34 mit einem weiter nicht dargestellten und beschriebenen Programmierteil 35 verbunden, dessen allgemeine Bedeutung aus der eingangs zitierten Druckschrift OC 2057 d 94 ersichtlich ist. Mit 36 ist ein lediglich schematisch dargestelltes Rohr bezeichnet, das für die Führung von elektrischen Leitern für die Spulen 4 der Sensoren 3 bestimmt ist.
Die vorstehend beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt: Beim Durchgang des Geschosses 2 durch die beiden Sensoren 3 wird aufgrund der dabei auftretenden Änderung des magnetischen Flusses kurz hintereinander in jedem Spulenpaar der Sensoren 3 ein Impuls erzeugt. Die Impulse werden der Auswerteelektronik 13 zugeführt, in welcher aus dem zeitlichen Abstand der Impulse voneinander und der Länge der Messbasis die Geschossgeschwindigkeit v0 errechnet wird. Aus der Geschossgeschwindigkeit v0 und einem anderweitig ermittelten Abstand zu einem abzuwehrenden Objekt wird ein Zeitwert gebildet, der wie auch aus der eingangs erwähnten Druckschrift OC 2057 d 94 bekannt, einer Programmierspule für die Programmierung eines im Geschoss 2 eingebauten Zünders zugeführt wird.
The invention relates to a device for measuring the bullet speed at the muzzle of a weapon barrel of a high cadence gun according to the preamble of claim 1.
Various methods and devices for the external measurement of the speed of an object are known and customary. However, only a few can be used to measure the muzzle velocity of projectiles of a high cadence gun, especially a multi-gun. In any case, a measurement is only possible near the mouth, because otherwise in most cases an identification problem that can only be solved with a lot of effort arises. This requirement is underlined by the fact that programming a floor with simple means is only possible very close to the muzzle. It is further tightened if, as in the application described below, for example, before the individual programming of each floor whose speed is to be determined.
The conditions at the muzzle of a high cadence gun are extreme in terms of pressure, temperature, smoke, combustion residues, light phenomena and the corrosiveness of the gases. There are therefore only a few measuring methods that can withstand these environmental conditions, above all the magnetic one. Its main disadvantages lie in the fact that the magnetic field lines are always self-contained and are difficult to bundle, and that there are no magnetic insulators except for superconductors.
As already indicated above, based on the measurement data of such devices, e.g. high-precision detonators installed in bullets to ward off small guided missiles at high speed are programmed so that a large number of subprojectiles carried in such bullets are ejected at a precisely defined optimal ignition timing. As is known from a publication OC 2057 d 94 by Oerlikon Contraves AG Zurich, the detonator is programmed immediately after it has left the gun muzzle. This has the advantage that the time interval for which the trajectory of the object to be defended has to be extrapolated is minimal. In addition, this version offers the option of handing over the tempo to the projectile, calculated on the basis of the muzzle velocity actually measured.
High demands are placed on the precision of such a measuring method, which must be carried out over a short distance immediately outside the mouth. Air defense systems require 1 to 3 per thousand. The actual measuring base must be located near the mouth and may only be a short length, because with sabot ammunition there must be a conically opening space for the guide elements (sabots) that fly away to the side.
The short length and the proximity of the muzzle are also necessary because the measuring arrangement rigidly connected to the gun barrel lowers the natural frequency of the bending vibrations of the gun barrel, the greater this mass and the further away from the gun barrel its center of gravity. In the case of existing pipes with the correct strength (i.e. as light as possible), this can lead to an increase in weapon distribution when retrofitted.
In a device known with EP-A 0 108 973 according to the preamble, in which the measurement of the projectile speed is based on the change in the magnetic field of two magnetically open ring coils arranged at a certain distance from one another during the projectile passage, it is disadvantageous that the two Annular coils that surround the projectile channel at a certain distance mutually influence one another (FIG. 1), the lines of the same induction running in such a way (FIG. 2) that the influence of the shape and structure of a projectile can have an adverse effect on the accuracy of the measurement.
Because of the small distance from the muzzle of the gun barrel made of ferromagnetic material, the field distribution is additionally deformed. This affects the measuring precision in an unacceptable way. In principle, the distance between the toroidal coils can be determined by calibration shooting and taken into account in the speed calculation. The difficulty, however, is that this calibration has to be carried out for each type of projectile and can vary by several percent depending on the random magnetization of the projectile and muzzle. With random magnetization it is typical that it changes constantly in the course of shooting. This is due to the high stress on the tube, which is usually made of ferromagnetic material, when the shot is fired and the high temperatures at the muzzle.
A further disadvantageous distortion of the field is caused by external magnetic fields, e.g. caused by the earth field bundled by the ferromagnetic parts of the gun barrel and its guide parts, and by a magnetization of the barrel or projectiles which happened accidentally during processing or assembly. The conventional measuring systems with open (air) coils result in large, unpredictable measuring errors, which also differ from ammunition type to ammunition type, and which cannot be corrected sufficiently and reliably even with calibration firing.
The invention has for its object to propose a device of the type mentioned, which does not have the disadvantages mentioned above, and in order to achieve a high measurement accuracy in particular the mutual influence of the two coils and the influence of the gun barrel and projectile is avoided.
This object is achieved by the invention specified in claim 1.
Preferred exemplary embodiments of the device according to the invention are defined by the dependent claims 2 to 9.
Here, each sensor has two coils and a closed magnetic circuit made of ferro- or ferrimagnetic material, arranged in a plane running perpendicular to an elongated barrel axis of the gun, the two coils of each sensor being about a coil with respect to the longitudinal axis of the gun barrel of the gun. Offset angles of 180 ° are offset from one another.
According to a further development of the invention, the magnetic circles are designed as round disks and have two approaches for holding the coils and a passage opening for projectiles, the passage opening representing a useful area for the measurement.
According to a special embodiment, the two sensors are arranged rotated relative to one another by a sensor offset angle of 90 ° about the elongated pipe axis, so that the magnetic fields of the two sensors run perpendicular to one another in the useful area.
The advantages achieved by the invention can be seen in the fact that the mutual influence of the coils or the two sensors is largely avoided, and the field lines of the magnetic flux run in their entire length essentially in planes perpendicular to the axis of the weapon barrel, so that a precise , independent of the shape and structure of the projectile. The proposed displacement of the two sensors or magnetic fields relative to one another can further reduce the field distortion that may still be present due to the small distance between the two sensors.
The offset also has the advantage that in the case of projectiles made of ferromagnetic material with a relatively large hysteresis, any negative effect of the remanent field generated by the starting coil on the projectile at the stop coil is minimized.
Because the magnetic flux used for the measurement is directed perpendicular to the elongated tube axis according to the invention, the essentially axially directed fields of the gun barrel and the projectile can exert only a slight influence on the magnetic flux of the sensors. Because the magnetic field only has to travel a short distance through the free space compared to the known measuring systems with open air coils, a considerably higher magnetic field strength can be used in the measuring range, which significantly reduces the influence of external magnetic fields on the measuring accuracy and reproducibility.
Particular advantages of the proposed device result in the measurement of the speed of programmable projectiles, since, in contrast to known devices, in which axial magnetic fields are used for the measurement and programming, the risk of the programming process being adversely affected by the measuring field is avoided. The device according to the invention also makes it possible to reduce the field distortions to such an extent that with a relatively small measurement base or a small distance between the two sensors, practically usable dimensions and the required measurement accuracy can be achieved.
The invention is explained in more detail below on the basis of several exemplary embodiments in connection with the drawing. Show it:
1 is a diagram of the course of the magnetic field lines of two adjacent coils in a device according to the prior art,
2 shows a diagram of the course of the lines of the same induction of two adjacent coils in the device according to the prior art,
3 shows a schematic illustration of a first embodiment of the device according to the invention,
4 shows a cross section through a sensor according to FIG. 3,
5 shows a longitudinal section of a second embodiment of the device,
Fig. 6 is a view of the device in the direction of arrow A of Fig. 5, and
Fig. 7 is a longitudinal section of the device connected to a muzzle brake.
In Fig. 1, the abscissa of a longitudinal axis or barrel axis of a gun barrel of a gun and the ordinate are assigned radial distances from the barrel axis. The term longitudinal axis or barrel axis is not only to be understood as the axis limited to the length of the weapon barrel, but also its areas beyond the barrel. The abscissa and the ordinate are at intervals of the same length, e.g. 0.1 m divided. P1 and P2 denote the center points of two coils with the same polarity, which are arranged next to one another at the distance defined above (also called the measuring base or measuring section).
As can be seen from the diagram, a large part of the field lines running in a plane containing the elongated tube axis is not limited to the immediate vicinity of each individual coil, as an exact measurement actually requires, but comprises both coils. The influence of the muzzle of the weapon barrel is not taken into account in the field line course shown.
2, the abscissa of the barrel axis of the gun and the ordinate are assigned to the radial distances from the barrel axis. The abscissa and the ordinate are at intervals of the same length, e.g. Divided into 0.05 m. The center points P1 and P2 of the two toroidal coils are arranged next to one another at twice the distance defined above, the double distance forming the measurement base. As can be seen from the diagram, the lines of the same induction run symmetrically to a central plane ME of the measuring base, so that a precise measurement that is independent of the shape and structure of a floor is not guaranteed. Because the projectile moves through the measurement section in one direction only, it does not encounter the same field profile twice, as would be necessary for an accurate measurement.
With measuring systems of short length, which are also suitable for the measurement of sabot ammunition, measurement errors of 10% and more can result from this alone. The influence of the muzzle of the weapon barrel is not taken into account in the course of the lines of the same induction shown.
3 and 4, 1 denotes the muzzle region of a weapon barrel and 2 projectiles during a firing sequence. Two sensors 3 arranged at a distance a from one another are provided near the mouth 1, the distance a representing the measurement base and being, for example, 18 cm. Each of the sensors 3 has a pair of coils consisting of two coils 4 and a closed magnetic circuit 5, which is made of ferro- or ferrimagnetic material and is arranged in a plane running perpendicular to an elongated longitudinal axis or tube axis 6 of the gun barrel of the gun, on which the coils 4 are arranged offset from one another by a coil offset angle of 180 °.
The magnetic circuit 5 is designed as a round disk and has two lugs 7 for holding the coils 4 and a passage opening 8 for the projectiles 2, the passage opening 8 representing a useful area for the measurement. In order to keep the influence of eddy currents low, the magnetic circuits 5, as is known per se, can be produced from a packet of layered sheets which consist of ferro- or ferrimagnetic material with high electrical resistance. Holes 9 are provided in the magnetic circles 5, by means of which the sensors 3, as described in more detail below with reference to FIG. 7, are fastened concentrically to the elongated barrel axis 6 on a holder which is connected to the weapon barrel.
The coils 4 of the sensors 3 are connected via electrical conductors 10 to a switch 12 which is connected to a current source 11 and which is connected to an evaluation electronics 13.
As can be seen from FIG. 4, the magnetic circuit 5 is largely closed and only interrupted in the useful area in order to allow the projectile 2 to pass through. The course of field lines denoted by 14 in the useful area in the passage area of a ferro-magnetic projectile shown in FIG. 4 shows the change in the magnetic flux required for the measurement.
5 and 6, the two sensors 3 are rotated relative to one another by a sensor offset angle of 90 ° about the elongated pipe axis 6 on a holder 15 symbolized by dash-dotted lines. This measure ensures that the magnetic fields of the two sensors 3 run perpendicular to one another in the useful area, so that the residual coupling is further reduced and the field distortion caused by the relatively small distance between the two sensors 3 is further reduced with respect to the field component evaluated for the projectile detection.
The measure described above is not suitable for projectiles that have larger deviations from the rotational symmetry. In this case, the two magnetic circuits 5 can preferably be mounted rotated relative to one another by exactly the sensor offset angle, which corresponds to the increase in the helix angle or an additional helix angle between central planes 16 of the magnetic circuits 5 symbolized by dash-dotted lines.
If the projectiles are made of ferromagnetic material with a relatively large hysteresis, the described rotation can also be used to avoid any negative effect of the remanent field generated by the first sensor 3 (start sensor) in the projectile direction on the projectile at the second sensor 3 (stop sensor). to minimize.
It is also possible to polarize the magnetic fields in the two magnetic circuits of the sensors 3 in the same or in opposite directions.
7, 20 denotes a support tube, at the ends of which flanges 21, 22 are provided. The flanges 21, 22 have depressions 23, 24 in which the sensors 3 are inserted. The first flange 21 is connected by means of screws 27 to a flange 26 of a brake part 25. The brake part 25 has a conical part 28 and a cylindrical part 29. The conical part 28 is designed as a muzzle brake and has radial openings 30 and baffle plates 31 for this purpose. With regard to the mode of operation of the muzzle brake, reference is made to the already mentioned EP-A-0 108 973. The cylin drical part 29 is provided with an internal thread 32, by means of which it and thus also the support tube 20 can be attached to the gun barrel.
The second flange 22 is connected by means of screws 33 and a clamping ring 34 to a programming part 35, not shown and described further, the general meaning of which can be seen from the publication OC 2057 d 94 cited at the beginning. 36 designates a tube which is only shown schematically and which is intended for guiding electrical conductors for the coils 4 of the sensors 3.
The device described above works as follows: When the projectile 2 passes through the two sensors 3, a pulse is generated in succession in each coil pair of the sensors 3 due to the change in the magnetic flux that occurs. The pulses are fed to the evaluation electronics 13, in which the projectile velocity v0 is calculated from the time interval between the pulses and the length of the measuring base. A time value is formed from the bullet speed v0 and another distance to an object to be defended, which, as is also known from the aforementioned document OC 2057 d 94, is fed to a programming coil for programming a detonator installed in the bullet 2.