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Die
Erfindung betrifft eine Sicherungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff
des Hauptanspruches.
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Eine
derartige Sicherungsvorrichtung ist aus der
DE 31 26 289 C bei einem
Geschoss zum Gewährleisten
seines zweiten Sicherungskriteriums, der Vorrohrsicherheit nach
dem abschussabhängigen ersten
Sicherungskriterium, bekannt. Zwischen Eintrittsöffnungen in der Stirnfläche und
Austrittsöffnungen
in der Kegelstumpf-Mantelfläche
des Zünders verlaufen
dort etwa achsparallel durch den Zünder Staudruckkanäle, in die
ein temperaturabhängig
sich verformendes Entriegelungselement hineinragt. Wenn dieses infolge
hinreichend langen Freifluges von der Stauströmung hinreichend stark aufgeheizt ist,
verändert
es seine geometrische Form und entriegelt dadurch das unter Federspannung
stehende zweite Entsicherungselement, zur Freigabe des später etwa
auf Zieleinschlag ansprechenden Geschosszünders.
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Eine
solche mechanische Entriegelung ist allerdings insbesondere nach
langen Depotlagerzeiten funktionskritisch und generell störanfällig. Darüber hinaus
beeinträchtigt
die aus den Zündermantelflächen austretende
komprimierte Anströmung
das ballistische Verhalten des Geschosses. Eine hinreichend rasche,
starke Staudruckerwärmung
in derartigen Strömungskanälen tritt
bei einem langsameren Projektil wie einem Lenkflugkörper womöglich gar
nicht auf. Wenn der in niedriger Höhe und insbesondere in sandiger,
staubiger oder vereisungsgefährdend feuchtkalter
Umgebung operiert, droht sogar ein Verstopfen der Strömungskanäle und damit
der Ausfall des zweiten Entsicherungskriteriums, wodurch das Projektil
zum Blindgänger
wird.
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In
Erkenntnis dieser Gegebenheiten liegt der Erfindung die technische
Problemstellung zugrunde, eine Sicherungsvorrichtung gattungsgemäßer Art
für zuverlässigere
Funktion gerade auch bei langsameren Projektilen und unter kritischen
Umgebungseinflüssen
auszulegen und in Zusammenhang damit auch Eingriffsmöglichkeiten
in das zweite Entsicherungskriterium zu eröffnen.
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Diese
Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die
im Hauptanspruch angegebenen wesentlichen Merkmale gelöst. Danach
erfolgt wieder ein Erfassen und Auswerten einer flugzeitabhängigen Temperaturänderung;
wobei nun aber kein anströmungsabhängiges Aufheizen
mehr verarbeitet wird, sondern ein anströmungsabhängiges Abkühlen einer elektrischen Aufheizung.
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Das
eröffnet
ein breites Spektrum von betriebsabhängigen Vorgabemöglichkeiten
für das
Entsicherungsverhalten, da z.B. der Zeitpunkt des Einsetzens und
der zeitliche Gradient der Erwärmung
eines Widerstands-Heizelementes in Abhängigkeit vom ersten, dem abschussabhängigen Entsicherungskriterium
elektrisch gesteuert werden kann. Die Auswertung auf Eintreten des
zweiten Sicherungskriteriums erfolgt in einem elektronischen System,
das erst mit Zuschalten seiner Funktionsenergie aktiviert wird,
was eine weitere Zuverlässigkeitssteigerung
erbringt. Für
die Freigabe der Zünderfunktion
nach Erreichen der Vorrohrsicherheit sind keine zu bewegenen Konstruktionsteile
mehr erforderlich, insbesondere kann ein elektrischer Inline-Zündkreis mit EFI-Detonator aus
der Auswerteschaltung für
den temperaturabhängigen
Heizstromfluss direkt elektrisch scharfgeschaltet werden.
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Das
als Sensor für
die Vorrohrsicherheit dienende Heizelement kann als flache, etwa
mäandrisch
verlaufende Struktur von Widerstandsdraht ohne mechanische Eingriffe
in den Zünder
auf dessen im Wesentlichen konische Außenmantelfläche aufgebracht, etwa aufgeklebt
werden. Die Laminarströmung
entlang dieser Oberfläche
und somit auch das aerodynamische Verhalten des Projektiles werden
dadurch praktisch nicht beeinträchtigt;
und das Innere des Zünders
bleibt gegen Umwelteinflüsse hermetisch
abgeschlossen.
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Abwandlungen
und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lösung ergeben sich aus den weiteren
Ansprüchen
und, auch hinsichtlich deren Vorteilen, aus nachstehender Beschreibung
von in der Zeichnung auf das Funktionswesentliche unmaßstäblich vereinfacht
skizzierten bevorzugten Realisierungsbeispielen. Die einzige Figur
der Zeichnung zeigt in abgebrochenem Axial-Längsschnitt durch die Zünder-Ogive
eines Projektils Realisierungsmöglichkeiten
des erfindungsgemäß temperaturabhängigen zweiten
Entsicherungskriteriums.
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Ein
Projektil 11 ist frontal mir einem eingeschraubten Zünder 12 bestückt. Auf
dessen Verbringung spricht eine erste oder Handhabungs-Sicherungseinrichtung 13 an,
deren Entsicherungskriterium etwa die Beschleunigung oder der Treibladungsgasdruck
im Abschussrohr einer Starteinrichtung oder das Reißen einer
Vorsteckerleine ist (in der Zeichnung nicht berücksichtigt). Ein Zünden der
Gefechtsladung im Projektil 11 darf jedoch erst erfolgen können, wenn
zusätzlich
Vorrohrsicherheit gegeben ist, weil das Projektil eine Sicherheitsstrecke
vor seiner Starteinrichtung durchmessen hat. Die wird durch die
erfindungsgemäß ausgelegte
elektrische Vorrohr-Sicherungseinrichtung 14 gewährleistet.
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Die
Funktion der Vorrohr-Sicherungseinrichtung 14 beruht auf
dem Effekt des von der Anströmung 15 hervorgerufenen
Abkühlens
(wenigstens) eines elektrisch gespeisten Widerstands-Heizelementes 16,
das etwa im mittleren Krümmungsbereich auf
der ballig-kegelstumpfförmigen
Außen-
oder Mantelfläche 17 des
Zünders 12 der
Freiflug-Anströmung 15 ausgesetzt
ist.
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In
Abhängigkeit
vom Ansprechen der erwähnten
Handhabungs-Sicherungseinrichtung 13, vorzugsweise zeitgesteuert
dagegen verzögert,
wird ein Heizstromkreis 18 mittels eines Schalters 19 geschlossen
und dadurch das Heizelement 16 aus einer Heizspannungsquelle 20 auf
eine Temperatur deutlich über
Umgebungstemperatur aufgeheizt. An sich würde sich damit ein Stromfluss
einstellen, der abgesehen von der Heizspannung durch den dann gegebenen
Widerstandswert des Heizelementes 16 bestimmt ist, welcher
seinerseits mit steigender Temperatur ansteigt. Tatsächlich weist
ein im Heizstromkreis 18 liegendes elektronisches Strommessgerät 21 aber
einen größeren als
diesen stationär
zu erwartenden Stromfluss aus, weil das Heizelement 16 von der
Anströmung 15 abgekühlt wird.
Mit andauernder Abkühlung
durch die Anströmung 15 (wofür deren Temperaturkonstanz
angenommen werden kann, aber nicht maßgeblich ist) sinkt der Widerstand
des Heizelementes 16, steigt also der Strom durch das Messgerät 21 an.
Das wird in einer dem Messgerät 21 nachfolgenden
Auswerteschaltung 22 erfasst. Die wird zweckmäßigerweise
erst zeitverzögert
gegenüber
dem Einschalten des Heizelementes 16 in Betrieb genommen,
wenn sich im Heizstromkreis 18 angenähert stationäre elektrische
Verhältnisse
eingestellt haben. Das zweite Entsicherungskriterium ist danach
erfüllt,
wenn der Stromfluss durch das Messgerät 21 weiter, bis auf
einen vorgegebenen Wert, angestiegen ist. Nun wird von der Auswerteschaltung 22 der
elektrische Zündkreis
für die
Gefechtsladung im Projektil 11 (in der Zeichnung nicht
berücksichtigt) scharfgeschaltet.
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Ein
eindeutiges Scharfschaltverhalten wird gefördert, wenn die über die
Strommessung erfasste anströmungsbedingte
Abkühlung
des Heizelementes 16 von der Temperatur in der Montageumgebung
des Heizelementes 16, also von der Anström- und von der
Gerätetemperatur
möglichst
unabhängig
ist. Das wird erreicht mit einer zur Umgebungstemperatur proportionalen
Kompensationsinformation 23 für die Auswerteschaltung 22.
Um die Kompensationsinformation 23 zu gewinnen, kann am
Montageort des Heizelementes 16 zusätzlich ein elektronischer Temperatursensor
eingesetzt werden. Auswertetechnisch weniger aufwendig ist der Einsatz
eines als Temperatursensor dienenden zusätzlichen, gleichen und gleich
betriebenen sowie ausgewerteten Vergleichs-Heizelementes 16', das im Gegensatz
um erstgenannten Heizelement 16 so eingebaut wird, dass
es möglichst
keine Abkühlung
von der Anströmung 15 erfährt. Dafür kann es
etwa thermisch isoliert direkt unter dem ersterwähnten Heizelement 16 angeordnet
sein, wo der Metallkörper
der Zünders 12 eine
aus überlagerten
Umwelteinflüssen
bestimmte Momentantemperatur aufweist, die insbesondere sowohl noch
abschussbedingt wie auch schon anströmbedingt ist. Wegen der guten
Temperaturleitfähigkeit
des metallenen Zündergehäuses kann
dieses Vergleichs-Heizelement 16' aber auch innerhalb der äußeren Mantelfläche 17 des
Zünder 12,
vorzugsweise wieder dicht bei dem Heizelement 16, angeordnet
sein; was in der Zeichnung aber symbolisch abseits des Heizelementes 16 berücksichtigt
ist. Ein solcher Einbau im Innern der Mantelfläche 17 fördert einen
wünschenswert
nur flach auftragenden Aufbau des Sensor-Heizelementes 16 außen auf
der Mantelfläche 17.
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In
der Zeichnung ist zusätzlich
berücksichtigt,
dass es zweckmäßig sein
kann, zwei gleich gespeiste Heizelemente 16-16'' in Richtung der Anströmung 15 distanziert
hintereinander anzuordnen. Auch das fördert das anströmbedingt
temperaturschwellenabhängige
Scharfschaltverhalten der Auswerteschaltung 22. Denn das
in Flugrichtung gegen die Anströmung 15 vorne
liegende Heizelement 16 wird wie beschrieben von der Anströmung 15 abgekühlt, während im
Abstand zum dahinter gelegen Heizelement 16'' auftretende
Miniwirbel 24 einen Teil der vom vorderen Heizelement 16 abgezogenen Wärmeenergie
auf das im Strömungsschlagschatten dahinter
gelegene Heizelement 16'' übertragen. Beim
ersten Heizelement 16 wird dadurch die Erwärmung gehindert,
während
gleichzeitig beim dahinter gelegenen zweiten Heizelement die Erwärmung gefördert wird.
Das führt
in den beiden Heizstromkreisen 18, 18'' trotz gleicher Speisung zu deutlich
unterschiedlichen von den Strommessgeräten 21, 21'' erfassten Heizströmen, also
in der Auswerteschaltung 22 zu einer Differenzverarbeitung
mit entsprechend wünschenswert
signifikanterem Scharfschaltverhalten für den Zündstromkreis.
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Dieses
Verhalten erfährt
eine noch weitere Verbesserung im Falle einer indirekten Erwärmung der
in Richtung der Anströmung 15 hintereinander gelegenen
Heizelemente 16-16''. Dafür sind sie
nicht unmittelbar auf der Zünder-Mantelfläche 17 angeordnet,
sondern auf einer Art Heizmatte 25, die ihrerseits auf
die Mantelfläche 17 montiert
ist und für
die ein eigener Heizkreis 26 ohne Heizstromerfassung vorgesehen
ist. Die von der Heizmatte 25 ausgehende Erwärmung wird
gleichmäßig in die
beiden Heizelemente 16-16'' übertragen.
Deren Heizstromkreise 18, 18'' führen deshalb
gleiche Ströme,
wenn noch mangels nennenswerter Anströmung 15 praktisch
keine Temperaturbeeinflussung auftritt. Erst in der Feiflugphase
des Projektils 11 hingegen tritt wieder der zuvor beschriebene
Effekt auf, dass die Erwärmung
des vorderen Heizelementes 16 gehindert, dagegen die des
hinteren Heizelementes 16'' gefördert wird,
so dass die Auswerteschaltung 22 für das Scharfschalten des Zündkreises über die
Messgeräte 21, 21'' unterschiedliche Ströme erfasst.
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Auch
bei langsamen Projektilen 11 und ohne Beeinträchtigung
deren aerodynamischen Verhaltens sowie unabhängig von der Umgebungsatmosphäre erbringt
es also eine zuverlässige
Vorrohrsicherheit, wenn erfindungsgemäß eine Sicherungsvorrichtung
mit einer anström-
und temperaturabhängig
wirkenden Sicherungseinrichtung 14 beim gegen Umwelteinflüsse hermetisch
geschlossenen Projektil-Zünder 12 als
Messeinrichtung für
die anströmabhängige Abkühlung eines
stromdurchflossenen Leiters im Heizstromkreis 18 eines
nur flach auf der Zünder-Mantelfläche 17 auftragenden
Widerstands-Heizelementes 16 ein einer Auswerteschaltung 22 zum
Scharfschalten des Zündstromkreises vorgeschaltetes
elektronisches Strommessgerät 21 aufweist;
wobei vorzugsweise zwei gleichgespeiste Heizelemente 16, 16'' in Richtung der Anströmung 15 hintereinander,
und gegebenenfalls außerdem
als Umwelt-Temperatursensor, zum Liefern einer Kompensationsinformation 23 an
die Auswerteschaltung 22, ein Vergleichs-Heizelement 16' von der Anströmung 15 unbeeinflusst,
vorgesehen sind.
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- 11
- Projektil
- 12
- Zünder (vor 11)
- 13
- Handhabungs-Sicherungseinrichtung
- 14
- Vorrohr-Sicherungseinrichtung
- 15
- Anströmung (gegen 12)
- 16
- Heizelement
(auf 17, in 16)
- 17
- Mantelfläche (von 12)
- 18
- Heizstromkreis
(über 16)
- 19
- Schalter
(in 18)
- 20
- Heizspannungsquelle
(in 18)
- 21
- Strommessgerät (in 18)
- 22
- Auswerteschaltung
(21, 21'' nachgeschaltet)
- 23
- Kompensationsinformation
(von 16' auf 22)
- 24
- Miniwirbel
(von 15 zwischen 16-16'')
- 25
- Heizmatte
(unter 16-16'')
- 26
- Heizkreis
(für 25)