DE1187962B

DE1187962B - Elektroakustische Anzeigevorrichtung in Luftzielscheiben

Info

Publication number: DE1187962B
Application number: DES82064A
Authority: DE
Inventors: Ulf Carl Iwar Sellman
Original assignee: INSTRUMENTFABRIKSAKTIEBOLAGET
Current assignee: INSTRUMENTFABRIKSAKTIEBOLAGET
Priority date: 1961-10-16
Filing date: 1962-10-16
Publication date: 1965-02-25
Also published as: CH412643A; GB974688A; US3217290A; BE623690A; NL284401A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

F07g

Deutsche Kl.: 72 e-2/03

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

1187 962
S82064Ic/72e
16. Oktober 1962
25. Februar 1965

Die Erfindung betrifft eine elektroakustische Anzeigevorrichtung in Luftzielscheiben zur Bestimmung der Genauigkeit des Schießens unter Verwendung von einem oder mehreren Schallmikrophonen zur Aufnahme der von dem Geschoß ausgehenden Druckwelle und einer Sendeeinrichtung für die in den Mikrophonen erzeugten elektrischen Signale.

In der Praxis ist beim Schießen auf Luftziele von größter Bedeutung, die Fehlentfernung bestimmen zu können, d. h. die Mindestentfernung zwischen dem Zielobjekt und der Bahn des Geschosses oder des Flugkörpers. Es ist ferner von großer Bedeutung, daß die Bestimmung der Fehlentfernung sehr rasch durchgeführt und ohne Verzögerung zur Abschußstelle weitergeleitet wird, wo sie der die Waffe abfeuernden Mannschaft oder anderen Personen zur Verfügung gestellt wird, die sich mit der Genauigkeit des Schießens befassen.

Es ist eine elektroakustische Anzeigevorrichtung in Luftzielscheiben bekanntgeworden, die zur Be-Stimmung der Fehlentfernung beim Schießen dient und ein oder mehrere Schallmikrophone aufweist, die die von dem Geschoß ausgehende Druckwelle aufnehmen und die erhaltenen elektrischen Signale mit Hilfe einer Sendeeinrichtung weitergeben. Die Anzeige der Fehlentfernung erfolgt bei dieser bekannten Einrichtung durch Messen der Dauer der Druckwelle. Hierzu sind jedoch besondere Differenziervorrichtungen und ein Anzeigegerät erforderlich, das auf die in Frage kommenden kurzen Zeiten anspricht.

Bei einer anderen bekannten Einrichtung wird zur Anzeige der Fehlentfernung lediglich die Größe der Amplituden der Druckwelle verwendet, die durch ein Registriergerät oder ein ballistisches Galvanometer angezeigt wird. Eine solche Einrichtung arbeitet ungenau und zu langsam.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten elektroakustischen Anzeigevorrichtung der obigen Art, die sich trotz einfachen Aufbaues durch große Genauigkeit und rasche Wirkungsweise auszeichnet.

Dies wird erfindungsgemäß durch die Verwendung solcher Mikrophone erreicht, die wesentlich auf Schallwellen verhältnismäßig hoher Frequenz empfindlich sind, und dadurch, daß zwischen die Mikrophone und die Sendeeinrichtung Filter geschaltet sind, die die niedrigen Frequenzen stärker dämpfen als die hohen Frequenzen. Dabei hat es sich als günstig erwiesen, wenn starke Dämpfung für die unter 500 Hz liegenden Frequenzkomponenten vorhanden ist. Die Filter können aus einem Widerstands-Kon-Elektroakustische Anzeigevorrichtung in
Luftzielscheiben

Anmelder:

Instrumentfabriksaktiebolaget Lyth, Stockholm

Vertreter:

Dr.-Ing. H. Ruschke, Berlin 33,

und Dipl.-Ing. H. Agular

München 27, Pienzenauer Str. 2, Patentanwälte

Als Erfinder benannt:
Ulf Carl Iwar Sellman,
Roslags-Näsby (Schweden)

Beanspruchte Priorität:

Schweden vom 16. Oktober 1961 (10 219)

densator-Hochpaßkreis bestehen, der eine Zeitkonstante von etwa 50 Mikrosekunden aufweist.

Bei der Anzeigevorrichtung nach der Erfindung wird der Umstand ausgenutzt, daß ein sich mit großer Geschwindigkeit und im besonderen sich mit Überschallgeschwindigkeit bewegender Flugkörper eine Druckwelle erzeugt, die aus der Flugbahn herauswandert. Die Merkmale dieser vom Flugkörper erzeugten Druckwelle, und zwar deren Gestalt, Energie, Fortpflanzungsgeschwindigkeit und ihr Abklingen, hängen von einer Anzahl Parameter ab.

Die Druckwelle wird beim Austritt aus der Bahn des Flugkörpers gedämpft. Mit Hilfe eines Eichverfahrens wird dieses Druckwellensystem als Anzeigekriterien für die Entfernung zwischen den Schallmikrophonen und dem Punkt der größten Annäherung der Geschoßbahn benutzt. Die von einem mit hoher Geschwindigkeit fliegenden Geschoß oder Flugkörper erzeugte Druckwelle besteht aus einer kleine Dickenabmessung aufweisenden Luftschicht, von der ein Teil hochverdichtet ist und einen erheblich über dem atmosphärischen Druck liegenden Druck aufweist. Da die Erzeugung der Druckwelle impulsartig erfolgt, so kann angenommen werden, daß das Druckwellensystem Komponenten mit sehr verschiedenen Frequenzen aufweist, die sich über ein ziemlich breites Frequenzspektrum hinweg erstrek-

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ken. Im vorliegenden Falle umfaßt die Druckwelle Komponenten, die im niederfrequenten Schallbereich liegen, und solche die erheblich über den normalen Schall- und Tonfrequenzen liegen.

Es wurde gefunden, daß sich das Druckwellensystem beim Austritt der Druckwelle aus der Flugbahn des Geschosses oder Flugkörpers ändert. Im besonderen hat sich gezeigt, daß die Dämpfung der verschiedenen Komponenten der Druckwelle in sehr verschiedenem Ausmaß erfolgt, und zwar werden besonders die Komponenten mit den höheren Frequenzen rascher gedämpft als die Komponenten mit den niedrigeren Frequenzen. In einer bestimmten Entfernung von der Bahn des Geschosses weist die Druckwelle daher einen kleineren Anteil an höheren Frequenzen auf, und bei der Einrichtung nach der Erfindung wird die Ansprache der Wandlervorrichtung dadurch genauer gemacht, daß als Grundlage die die höheren Frequenzen aufweisenden Komponenten der Druckwelle genommen werden. Es wird bemerkt, daß die niederfrequenten Komponenten der Welle im allgemeinen eine größere Energie aufweisen als die hochfrequenten Komponenten, weshalb die niederfrequenten Komponenten weiter zu wandern suchen als die höherfrequenten Komponenten. Durch Verminderung der Wirkung der niederfrequenten Komponenten der Welle kann die Empfindlichkeit der Anlage als Ganzes etwas herabgesetzt werden; jedoch wird deren Genauigkeit erhöht. Es ist möglich, einen Kompromiß zwischen den einander widerstreitenden Anforderungen an Empfindlichkeit und Genauigkeit zu erzielen.

Die Erfindung wird an Hand einer Ausführungsform ausführlich beschrieben. In der Zeichnung ist

F i g. 1 eine schematische Übersicht über die Sende- und Empfangseinrichtung nach der Erfindung,

F i g. 2 eine graphische Darstellung der Frequenzkennlinie eines für die Erfindung geeigneten Filterkreises,

F i g. 3 ein Schaltbild eines Filterkreises und

F i g. 4 ein Schaltbild eines weiteren Filterkreises.

Die zu beschreibende Ausführungsform der Erfindung soll auf den Durchgang eines Geschosses oder Flugkörpers ansprechen. Die Einrichtung kann benutzt werden, entweder um einen »Treffer« anzuzeigen, der als Vorbeiflug des Geschosses am Ziel innerhalb einer vorherbestimmten Entfernung definiert werden kann, wobei das Ziel aus einem Zielflugzeug oder aus einem von einem Flugzeug geschleppten Zielkörper usw. bestehen kann, oder um die Entfernung anzuzeigen, um die das Geschoß das Ziel verfehlt hat, mit anderen Worten, die Mindestentfernung zwischen dem Ziel und dem Geschoß. In beiden Fällen ist es erwünscht, eine Anzeige zu erhalten, die so genau wie möglich ist. Im erstgenannten Falle sollte genau bestimmt werden, was als »Treffer« und was als »Verfehler« anzusehen ist, während im letztgenannten Falle, bei dem eine Anzeige der Fehlentfernung erhalten wird, die Toleranz so klein wie möglich sein soll.

Die Vorrichtung nach der Erfindung spricht auf die Druckwelle an, die von dem die Luft mit hoher Geschwindigkeit durchfliegenden Geschoß oder Flugkörper erzeugt wird. Obwohl diese Welle als akustische Welle bezeichnet werden kann, so ist sie eigentlich doch keine Schallwelle, sondern ein Druckwellensystem, das aus der Bahn des Flugkörpers austritt, wobei das Druckwellensystem in einem Schlierendiagramm untersucht werden kann. Die Druckwelle besteht an jeder Stelle aus einer geringe oder sehr geringe Dickenabmessungen aufweisenden Luftschicht, die erheblich komprimiert ist und an die sich Zonen verdünnter Luft anschließen.

Das eigentliche Wesen der Druckwelle hängt von einer Anzahl von Faktoren ab; in allen Fällen wird die Druckwelle mehr und mehr gedämpft, wenn sie

ίο aus der Bahn des Flugkörpers austritt. Für eine gegebene Größe des Flugkörpers kann die Ansprache jedoch geeicht werden, und die Energie der Druckwelle in einer bestimmten Entfernung vom Flugkörper kann dazu benutzt werden, diese Entfernung anzuzeigen.

~~ Durch die Erfindung wird die Genauigkeit der mit einer solchen Einrichtung erhaltenen Anzeige verbessert, und zwar dadurch, daß nicht nur der Umstand ausgenutzt wird, daß die Energie oder die Höchstamplitude der Druckwelle mit der Entfernung gedämpft wird, sondern auch der Umstand, daß ein besonderes Merkmal der Druckwelle sich bei deren Wanderung ändert.

Die impulsartige Erzeugung der Druckwelle bewirkt einen steilen Druckabfall an der Wellenfront. In der Auswirkung bedeutet dies, daß bei einer Darstellung der Druckwelle, als aus einer Reihe von sich über ein Frequenzspektrum erstreckenden Komponenten bestehend, ein wesentlicher Anteil der Komponenten höhere Frequenzen aufweist. Wandert die Druckwelle nach außen, so vermindert sich das Druckgefälle rascher als der Spitzenwert des Druckes in der Welle. Wird deshalb die Druckwelle an einer von der Flugbahn des Geschosses entfernten Stelle untersucht, so zeigt sich, daß hier eine andere Energieverteilung mit anderen Frequenzen vorliegt, wobei besonders die Komponenten mit den höheren Frequenzen verhältnismäßig stärker gedämpft sind als die Komponenten mit den niedrigeren Frequenzen.

Bei der Vorrichtung nach der Erfindung werden unter Berücksichtigung dieses Umstandes die höheren Frequenzen der Druckwelle gänzlich oder zum Teil als der Parameter benutzt, mit dem die Anzeige der kleineren Entfernung erhalten wird.

Nach der Zeichnung sind am oder in der Nähe des Zielobjektes, das durch das gestrichelt gezeichnete Rechteck 10 angedeutet ist, mehrere druckempfindliche Wandler 11, 12, 13, 14 angeordnet. Die Wandler stehen mit einer Verstärkereinheit 15 in Verbindung, deren Ausgang zu einem Filter 16 und einem Sender 17 geleitet wird, der über die Antenne 18 ein Radiosignal zum Boden sendet, oder das Signal wird über ein Relais vom Schleppflugzeug zum Boden geleitet. Für den Augenblick sei nur die Arbeit eines einzigen Wandlers, beispielsweise 11, betrachtet, der an einer Stelle auf dem Zielkörper angeordnet ist, an der der Wandler der Einwirkung der von einem vorbeifliegenden Geschoß erzeugten Druckwelle ausgesetzt ist. Das Ausgangssignal des Wandlers wird verstärkt, wobei das Filter 16 zum Vermindern der Wirkung der niederfrequenten Komponenten des Ausgangssignals des Wandlers 11 dient. Am Ausgang des Filters 16 wird daher ein Signal erhalten, das die Amplitude oder die relative Amplitude der hochfrequenten Komponenten des Wandlerausgangssignals anzeigt und das zum Boden gesendet wird und die gewünschte Fehlentfernungsanzeige ergibt.

Claims

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Die Wandler 12,13 und 14 oder eine Kombination durch einen weiteren Kondensator 24 und einen dieser mit anderen Wandlern können benutzt wer- weiteren Widerstand 25 ergänzt werden. Die Werte den, um die richtungsmäßige Ansprache der Vor- für diese Elemente sind so bemessen, daß dieselbe richtung auf das Geschoß zu ändern. Druckwandler Zeitkonstante erzielt wird, so daß die Kennlinie diemüssen notwendigerweise ein polares Ansprache- 5 ses Filterkreises der des Kreises nach der Fig. 2 diagramm aufweisen, das nicht sphärisch ist; eine gleicht, mit der Ausnahme, daß die Dämpfung der nahezu sphärische Ansprache kann jedoch erzielt Frequenzen unterhalb von 20 kHz sich im Ausmaß werden, wenn mehrere Mikrophone mit in geeigneter von 12 db pro Oktave erhöht. Zum Abstrahlen einer Weise kombinierten Ansprachen verwendet werden. Welle, die die Information über die Amplitude der Werden die Wandler in diesem Sinne verwendet, so io Ansprache der Wandler 11 bis 14 enthält, kann jeder werden deren Ausgangssignale geeigneterweise zu- geeignete Sender 17 zusammen mit der Antenne 18 sammen zum Verstärker 15 geleitet, dessen einziges verwendet werden. An der oder den Bodenstationen Ausgangssignal über das Filter 16 dem Sender 17 zu- werden die mit Hilfe der Antenne empfangenen geführt wird. Die Anordnung kann jedoch auch so Signale zu einem Empfänger 31 geleitet, der für den getroffen werden, daß die Ausgangssignale der 15 Empfang des von der Antenne 18 ausgestrahlten Wandler gesondert über besondere Kanäle durch den Signals mit der entsprechenden Modulation einVerstärker und durch Filter geleitet und zum Boden gerichtet ist. Der Ausgang des Empfängers wird zu gesendet werden, wobei deren Identität aufrecht- einem Anzeigegerät 32 geleitet, an dem die Fehlerhalten wird. In diesem Falle kann nicht nur ein entfernung abgelesen werden kann, oder zu einem Signal erhalten werden, das die Nähe des Flug- 20 anderen, mit 33 bezeichneten Gerät zum Messen körpers anzeigt, sondern durch Vergleichen der oder zur Kontrolle.

relativen Ansprachen der verschiedenen Wandler In der Praxis wird die Einrichtung aufgebaut und miteinander kann auch die Richtung der Flugbahn dann unter Verwendung von Geschossen oder Flugdes Flugkörpers in bezug auf das Zielobjekt be- körpern bekannter Kaliber in einer Reihe von Verstimmt werden. 35 suchen geeicht. Hiernach kann von der Einrichtung Bisher wurde angenommen, daß die Wandler 11 eine zuverlässige Anzeige der Fehlentfernung erbis 14 eine sich über den Arbeitsbereich erstreckende, halten werden. Wenn gewünscht, kann das mit 33 ungefähr gleichmäßige Frequenzansprache aufweisen; bezeichnete Gerät vergleichende Mittel enthalten, jedoch kann auch bei einem solchen Wandler zu- mit deren Hilfe die Amplitude des Signals aus dem sammen mit einem Filterkreis die Anordnung so ge- 30 Empfänger mit vorliegenden Werten in Beziehung troffen werden, daß die gewünschte Frequenzselekti- gesetzt wird, wobei eine Anzeige darüber erhalten vität mittels eines frequenzselektiven Wandlers er- wird, ob das Geschoß oder der Flugkörper das Zielhalten wird. objekt getroffen oder verfehlt hat.

Die Art und Weise, in der die Wirkung der hohen Einer der Vorzüge der Erfindung ist dem Umstand Frequenzen entweder mit Hilfe des Filterkreises 16 35 zuzuschreiben, daß, wie sich gezeigt hat, die Energieoder durch die Merkmale der Wandler verstärkt verteilung in einer Druckwelle bei Geschossen von wird, kann je nach den Umständen verschieden sein, der gleichen Gestalt, ungeachtet deren Größe, für eine und F i g. 2 zeigt die Frequenzkennlinie einer Ein- gegebene Geschwindigkeit im wesentlichen die gleiche richtung, die mit Erfolg benutzt worden ist. In die- ist. Hiernach werden die zum Bestimmen der Ansem Falle bestand der verwendete Wandler aus einem 40 spräche für besondere Fehlentfernungen erforderlichen keramischen bimorphen Körper mit den Abmessun- Eichungsarbeiten für ein besonderes Geschoß sehr gen von ungefähr 25 mm an den Hauptseiten, der mit vereinfacht, und es ist nur eine verhältnismäßig geeigneten Elektroden versehen war und der Ein- kleine Anzahl von Probeschüssen, theoretisch nur wirkung des akustischen Druckes direkt ausgesetzt ein Schuß, erforderlich, um die Eichkurve für dieses wurde. Ein solches Element hat eine Frequenz- 45 Geschoß festzulegen.

anspräche, die als ungefähr zwischen 50 und 10 kHz Es hat sich gezeigt, daß die Einrichtung nach der liegend angesehen werden kann. Durch Verwenden Erfindung befriedigend arbeitet und die Fehleines geeigneten Filters kann ein ungefähr linearer entfernung ziemlich genau anzeigt. Ein Vorzug der Anstieg der Frequenzkennlinie der Einrichtung bei Einrichtung ist auch der einfache Aufbau, da gewisse logarithmischer Darstellung der Frequenz erzielt 50 Teile offensichtlich für den Verbrauch bestimmt sind, werden, der sich über den in Betracht kommenden
Frequenzbereich erstreckt, so daß die Frequenzen
unterhalb von 500 Hz stark gedämpft werden. Patentansprüche:

F i g. 3 zeigt einen einfachen Filterkreis mit den

geeigneten Merkmalen, der aus einem Reihenkon- 55 1. Elektroakustische Anzeigevorrichtung in densator 20 und einem Nebenschlußwiderstand 21 Luftzielscheiben zur Bestimmung der Genauigzwischen den Eingangsklemmen 22 und den Aus- keit des Schießens unter Verwendung von einem gangsklemmen 23 besteht. Die relativen Werte der oder mehreren Schallmikrophonen zur Aufnahme Elemente 20 und 21 werden so gewählt, daß für den der von dem Geschoß ausgehenden Druckwelle Kreis eine Zeitkonstante von ungefähr 50 Mikro- 60 und einer Sendeeinrichtung für die in den Sekunden erhalten wird. Bei der Kennlinie nach Mikrophonen erzeugten elektrischen Signale, g e Fig. 2 bedeutet dies, daß bei einer Frequenz von kennzeichnet durch die Verwendung sol-20 kHz eine Dämpfung von ungefähr 3 db erfolgt, eher Mikrophone, die wesentlich auf Schallwellen während unterhalb dieser Frequenz die Dämpfung verhältnismäßig hoher Frequenz empfindlich sind, sich um ungefähr 6 db pro Oktave erhöht. Wenn ge- 65 und dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die wünscht, kann ein Filterkreis nach F i g. 4 benutzt Mikrophone und die Sendeeinrichtung Filter gewerden, indem die Elemente 20 und 21, die den schaltet sind, die die niedrigen Frequenzen stär-Elementen 20 und 21 nach der Fig. 3 entsprechen, ker dämpfen als die hohen Frequenzen.

2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Ausbildung derart, daß starke Dämpfung für die unter 500 Hz liegenden Frequenzkomponenten vorhanden ist.

3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filter aus einem Widerstands - Kondensator - Hochpaßkreis be-

stehen, der eine Zeitkonstante von etwa 50 Mikro-Sekunden aufweist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 1147 507; belgische Patentschrift Nr. 562 468.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

509 510/13 2.65 Q Bundesdruckerei Berlin