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"Verfahren zur Messung von Geschoßgeschwindigkeiten" Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Messung von Gescheßgeschwindigkeiten nahe der Mündung
mit ililfe einer an der Mündung angebrachten Blindwiderstandsanerdung, deren Blindwiderstand
vo Geschoß veränderbar ist, wodurch ein oder mehrere HF-Oszillatorschwingkreise
verstimmbar sind. Die Erwindung
eignet sic insbesondere zur Messung
der Mündungsgeschwindigkeiten von Gescbossen kleiner und miltlerer Kaliber und insbesondere
auch für den feldmäßigen Eiusatz bei automatischen laufen.
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Zum essen von Gescho@geschwindigkeiten sind schon viele Verfahren
bekannt.
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So wird mit Dopplerradargeräteng erarbeitet Sollen diese jedoch feldmässig
eingesetzt werden, so müssen sie auf dem Geschützrohr der Rchrwiege befestigt werden,
um den Korrekturfaktor (Umrechnung der radial gemessenen Gesehoßgeschwindigkeitsw.erte
auf Bahngeschwindigkeitswerte) konstant halten zu können. Dabei sind stoßempfindliche
Kabelverbindungen, die den Schwenkbereich des Geschützes einengen, nicht zu vermeiden.
Auch sid die sehr teuren und empfindlichen Hochfrenuenzemeßköpfe nur mit erheblichem
Aufwand gegen die beim Sc ießen auftretenden Erschütterungen zu schützen Schließlich
wird nahe der Mündung die ellenausbreitung im Mikrowellenbereich durch das Mündungsfeuer
und die Pulvergase gestört, so daß in unmittelbarer Nähe der Mündung die Messgenauigkeit
beeinträcht lt wird.
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Arheitet man mit optoelektronischen meßbasen oder mit tLahmenspulen,
Durchschußfolien und ähnlichen Linrichtungen größerer Basislänge (2 m und mehr),
so erfordert dies einen von der waffe unabhängigen festen Aufbau, der aufwendig
ist.
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lJs ist ferner bekannt, die Mündungsgeschwindigkeit mit Hilfe von
vor der Mündung des rohres oder Laufes angebrachten vom Geschoß zu durchfliegenden
Spulen zu messeii, die in einem Abstand von 0,5 - 1 @ voneinander angebracht werden.
Diese Spulen schränken jedoch den Schwenkbereich des Geschütztes ein. Sie sind von
schwerem Aufbau, wodurch sie mechanische Nohrschwingungen verursachen können. Außerdem
sind die hier erforderlichen Sabelzuführungen störend. Im allgemeinen ist hierbei
eine Vormagnetisierung der geschosse erforderlich.
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Ferner ist eine Anordnung bekamt, 1>ei der die vor der Mündung
befestigten Spulen mit ilochfrequenzenergie durch einen 5 AMz-Generator gespeist
werden. Ilierbei entfällt die Vormagnetisierung. Durchfliegt das Gescho' solche
Spulen, so wird der Schwingkreis, in dem die Spule liegt, verstimmt ; dadurch wird
die HF-Spannung verringert. Auf diese Weise wird beim Geschoßdurcbgang eine Amplitudenmodulation
der Hochfrequenzspannung bewirkt, mit deren Hilfe die Geschoßgeschwindigkeit gemessen
wird.
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Min anderes Verfahren benutzt Dehnungsmeßstreifen, die im Abstand
von o,r> m am Lauf befestigt werden. Abgesehen von sehr stoßempfindlichen notwendigen
Brückenanordnungen sind die erzielt es Messg enauigkeiten nicht ausreichend.
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Die Erfindung schafft ein Verfahren .1er eingangs umrissenen Art zur
Messung der Mündungsgeschwindigkeit von Geschossen, welches sick auch zur feldmässigen
l.essung an automatischen
Waffen eignet. Dieses Verfahren ist dadurch
gekennzeidinet, daß der bzw. die im UKiV-Bereich arbeitenden Schwingkreise in der
Frequenz verstiiiiiiit werden, daß das RF-Signal des bzw. der Schwingkreise einem
schmalbandigen Messempfänger zugefthrt wird, der jedes Mal, wenn sein Frequenzband
von der Frequenz eines durch das Geschoß verstimmten Oszillatorschwingkreises durchlaufen
wird, anspricht, daß der Zeitunterschied der Ansprechzeitpunkte gemessen wird und
daß aus diesem Zeitunterschied die Geschwindigkeit errechnet wird. Arbeitet man
mit nur einem Blindwiderstand, so muß die Geschoßlänge zur Berechnung der Geschwindigkeit
herangezogen werden Bei zwei in Schußrichtung im Abstand angeordneten Blindwiderständen
ist dies nicht der Fall.
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Die Erfindung weist wesentliche Vorteile auf Insbesondere genügt bei
einem UKW-Oszillator die von dem Slindwiderstandselement abgestrahlte energie als
Empfangsenergie für einen in einigen Metern Entfernung aufgestellten Meßempfänger.
Der Oszillator läßt sich als Transistoroszillator leicht stoßunempfindlich ausbilden
und an der Mündung des ihres oder des Lauf es der Waffe befestigen. Die Größe der
Frequenzänderung wird dabei durch die variable Kopplung des Geschosses mit einem
frequenzbestimmenden an der Milndung angebrachten Blindriderstandelement des Schwingkreises
bestimmt. Das Empfangsfrequenzband des Meßempfängers muß natürlich in einem Frequenzbereich
außerhalb der lluhefrequenz der vorzugsweise als Transistoroszillator ausgebildeten
Meßanordnung liegen. Dieser Frequenzbereich darf jedoch
nur wesentlich
weniger von der ituhefrequenz des nicht verstimmten Oszillators abweichen, als die
am weitesten von der ituhefrequenz abweichende Frequenz des verstimmten Oszillators
infolge der maximalen Veränderung des Blindwiderstandes durch das Geschoß.
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Bei der erfindung entstehen im Meßempfänger zwei sehr kurze Schwingungsgruppen
in Abhängigkeit vom Passieren des Blindwiderstandes durch die Geschoßspitze und
das Geschoßheck. Der Abstand dieser Schwingungsgruppen ist natürlich nicht genau
proportional der Geschoßlänge, da er vom Gradienten der Frequenzänderung des Oszillators
abhängt, der wiederum durch die Form der Geschoßspitze und des Geschoßhecks beeinflußt
wird. Dementsprechend muß auch die Vorrichtung zur Durchfüllrung des Verfahrens
gemäß erdindung für jedes Geschoß gesondert geeicht werden, wenn des einfachen Aufbaus
wegen lediglich ein Blindwiderstand vor der Mündung angeordnet ist.
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Die Erfindung l7mfal3t auch eine Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens. Diese Vorrichtung besitzt eine oder zwei Yindungen anfweisende, den
Gescho weg mit geringem Abstand umgebende Spulen, einen UKW-Transistor-Oszillator,
der von der waffe, vorzugsweise von dem Rohr getragen wird, und in dessen Schwingkreis
die Spule liegt, bzw. die Spulen liegen, einen mit dem Oszillator durch Kabel oder
vorzugsweise Strahlung verbundenen sclumalbandigen Meßempfänger, dessen Empfangsfrequenzband
zwischen
der am weitesten von der lluhefrequenz abweichenden Frequenz des verstimmten Oszillators
beim Geschodurchflug und der Ruhefrequenz des Oszillators liegt, und ein Zeitmeßgerät
zum Messen des zeitlichen Abstandes der Durchgänge der Oszillatorfrequenz durch
das Empfängerband beim Geschoßdurchflug durch die Spule bzw. Spulen. Die Spulen
können auch durch kapazitive Blindwiderstände ersetzt werden. Die weiter oben erwähnte
Eichung kann entfallen, wenn zwei Blindwiderstandsanordnungen verwendet werden,
die vorzugsweise im Abstand von ca. 1 1/2 Geschoßlängen voneinander direkt an der
Mündung befestigt werden. Bei zwei Blindwiderstandsele menten ist nämlich die Meßbasis
exakt durch deren gegenseitigen Abstand, also nicht mehr durch die Geschoßform bzw.
-Lange wegeben.
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Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit drahtloser Übertragung
durch Abstrahlung von LIF-Energie des Transistor-Oszillators auf den Meßempfänger
ist die an den Rohr anzubringende Einrichtung äuRerst einfach, während der empflndlichere
Meßempfänger siFer und unbeeinflußt in einem gewissen Abstand von der waffe aufgestellt
sein kann.
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Die bzw. jede Spule kann zwei iiindungen enthalten, vorzugsweise besteht
sie jedoch aus einer einzigen Windung und weist in diesem Falle die Form eines durch
einen Schlitz unterbrochenen Metallringes vorzugsweise aus tupfer auf. Die Spule
sollte in einem solchen Abstand vor der Mündung angeordnet sein, daß die Beschleunigung
des Geschoßes beim Eintreten der Geschoßspftze in die Spule im wesentlichen beendet
ist. Bevorzugt wird ein Abstand
der Spule von etwa einem ICaliber
vor der Mündung. Die Meßa-- ordnung kann mit dem Mündungsfeuerdämpfer bzw. mit der
Rohrrücklaufbremse konstruktiv vereinigt werden Das Zeitmeßgerät kann mit Einrichtungen
zum Hegistrieren der gemessenen Zeit versehen sein. In diesem Falle kann die Errechnung
der Geschoßgeschwindigkeit von Hand erfolgen. Das Zeitmeßgerät kann jedoch auch
einen Mechner zur Errechnung der Geschoßgeschwindigkeit speisen, der (lann das fertige
Meßergebnis liefert.
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Die Spule sollte eine lichte Weite haben, die den maximalen (r'escho.fldurchmesser
weder zu weit übersteigt, noch zu nahe an ihm liegt. Bewährt hat sich ein Innendurchmesser
der Spule, der den maximalen Geschoßdurchumesser um fünf bis zehn mm übersteigt.
1)er untere Grenzwert gilt fiir kleinere Kaliber von etwa 2 cm, während der obere
Grenzwert für Geschosse mit einem Kaliber bis zu 6 cm geeignet ist. Bei nocll größerem
Kaliber wird die lichte Weite der Spule entsprechend stärker vergrößert.
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Der verwendete Frequenzbereich und die davon abhängigen Blindwiderstände
müssen natürlich zweckentsprechend an den jeweiligen Kaliber angepartt werden.
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Nachfolgend.wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen
in Form eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt schematisch den vom Rchr oder Lauf der Faffe getragenen
leil der Anordnung gemäß Erfindung.
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Fig. 2 zeigt den gemäß Erfindung als Clindwiderstandselement bevorzugt
verwendeten geschlitzten Metallring in Ansicht.
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Fig. 3 zeigt die Änderung der Frequenz des von der Mündung der :-.affe
getragenen UKiY-liransistor-Oszillators beim Durchflug des Gescho3es durch den Metallring
gemäß Fig. 2.
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Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist auf die Mündung 1 des Laufes der im
Beispiel dargestellten 2-cm-Waffe eine Äietailhiilse 2 aufgeschraubt, welche die
Meßanordnung trägt. In die metallhülse ist ein isolierender, ringförmiger Träger
3 eingelassen, welcher den geschlitzten Metallring 4 trägt. Dieser ist mittels Leitungen
5 mit deni auf der metallhülse angeordneten Iransistor-Oszillator 6 verbunden. Letzterer
wird von einer batterie 7 mit 6 oder 12 V gespeist, die je nach Konstruktion des
Oszillators einen Strom von ca. 5 mA abgeben muß Das gerade den Metallring 4 durchfliegende
Geschoß 8 ist gestriehelt angedeutet. Der meßempfänger, der im gezeigten Ausführungsbeispiel
drahtlos mit dem Oszillator G in Verbindung steht, ist nicht dargestellt.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel h eträgt die lichte Weite des geschlitzten
Metallringes 25 mm. Kr bildet die Schwingkreisinduktivität
des
frquenzstabilen rransistor-Oszillators 6, der auf eine Frequenz von ca. 110 MHz
abgestimmt ist. Tritt nun das Gescho: aus der Mündung aus und passiert es diesen
Ring, so wird der Schwingkreis verstimmt, und zwar erhöht sich die Frequenz des
Oszillators, da das Geschoß als eine mit der Schwingkreisspule gekoppelte Kurzschlußwindung
wirkt. Die Größe der Frequenzänderung hängt vom Durchmesserverhältnis Ring-Geschoß
ab. Mit wachsendem Luftspalt sinkt die Frequenzänderung. Einer Frequenzänderung
von 5KHz bei einem 20 mm Kalibergeschoß entspreizt ein Luftspalt von 5 mm. Bei dem
gleichen Geschoß entspricht ein Luftspalt von 3 mm einer Frequenzänderung von 12
kHz.
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Die beim Durchflug des Geschoßes durch den geschlitzten Ring 4 auftretende
Frequenzänderung is t aus der statisch g emessgenen Frequenzkurve gemäß Fi. 3 ersichtlich.
Dort ist nach oben die Frequenz in AtIz abgetragen und nach rechts der Flugweg des
Geschubes. Die Kurve wurde bei einem DO-mmsGeschoß mit der tatsächlichen Länge I
von 82,5 mm und bei einem Itinginnendurchmesser von 25 mm gemessen. In dieser graphischen
Darstellung ist das Frequenzband des Meßempfängers eingetragen. Dessen Bandbreite
# f beträgt 200 IdIz, Der Empfänger ist dabei auf eine Frequenz fll 124,5 @Hz abgestimmt.
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Die räumlich relativ große, vom geschlitzten Ring 4 gebildete ochwingkreisinduktivität
strahlt, wenn sie, wie dies gezeigt ist, weitgehend frei, also nicht vollständig
abgeschirmt am
Lauf angebracht ist, genü end dochfrequenzenergie
ab, damit diese mit einem einfachen Empfänger im Ahstalld von einigen Metern empfangen,
verstär@t und ausgewer @et werden kann.
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Die Ruhefrequenz fo des Oszillators liegt im Ausführungsbeispiel bei
122, 25 MHz. Man erkennt aus Fig. 3 ohne weiteres, daß beim Durchgang der Oszillatorfrequenzkurve
durch das Frequenzband zwei Hochfrequenzschwingungsgruppen im Meßempfänger entstehen,
deren zeitliche Dauer von der Baudbreite des Empfängers und von der Steilheit der
Kurve abbängt. werden diese Schwingungsgruppen mit einem geeigneten Detektor gleich
erichtet, so ents-tehel sehr kurze Impulse. Eine Gleichrichtun ist jedoch nicht
unbedingt erforderlich. Der erste Impuls entsieht, wenn die Geschoßspitze in den
Ring eintritt. Der zweite Im@@uls entsteht, wenn das Geschoßeck den Ring verläßt.
Der Abstând der beiden Impulse hängt von der Geschoßform, der Geschonlänge und der
Geschoßgeschwindigkeit ab. ferner hängt er von der Steilheit des Anstiegs und Anstiegs
der Kurve ab. Schließlich wird er noch von der Differenz der Frequenz des meßempfängers
und des Oszillators bestimmt: Je größer diese Differenz ist, umso geringer wird
der Abstand der beiden Impulse.
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Sind alle werte bis auf die Geschwindigkeit des Geschoßes konstant,
so wird der zeitliche abstand der beiden Schwingungsgrupper nur durch die Geschoßgeschwindigkeit
bestimmt. Diese ergibt sich aus dem mit einem bekannten Zeitmeßgerät genügend hoher
Auflösung gemessenen Zeitintervall der beiden Impulse. Dabei ist, wie in
Fi.
3 augedeutet, nicht die genaue Geschoßlänge entscheidend, da Geschoßs@itze und deschoßeck
unterschiedlich ausgebildet sind, was wiederum einen unterschiedlichen Kopplungsgrad
von Geschoß und Ring bedungt. Ist nur ein Ring vor der Mündung angeorduet, so muß
für jede Geschoßform eine effektive Geschoßlänge le zunächst bestimmt und berücksichtigt
werden. Das läßt sich dadurch vermeiden, dan man zwei Metallringe in einem Abstand
von vorzugsweise ca. der 1,5-fachen Geschoßlänge verwendet. In diesem l'all ist
die wirksame Meßbasis genau durch den Abstand der beiden Ringe gegeben. Es entstehen
dann zwei Kurven der in Fig. 3 gezeigten Art. Der zeitliche Abstand der korrespondierenden
Schnittpunkte, beispielsweise der ansteienden Äste der beiden Kurven, mit dem Band
des Meßempfängers, gibt dann die exakte ließbasis. In diesem Falle erübrigen sich
sowohl eine Eichung der Anlage als auch die Einführung eines Korrekturfaktors für
die Geschoßform.
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NachfoJgend seien wesentliche Vor eile der Meßanordnung gemäß erfindung
genannt: 1. vegfall einer Kabelverbindung zwischen Meßempfänger und Oszillator.
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2. Geringe Massen und geringe Abmessungen an der Mündung 3. Geringer
technischer Aufwand der Versehleißteile an der Mündung.
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4. Ermöglichung der Geschwindigkeitsmessung direkt and er Rohrmündung.
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5. Keine änderungen oder Vorbehandlungen des Geschoßes.
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6. Messungen sind auch bei kleinsten Kalibern und automatischen Waffen
möglich.
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- Patentansprüche -