DE2023938A1 - - Google Patents

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DE2023938A1
DE2023938A1 DE19702023938 DE2023938A DE2023938A1 DE 2023938 A1 DE2023938 A1 DE 2023938A1 DE 19702023938 DE19702023938 DE 19702023938 DE 2023938 A DE2023938 A DE 2023938A DE 2023938 A1 DE2023938 A1 DE 2023938A1
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/64Devices characterised by the determination of the time taken to traverse a fixed distance
    • G01P3/66Devices characterised by the determination of the time taken to traverse a fixed distance using electric or magnetic means
    • G01P3/665Devices characterised by the determination of the time taken to traverse a fixed distance using electric or magnetic means for projectile velocity measurements

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Description

  • "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.
  • Zum essen von Gescho@geschwindigkeiten sind schon viele Verfahren bekannt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Der verwendete Frequenzbereich und die davon abhängigen Blindwiderstände müssen natürlich zweckentsprechend an den jeweiligen Kaliber angepartt werden.
  • Nachfolgend.wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen in Form eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
  • Fig. 1 zeigt schematisch den vom Rchr oder Lauf der Faffe getragenen leil der Anordnung gemäß Erfindung.
  • Fig. 2 zeigt den gemäß Erfindung als Clindwiderstandselement bevorzugt verwendeten geschlitzten Metallring in Ansicht.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • NachfoJgend seien wesentliche Vor eile der Meßanordnung gemäß erfindung genannt: 1. vegfall einer Kabelverbindung zwischen Meßempfänger und Oszillator.
  • 2. Geringe Massen und geringe Abmessungen an der Mündung 3. Geringer technischer Aufwand der Versehleißteile an der Mündung.
  • 4. Ermöglichung der Geschwindigkeitsmessung direkt and er Rohrmündung.
  • 5. Keine änderungen oder Vorbehandlungen des Geschoßes.
  • 6. Messungen sind auch bei kleinsten Kalibern und automatischen Waffen möglich.
  • - Patentansprüche -

Claims (11)

  1. P a t e n t a u s p r ü c h e : Verfahren zur messung von Geschoßgeschwindigkeiten nahe der Mündung mit llilfe einer an der biiindung angebrachten Blindwiderstandsanordnung, deren Blindwiderstand vom Geschoß veränderbar ist, wodurch ein oder mehrere HF-Oszillatorschwingkreise verstimmbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw die im UKW-Bereich arbeitenden Schwinkreise in der Frequeuz verstimmt erden, daß das HF-Signal des bzw. der Schwingkreise einem schmalbandigen Meßempfänger zugeführt wird, der jedes Lal, wenn sein trequenzband 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 erreclmet wird.
  2. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine oder zwei sehr wenige Windungen aufweisende, im Abstand von mindestens einem iialiber vor der Mündung angeordnete, den Geschoßweg mit geringem Abstand umgebende Spule bzw. Selen eines UKW-Oszillators, der von der sfaffe, vorzugsweise von dem Hohr getragen wird, und in dessen Schwingkreis die Slule liegt bzw. die Spulen liegen, einem mit dem Oszillator durch kabel oder vorzugsweise Strahlung verbundenen scbmalbandigen meßempfänger, dessen Empfangsfrequenzband zwischen der am weitesten von der lLuhefrequenz abweichenden Frequenz des verstimmten Oszillators beim Geschoßdurchflug und der Ruhefrequenz des Uszillators liegt und ein Zeitmeßgerät zum Messen dek zeitlichen Abstands der Durchgänge der Oszillatorfrequenz durch das Empfängerband beim Geschoßdurchflug lurch die Spule bzw. Spulen.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Spule zwei windungen, vorzugsweise eine @indung aufweist.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule einen Abstand von etwa einem Kaliber von der Mündung hat.
  5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule eine lichte Weite hat, die den maximalen Geschoßdurchmesser um 5 - 10 nun übersteigt.
  6. 6. Vorrichtun # nach einen der Anspriiche 2 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Spulen oder Blindwiderstände anderer Art in einem abstand voneinander von mindestens etwas mehr als einer Geschoßlänge, vorzugsweise 1,5 Gescho'lingen, vor der Mündung angeordnet sind.
  7. 7. V;rrichtun nach Ansnruch 6, dadurch gekennzeichnet, aß beiden Spulen hintereinander oder parallel zueinander im Schwingkreis des Oszillators liegen.
  8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Spule oder Spulen auch kapazitiv beeinflußbare Blindwiderstände vorgesehen sind.
  9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 - 8, dadurch ge kennzeichnet, daß d. Zeitmeßgerät init Linrichtungen für das @egistrieren der gemessenen Zeit versehen ist.
  10. 10. Vorrichtung nach einem der Ausprüche 2 - 9, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß das Zeitmeßgerät einen Rechner zur Errechnung der Geschoßgeschwindigkeit speist.
  11. 11. Vorric!!tung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der GszilJator ein Transistoroszillator ist.
    1'. Vorrichtung nacii Anspruch 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Blindwiderstände mit dem Mündungsfeuerdämpfer bzw.
    der @@ckstoßbremse auch in Form von konstruktiv sehr stabil auszuführenden Topfkreisen oder desonatoren konstruktiv zusammengefaßt sind.
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