DE2035842C2

DE2035842C2 - Waffensystem zum Verschießen fernzündbarer Geschosse

Info

Publication number: DE2035842C2
Application number: DE2035842A
Authority: DE
Inventors: Richard Thomas Burlington Vt. Ziemba
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1969-07-22
Filing date: 1970-07-18
Publication date: 1982-05-27
Also published as: JPS4944760B1; BE753740A; CH514121A; GB1317977A; FR2053077A1; US3714898A; DE2035842A1; SE377720B; NL176396B; NL176396C; FR2053077B1; NL7010758A

Description

a) die Auslöseschaltung weist einen voreingestellten Zähler (64) auf, der durch Signalimpulse des Kommandosenders (14) fortgeschaltet wird und beim Erreichen der eingestellten Impulszahl den Zünder (22) auslöst;

b) der Kommandosender (14) sendet mit einer steuerbaren Impulsfolgtfrequenz, die vom Enifernungsmeßgerät (10) umgekehrt proportional zur Entfernung zwischen Waffe (18) und Ziel eingestellt wird.

2. Waffensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger und die Auslöseschaltung beim bzw. nach dem Abfeuern aktiviert werden.

3. Waffensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler (64) mehrere mit zwei oder mehr Schaltzuständen versehene Stufen aufweist und eine Rückstellvorrichtung (68) zum Zurückstellen jeder Stufe in einen bestimmten Schaltzustand vorgesehen ist.

4. Waffensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfängerantenne (26) in dem Vorderteil des Geschosses (20) angebracht ist und einen maximalen Gewinn nach hinten von dem Geschoß besitzt.

5. Waffensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfängerantenne (206) am hinteren Ende des Geschosses angeordnet ist und einen maximalen Gewinn nach hinten von dem Geschoß besitzt.

6. Waffensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kommandosender (14) ein Radargerät ist.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Waffensystem zum Verschießen fernzündbarer Geschosse gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein derartiges Waffensystem ist in der US-PS 27 69 975 beschrieben.

Bekannte Waffensysteme können entsprechend ihren verschiedenen Methoden der Auslösung der Zündung eingeteilt werden. Beispielsweise gibt es Zünder mit Betätigung durch Zeitgeber, die für die erforderliche Laufzeit zum Ziel voreingestellt werden, Zünder mit Mechanismen zur Feststellung der Annäherung an das Ziel und Aufschlagzünder, die beim Aufschlag auf das Ziel zünden. Wenn ein konventioneller Zünder mit Zeitgeber einmal voreingestellt und dann abgeschossen worden ist, hat das Geschützpersonal weiterhin keine Einflußmöglichkeit, und die Treffgenauigkeit hängt von nicht berücksichtigten Bewegungen des Ziels und von der Genauigkeit des Zeitgebersystems ab. Bei einer Steuerung des Zünders durch Feststellung der Annäherung an das Ziel ist während des Flugweges ebenfalls keine Beeinflussung möglich, und der Zünder kann vorzeitig durch andere Objekte detonieren, denen er sich nähert Ein üblicher Zielaufschlagzünder kann ebenfalls nicht gesteuert werden, nachdem das Geschoß abgefeuert worden ist

Die eingangs genannte US-PS 27 69 975 beschreibt

zwar ein System, bei dem der Zünder über Funk gezündet werden kann, wenn sich das Geschoß dem Ziel ausreichend genähert hat Hierbei sind jedoch nur

ίο Einzelschüsse möglich.

Gemäß der DE-OS 18 06 214 weist eine Granate einen Empfänger, welcher mittels wenigstens einer Welle bestimmter Frequenz fernsteuerbar ist, einen Detektor sowie einen elektronischen, transistorierten Zündkreis auf, der einen elektrischen Detonator auslöst, wobei der Empfänger durch elektrische, vorzugsweise kodierte Signale steuerbar ist. Auch hier ist nur die Zündung jeweils einer einzelnen Granate möglich.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Waffensystem der eingangs genannten Gattung derart auszugestalten, daß unter Aufrechterhaltung der Möglichkeit der entfernungsabhängigen Fernzündung Serienschüsse möglich sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Diesbezüglich ist zu bemerken, daß in der US-PS 29 81 942 zur Entfernungsmessung ein Pulsechosystem beschrieben ist, das einen Sender und einen Empfänger aufweist, der eine der von den Signalen zurückgelegten Strecke proportionale Spannung erzeugt, und die Ausgangssignale des Senders mit Pulsen, deren Dauer direkt proportional zu der Spannung und deren Folgefrequenz umgekehrt proportional zu der Spannung ist, moduliert werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen

insbesondere darin, daß das Waffensystem unabhängig von der Schußfolge ist, d. h., das System ist unempfind-Hch gegenüber der Schußfolgegeschwindigkeit, mit der die Geschosse abgeschossen werden. Sowohl bei Einzelschußbetrieb als auch bei einem Serienschuß wird die Detonation der Geschoßladung in der gleichen Entfernung auftreten. Ferner wird die gewünschte

■»5 Präzision der Detonationsentfernung nur durch die Kapazität des Zählers in dem Zünder und die Impulsfolgefrequenz des Senders begrenzt. Dabei kann die Detonationsentfernung automatisch eingestellt werden, wenn eine automatische Information über die Entfernung vorliegt.

Die Detonationsentfernung kann auch absichtlich geändert werden, während das Geschoß sich auf dem Flug zum Ziel befindet. Eine Störung durch andere Sender ist schwerlich möglich, da ein Spezialsender zur Übertragung auf das Geschoß erforderlich ist und die Empfangsantenne des Geschosses eine Richtcharakteristik nach hinten aufweist.

Die Erfindung wird nun anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Waffensystem mit einem Geschoß und einem Zünder für fernzündbare Geschosse gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

F i g. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Zünders, der für die Einfügung in das vordere Ende eines Geschosses mit kleinem Kaliber angepaßt ist,

Fig.3 ein Blockschaltbild der elektronischen Schaltung des Zünders der F i g. 2,

F i g. 4 ein Schaltbild des Zünders der F i g. 2,

F i g. 5 ein Blockschaltbild der elektronischen Schaltung des Flip-Flop mit Rückstellung,

F i g. 6 eine Kurve der Geschoßentfernung in Abhängigkeit von der Radarimpulsfolgefrequenz,

F i g. 7 eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht eines Zünders, der für du Einfügung in das rückwärtige Ende eines Geschosses mit Zusatz-Startrakete eingerichtet ist

F i g. 1 zeigt die bevorzugte Ausführungsforrn des Waffensystems mit einer Quelle 10 für Entfernungsdaten, beispielsweise einem Laser-Entfernungsmesser, einer Steuereinheit 12 für die Änderung der Impulsfolgefrequenz, einem Kommandosender 14, beispielsweise einem Radarsender im X'-Band, einer Senderantenne 16, einer Waffe 18 und einem oder mehreren Geschossen 20. Jedes Geschoß 20 hat einen Zünder 22. Aus F i g. 2 ist ersichtlich, daß jeder Zünder 22 ein Gehäuse 24 enthält, das eine Antenne, beispielsweise eine Schlitzantenne 26, elektronische Schaltkreise 28, eine Batterie 30, welche eine thermische Batterie sein kann, eine Rotor-Detonatoranordnung 32 und eine Booster-Ladung 34 enthält.

Die Rotor-Detonatoranordnung 32 umfaßt einen exzentrischen Rotor 36, der eine Detonatorladung 38 mit einem Zündfaden 40 und eine Kontaktbürste 42 und eine C-förmige Haltefeder 44 besitzt. Der Rotor 36 wird so lange in der außermittigen, gesicherten Lage gehalten, bis das Geschoß im Flug einen ausreichenden Drall angenommen hat. Durch die Zentrifugalkraft wird dann die Haltefeder 44 erweitert und kann sich in eine ringförmige Ausnehmung 46 in dem Gehäuse 24 einfügen und den Rotor 36 freigeben. Der Rotor 36 dreht sich dann in axialer Richtung so, daß sein Schwerpunkt und die Detonatorladung in der Längsachse des Geschosses liegen. Der Rotor 36 ist auf einer Querachse 48 drehbar gelagert, um den Rotor zu einer Drehung in einer vorgegebenen longitudinalen Ebene zu zwingen, so daß der Kontakt 42 diese Ebene überstreicht.

Die thermische Batterie 30 enthält zwei durch einen normalerweise festen und nichtleitenden, durch Wärme schmelzbaren Elektrolyten im Abstand gehaltene Elektroden. Thermitmaterial ist in Wärmekontakt mit dem Elektrolyten befestigt und kann durch eine Zündkapsel gezündet werden, welche zwischen zwei festen Oberflächen angebracht ist. Eine von diesen ist ein verschiebbares Schlagelement. Die Batterie ist normalerweise nicht aktiviert und wird erst dann aktiv, wenn das Geschoß beim Abschuß einen Rückstoß erfährt, wodurch das Schlagelement auf die Zündkapsel aufschlägt, welche explodiert und das Thermitmaterial zündet, das dann den Elektrolyten zur Aktivierung der Batterie schmilzt. Die Batterie ist in einem Hohlraum in dem Gehäuse 32 durch einen vorderen dielektrischen Ring 50 und einen rückwärtigen dielektrischen Ring 52 gehalten und wird durch eine Federklemme 54 vorn festgehalten. Die äußere Hülle 56 der Batterie dient als negativer Kontakt und ist so beschaffen, daß der Detonatorkontakt 42 darüber hinwegstreicht.

Die elektronische Schaltung 28 enthält die Antenne 26 und einen Diodendetektor 60, einen zweistufigen Videoverstärker 62, einen Zähler 64, eine Zündschaltung 66 und eine Rückstellschaltung 68. Die Antenne 26 besteht aus einer Doppelschlitzantenne mit vier öffnungen, deren Abmessungen und Phasenverhältnisse so ausgelegt sind, daß der Antennengewinn nach rückwärts, vom Geschoß aus gesehen, erhöht wird. Die Schlitzanordnung unter Verwendung von zwei diametral gegenüberliegenden doppelten Paaren von benachbarten Schlitzen mit einem Abstand von ¹A Wellenlänge gibt einen Antennengewinn in der Rückwärtsrichtung von +5 Dezibel gegenüber einem Standard-Dipol. Die Antennenleistung wird spitzengleichgerichtet durch die D^:ode 60. Das Ausgangssignal der Diode 60 ist die Hüllkurve der vom Sender abgestrahlten Hochfrequenzimpulse. Die Signalspannung an diesem Punkt beträgt etwa 0,05 V von einem Sender mit einer Spitzenleistung

ίο von 40 kW bei einer Entfernung von 3000 m. Die gleichgerichteten Impulse werden durch den zweistufigen Verstärker 62 auf einen Wert verstärkt, der zur Betätigung des Zählers 64 ausreichend ist Der Zähler besteht aus zwölf Flip-Flop-Stufen in Kaskadenanordnung, wodurch sich ein Zählverhältnis von Eingang zu Ausgang von 2¹ · oder 2048 ergibt. Das Umschalten der letzten Zählerstufe wird erfaßt und betätigt die Ausgangsschaltung, so daß nur eine Zählzahl von 1024 am Zähler ausgenutzt wird. Wenn der 1-Ausgangsanschluß des elften Flip-Flop auf niedriger Spannung liegt und der O-Au£gangsanschlu3 des zwölften Flip-Flop auf niedriger Spannung liegt, wird der Ausgangsanschluß des Gatters 66/4 hoch liegen und über die Ausgangsverstärker 66S und 66CStrom durch den Zündfaden 40 der Detonatorladung 38 ziehen und den Detonator nach einem endlichen Zeitintervall betätigen, welches eine Funktion der Zeit und des Stroms ist.

Nachdem das Geschoß aus der Waffe heraus beschleunigt und die Batterie aktiviert ist, braucht die Batterie eine endliche Zeitdauer, um ihre volle Ausgangsspannung zu erreichen. Wenn eine ausreichende Spannung zur Betätigung der Flip Flops erreicht ist, kann jedes Flip-Flop entweder einen Schaltzustand einnehmen, in dem sein 1-\nschluß hoch und sein 0-Anschluß niedrig ist oder der !-Anschluß niedrig und der 0-Anschluß hoch ist. Wenn die automatische Rückstellschaltung nicht vorhanden ist, wird der Detonator-Zündfaden 40 anfangen, Strom zu ziehen, wenn zufällig der 1 -Ausgang des elften Flip-Flop niedrig und der 0-Anschluß des zwölften Flip-Flop niedrig ist. Die Detonation würde sonst nach einem gewissen Zeitraum eintreten. Weniger katastrophal, aber ebenfalls nicht erwünscht ist es, daß der Zähler eine zu niedrige Zählzahl annimmt, wenn einer der Flip-Flops den Zustand einnimmt, in dem sein !-Ausgang hoch ist.

Die automatische Rückstellschaltung 68 erzwingt, daß

bei der ursprünglichen Inbetriebnahme des Zünders durch die Leistungszufuhr von der Batterie 30 jeder der Flip-Flops des Zählers einen Zustand einnimmt, bei dem die Ausgangsanschlüsse niedrig sind. Diese Rückstellung geschieht in weniger als 1 Mikrosekunde, und dies verhindert eine vorzeitige Auslösung des Detonators. Der Rückstell-Flip-Flop 70, das Rückstell-NOR-Gatter 72 und der Rückstell-Treibertransistor 74, welcher ein pnp-Transistor in Emitterschaltung ist, werden dazu verwendet, die Rückstellschaltung als Rückführungsschleife zu gestalten. Der Rückstell-Flip-Flop 70 kann, wie aus F i g. 5 ersichtlich, in Form von zwei NOR-Gattern 80 und 82 aufgebaut sein. Der 1-Ausgangsanschluß 84 des Gp.tters 82 ist an einen Eingangsanschluß 86 des Gatters 80 gekoppelt, dessen anderer Eingangsanschluß 88 als Impulseingangsanschluß dient. Der O-Ausgangsar.schluß 90 des Gatters 80 in mit dem einen Eingangsanschluß 92 des Gatters 82 verbunden, dessen anderer Eingangsanschluß 94 als Rückstell-Eingangsanschluß dient. Der 0-Ausgangsanschluß des Flip-Flop 70 ist an einen Eingangsanschluß 95 des NOR-Gatters 72 angeschlossen, dessen anderer

Eingangsanschluß % mit Masse verbunden ist. Der Ausgangsanschluß 98 des Gatters ist mit der Basis des Treibertransistors 74 verbunden. Der Emitter des Treibertransistors 74 ist an die Versorgungsspannung angeschlossen, und der Kollektor ist mit der Rückstell-Sammelleitung 100 verbunden. Das NOR-Gatter 72 ergibt die längste Verzögerung in dem Kreis, d. h. die langsamste Übertragung von einem Eingangssignal auf ein Ausgangssignal, und der Treibertransistor ergibt die geringste Verzögerung.

Die Arbeitsweise der Rückstellschaltung kann in drei Phasen aufgeteilt werden. Die Phase I enthält das Zeitintervall, während dem die Batterieleistung ansteigt. Die Phase II enthält das Intervall nach der Rückstellung und vor dem Eintreffen des ersten Senderimpulses. Die Phase III enthält den Vorgang bei Eintreffen des ersten Senderimpulses.

Es sei zunächst die Phase I betrachtet. Der O-Ausgangsanschluß des Rückstell-Flip-Flop 70 kann ursprünglich entweder einen hohen oder einen niederen Zustand einnehmen. Es sei angenommen, daß der O-Ausgangsanschluß 90 hoch ist. Dann ist am Anfang und im stationären Zustand der Ausgangsanschluß 98 des NOR-Gatters niedrig. Die Basiselektrode ist am Anfang und im stationären Zustand niedrig, und am Anfang und im stationären Zustand führt der Treibertransistor Strom, so daß die Rückstellsammelleitung 100 am Anfang und im stationären Zustand hoch ist. Das hohe Signal auf der Rückstellsammelleitung 100 stellt alle Füp-Flops des Zählers zurück. Das hohe Rückstellsignal am Eingangsanschluß 94 ergibt auch ein niedriges Signal am Ausgangsanschluß 84 und daher ein niedriges Signal am Eingangsanschluü 86 und hält dadurch den Ausgangsanschluß 90 hoch. Es sei nunmehr angenommen, daß der O-Ausgangsanschluß 90 niedrig ist. Dann ist am Anfang der Ausgangsanschluß 98 des NOR-Gatters niedrig, und wegen der langen Übertragungsverzögerung ist die Basiselektrode am Anfang niedrig, und der Treibertransistor 74 führt am Anfang Strom, so daß die Rückstellsammelleitung 100 am Anfang hoch ist. Das ursprüngliche hohe Signal auf der Rückstellsammelleitung 100 stellt alle Flip-Flops des Zählers zurück und stellt auch den Rückstell-Flip-Flop zurück. Nach der langen Übertragungsperiode wird der Ausgangsanschluß 98 des NOR-Gatters hoch. Dadurch wird die <>5 Basiselektrode hoch gemacht und sperrt den Treibertransistor 74, so daß die Rückstellsammelleitung 100 niedrig wird. Der Rückstell-Flip-Flop ist jedoch bereits zurückgestellt, so daß sein O-Ausgangsanschluß jetzt hoch ist, und, wie zuvor beschrieben, führt der Treibertransistor Strom, und die Rückstellsammelleitung wird erneut hoch. Daher ist in der Phase II der O-Ausgangsanschluß des Rückstell-Flip-Flops hoch, der Ausgangsanschluß 98 des NOR-Gatters ist niedrig, der Treibertransistor 74 führt Strom und die Rücksteilsammelleitung 100 ist hoch. Ebenso ist der 1-Ausgangsanschluß 84 des Rückstell-Flip-Flops niedrig.

Wenn in der Phase III der erste Senderimpuls ankommt, wird er auf den Eingangsanschluß 94 gegeben, so daß der O-Ausgangsanschluß 90 den niedrigen Schaltzustand einnimmt. Der Senderimpuls ist jedoch so beschaffen, daß seine Impulsbreite größer ist als die Übertragungsverzögerung des NOR-Gatters 72. Daher hört der Treibertransistor 74 auf, Strom zu führen, wenn der Ausgangsanschluß 98 des NOR-Gatters in den hohen Schaltzustand geht. Dadurch wird die Rückstellsammelleitung 100 in den niedrigen Schaltzustand gebracht, und der O-Ausgangsanschluß bleibt niedrig. Die Rückstellsammelleitung 100 bleibt niedrig, und der Zähler ist in der Lage, ohne "ückstellung die darauf folgenden Senderimpulse zu zählen.

Die Rückstellschaltung weist folgende Vorteile auf:

1. Die Prioritäten und die Betriebsgeschwindigkeiten sind ausreichend, um eine zufällige Detonation zu verhindern.

2. Die Schaltung ist unabhängig von der Anstiegscharakteristik der Netzversorgung.

3. Die Schaltung kann vor dem Einbau in das Geschoß leicht überprüft werden, da die Arbeitsweise nur von der Anwesenheit einer Spannung abhängig ist, welche eine unbeabsichtigte Detonation erzeugen könnte.

F i g. 6 zeigt die Einzelheiten der variablen Impulsfolgefrequenz des Radarsenders. Sie zeigt die erforderliche Änderung in der Impulsfolgefrequenz, welche für die Detonation einer Zünderladung in Abhängigkeit von der Zielentfernung bei einer Zählerkapazität von 1024, d. h. 2¹⁰ Impulse, erforderlich ist. Die Impulsfolgefrequenz schwankt zwischen 10 000 Impulsen pro Sekunde bei einer Entfernung von 100 m bis 200 Impulse pro Sekunde bei 2000 m. Bei 2000 m ist die Auflösungsgenauigkeit der Detonation des Zünders ±0,01 m. Dies setzt voraus, daß eine gepulste Hochfrequenz mit konstanter Frequenz vorliegt. In dieser Weise würde das Radarsystem normalerweise bei Serienschuß-Betrieb arbeiten. Bei Einzelschuß kann die gepulste Hochfrequenz so programmiert werden, daß sich die Folgefrequenz mit der Fortbewegung des Geschosses auf dem Flugweg erhöht, und dadurch erhält man eine höhere Auflösung bei maximaler Geschoßentfernung.

Wie in F i g. 7 gezeigt ist, kann ein Zünder auch in ein Geschoß mit Zusatz-Startrakete eingebaut werden und kann als Raketenzündanordnung während des Fluges dienen. Die Anordnung 200 enthält einen Mündungsteller 202, einen inneren Stopfen 204, der eine aus drei Windungen bestehende Wendelantenne 206 trägt die auf einem dielektrischen Kern 208 liegt, eine Detektoranordnung 210 und einen Kanister 212. Der Kanister 212 enthält eine thermische Batterie 214, die Zähler- und Rückstellschaltung 216, den Auslöser 218 für die Detonation und den Raketenzünder 220. Die Schaltung ist im wesentlichen identisch mit der in F i g. 4 gezeigten Schaltung mit Ausnahme des Ersattes der Schlitzantenne durch eine Wendelantenne.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Waffensystem zum Verschießen fernzündbarer Geschosse, mit einem Rückstrahlentfernungsmeßgerät, einem Kommandosender und einem Empfänger für dessen Signale, an dem eine Auslöseschaltung für den Zünder der Geschosse angeschlossen ist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: