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Sensor für einen Annäherungszünder Die Erfindung bezieht sich auf
einen Sensor für einen Annäherungszünder zum Auslösen einer Splitter freisetzenden
geschoß- bzw. flugkörpergetragenen Wirkladung zur Zerstörung eines Luftzieles, wobei
der Elevationswinkel des Sensors gegenüber der Längsachse der Wirkladung veränderbar
ist.
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In der US-Patentschrift 3 046 &92 ist ein optischer Annäherungszünder
beschrieben, der in Verbindung mit einem Radargerät zur Bestimmung der Entfernung
zwischen einem Geschoß und einem Ziel verwendet wird. Die Optik des Annäherungszünders
und
die Strahlrichtung des Radargerätes haben den gleichen Elevationswinkel, wobei eine
Zündschaltung vorgesehen ist, die ein Auslösesignal an die Wirkladung abgibt, wenn
ein Ziel mittels der Optik des AnnAherungszUnders aufgefaßt ist, dessen Entfernung
unter einer vorgegebenen und durch das Radargerät bestimmten Schwelle liegt.
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Der Elevationswinkel der Optik des Annäherungszünders ist gegenüber
der Längsachse des Geschosses bzw. der Wirkladung veränderbar, so daß diese mit
der Strahlrichtung des Radargerätes koordiniert und unter Berücksichtigung der Angrsffsrichtung
auf das Ziel eingestellt werden kann.
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Während des Anfluges des Geschosses auf das Ziel bleibt jedoch der
Elevationswinkel der Optik des Annäherungszünders konstant. Aus diesem Grunde muß
die Wirkladung so ausgebildet sein, daß deren Wirkungsrichtung, etwa durch das Freisetzen
von Splittern einen großen Winkelbereich umfaßt, damit bei den jeweils unterschiedlichen
Begegnungsgeschwindigkeiten zwischen Geschoß und Ziel wenigstens ein Teil der Splitter
das Flugziel erreicht. Durch den großen Öffnungswinkel, in den die Splitter freigesetzt
werden, ist dementsprechend die Splitterdichte relativ gering, so daß die Wirkung
auf Flugziele in größeren Abständen nur gering und damit auch die Treffer- und Z
ers törungswahrscheinl ichkeit stark begrenzt ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Sensor der eingangs genannten
Art so weiterzubilden, daß trotz verschiedenster Begegnungsgeschwindigkeiten der
Öffnungswinkel, in den die Splitter der Wirkladung streuen, klein gehalten und damit
die Splitterdichte vergrößert werden kann, so daß die Treffer- und Zerstörungswahrscheinlichkeit
des Flugsieles besser als bei Wirkladungen mit bekannten Sensoren fUr Annäherungszünder
ist.
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Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Elevationswinkel
des Sensors für den Annäherungszünder in Abhängigkeit der Begegnungsgeschwindigkeit
zwischen Ziel und Wirkladung und unter Berücksichtigung der Hauptwirkungsrichtung
der Splitter der Wirkladung gemäß der Gleichung: Vb cot £"vsp.san + cot veränderbar
ist; hierin ist: £ der Elevationswinkel des Sensors des Annäherungszünders zu der
Längsachse der Wirkladung; <er Elevationswinkel der Hauptwirkungsrichtung der
Splitter der Wirkladung zu der Längsachse der Wirkladung; Vb die Begegnungsgeschwindigkeit
zwischen Wirkladung und Ziel und V die mittlere Ausbreitungsgeschwindigkeit der
Splitter der Wirkladung.
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Auf diese Weise wird der Elevationswinkel des Sensors des Annäherungszünders
in Abhängigkeit der Begegnungsgeschwindigkeit zwischen Wirkladung und Flug ziel
immer so eingestellt, daß Flugziel und Splitter in einem vorgegebenen engen Winkelbereich
aiteinander kollidieren, so daß der Öffnungswinkel, in den die Splitter der Wirkladung
streuen, sehr klein gewählt werden kann.
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Auf diese Weise wird auch die Splitterdichte vergrößert, so daß das
angegriffene Flugziel mit hoher Wahrscheinlichkeit zerstbrt wird.
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Zur Bestimmung der Begegnungsgeschwindigkeit zwischen Wirkladung und
Ziel weist der Sensor für den Annäherungszünder vorzugsweise ein Doppler-Radargerät
auf. Selbstverständlich sind auch andere Möglichkeiten denkbar, etwa Geräte, bei
denen das Laufzeitprinzip verwendet wird, wie Radar- oder Lasergeräte. Hierbei wird
die Begegnungsgeschwindigkeit aus der Änderung des jeweilig vermessenen Abstandes
zwischen Wirkladung und Ziel berechnet.
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Vorzugsweise wird die Hauptwirkungsrichtung der Splitter in einem
wirkladungsfesten Koordinatensystem etwa senkrecht zu der Wirkladungslängsachse
gewählt, so daß sich die oben angegebene Formel zu dem Ausdruck V b cot # = Vsp
vereinfacht.
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Der Elevationswinkel des Sensors wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung dadurch verändert, daß der Sensor des Annäherungszünders mehrere in
der Wirkladungslängsachse hintereinander angeordnete und je nach dem errechneten
Elevationswinkel auf Empfang schaltbare Strahlungsempfänger aufweist.
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Derartige Strahlungsempfänger sind beispielsweise bei optischen Sensoren
für richtbare oder JR-Strahlung empfindliche Halbleiterdioden, von denen eine Vielzahl
auf kleinem Raum angeordnet werden kann. Für Radarstrahlung kann durch eine Phasenschaltung
mehrerer Antennen ebenfalls der Elevationswinkel verändert werden.
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Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel anhand der
Zeichnung
näher erläutert. Hierbei stellen im einzelnen dar: Figur 1 einen Querschnitt durch
eine Wirkladung eines Ges schosses mit einem optischen Sensor für einen Annäherungszünder
gemäß der Erfindung; Figur 2 ein Blockschaltbild eines Sensors für einen Annäherungszünder
gemäß der Erfindung und Figur 3 schematisch ein Diagramm zur Erklärung der Bekämpfung
eines gegnerischen Flugzieles mittels einer, einen Sensor gemaß der Erfindung aufweisenden
Wirkladung.
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Ein Geschoß 2 weist enne Wirkladung 3 auf, die mit einem Splittermantel
4 belegt ist. Die Ladung 3 wird über einen Zünder 5 gezündet. Je nach Lage des Zündpunktes
kann die Hauptwirkungsrichtung der Splitter gegenüber der GeschoRlängsachse 6 sowie
der Winkel bestimmt werden in den die Splitter freigesetzt werden. Dieser ist in
der Figur t mit / bezeichnet. An der Spitze des Geschosses befindet sich unter einem
Radom 7 ein Doppler-Radargerät 8 mit dem die Begegnungsgeschwindigkeit zwischen
dem Geschoß 2 und einem anzugreifenden Luftziel 9 (vgl. 3> bestimmt wird. Hinter
der Ladung 3 ist ein Sensor 10 für einen optischen Annäherungsziinder 10 angeordnet,
der eine Torroidlinse 11 aufweist> die um den Umfang des Geschosses reicht bzw.
in Einzelkanälen derart angeordnet ist, daß das Blickfeld 360 Grad erreicht. Art
und Anordnung der Torroidlinse sind etwa aus der oben zitierten US-Patentschrift
3 046 892 bekannt. In der GeschoßIangsachse 6 sind mehrere lückenlos aneinander
stoßende Strahlungsempfänger, etwa Fotodioden 121 bis 12n angeordnet denen jeweils
ein spezieller Elevationswinkel #1 bis # n zugeordnet ist.
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In einem Teil 13 des Geschosses ist die Elektronik für den Annäherungszünder
untergebracht, deren Blockschaltbild schematisch in Figur 2 dargestellt ist. Der
Teil 13 ist entweder der Geschoßboden oder es schließt sich bei selbstgetriebenen
Geschossen an diesen ein in der Zeichnung nur angedeuteten Triebwerksteil an. Die
Elektronik für den Sensor des Annäherungszünders besteht aus einem Umschalter 14,
der von dem Doppler-Radargerät 8 nach Maßgabe der berechneten Begegnungsgeschwindigkeit
zwischen Geschoß und Flugziel angesteuert wird und zwar derart, daß diejenige der
Fotodioden 121 bis 12n auf Empfang geschaltet wird, der der Elevationswinkel 8 gemaß
Vb cot # = Vsp.sin + cotα zugeordnet ist; hierbei ist Vsp die mittlere Splittergeschwindigkeit
und Vb die Begegnungsgeschwindigkeit zwischen Geschoß und Flugziel. Das Ausgangssignal
der jeweiligen Fotodiode wird in einem Verstärker 15 verstärkt und danach einem
Schweliwertschalter 16, etwa in Art eines Schmitt-Triggers zugeführt, der, sobald
das Ausgangssignal des Verstärkers seinen Schwellwert überschreitet, einen Zündschalter
17 ansteuert, durch den ein Zündhutchen 18 des oben erkannten Zünders 5 für die
Wirkladung 3 gezündet wird.
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Die Wirkungsweise des beschriebenen optischen Sensors für den Annaner'mgsziinder
ist in der Figur 3 dargestellt.
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Das Geschoß 2 bewegt sich auf einer Flugbahn 19, während sich das
Flugziel 9 in einem Abstand A auf einer parallelen Flugbahn 20 bewegt. Mittels des
Doppler-Radargerätes wird die Begegnungsgeschwinds9keit Vb zwischen Geschoß und
Flugziel bestliat und nach der oben angegebenen Formel der Elevationswinkel des
optischen Sensors unter Berücksichtigung der
Hauptrichtunga der
Splitterladung gemäß obiger Formel bestimmt. Mittels des Umschalters 14 wird diejenige
der Fotodioden 12 auf Empfang geschaltet, mit der dieser errechnete Elevationswinkel
erreicht wird. Durchstößt das Flugziel 9 die durch den Elevationswinkel £ vorgegebene
Blickrichtung, so wird die Wirkladung, wie oben beschrieben, gezündet und die Splitter
werden in den angegebenen Raumwinkel g freigesetzt.
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In dem in der Figur 3 benutzten geschoßfesten Koordinatensystem treffen
die Splitter unabhängig von der Entfernung A der beiden Flugbahnen 19 und 20 aufgrund
der speziellen Wahl des Elevationswinkels t an dem Punkte 21 auf das Flugziel, der
stets in der die Hauptwirkungsrichtung der Splitter enthaltenden Ebene liegt, wenn
die Flugbahnen des Geschosses und des Zieles 19 bzw. 20 annähernd parallel sind.
Sind die beiden Flugbahnen nicht exakt parallel, sondern weisen untereinander einen
Winkel ß auf, so treffen die Splitter das Flugziel nicht exakt in der vorgenannten
Ebene, sondern je nach positivem oder negativem Anflugwinkel R kurz vor oder kurz
nach dieser Ebene. Da die Splitter in einen wenn auch engen Raumwinkel r freigesetzt
werden, werden auch bei derartigen Flugbahnen Treffer in kleinerem bzw.
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größerem Abstand erzielt. Die Trefferebene liegt bei einem Anflugwinkelbereich
vonfl = + 30 Grad annähernd auf der gezeichneten Linie 22. Daß die Treffer bei parallelen
Flugbahnen 19 und 20 von Geschoß bzw. Ziel lediglich in einer Ebene liegen, wird,
wie aus der Figur 3 ersichtlich, dadurch erreicht, daß die Vektoren Splittergeschwindigkeit
V sp und Begegnungsgeschwin digkeit Vb sowie Elevationswinkel t unabhängig von dem
Abstand A der beiden Flugbahnen jeweils ein geschlossenes Dreieck bilden.
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Vorteilhaft ist bei der Konzeption des optischen Annäherungszünders,
wenn die Splitter in erster Näherung senkrecht zur Geschoßlängsachse freigegeben
werden. Dies kann durch eine
streifend auftreffende Detonationswelle
der Wirkladung 3 auf den Splittermantel 4 erreicht werden, da hier die Splitter
einige Grad zur Normalen gegenüber der Geschoßlängsachse in Richtung der Detonationswelle
freigesetzt werden. Bei Ublichen Gefechtsköpfen liegt die Splittergeschwindigkeit
etwa bei 8000 misec, so daß sich hierdurch je nach Splittergeschwindigkeit ein Winkel
von einigen Grad bis zu 10 Grad zur Geschoßlängsachse ergibt. Die Zündeinleitung
erfolgt deshalb zweckmäßig am Heck der Wirkladung, so daß die Splitter durch die
senkrecht auftreffende Detonationswelle auch annähernd senkrecht wegfliegen und
senkrecht zur Geschoßlängsachse eine sehr hohe Splitterdichte auftritt. Durch eine
leichte Krümmung der Wirkungsbegrenzung im vorderen Bereich in Richtung der Längsachse
6 werden die Splitterbahnen etwa in Flugrichtung des Geschosses angestellt. Dieser
Effekt wird durch die streifend auftreffende Detonationswelle verstärkt. Wenn, wie
in der Figur 1 angedeutet, die Initiierung der Wirkladung nicht unmittelbar am Heck,
sondern etwas nuch vorne versetzt erfolgt, gehen einige Splitterreihen auch in einem
Elevationswinkel über 90 Grad zur Geschoßlängsachse ab. Auf diese einfache Art wird
der Splitteröffnungswinkel t für eine Bekämpfung eines Flugzieles optimal eingestellt,
so daß auch bei unterschiedlichen Anflugwinkeln P zwischen Geschoß und Flugziel
dieses zuverlässig zerstört wird. Dadurch, daß die Splitter auch mit Geschwindigkeitskomponenten
in Flugrichtung freigesetzt werden, wird zudem erreicht, daß ein größere Flugziel
9 nicht nur an der Spitze, sondern über einen großen Teil seiner Länge getroffen
wird.
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Mit einem Sensor für einen Annäherungszünder gemäß der Erfindung wird
daher eine optimale Trefferwahrscheinlichkeit bei sehr hoher Splitterdichte erreicht.
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P a tentansprüche