DE2812775C2 - Meßanordnung zur Beschleunigungsmessung für Raumflugkörper - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßanordnung zur Beschleunigungsmessung für Raumflugkörper mit einer in einem evakuierten Gehäuse angeordneten metallisierten Kugel, deren Position durch sechs in den Raumachsen angeordnete und mit regelbarer Stellspannung versorgte Elektrodenpaare beeinflußbar und mit opto-elektronischen oder kapazitiven Meßeinrichtungen zur Ausgabe elektrischer Meßsignale erfaßbar ist.

Zur Messung der Beschleunigung von Raumflugkörpern sind Meßanordnungen bekannt, bei denen eine in einem evakuierten Gehäuse angeordnete und mit Hilfe von sechs Elektrodenpaaren elektrostatisch gefesselte metallisierte Kugel als Meßobjekt dient. Eine solche Kugel erleidet bei auftretenden Beschleunigungen eine zur Richtung der Beschleunigung entgegengesetzte Verschiebung, die als ein Maß für die jeweilige Beschleunigung erfaßt wird. Es ist bekannt, die metallisierte Kugel mit optischen Sensoren, welche ein elektrisches Signal ausgeben oder mit kapazitiven Wegmeßeinrichtungen anzumessen und aus den elektrischen Signalen durch entsprechende Verarbeitung Betrag und Richtung der Beschleunigung zu bestimmen (DE-AS 76 950).

Bei den bekannten Anordnungen zur Beschleunigungsmessung von Raumflugkörpern werden in der Regel zwei Betriebsarten, und zwar der sogenannte Drag-Free-Betrieb (Betrieb ohne elektrostatische Fesselung der Kugel) und der Intervallbetrieb angewandt Während der Drag-Free-Betrieb aus einer Wegmessung der Kugel bei gleichzeitiger Erfassung der dafür jeweils benötigten Zeit besteht setzt sich der Intervallbetrieb aus einer ebenfalls ohne elektrostatischer Fesselung bestehenden Meßphase und einer die Kugel zu Nullposition

ίο zurückbringenden Rückholphase zusammen. Eine Rückholung der Kugel ist aber auch dann notwendig, wenn die Kugel eine Endlage erreicht.

Die Rückholung der Kugel mit Hilfe der in den Raumachsen angeordneten und Kräfte aufgrund der Elektrostatik erzeugenden Elektrodenpaare ist aber sehr problematisch. Der Grund hierfür ist der zur Erzielung guter Meßgenauigkeiten einerseits erforderliche große Freiweg für die Kugel, der andererseits aber für die Rückholung in hinreichend kurzer Zeit elektrostatische Kräfte verlangt, die sich nur mit Stellspannungen von weit über fOkv erzeugen lassen. Stellspannungen von dieser Größenordnung erfordern aber Aufbauten und Isolationen, weiche aufgrund ihres Volumens und ihres Gewichtes Anwendungen im Weltraum erschweren. Es war daher bisher üblich, die Rückholung der Kugel mit relativ kleinen Stellspannungen vorzunehmen, was einerseits einen unzureichenden Freiweg für die Kugel und andererseits ein die Meßgenauigkeit beeinträchtigendes Verhältnis von Meßphase zu Rückholphase beim Intervallbetrieb bedeutet.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, bei einer Meßanordnung der eingangs genannten Art den Freiweg der Kugel zur Erhöhung des Meßbereiches zu vergrößern. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Elektrodenpaare in Richtung ihrer jeweiligen Raumachse verstellbar ausgebildet und mit Hilfe von Stellorganen zur Nachführung und/oder Rückholung der Kugel einstellbar sind.

Die erfindungsgemäße Maßnahme hat den großen Vorteil, keine übergroßen Stellspannungen für die Elektrodenpaare zu benötigen, da die Nullpositionierung oder Rückholung der metallisierten Kugel mit den verstellbarer. Elektrodenpaaren möglich ist. Die Verstellbarkeit der Elektrodenpaare hat auch den Vorteil, bei einem Meßvorgang der Kugelbewegung nachgeführt werden zu können. Hierdurch ergibt sich ohne Nachteile für die Elektrostatik ein größerer Fre^:.weg für die Kugel, wodurch das Verhältnis von Meßphase zu Rückholphase beim Intervallbetrieb und damit die Meßgenauigkeit der Meßanordnung wesentlich verbessert wird.

Bei einer Meßanordnung nach dem erfindungsgemäßen Prinzip kann die gegenüber der Nullage aufgetretene Verschiebung der Elektrodenpaare als ein Maß für die jeweils aufgetretene Beschleunigung benutzt werden. Die steuerbare Verstellbarkeit der Elektrodenpaare hat darüber hinaus den Vorteil, bei Meßvorgängen, die über den Meßbereich der Meßanordnung hinausgehen, die Kugel bei abgeschalteter Stellspannung festklemmen zu können.

Die mit regelbarer Stellspannung zur Fesselung der Kugel versorgten Elektrodenpaare können dabei aus einer mit ihrem Mittelpunkt in der jeweiligen Raumachse liegenden symmetrischen Flächenelektrode und einer dazu konzentrisch angeordneten Ringelektrode bestehen, welche die Kugel kalottenförmig umfassen. Hierzu eignet sich sowohl eine kreisförmige als auch eine achteckige Kontur.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine Prinzipdarstellung für den Aufbau einer Meßanordnung,

F i g. 2 eine Prinzipdarstellung für die Anordnung der Elektrodenpaare,

F i g. 3 ein Ausführungsbeispiel für die Form der Elektrodenpaare und

F i g. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Form der ElektK-denpaare.

Bei der Prinzipdarstellung nach F i g. 1 ist eine metallisierte Kugel 10 zu sehen, die in einem evakuierten Kugelgehäuse 11 angeordnet ist An den Innenwänden des Kugelgehäuses 11 befinden sich in den jeweiligen Raumachsen die sechs Elektrodenpaare, welche hier nicht näher angedeutet sind. Das Kugelgehäuse 11 ist mit zwei gegenüberliegenden Bolzen 12, 13 versehen, die in jeweils eine Bohrung eines ersten Ringrahmens 14 eingreifen und damit eine Verstellung der im Kugelgehäuse angedeuteten Elektrodenpaare in einer ersten Raumachse ermöglichen. Ebenso wie das Kugelgehäuse 11 trägt der erste Ringrahmen 14 zwei gegenüberliegende, in bezug zu den die Bolzen 12,13 aufnehmenden Bohrungen senkrecht angeordnete Bolzen 15, 16. Die Bolzen 15, 16 greifen in jeweils eine Bohrung eines zweiten Ringrahmens 17 ein, wodurch die im Kugelgehäuse 11 angeordneten Elektrodenpaare in einer zweiten Raumachse verstellbar sind. Am zweiten Ringrahmen 17 sind senkrecht zu den die Bolzen 15,16 aufnehmenden Bohrungen zwei gegenüberliegende Laschen 18, 19 befestigt. Diese Laschen 18, 19 weisen jeweils eine Bohrung auf, in welche zwei in nicht näher dargestellter Weise abgestützte Bolzen 20,21 eingreifen. Die im Kugelgehäuse 11 angeordneten Elektrodenpaare sind dadurch in einer dritten Raumachse verstellbar. Das Kugelgehäuse 11 kann daher mit seinen an der Innenwand angebrachten Elektrodenpaaren in den üblichen drei Raumachsen x,y, ζ verstellt werden.

Die an der Innenwand des Kugelgehäuses 11 angeordneten Elektrodenpaare werden, wie F i g. 2 näher zeigt, mit steuerbarer Stellspannung aus zugeordneten Versorgungsstufen 22 versorgt. Dabei sind für die sechs iilektrodenpaare auch sechs getrennte Versorgungsstufen 22 erforderlich, wovon der Übersichtlichkeit halber nur vier dargestellt wurden. Die restlichen zwei Versorgungsstufen 22 versorgen die Elektrodenpaare, welche in der dritten Raumachse ζ liegen. Die Elektrodenpaare bestehen dabei aus jeweils einer mit ihrem Mittelpunkt in der zugeordneten Raumachse liegenden symmetrischen Flächenelektrode und einer dazu konzentrisch angeordneten Ringelektrode. Beide Elektroden eines Elektrodenpaares umfassen die metallisierte Kugel derart kalottenförmig, daß die Kugel 10 in der Nullposition zu allen Elektroden der Elektrodenpaare den gleichen Abstand einnimmt. Wie aus Fig. 3 und Fig. 4 hervorgeht, können die Elektrodenpaare eine kreisförmige Kontur oder eine achteckige Kontur aufweisen.

Bei einem Einsatz der Meßanordnung im Weltraum schwebt die metallisierte Kugel 10 aufgrund der Schwerelosigkeit normalerweise in der Nullposition. Treten dagegen Beschleunigungen auf. dann erleidet die Kugel 10 eine zur Beschleunigungsrichtung entgegengesetzte Verschiebung: Diese Verschiebung wird beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 als Verschiebung des Kugelgehäuses 11 oder des ersten oder zweiten Ringrahmens 14,17 mit opto-elektronischen oder rein elektronischen Meßeinrichtungen erfaßt, da das Kugelgehäuse Ll mit der Kugel 10 der von der Beschleunigung abhängenden Verschiebung mit nicht näher dargestellten Stellorganen nachgestellt wird. Zu diesem Zweck ist für jeweils eine Raumachse ein Regelkreis vorgesehen, welcher das zugeordnete Stellorgan einschlieSt Dieser Aufbau der Meßanordnung hat den Vorteil, daß die bei der Verschiebung auftretende Spannung als ein Meßwert für die aufgetretene Beschleunigung benutzt werden kann. Die Kugel 10 erhält auf diese Weise einen wesenilich größeren Freiweg, wodurch die Meßgenauigkeit der Meßanordnung erheblich verbessert wird. Eine Verstellbarkeit der Elektrodenpaare innerhalb des Kugelgehäuses 11 hat auch den Vorteil, die Kugel 10 nach einer Meßphase beim Intervallbetrieb oder beim Erreichen einer Endlage in die Nullposition rückholen zu können.

Das Prinzip der Meßanordnung kann auch dann verwirklicht werden, wenn die Elektrodenpaare nicht, wie in F i g. 1, an der Innenwand eines Kugelgehäuses angeordnet sind, sondern wenn ein Gehäuse die gesamte Meßanordnung umfaßt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Meßanordnung zur Beschleunigungsmessung für Raumflugkörper mit einer in einem evakuierten Gehäuse angeordneten metallisierten Kugel, deren Position durch sechs in den Raumachsen angeordneten und mit regelbarer Stellspannung versorgte Elektrodenpaare beeinflußbar und mit opto-elektronischen oder kapazitiven Meßeinrichtungen zur Ausgabe elektrischer Meßsignale erfaßbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenpaare in Richtung ihrer jeweiligen Raumachse (x, y, z) verstellbar ausgebildet und mit Hilfe von Stellorganen zur Nachführung und/oder Rückholung der Kugel (10) einstellbar sind.

2. Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Nachführung gegenüber der Nullage auftretende Verschiebung der Elektrodenpaare als ein Maß für die jeweilige Beschleunigung erfaßbar ist

3. Meßanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel (10) bei Beschleunigungsmessungen, die über den Meßbereich der Meßanordnung hinaus gehen, bei abgeschalteter Stellspannung durch die verstellbaren Elektrodenpaare festklemmbar ist.

4. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenpaare aus jeweils einer mit ihrem Mittelpunkt in der Raumachse liegenden symmetrischen Flächenelektrode und einer dazu konzentrisch angeordneten Ringelektrode bestehen, welche die Kugel (10) kalottenförmig umfassen.

5. Meßanordnung nach Anspruchs dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenpaare eine kreisförmige Kontur aufweisen.

6. Meßanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenpaare eine achteckige Kontur aufweisen.