DE2853779B2

DE2853779B2 - Rollagemesser für drallstabilisierte Flugkörper und Geschosse

Info

Publication number: DE2853779B2
Application number: DE19782853779
Authority: DE
Inventors: Peter 8431 Breitenbrunn Weidner; Harald 8505 Schwaig Wich
Original assignee: Diehl GmbH and Co
Current assignee: Diehl Verwaltungs Stiftung
Priority date: 1978-12-13
Filing date: 1978-12-13
Publication date: 1981-07-16
Also published as: FR2444254A1; DE2853779A1; DE2853779C3; GB2039056A; GB2039056B; FR2444254B3

Description

Die Erfindung betrifft einen Rollagemesser für drallstabilisierte Flugkörper und Geschosse, mit einem exzentrisch zur Flugkörperachse angeordneten Sensor zur Erzeugung eines von der momentanen Rollage abhängigen Signals und einer diesem nachgeordneten elektronischen Auswerteschaltung zur Weiterverarbeitung dieses Signals.

. Soll bei einem drallstabilisierten Flugkörper oder Geschoß nach dem Abschuß eine Korrektur seiner Flugbahn durchgeführt werden, so bedarf es hierzu einer Information über seine momentane Rollage. Zur Durchführung einer solchen Flugbahnkorrektur ist es z. B. aus der DE-OS 22 64 243 bekannt, durch Zündung kleiner, an diskreten Punkten des Geschoßumfangs angebrachter Zusatzladungen einen kurzzeitigen, senkrecht zur Bewegungsrichtung des Geschosses gerichteten Korrekturimpuls auf das Geschoß auszuüben.

Die momentane Rollage wird bei diesem bekannten Geschoß über eine in der Seite des Geschosses angeordnete Helmholtz-Spule ermittelt, in der aufgrund ihrer durch die Geschoßrotation bewirkten Bewegung im Erdmagnetfeld ein Signal in Form einer Spannung induziert wird, deren Wert von ihrer jeweiligen Lage in bezug auf das Erdfeld abhängt. Dieses Signal wird in einer nachgeschalteten elektronischen Auswerteschaltung zur Ermittlung der gewünschten Information über die Rollage weiterverarbeitet.

Die bekannte Anordnung weist dabei den Nachteil auf, daß zur Ermittlung des Rollwinkels aus dem Sensorsignal zusätzlich eine — ebenfalls eine Helmholtz-Spule enthaltende — stationäre Meßeinheit, üblicherweise in der Abschußvorrichtung, zur Erzeugung eines Vergleichssignals, vorhanden sein muß. Dies aber erfordert nicht nur einen erhöhten technischen Aufwand, es setzt zugleich eine entsprechende Abstimmung beider Meßeinheiten voraus. Nachteilig ist ferner, daß bei dieser bekannten Anordnung die Information über die Rollage nicht ohne Übermittlung zusätzlicher Daten von außen, in diesem Fall von der ortsfesten zweiten Meßeinheit, ausschließlich im Geschoß erarbeitet werden kann.

Es ist daneben, unter anderem aus der DE-OS 26 58 167 bekannt, die Rollage eines Geschosses von der Abschußvorrichtung aus mit Hilfe eines Laserstrahls zu ermitteln, der von einer am Geschoßheck angeordneten Kombination aus einem Reflektor und einem Polarisator als linear polarisierter Strahl reflektiert wird.

ίο Nachteilig an dieser bekannten Anordnung ist jedoch die Zweideutigkeit des erzielbaren Signales in bezug auf eine Drehung des Geschosses um 180° um seine Längsachse. Diese Zweideutigkeit läßt sich nur durch zusätzliche Maßnahmen, wie etwa einem zusätzlichen Horizontalsensor oder eine Folge von Korrekturimpulsen, eliminieren. Auch bei dieser bekannten Anordnung ist es nicht möglich, die Ermittlung und Auswertung des Rollagesignals ausschließlich vom Geschoß aus vorzunehmen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Rollagemesser der eingangs genannten Art so auszubilden, daß dieser allein aufgrund der im Flugkörper bzw. Geschoß erzielbaren Informationen eine eindeutige Aussage über die momentane Rollage erlaubt und dabei zugleich möglichst einfach aufgebaut ist

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß

a) der Sensor aus einer piezokeramischen Zelle sowie einem massiven Körper besteht, welcher auf der der Flugkörperachse zugewandten Seite der piezokeramischen Zelle in etwa in radialer Richtung beweglich angeordnet ist, und

b) durch den die piezokeramische Zelle beaufschlagbar ist.

Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung des Sensors wird die piezokeramische Zelle durch den massiven Körper unterschiedlich stark beaufschlagt, und zwar abhängig von der momentanen Rollage des Flugkörpers bzw. Geschosses und der damit auf den massiven Körper in seiner Bewegungsrichtung wirkenden Komponente der Schwerkraft.

Der Verlauf der in der piezokeramischen Zelle aufgrund ihrer Beaufschlagung durch den massiven Körper induzierten Spannung ist somit in eindeutiger Weise mit der Rollbewegung des Flugkörpers korreliert. Der Sensor liefert ein angenähert sinusförmiges Signal, wobei das Maximum der Signalkurve einer solchen momentanen Rollage des Flugkörpers entspricht, daß der Sensor der Erdoberfläche zugewandt ist, während das Minimum einer demgegenüber um 180° gedrehten Rollage entspricht.

Die Tatsache, daß das im Rollagemesser nach der Erfindung erzeugte Signal von den auf den massiven Körper, welcher die piezokeramische Zelle beaufschlagt, einwirkenden Beschleunigungskomponenten abhängt, ermöglicht aber nicht nur eine eindeutige Anzeige der jeweiligen momentanen Rollage sowie der Rotationsfrequenz des Flugkörpers bzw. Geschosses,

bo sie gestattet es bei selbstangetriebenen Flugkörpern zugleich, den Brennschluß und damit das Ende der Beschleunigungsphase festzustellen, ohne daß hierzu zusätzliche Hilfsmittel erforderlich wären. Eine solche zusätzliche Information ist insofern von Bedeutung, als mögliche Flugbahnkorrekturen üblicherweise erst nach Brennschluß der Beschleunigungstreibsätze eingeleitet werden.
Anstelle einer piezokeramischen Zelle kann im

Rahmen der Erfindung in gleicher Weise und bei gleicher Anordnung ein mit einer Spannungsquelle, z. B. einer Batterie, zusammenwirkendes piezoresistives Bauelement verwendet werden. Auch in diesem Fall erhält man ein Sensorsignal wie das vorstehend beschriebene.

In vorteilhafter Weiterbildung des erfindungsgemäßen Roilagemessers sind die piezokeramische Zelle und der massive Körper zu einem Bauelement zusammengefaßt, welches als Ganzes in den Flugkörper bzw. das Geschoß einsetzbar ist. Hierdurch kann der Roilagemesser nach der Erfindung nicht nur besonders einfach und kostengünstig hergestellt werden, er ist zudem auch äußerst unempfindlich gegen Störeinflösse von außen.

Diese Vorteile werden bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung noch dadurch ergänzt, daß der Sensor und die elektronische Auswerteschaltung zu einer Baugruppe zusammengefaßt sind. Auf diese Weise läßt sich der erfindungsgemäße Rollagemesser besonders einfach auch nachträglich in Flugkörper und Geschosse einbauen bzw. jederzeit austauschen.

Im folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Und zwar zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung der Anordnung des erfindungsgemäßen Rollagemessers in einem Flugkörper,

Fig.2 ein Beispiel für die elektronische Auswerteschaltung des erfindungsgemäßen Rollagemessers,

Fig.3a—d eine graphische Darstellung des Signalverlaufs an verschiedenen Punkten der elektronischen Auswerteschaltung nach F i g. 2.

Im Innern eines drallstabilisierten Flugkörpers 1 und exzentrisch zu seiner Längsachse ist ein einen Sensor sowie eine elektronische Auswerteschaltung 3 enthaltender, eine verkapselte Baugruppe bildender Rollagemesser 2 eingebaut Der Sensor besteht dabei aus einer scheibenförmigen piezokeramischen Zelle 4 sowie aus einem massiven, in radialer Richtung beweglichen Körper 5, der auf der piezokeramischen Zelle aufliegt und von dieser durch eine Isolierschicht 6 getrennt ist. Die piezokeramische Zelle 4 ist mit Anschlußfahnen bzw. Kontakten 7 versehen, von denen einer direkt mit der Wand des Flugkörpers 1 verbunden ist, während der andere isoliert zur elektronischen Auswerteschaltung 3 geführt ist

Ein Beispiel für den Aufbau der elektronischen Auswerteschaltung 3 ist in Fig.2 wiedergegeben. Danach weist die Schaltung in ihrem mit der piezokeramischen Zelle 4 über den Kontakt 7 verbundenen Eingangsteil einen ersten Widerstand R 1, einen ersten Kondensator CX und einen ersten Operationsverstärker OP1 auf. Diesem nachgeschaltet sind ein zweiter Operationsverstärker OP 2, ein aus einem zweiten Kondensator C2 und einem zweiten Widerstand R 2 bestehendes Differenzialglied sowie eine dem zweiten Widerstand R 2 parallel liegende Diode D.

Aufgrund der Drallbewegung des Flugkörpers 1 wirkt auf den in radialer Richtung beweglichen massiven Körper 5 eine von der Rotationsgeschwindigkeit des so Flugkörpers 1 abhängige Zentrifugalkraft, die diesen gegen die piezokeramische Zelle 4 preßt. Der Druck, mit dem der massive Körper 5 dabei gegen die piezokeramische Zelle 4 gepreßt wird, ist über eine volle Umdrehung des Flugkörpers 1 angenähert konstant. b5 Zugleich wirkt auf den massiven Körper 5 die Schwerkraft, wobei jedoch nur derjenige Anteil der Schwerkraft im Hinblick auf die Signalerzeugung wirksam ist, der in der Bewegungsrichtung des massiven Körpers 5 verläuft Der restliche Anteil wird durch die seitliche Einfassung des massiven Körpers 5 aufgenommen.

Befindet sich nun der Flugkörper 1 in einer derartigen Rollzge, daß der Roilagemesser 2 genau unterhalb der Längsachse des Flugkörpers 1 liegt so wird der massive Körper 5 außer durch die Zentrifugalkraft auch durch sein Gewicht gegen die piezokeramische Zelle 4 gedrückt Dadurch erreicht die in dieser erzeugte Spannung ihren Maximalwert Hat sich der Flugkörper um 90° weiter um seine Längsachse gedreht so wird das Gewicht des massiven Körpers 5 vollständig durch die Seitenwände des Rollagemessers 1 aufgefangen und die Beaufschlagung der piezokeramischen Zelle 4 erfolgt allein durch die auf den massiven Körper 5 wirkende Zentrifugalkraft Nach weiteren 90°, d. h, wenn sich der Rollagemesser exakt oberhalb der Flugkörperachse befindet, wirkt das Gewicht des massiven Körpers 5 der auf ihn wirkenden Zentrifugalkraft entgegen. Somit erreicht der Druck auf die piezokeramische Zelle 4 und damit die in ihr erzeugte Spannung ihren Minimalwert

Es ergibt sich also am Ausgang des Sensors ein Signal, dessen zeitlicher Verlauf dem in F i g. 3a wiedergegebenen entspricht Dieser setzt sich zusammen aus einem kurzfristig als konstant anzusehenden Spannungsanteil, der durch die Zentrifugalkraft erzeugt wird — und der mit Verlangsamung der Geschoßrotation abnimmt — und aus einem oszillierenden Anteil. Die Frequenz dieses letzten Anteils entspricht dabei der Frequenz, mit der der Flugkörper 1 um seine Längsachse rotiert, wodurch eine direkte Messung dieser Frequenz möglich ist. Zugleich entspricht jeder Punkt der Signalkurve einem speziellen Rollwinkel, wodurch eine eindeutige Festlegung der Rollage möglich ist

Die Weiterverarbeitung des Signals kann mit Hilfe der in F i g. 2 in einem Beispiel dargestellten elektronischen Auswerteschaltung 3 erfolgen. In dieser Schaltung dient zunächst der Widerstand RX dazu, das durch die Zentrifugalkraft bedingte Gleichspannungssignal abzubauen, wobei der Kondensator CX Restanteile dieses Signals vom Eingang des ersten Operationsverstärkers OP1 fernhält Dieser erste Operationsverstärker OP1 dient zum einen als Impedanzwandler, zum anderen wird hier schon eine kräftige Verstärkung des am Eingang anliegenden Wechselspannungssignals erreicht (F i g. 3b). Nach einer weiteren Verstärkung bis in die Begrenzung durch den zweiten Operationsverstärker OP2 (F i g. 3c) wird aus diesem durch das nachfolgende, aus dem Widerstand R 2 und dem Kondensator C2 bestehende Differenzierglied je ein positiver und ein negativer Impuls erzeugt (Fig.3d). Durch die dem Ausgang parallel liegende Diode D wird schließlich der negative Impuls herausgefiltert so daß ais Ausgangssignal der elektronischen Auswerteschaltung ein positiver Impuls zur Verfugung steht. Dieser ist eindeutig mit einer festen Rollage des Flugkörpers 1 korreliert und läßt sich — gegebenenfalls zusammen mit der Information über die Rotationsfrequenz — zur Auslösung eines Korrekturimpulses durch Zünden einer Zusatzladung verwenden.

Während der Beschleunigdngsphase des Flugkörpers 1, d. h. bis zum Brennschluß, wirkt auf den massiven Körper 5 zusätzlich zur Schwerkraft und zur Zentrifugalkraft noch die Geschoßbeschleunigung, die ebenfalls ~ine Komponente in der Bewegungsrichtung des massiven Körpers 5 besitzt und dabei der Schwerkraft entgegengerichtet ist. Der Signalverlauf in dieser

Flugphase weicht somit vom Signalverlauf nach Brennschluß ab. Dieser Unterschied läßt sich zusätzlich zu einer Information über das Eintreten des Brennschlusses verwerten, um den frühesten Zeitpunkt zur Auslösung eines Korrekturimpulses festzulegen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Rollagemesser für drallstabilisierte Flugkörper und Geschosse, mit einem exzentrisch zur Flugkörperachse angeordneten Senscr zur Erzeugung eines von der momentanen Rollage abhängigen Signals und einer diesem nachgeordneten elektronischen Auswerteschaltung zur Weiterverarbeitung dieses Signals, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der Sensor aus einer piezokeramischen Zelle (4) sowie einem massiven Körper (5) besteht, welcher auf der der Flugkörperachse zugewandten Seite der piezokeramischen Zelle (4) in etwa in radialer Richtung beweglich angeordnet ist, und

b) durch den die piezokeramische Zelle (4) beaufschlagbar ist

2. Rollagemesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die piezokeramische Zelle (4) und der massive Körper (5) zu einem Bauelement zusammengefaßt sind, welches als Ganzes in den Flugkörper bzw. das Geschoß einsetzbar ist

3. Rollagemesser nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor und die elektronische Auswerteschaltung (3) zu einer Baugruppe zusammengefaßt sind.