DE3140699A1

DE3140699A1 - Zuendvorrichtung zum scharfmachen und explodierenlassen eines geschosses

Info

Publication number: DE3140699A1
Application number: DE19813140699
Authority: DE
Inventors: Clayton J. East Aurora N.Y. Schneider jun.
Original assignee: Calspan Corp
Current assignee: Calspan Corp
Priority date: 1980-10-15
Filing date: 1981-10-14
Publication date: 1982-06-03
Also published as: US4378740A

Description

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Zündvorrichtung zum Scharfmachen

und Explodierenlassen eines Geschosses

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Die Erfindung betrifft die militärische Geschoßtechnik und bezieht sich insbesondere auf die Technik des Scharfmachens und Zündens von Ringtragflächengeschossen. Im Hinblick auf die Sicherheit ist es erforderlich, daß die Sprengstoffkette für eine Munition vor dem Scharfmachen in einer versetzten oder verschobenen Lage angebracht ist, d.h. die Ladungen sollen körperlich in derartiger Weise angeordnet sein, daß weder die Hauptladung noch irgendeine der Übertragungsladungen zünden wird im Falle einer nicht beabsichtigten Sprengung der primären Sprengzünder in der Zündeinrichtung. Die mit einer solchen Forderung zusammenhängenden Schwierigkeiten bei der Ausgestaltung erhöhen sich durch eine Munition, die eine Mehrfachpunkt- und gleichzeitig wirkende Zündung benötigt, wie dies bei vielen der modernen, stabileren Munitionen mit massenfokussierter Ladung der Fall ist. Die Schwierigkeiten eines geeigneten Sicherheitsaufbaues ergeben sich ferner durch eine Munitionsgeometrie, die es erfordert, daß die Zentralachse des Geschosses von Zündvorrichtungsbestandteilen frei ist, wie es z.B, bei Ringtragflächengeschossen der Fall ist.

Ringtragflächengeschosse mit herkömmlichen Sprengstoffladungen sind bekannt. Die vorgenannten Probleme hinderten vor dieser Erfindung die mögliche Fabrikation von Hochsprengstoffgeschossen mit geformter Ladung, Mehrfachpunkt- und Zündungssprengstoffen für Ringtragflächengeschosse.

Die Erfindung schafft einen neuen, zu einem Zwischenschaltungsaufbau verschobenen bzw. seitlichen oder versetzten Aufbau, der gegen Scharfmachen sicher ist, und zwar für die übertragungs- und Sprengkapselladungen in einem Mehrfachpunktzünder, vornehmlich für hohle Geschosse. Die Booster-Ladungen bzw. Übertragungsladungen und die Sprengstoffla-

"'* "* " - -■ 3U0699 -δι düngen sind vor dem Scharfmachen unter einem Winkel derart angeordnet, daß für den Fall eines Zündens oder einer Fehlfunktion einer Sprengstoffladung weder die zugeordnete Booster-Ladung bzw. Übertragungsladung noch irgendeine andere Booster- oder Übertragungsladung gezündet wird. Die Betriebsfolge des beschriebenen Zünders sieht zuerst ein elektrisches Zünden des elektrischen Steuerschaltkreises vor durch die Tätigkeit einer Vielzahl von Trägheitskraftschaltern, welche durch die Trägheitskräfte aktiviert werden (die konventionell als "Rücksetz"-Kräfte bezeichnet werden), die beim Starten des Geschosses auftreten. Dann werden nach dem Betätigen der elektrischen Schaltkreise des Zünders mit dem Sichdrehen des Geschosses entstehende Rotationskräfte durch eine Vielzahl von Lichtsensorschaltern abgefühlt, die durch Zentrifugalkraft und über eine Faseroptik (Lichtleiter) betätigt werden und optisch in Reihe liegen, und wenn die Drehung des Geschosses durch die Zentrifugallichtsensorschalter gewährleistet bzw. eingeführt ist, wird eine elektrische Schaltung zu einem elektrisch gezündeten pyrotechnischen Treibwerk betätigt. Das Treibwerk zündet dann und dreht einen bewegbaren Ring in einer Laufbahn oder einer Spur, um die Sprengkapseln und Booster in Flucht zu bringen. An diesem Punkt ist das Geschoß vollständig scharf und befindet sich in seiner Fluglinie zum Ziel. Die Spengung des Geschosses erfolgt im allgemeinen durch eine elektrische Zündung, wenn die optischen Faserlichtsensoren ein Aufhören oder einen Wegfall oder eine erhebliche Verringerung der Drehzahl abfühlen. Das Geschoß kann alternativ auch bei einem schweren Aufprall explodieren.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen bis zum Scharfmachen verschobenen bzw. versetzten Zünderzug vorzusehen, der für ringförmige Geschosse geeignet ist. 35

Zweckmäßig ist es gemäß der Erfindung auch, wenn hierdurch . ein System zum Scharfmachen von ringförmigen Geschossen geschaffen wird, welches erfordert, daß eine Axialschubkraft

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und eine Drehkraft vollständig scharf werden.

Vorteilhaft ist es gemäß der Erfindung auch, wenn ein Scharfmachsystem vorgesehen wird, das für Ringtragflächengeschosse geeignet ist und die Sprengung einleitet, nachdem eine erhebliche Drehzahlabnahme des Geschosses abgefühlt ist.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendiingsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 gestrichelt ein herkömmliches Ringtragflächengeschoß mit einem an der Hinterkante angeordneten Zündergehäuse,

Fig. 2 schematisch eine Ausführungsform der Erfindung, Fig. 3 schematisch die seitliche bzw. verschobene oder

versetzte, nicht scharfgemachte Lage einer übertragungsladung und einer Sprengkapselladung,

Fig. 4 schematisch die Tätigkeit des Treibwerkes und der Bewegung der Sprengkapsel- und Booster-Ladungen in Flucht zum Scharfmachen des Geschosses,

Fig. 5 schematisch eine Schnittansicht durch eine übertragungsladung bzw. Booster-Ladung einer geeigneten, sich bewegenden Ringanordnung und Laufbahn- bzw. Spuranordnung,

Fig. 6 schematisch die Lage der Ladungen in dem scharfgemachten Zustand,
Fig. 7 schematisch einen Trägheitsschalter, der über einem

Abschnitt eines bewegbaren Ringes angeordnet ist, Fig. 8 schematisch eine Seitenansicht des in Fig= 6 gezeigten Trägheitsschalters,

Fig. 9 schematisch eine Vorderansicht des in Fig. 6 gezeigten Trägheitsschalters,

Fig. 10 eine schematische Darstellung einer abgeschnittenen Draufsicht einer typischen Ausführungsform eines durch die Zentrifugalkraft betätigten optischen Fa-

-ΙΟΙ serschalters in der offenen oder Stellung "aus", Fig. 11 eine schematische Draufsicht im Schnitt unter Darstellung des in Fig. 10 veranschaulichten Schalters in der geschlossenen oder der Position "ein", Fig. 12 eine schematische Seitenansicht des in den Fig. 10 und 11 veranschaulichten Schalters,

Fig. 13 ein schematisches Diagramm einer typischen Äusführungsform einer elektronischen Steuerschaltung mit getrennten Trägheitskraftschaltern und einer gemeinsamen Batterie und

Fig. 14 ein schematisches Diagramm einer typischen Ausführungsform einer elektronischen Steuerschaltung mit einer durch Trägheit betätigten Kraftquelle.

Fig. 1 veranschaulicht schematisch in strichpunktierten Linien ein typisches herkömmliches Ringtragflächengeschoß 11. Der Sprengstoff ist in einem herkömmlichen Metallgehäuse enthalten. Das Geschoß wird entlang einer Längsachse 13 gestartet mit einer Stabilisierungsdrehung 15 um die Achse Die Achse 13 liegt auch.längs der Fluglinie des Geschosses. Am rückwärtigen Ende des Geschoßgehäuses ist ein Gehäuse 17 angebracht, welches die Bestandteile des Zünders enthält. Das Gehäuse 17 liegt im allgemeinen in stromlinienförmiger Verbindung mit den Geschoßlinien, um die aerodynamische Gestalt des Geschosses fortzusetzen. Das Gehäuse ist in herkömmlicher Weise an der in Fig. 2 gezeigten Laufbahn bzw. der Spur 21 angebracht, die auch in herkömmlicher Weise an dem Sprengstoffgehäuse 11 durch Nieten 22 oder andere geeignete herkömmliche Mittel befestigt ist. Das Zündergehäuse kann ebenfalls auch nur einstückig mit dem Geschoßgehäuse geformt sein, statt daß es separat angebracht ist.

Die Zünderbestandteile sind in typischer Weise über einen bewegbaren Ring und einer festen Laufbahnanordnung in dem Zündergehäuse angebracht. Eine typische Ausführungsform ist in der allgemeinen schematischen Gesamtansicht der Fig. 2 gezeigt, und weitere Einzelheiten befinden sich in den übrigen Figuren.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 6 ist ein beweglicher
Ring 19 in einer Ausnehmung 20 in einer Laufbahn 21 angeordnet, wie im einzelnen in den Fig. 5 und 6 gezeigt ist.
Der Ring ist in der Laufbahn durch Halteleisten 23 gehalten. Der bewegliche Ring 19 hat zwei vorbestimmte definierte
Ortspositionen, die Sicherheitsstellung/ die in den Fig. 2, 3 und 5 gezeigt ist, und die scharfgemachte Position, wie
in den Fig. 4 und 6 gezeigt ist. Bei der Sicherheitsposition wird der Ring in Stellung gehalten und gegen eine Dre-

hung durch das Treibwerk 25 gehindert. Das Treibwerk 25 ist an der Laufbahn 21 angebracht. Sein Betätigungsarm 27 ist in .Drehlage am Ring 19 angebracht. Wenn das Treibwerk 25 durch eine elektrische Spannung betätigt wird, verlängert sich

der Arm 27 und bewegt den Ring in Richtung 29. Im allgemeinen ist ein herkömmliches, elektrisch gezündetes, pyrotechnisches Treibwerk bevorzugt, und zwar wegen seines Vorteils bezüglich Schub zu Größe und Gewicht. Die geringe Verzögerung in einem pyrotechnisehen Treibwerk, die ihren Schub
nach der elektrischen Zündung entwickelt, ist insofern günstig bzw. vorteilhaft, daß die Spitzenbeschleunigungskräfte vorüber sind und die Reibkräfte bei der Bewegung des Ringes für dessen Drehung viel geringer sind. Andere elektrisch
betätigte Triebwerke, wie z.B. pneumatische oder hydrauli-' sehe Triebwerke, können jedoch gewünschtenfalls benutzt

werden. Die Richtung der Ringdrehung bzw. der Geschoßdrehung ist nicht kritisch. Nachdem das Triebwerk den Ring in
die scharfgemachte Stellung bewegt, wird der Ring weiterhin am Platz verklinkt oder gesperrt, um eine weitere zusätzliche Bewegung durch die Klinke 31 zu verhindern, die an der

Laufbahn angebracht ist und mit der Kerbe 33 in dem Ring in Eingriff tritt. Die Zünderbestandteile mit Ausnahme der
Booster-Ladungen sind in typischer Weise durch eine Kombination der mechanischen Anbringung und durch Eingießen in
Kunststoff angeordnet und am Platz gehalten. Im allgemeinen sind ihre Halterungseinrichtungen nicht kritisch. Diese Bestandteile sind bezüglich der Laufbahn fest. Die Booster-Ladungen 37 sind im Ring 19 angeordnet und bewegen sich mit ihm.

Wie oben angedeutet, verlangen die allgemeinen Sicherheitserfordernisse , daß vor dem Scharfmachen zwei oder mehr Kräfte, die für das Starten charakteristisch sind, von dem Scharfmachemechanismus des Zünders abgefühlt werden. Hierdurch wird eine Munition geschaffen, die normal gehandhabt und mit vernünftiger Sicherheit transportiert werden kann. . Zusätzlich ist es, wie auch schon oben erwähnt, erforderlich, daß im nicht scharfgestellten Zustand, wenn ein Fehler auftritt und eine Zündladung oder Ladungen zufällig zünden, das gesamte Geschoß nicht explodieren soll. Die Erfindung schafft einen Zünder für Geschosse, welche alle diese Erfordernisse erfüllen. In dem nicht scharfgestellten Zustand, der in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist, befinden sich die elektronisch gezündeten herkömmlichen Sprengkapsel- oder Zündladungen 35, die in typischer Weise an der Laufbahn 21 durch Halterungsarme 36 angeordnet sein können und mit kleinem Spiel über dem beweglichen Ring 19 angeordnet sind, in einer das Zünden nicht übertragungsfähigen Lage mit entweder der Hauptladung oder den Booster-Ladungen 37.

Die herkömmlichen Übertagungsladungenjbzw. Booster-Ladungen 37 sind sehr oft Zeitrelais-Ladungen, weil sie im scharfgestellten Zustand die Zündung von den Sprengkapselladungen zur Hauptladung übertragen oder wie ein Relais umlegen., was ebenfalls ein Übertragen ist. Sollte in einem nicht scharfgestellten Zustand eine Sprengkapselladung 35 zufällig zünden, dann wird, das Feuer durch die feste Oberfläche des Ringes 19 gegen ein Erreichen der Hauptladung blockiert. Die zugeordnete Booster-Ladung 37 ist ausreichend von der Sprengkapsel 35 entfernt, so daß die Möglichkeit, daß sie gezündet wird, ziemlich gering ist. Sollte ferner die Booster-Ladung zünden, befindet sie sich über dem festen Bereich der Laufbahn, wie in Fig. 5 gezeigt ist, und im nicht scharfgestellten Zustand wird ihre Zündung nicht auf die Hauptladung übertragen. Wenn das Geschoß durch das Treibwerk 25 scharfgestellt wird, welches den die Booster-Ladungen 19 enthaltenden Ring 19 dreht, so daß die Booster-Ladungen direkt unter der Sprengkapselladung 35 angeordnet werden, wie in den Fig. 4 und 6 gezeigt -ist, wird das Feuer

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von den Sprengkapseln mit den Boosters bzw. den Verstärkern in Verbindung gebracht und ferner durch die Booster-Ladungen durch ein Loch 38 in der Laufbahn zur Hauptladung in Verbindung gesetzt, wobei in herkömmlicher Weise das Geschoß zum Explodieren gebracht wird.

Das Scharfstellen des Geschosses durch Betätigen des Treibwerkes tritt in zwei Stufen auf, deren jede auf das Starten des Geschosses hinweist. Der erste Schritt ist das Abfühlen des Vorwärtsschubes des Startens des Geschosses über die sich ergebende Rücksetzkraft, die in typischer Weise eine Kraft über 1000 G ist. Der zweite Schritt ist das Abfühlen der Drehung des Geschosses. Das Abfühlen der beim Start auftretenden Rücksetzkraft erfolgt durch eine Vie I-

zahl von in Reihe verbundenen Trägheitssensoren 41. Nur ein einziger Trägheitssensor wäre für den Zünder notwendig, es ist jedoch für eine zusätzliche Sicherheit erwünscht, daß mehr als einer benutzt wird. Wie in der Darstellung gezeigt, erachtet man drei Trägheitssensoren zum Abfühlen der Rück-

setzkraft des Startens im allgemeinen als die optimale Anzahl. Wenn die Sensoren elektrisch in Reihe verbunden sind, müssen alle betätigt werden, um den ersten Schritt zum Scharfstellen des Geschosses zu beenden. Es ist deshalb recht unwahrscheinlich, selbst unter einem kräftigen Schlag, der eine Einheit aktivieren lassen könnte, daß der Zustand, daß drei Einheiten durch andere Faktoren betätigt werden als durch das tatsächliche Starten des Geschosses, sehr entfernt oder unwahrscheinlich ist.

Der erste Schritt beim Scharfstellen ist beendet, wenn die Trägheitssensoren 41 aktiviert sind und die elektrische Energie mit der elektronischen Steuerschaltung 43 verbunden ist.

Die Trägheitssensoren 41 können herkömmliche Trägheitsschalter sein, die arbeiten oder schließen, wenn sie den normalen Rücksetzkräften beim Starten ausgesetzt werden. In typischer Weise sollten sie bei einer Beschleunigungskraft

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schließen (im allgemeinen ausgedrückt durch eine Kraft G) d.h. die Größe der Erdbeschleunigung von näherungswesie 1/2 bis 3/4 derjenigen Kraft, die beim Starten für das betreffende spezielle Geschoß typisch ist. Hierdurch wird eine zweckmäßige Zuverlässigkeit des ScharfStellfaktors geschaffen, kombiniert mit einem vernünftigen Sicherheitsfaktor. Herkömmliche Trägheitsschalter 41a, wie schematis-ch in Fig. 13 veranschaulicht ist, können verwendet werden, um eine herkömmliche Batterie 42 mit der elektronischen Schaltung zu verbinden, wie nachfolgend im einzelnen noch dargelegt wird.

Die bevorzugte, durch Trägheit betätigte Kraftquelle, die hier beschrieben, aber nicht beansprucht ist/ ist schematisch in den Fig. 7, 8 und 9 gezeigt und in elektronischschematischer Form in Fig. 14. Diese Kraftquelle 41b hat eine in sich geschlossene bzw. unabhängige Batterie 81, wie z.B. eine herkömmliche Quecksilberzelle, die das sich bewegende Element in dem Sensor ist. Die Zelle oder Batterie, wie man sie gewöhnlich nennt, ist in dem länglichen Hohlraum 83 des Gehäuses 85 enthalten. Unter ausreichender Abwä.rtsbeschleunigung des Gehäuses gleitet die Batterie infolge ihrer Trägheit aus dem unteren Ende des Hohlraumes in das obere Ende 87. Hierbei verkeilt sie sich zwischen den Federkontakten 89 und 91, und die Batteriespannung wird nun an den Anschlüssen 93 und 95 vorgesehen. Bevor sich die Batterie jedoch erheblich bewegen kann, muß sie den Scherkörper 97 abscheren. Ein kleiner Kupferdraht ist ein geeigneter Scherkörper. Bei einer typischen Ausführungsform ist das Gehäuse herkömmlich hergestellt aus konventionellem Material für die Platte gedruckter Schaltungen. Der Kupferscherdraht 97 ist in üblicher Weise an seinen Enden 99 und 100 an der Kupferoberfläche der Platte angelötet. Eine Kupferplattierung sollte in der Nähe der Anschlüsse 93 und 95 vom Gehäuse entfernt werden, um die Möglichkeit eines Kurzschlusses auszuschließen. Eine Federklinke 103 drückt sich leicht in eine Ausnehmung, sobald die Batterie sich von der unteren Stellung in die obere bewegt. Nachdem die Batterie an

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der Klinke vorbeigegangen ist, bewegt sich die Klinke nach draußen zurück und verhindert, daß die Batterie sich von den Kontakten herausbewegt, nachdem der Kontakt einmal hergestellt worden ist. Die diese Erfindung benutzenden Personen können leicht näherungsweise die Größe des Scherdrahtes berechnen, wenn sie die Scherkonstante des Materials des Drahtes, die Batteriemasse und die Kraft G berücksichtigen, die beim Starten des Geschosses zu berücksichtigen ist.

Allgemein ist es erwünscht, die durch Trägheit betätigte Kraftquelle 41b etwas unter einem Winkel anzustellen, wie in Fig. 7 gezeigt ist, so daß die Bewegung der Batterie mehr fast in einer Linie liegt, d.h. die Resultierende der Vorwärtsbeschleunigung 105 und der Drehbeschleunigung 107 ist. Diese winkelige Anstellung des Trägheitssensors ist nicht kritisch.

Die zweite Stufe des Scharfstellens ist das Abfühlen der Drehung des Geschosses durch zentrifugal betätigte Lichtschaltungsschalter 45. Vorzugsweise sind drei Lichtkreisschalter in optischer Reihenlage verbunden und so benutzt. Drei in Serie geschaltete Schalter, die etwa in einem Winkelabstand von 120° angeordnet sind, schaffen einen sehr zuverlässigen Rotationsanzeiger. Wenn nur ein einziger Schalter benutzt würde, könnte ein heftiger Seitenstoß den Arm in den Zustand "ein" bewegen. Zwei um 180° gegeneinander beabstandete Schalter würden leicht den Vibrationen in der Ebene der Schalter unterworfen werden. Zwei Schalter im Abstand von 90° würden durch einen Stoß längs der Mittellinie bzw. halbierenden oder Symmetrielinie ihrer Winkel betätigt, und deshalb sind aus Sicherheitsgründen drei Schalter bevorzugt.

Der Aufbau eines durch Zentrifugalkraft betätigten Lichtkreisschalters ist schematischin den Fig. 10, 11 und 12 dargestellt. Das sich bewegende Element des Schalters ist ein freitragender oder einseitig eingespannter optischer Faserstab 47. Der Stab wird von dem Schaltergehäuse an

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einem Ende 51 gehaltert und ist an diesem angebracht. Wenn der optische Faserstab 47 äußeren Kräften nicht ausgesetzt ist₇ ist er gerade und befindet sich dicht an der Gehäusewand, wie in Fig. 10 gezeigt ist. Der Schalter befindet sich in dem Zustand der Fig. 10 in der offenen oder Stellung "aus.". Wenn deshalb Licht durch den optischen Faserstab bei 53 vorläuft, tritt kein Licht in den optischen Faserstab 55 ein, um durch ihn bei 57 für eine spätere Erfassung durch einen' Detektor weiterzulaufen. Wenn der Schalter unter einer Beschleunigung 59 steht, veranlaßt die Trägheit des optischen Faserstabes ein Wegbiegen desselben aus der Richtung der Beschleunigung. Unter einer hinreichend großen Beschleunigungskraft wird die Steifigkeit des optischen Faser Stabes in dem Ausmaß überwunden, daß das freie Ende des Stabes auf dem Anschlag 60 zur Ruhe kommt. Das freie Stabende liegt somit in Flucht mit dem Ende des optischen Faserstabes 55, wodurch der Schalter in den geschlossenen oder Zustand "ein" gebracht ist. Licht kann nun in jeder Richtung durch den Schalter hindurchlaufen. Führungsschienen 61, 63, 65 und 67 haltern den optischen Faserstab 47 unter äußeren oder Fremdkräften in anderen Richtungen als der Hauptkomponente der Beschleunigung 59, so daß im Falle des Vorhandenseins von Seitenkräften zusätzlich zu der gewünschten Betätigungskraft das freie Ende des Stabes 47 dann, wenn es gegen den Anschlag 59 liegt, in Flucht mit dem Ende 69 des optischen Faserstabes 55 liegt. Die Schienen dienen zusätzlich zur Fluchthaltung des beweglichen Stabes auch dazu, die Reibung zu verringern. Die Position und das Material der Schienen ist nicht kritisch. 30

Die durch Zentrifugalkraft betätigten Lichtkreisschalter 45 mit Lichtleitern sind in einer optischen Reihenanordnung durch optische Faserstabelemente verbunden, die in idealer Weise Fortsetzungen der Schalterelemente sind, wie in Fig. 2 gezeigt.ist. Licht wird in ein Ende der Serienkette der Lichtschalter eingeführt, und wenn alle die Schalter geschlossen sind, was eine Anzeige für die Drehung ist, wird das Licht am anderen Ende der Kette erfaßt. Es ist unwich-

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-Μ Ι tig, welches Ende des Lichtkreises die Beleuchtung aufnimmt und an welchem Ende der Detektor angeordnet ist. Bei der in Fig. 4 veranschaulichten Ausführungsform führt der Lichtemitter 111 Licht in den optischen Reihenkreis ein, und der Detektor 113 erfaßt die Gegenwart von die Schaltung bzw» den Kreis .durchfließendem Licht. Durch die Linien 115 bzw. 117 werden elektrische Verbindungsdrähte zum Lichtemitter und zum Lichtdetektor von der Steuerschaltung 43 veranschaulicht. Es ist kein Versuch unternommen worden, alle elektrischen Verbindungen in Fig. 2 zeichnerisch darzustellen, weil hierdurch die Zeichnungen übermäßig belastet werden und eine Verwirrung entstehen könnte. Typische elektrische Schaltkreise sind in den elektrischen schematischen Diagrammen der Fig. 13 und 14 gezeigt. Ein Fachmann, der nach dieser Erfindung arbeitet, wird sehr gut die geeigneten Leitungsverbindungen schaffen. Jede Verdrahtung von Punkt zu Punkt oder auch die Schaltungstechniken bei gedruckten Schaltungen können benutzt werden. Im allgemeinen ist eine Kombination der beiden das zweckmäßigste.

Im allgemeinen sind die einzelnen Bestandteile der elektrischen Schaltung der Erfindung nicht kritisch. Die Frequenz des im Lichtkreis verwendeten Lichtes ist auch nicht kritisch außer dem offensichtlichen Kriterium, daß die An- Sprecheigenschaften des Detektors im allgemeinen mit den Emissionseigenschaften des Emitters kompatibel bzw. verträglich sein müssen. Herkömmliche lichtemittierende Dioden (LED) und herkömmliche Silikon-PIN-Fotodiodendetektoren sind geeignete Lichtquellen und Detektoren. Ein typisches Beispiel einer Ausführungsform des durch Zentrifugalkraft betätigten Lichtschalters mit Lichtleitern besitzt einen freitragenden optischen Faserstab, der etwa 1/2 Zoll lang (1,2 cm) ist, von der Stütztwand des Gehäuses zum freien Ende des Stabes. Die freie Bewegung des Stabendes beträgt näherungsweise 1/4 Zoll (6,35 mm). Der Durchmesser des Stabes ist etwa 0,76 mm (30 OOOstel Zoll). Diese spezielle Ausführungsform für ein besonderes Geschoß schließt bei näherüngswcise 10 % der maximalen Drehzahl oder Rotationsgc-

schwindigkeit und öffnet wieder etwa bei der gleichen Geschwindigkeit bzw. Drehzahl. Bei einigen Fällen, bei denen der optische Schalter so ausgestaltet ist, daß er bei einem relativ kleinen Prozentsatz der Spitzendrehgeschwindigkext schließt, kann es erwünscht sein, den Anschlag 60 zu verlängern oder einen zusätzlichen Anschlag näherungsweise an der Stelle der Mitte des Stabes für die gewünschte Betätigungsgeschwindigkeit vorzusehen. Dieser zusätzliche Anschlag verhindert dann eine Überbeanspruchung des Stabes und ein mögliches Brechen desselben bei extrem hohen Drehgeschwindigkeiten bzw. Drehzahlen.

Es sei bemerkt, daß die Auswärtskräft auf einen Körper, der sich um ein Drehzentrum dreht, im allgemeinen als Zentrifugalkraft ausgedrückt wird. Dieselbe Kraft kann auch als Trägheitskraft betrachtet werden, welche durch die Körperbeschleunigung zur Drehmitte hin hervorgerufen ist. Somit kann die Drehung mit Sensoren abgefühlt werden, die sowohl Zentrifugal-, Beschleunigungs- oder Trägheitssensoren genannt werden.

Unter Bezugnahme auf die elektronischen schematischen Diagramme der Fig. 13 und 14 werden die Trägheitsschalter 41a oder die trägheitsverbundene Batteriekraftquelle 41b durch die Rücksetzkraft des Startschubes betätigt. Hierdurch wird die elektrische Kraftquelle mit der Elektronik der Steuerschaltung 43 verbunden, d.h. dem herkömmlichen Festkörperverstärker 11 5 und dem herkömmlichen logischen Schaltungsmodul 117 (die Kraftverbindungen zum logischen Modul sind nicht dargestellt, aber deren Verständnis wird vorausgesetzt) sowie mit Lichtquelle 111. Hierdurch wird die erste Stufe des Scharfstellens vervollständigt bzw. abgeschlossen. Die Drehung des Geschosses schließt die Reihe der verbundenen Zentrifugalkraft-Lichtschalter 45. Der Lichtdetektor 113 erfaßt das durch die geschlossenen Lichtschalter kommende Licht, welches die Drehung anzeigt, und die sich ergebende Signalspannung vom Detektor wird im Verstärker 115 verstärkt. Der Verstäker 115 schafft eine auf den Lichtdetek-

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tor ansprechende Ausgangsspannung, und diese Ausgangsspannung zündet elektrisch das pyrotechnische Treibwerk 25. Durch das Zünden des Treibwerkes wird der Ring 19 gedreht, wie oben erläutert ist, und das Geschoß ist ganz scharfgestellt und befindet sich auf seiner Fluglinie zum Ziel. Sobald das herkömmliche Treibwerk zündet, öffnet es seine elektrische Eingangsverbindung.

Wenn die Drehung des Geschosses aufhört oder unter die Zentrifugalkraft abfällt, die erforderlich ist, um alle die Lichtkreisschalter geschlossen zu halten, hört das Signal vom Lichtdetektor 113 auf. Ebenso hört das Signal vom Verstärker 115 auf, die Sprengkapseln 35 zünden, und das Geschoß wird explodieren gelassen. Die Tätigkeit einer geeig-

•15 neten logischen Schaltung zur Durchführung der vorstehenden Maßnahmen ist in den Fig. 13 und 14 dargestellt. Wenn auf der Leitung 123 kein Signal ansteht, aber Kraft bzw. Energie aufgebracht ist, gibt es kein Ausgangssignal auf Leitung 125 wegen der Umkehr auf dem unteren Eingang am UND-Gatter. Wenn eine Signalspannung an der Leitung 123 ansteht, gibt es auch kein Ausgangssignal auf der Leitung 125, weil das Signal am oberen Eingang zum UND-Gatter und eine Umkehrung oder Negation am unteren Eingang ist. Während dieser Zeit lädt sich der Kondensator 119 auf. Wenn das Signal dann von der Leitung 123 weggenommen wird, hält der Kondensator 119 das Signal am oberen UND-Gattereingang, und durch eine Umkehrung des Signals "O" am unteren Eingang leitet das UND-Gatter, und eine Spannung wird auf Leitung 125 gelegt, die den siliciuragesteuerten Gleichrichter 127 ansteuert und die Ladung auf dem Kondensator 129 durch die Sprengkapseln unter Zünden derselben entlädt bzw. entleert. Die RC-Schaltung 119 - 121 ist eine herkömmliche RC-Schaltung. Die Fachleute, die nach der Lehre dieser Erfindung handeln, werden in herkömmlicher Weise die Werte für die RC-Zeitkonstante auswählen, die mit den anderen Parametern der Schaltung kompatibel ist, und ebenso die Betriebsbedingungen, wie hier gelehrt.

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Es sei bemerkt/ daß zwar das Öffnen und Schließer; der Lichtkreisschalter nominell bei demselben numerischen Wert auftritt/ daß aber im allgemeinen das Schließen aller Lichtkreisschalter bei einer etwas größeren Drehgeschwindigkeit oder Drehzahl auftritt, als das Öffnen eines der in Reihe verbundenen Lichtschalter, und zwar wegen der Geschwindigkeit/ die sich im Zustand der Erhöhung im ersteren Fall und im Zustand der Verringerung im letzteren Fall befindet.
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Claims

Dr.. Dieter· Weber Klaus -Seiffert

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Patentanwälte

Dlpl-Chein. Dr. Dieter Weber . DIpl.-Phys. Klaus Selffprt Postfach 614S . 62OO Wiesbaden

Deutsches Patentamt Zweibrückenstr.

8000 München

D-6200 Wiesbaden 1

26

Telefon 06121/S72720

Telex I 4-186247

PoBtecbecJc j Krnnkfurt/Maixj β7 6ϊΜϊ0ίΙ Bank: Dresdner Bank AG, WU«Hl)«d**xx_t Konto-Nr. 27Θ807 (DLZ 51Ü8OÜCO)

1 7028

12. Oktober 1981 Sf/Wh

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Calspan Corporation, Buffalo, New York, USA

Zündvorrichtung zum Scharfmachen und Explodierenlassen eines Geschosses

Priorität: Serial No. 197 307 vom 15. Oktober 1980 in USA

Patentan Sprüche

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Zündvorrichtung zum Scharfmachen und Explodierenlassen eines Geschosses, welches entlang einer Längsdrehachse gestartet wird, gekennzeichnet durch

a) eine Quelle elektrischer Energie,

b) eine elektronische Steuerschaltung mit einem Krafteingang, einem Signaleingang, einem ersten Signalausgang, der auf den ersten Signaleingang anspricht,

und einen zweiten Signalausgang, der auf einen zweiten Signaleingang anspricht,

c) eine Einrichtung zum Abfühlen des Startschubes des Geschosses und zum Verbinden der elektrischen Energiequelle nach Ansprechen auf diesen Schub mit dem Krafteingang der elektronischen Steuerschaltung, wodurch diese eingeschaltet wird,

d) eine von einem elektrischen Signal gezündete Sprengkapselladung in Verbindung mit dem zweiten Signalausgang der ersten elektronischen Steuerschaltung,

e) eine Übertragungsladung,

f) eine Einrichtung zum anfänglichen Einstellen der Übertragungsladung und der Sprengkapselladungim Abstand voneinander in eine Lage ohne Verbindung und Zünden,

g) eine durch ein elektrisches Signal gezündete Einrichtung, welche eine Verbindung schafft mit dem ersten Signalausgang der elektronischen Steuerschaltung zur Bewegung der Übertragungsladung und der Sprengkapselladung in eine zum Zünden in Verbindung bringbare Lage,

h) eine Einrichtung zum Abfühlen eines ersten bestimmten Rotationszustandes des Geschosses und Schaffung eines ersten Signaleinganges zu der elektronischen Steuerschaltung, wodurch die Übertragungsladung und die Sprengkapselladung in eine den Zündvorgang übertragungsfähige Lage bewegt werden, und

i) eine Einrichtung zum Abfühlen eines zweiten bestimmten Zustandes der Drehung des Geschosses und Schaffung eines zweiten Signaleinganges zur elektronischen Steuerschaltung, wodurch diese den zweiten Signalausgäng mit Zünden der Sprengkapsel und Explodierenlassen des Geschosses vorsieht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet _r daß die Einrichtung zum Abfühlen des Startens einen durch Trägheit" aktivierten Schalter aufweist.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der erste bestimmte Zustand der Drehung eine erste bestimmte Geschwindigkeitsgröße der Drehung (Drehzahl) und der zweite bestimmte Rotationszustand eine bestimmte zweite Drehzahlgröße ist, die kleiner als die erste Größe .ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste vorbestimmte Rotationszustand eine vorbestimmte, zunehmende Drehzahlgröße ist und der zweite vorbestimmte Rotationszustand eine vorbestimmte, abnehmende Drehzahlgröße ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die absoluten Werte der zunehmenden und abnehmenden Drehzahlgrößen nominell derselbe numerische Wert sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Geschoß ein hochexplosives Projektil von Ringtragflächenform ist und ein Metallgehäuse hat mit einem vorderen und einem rückwärtigen Ende und daß die Zündvorrichtung in einem Verschluß enthalten ist, der an dem rückwärtigen Ende des Gehäuses angebracht ist. und daß der Verschluß mit der Gestaltung des Geschosses eine Stromlinienform hat.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Abfühlen einer vorbestimmten ersten Drehzahlgröße und die Vorrichtung zum Abfühlen einer vorbestimmten zweiten Drehzahlgröße ein Lichtschaltkreisschalter ist, der über eine Zentrifugalkraft und Lichtleiter (optische Faser) betätigt ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Bewegung der Übertragungsladung und der Sprengkapselladung in eine

Zündungsübertragungslage ein durch ein elektrisches Signal gezündetes pyrotechnisches Triebwerk aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das ringtragflächenförmige, hochexplosive Geschoß ein zweistufiges Scharfmachsystem aufweist, welches seinerseits folgende Teile aufweist: a) eine kreisförmige an dem Geschoßgehäuse konzentrisch zu der Längsachse angebrachte Laufbahn bzw. Spur, b) einen in der Laufbahn angeordneten bewegbaren Ring,

c) eine Vielzahl von Übertragungsladungen, die in dem bewegbaren Ring in vorbestimmtem Abstand zueinander angeordnet sind für das Inverbindungsetzen in Zündlage mit dem hochexplosiven Sprengstoff des Geschosses,

d) eine Vielzahl von Sprengkapselladungen, die an der Laufbahn angebracht sind und über dem bewegbaren Ring jeweils in gegenseitigem Abstand bezüglich der Übertragungsladungen angeordnet ist,

e) eine Einrichtung zur Schaffung einer ersten Positionierung des bewegbaren Ringes unter Anordnen der Vielzahl von Übertragungsladungen in nicht übertragende Zündlage mit der Vielzahl von Sprengkapselladungen,

f) ein elektrisch gezündetes pyrotechnisches Triebwerk, welches mit der Laufbahn und mit dem bewegbaren Ring zusammenwirkt zur Bewegung des Ringes mit der Mehrzahl der Übertragungsladungen in Zündübertragungslage mit der Mehrzahl der Sprengkapselladungen,

g) eine Einrichtung mit einer elektronischen Schaltung zum Zünden des Triebwerkes,

h) eine Einrichtung zum Abfühlen des Startens des Geschosses und zum elektrischen Betätigen der elektronischen Schaltung, wodurch die erste Stufe des Scharfinachens erfolgt, und

i) eine Einrichtung zum Abfühlen einer bestimmten Drehzahl des Geschosses unter Zusammenwirken mit der elektronischen Schaltung, wodurch das Triebwerk ge-

zündet wird, die übertragungsladungen und die Sprengkapselladungen in Zündübertragungslage gebracht werden, zum Abschluß des zweiten Schrittes des Scharfmachens, wodurch das Geschoß vollständig scharf ist.

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10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Abfühlen des Startens des Geschosses und zur elektrischen Betätigung der elektronischen Schaltung eine durch Trägheit betätigte elektrische Kraftquelle aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Abfühlen der Drehung des Ges.chosses eine Vielzahl von . Lichtschaltkreisschaltern aufweist, die durch Zentrifugalkraft und Lichtleiter betätigt sind und optisch in Reihenlage verbunden ". sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Abfühlen der Drehung des Geschosses eine Vielzahl von Beschleunigungsmessern mit Lichtschaltkreis und Lichtleitern aufweist, die optisch in Reihenlage verbunden sind, wodurch bei einer bestimmten Drehzahl des Geschosses der Lichtkreis über die Beschleunigungsmesser geschlossen wird.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12,.dadurch gekennzeichnet, daß sie ein System zum Scharfmachen und Sprengen eines ringtragflächenförmigen hochexplosiven Geschosses aufweist, welches mit einer Vorwärtsbeschleunigung und einer Winkeldrehung gestartet wird, wobei das System folgende Teile aufweist:

a) eine Einrichtung, die auf die Vorwärtsbesehleunigung anspricht und ein erstes elektrisches Signal vorsieht,

b) eine Einrichtung, welche auf die Winkelrotation anspricht und auf das erste elektrische Signal zur

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Schaffung eines zweiten elektrischen Signals,

c) eine erste Vielzahl von Sprengladungen, die radial in einer ersten Ebene in vorbestimmten! Winkelabstand zueinander angeordnet ist,
d) eine zweite Vielzahl von Sprengstoffladungen in einer 1 : 1-Entsprechung mit der ersten Vielzahl von Ladungen, die radial in einer zweiten Ebene angeordnet sind in entsprechend vorbestimmter Winkelabstandslage,

tO e) eine erste Einrichtung zum Einstellen der ersten Ebene und der zweiten Ebene in eine Relativlage derart, daß die erste Vielzahl von Sprengstoffladungen und die zweite Vielzahl von Sprengstoffladungen in einer das Zünden nicht übertragungsfähigen Lage sind,

f) eine auf das" zweite elektrische Signal ansprechende Einrichtung zum Einstellen der ersten Vielzahl von Sprengstoffladungen und der zweiten Vielzahl von Sprengstoffladungen in eine das Zünden übertragungsfähige Lage, und

g) eine auf ein Aufhören bzw. einen Wegfall des zweiten elektrischen Signales ansprechende Einrichtung zum Explodierenlassen des Geschosses.