DE3342958C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Sensoranordnung ist aus der US-PS 40 85 910 bekannt. Dort sind zwei Sensoren konzentrisch in einen Kugelkappenbereich eines kugelförmigen Gehäuses eingebaut, das mittels zweier Kugeln im Suchkopf gehaltert ist. Diese beide Haltekugeln laufen einerseits in einer zur Suchkopf-Längsachse konzentrischen Führung und anderer­ seits in parallel zu dieser Achse sich erstreckenden Führungen, so daß das kugelförmige Sensorgehäuse Nick- und Rollbewegungen ausführen kann, die vom Innenrahmen eines Kardansystems über ein Gestänge her­ vorgerufen werden. Dieser Innenrahmen trägt im Zentrum ein stabili­ sierendes Kreiselsystem. Nachteilig an einer derartigen Suchkopf-Aus­ stattung ist insbesondere die wenig belastbare Anordnung des verschwenk­ baren Sensorgehäuses, weshalb eine derartige Ausbildung praktisch nicht in Betracht kommt wenn große Axialbeschleunigungen auftreten, wie etwa beim Abschuß eines endphasengelenkten Geschosses. Darüber hinaus ist von Nachteil, daß durch diese Suchkopf-Ausstattung das Zentrum des Suchkopfes und damit des vorderen Projektil-Bereiches durch vielfältige Sensor-Einrichtungen ausgefüllt ist und somit für die munitionstechnische Wirkung eines entsprechend ausgestatteten Projektiles nicht zur Verfügung steht.

Eine ähnliche Sensoranordnung ist aus der EP-OS 79 684 bekannt. Dort ist der Sensor in den inneren Rahmen des Kardansystemes eingebaut. Das führt jedoch zu relativ großen Radialabmessungen für das Kardan­ system und bedingt erheblichen Fertigungsaufwand, während anderer­ seits im Störungsfalle der Sensor schwierig für Wartungsarbeiten zu erreichen ist.

Generell ist die apparative Bestückung des inneren Kardanrahmens unzweckmäßig, da dann große Massen zu bewegen sind.

Aus der US-PS 43 39 097 ist ein Suchkopf mit einem kugelförmig abge­ stützten Sensor bekannt, bei dem wiederum die Sensor-Detektoren zentral angeordnet sind. Auch ein solcher Suchkopf ist deshalb nicht für bestimmte hochleistungsfähige Munition anwendbar, die einen Gefechtskopf mit axial voraus orientierter Hohlladung aufweist, welche eine ungestörte axiale Zone für die effektive Ausbildung des Hohlladungs-Stachels nach dem Zünden des Gefechtskopfes benötigt.

In Erkenntnis dieser Gegebenheiten liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Sensoranordnung derart auszugestalten, daß sich unter Beibehaltung wartungsfreundlichen Aufbaues eine hohe Betriebssicherheit insbesondere auch in bezug auf die beim Abschuß eines Projektiles auftretenden mechanischen Beanspruchungen realisieren läßt und die Sensoranordnung insgesamt den notwendigen Raum für die ungestörte Ausbildung eines Hohlladungs-Stachels zur Verfügung stellt. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die gattungsgemäße Sensoranordnung gemäß den Kennzeichnungsmerkmalen des Anspruches 1 ausgestaltet ist.

Der Aufbau beruht also wieder darauf, daß in Richtung der Längsachse des Projektils im Suchkopf genügend Einbauraum zur Verfügung steht, um das Kardanrahmensystem einerseits und andererseits den eigentlichen Sensor axial gegeneinander versetzt anzuordnen und die Bewegungs­ kopplung über Gelenkverbindungen außerhalb der Zentralachse zu realisieren.

Durch diesen axialen Versatz zwischen dem Kardansystem und dem eigent­ lichen Sensor bleibt der Aufbau unkompliziert und wartungsfreundlich; und er wird überaus mechanisch stabil und somit funktionstüchtig, weil die Massen einerseits des Kardanrahmensystems und unabhängig davon andererseits des Sensors im Suchkopf den Abschuß-Beschleunigungs­ kräften gegenüber großflächig längs Kugelflächen abgestützt werden. Die Sensorhalterung außerhalb des Kardansystemes erbringt auch geringe Radialabmessungen und somit die Möglichkeit der Ausbildung eines schlanken Suchkopfes für Projektile vergleichsweise kleinen Kalibers, ohne auf irgendwelche Zielsuch- und Zielverfolgungsfunktionen aus dem Suchkopf heraus verzichten zu müssen; während andererseits im Innenraum des Sensors und des Kardansystemes ein Kanal zur ungestörten Ausbildung eines Hohlladungs-Stachels axial voraus zur Verfügung steht.

Ein Aufbau des Wendekreisels unabhängig vom Rahmensystem für die Sensorbewegung ermöglicht darüber hinaus einen service­ freundlichen Systemaufbau aus eindeutig gegliederten Unter­ komponenten in Form von funktionell eigenständigen Untersy­ stemen. Der dadurch ermöglichte kleine Aufbau des Wendekrei­ sels erbringt kleine rotierende Massen und ermöglicht den Schwenk-Antrieb der Komponenten des Rahmensystems mit großen Winkelgeschwindigkeiten über Stellglieder (sogenannte Torque­ motore) mit ihrerseits geringen Trägheitsmassen.

Besonders zweckmäßig ist es, die Bewegungskopplung zwischen dem Kardanrahmensystem und dem Sensor über ein Parallelogramm­ gelenk auszubilden, das lediglich aus zugbeanspruchten Koppel­ stangen mit stirnseitigen Kugelgelenken besteht. Denn dann ist die Längen-Einstellung der Koppelstangen unkritisch, weil kei­ ne Überbestimmung mechanischer Freiheitsgrade gegeben ist; und insbesondere erfolgt bei der Abschuß-Beschleunigung eines mit solchem Suchkopf ausgestatteten Projektils keine Druckübertra­ gung vom Sensor auf das Kardanrahmensystem, die andernfalls zu Betriebsstörungen jedenfalls zu Betriebsbeginn gleich nach dem Abschuß führen könnte.

Zusätzliche Weiterbildungen und Alternativen sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Un­ teransprüchen und aus nachstehender Beschreibung eines in der Zeichnung unter Beschränkung auf das wesentliche stark ver­ einfacht aber angenähert maßstabsgerecht dargestellten bevor­ zugten Ausführungsbeispiels zur erfindungsgemäßen Lösung. Es zeigt

Fig. 1 in Explosionsdarstellung die Sensoranordnung in einem Suchkopf vor dem Gefechtskopf eines Projektils (bei Darstellung mit um 90° um die Längsachse verdrehten Querachsen) und

Fig. 2 den vor dem Gefechtskopf zusammengebauten Suchkopf im Gierachsen-Längsschnitt.

Im wesentlichen axialsymmetrisch bezüglich der Längsachse 1 eines Projektils befindet sich vor seinem Gefechtskopf 2 ein Suchkopf 3 mit einem Sensor 4 hinter einem strömungsgünstig geformten Frontradom 5. Der Gefechtskopf 2 ist mit einer Hohl­ ladung (in der Zeichnung nicht dargestellt) ausgestattet, vor der ein zur Hohlladungs-Einlage komplementärer Gegenkonus 6 in einen Stachelkanal 7 übergeht. Dieser erstreckt sich durch den Suchkopf 3 bis wenigstens zum Sensor 4 - je nach dessen Ausgestaltung gegebenenfalls auch durch diesen hindurch -, um nach Zündung des Gefechtskopfes 2 eine ungestörte Ausbil­ dung des Hohlladungs-Stachels und damit optimale Gefechtswir­ kung in einem Ziel sicherzustellen.

Das Projektil bewegt sich nach einer gewissen Start- und Sta­ bilisierungsphase raumstabil, d. h. mit im Raum im wesentli­ chen starr ausgerichteter Gierachse 8 und senkrecht dazu, al­ so im Raum horizontal, orientierter Nickachse 9. Während ei­ ner Zielsuchphase tastet der Sensor 4 das Zielgebiet schräg­ geneigt voraus mäanderförmig ab, indem er um einen gewissen Winkel (in der Größenordnung von ± einigen 10°) um die Voraus­ richtung der Längsachse 1 abwechselnd nach links und nach rechts verschwenkt wird. Damit trotz der Vorwärtsbewegung des Projektils, also des Sensors 4, über dem Zielgebiet sich in diesem dabei eine Abtastbahn rechtwinklig zur Bewegungsrich­ tung des Projektils ergibt, muß der Querverschwenkung des Sensors 4 eine Nickbewegung (in der Größenordnung von 10% des Gierwinkels aus einer Ausgangswinkelstellung nach unten) über­ lagert werden, die am Ende einer jeden Gierbewegung wieder in Ausgangsnickwinkelstellung zurückspringt. Mit diesem Aufbau der Sensoranordnung im Suchkopf 3 sind aber auch beliebige andere Moden von Suchphasen ohne irgendwelche konstruktiven Änderungen - allein über die Ansteuerung von Stellgliedern 15, 16 (s. u.) - durchführbar, wie etwa Kreis-, Spiral-, oder Ra­ ster-Abtastung des Suchbereiches im Zielgebiet.

Für die definierte, gesteuerte Durchführung solcher zwei­ achsigen, einander überlagerten Bewegungen des Sensors 4 re­ lativ zum Suchkopf 3 ist in diesem ein zweiachsiges Kardan­ rahmensystem 10 eingebaut. Der äußere und deshalb größere Rah­ men 11 ist um die Gierachse 8 verschwenkbar im Suchkopf 3 ge­ haltert, weil er aufgrund seiner größeren Außenabmessungen mit stabilen dimensionierbaren Lagerzapfen 12 in Anpassung an die größeren Bewegungshübe und größeren zu bewegenden Mas­ sen (in Form des inneren Rahmens 13) dimensioniert werden kann. Die Gierbewegung des Kardanrahmensystems 10 erfolgt durch Antrieb des äußeren Rahmens 11 mittels eines ortsfest im Suchkopf 3 gehalterten, mit seinem Rotor 14 drehstarr an einen Gierlagerzapfen 12 angeschlossenen, Gierstellgliedes 15 in der Bauform beispielsweise eines Drehgebers oder eines Tor­ quemotors. Die Steuerung eines solchen Torquemotors erfolgt in als solcher bekannter Weise über einen mit diesem direkt verbundenen, nämlich auf den gleich Antriebszapfen 12 lie­ genden Positionssensor (z. B. Potentiometer) 41.

Im Innern des äußeren Rahmens 11 ist der innere Rahmen 13 um seine Nickachse 9 verschwenkbar gelagert, welche wie die Gier­ achse 8 rechtwinklig zur Suchkopflängsachse 1, und außerdem rechtwinklig zur Gierachse 8, orientiert ist. Ein mit einem Positionssensor 42 ausgestattetes Nickstellglied 16, das starr mit dem äußeren Rahmen 11 verbunden ist, wirkt mit seinem Ro­ tor 17 drehstarr auf einen Nicklagerzapfen 18, der eine Lager­ bohrung 19 konzentrisch zur Nickachse 9 im äußeren Rahmen 11 durchgreift. Dieser, oder ein anderer, Nicklagerzapfen 18 trägt ferner ein Anschlußelement 20 für bewegungsstarre Kopp­ lung eines Wendekreisels 21 mit dem inneren Rahmen 13.

Der Wendekreisel 21 dient als Sensor für die Lageänderung und somit für die Momentanstellung des Kardanrahmensystems 10 - und damit, wie unten aufgezeigt, des Sensors 4 - relativ zum Gefechtskopf 2 und somit relativ zur Projektillängsachse 1, um Richtungsinformationen über die Momentanstellung des Sen­ sors 4 und somit gegebenenfalls über die Ablage eines vom Sen­ sor 4 aufgefaßten Zielobjektes gewinnen und in Steuerungsin­ formationen für den Zielanflug umsetzen zu können (in der Zeichnung nicht berücksichtigt).

Der Zusammenbau der beiden Rahmen 11, 13 samt ihren Stell­ gliedern 15, 16 und dem Lagekreisel 21 wird auf einem Rohr 22 vor dem Gefechtskopf-Gegenkonus 6 gehaltert. Dafür ist am in den Suchkopf 3 hineinragenden freien Rohrende 23 eine ka­ lottenförmige, vom Stachelkanal 7 durchbohrte Kugelmantelflä­ che 24 ausgebildet, die in den inneren Rahmen 13 hineinragt. In diesem ist als Sitz eine komplementärdimensionierte Hohl­ kugel-Innenfläche 25 ausgebildet, die rückwärtig - zum Ge­ fechtskopf 2 - für den axialen Einschub des Rohrendes 23 der Kugelmantelfläche 24 hohlzylindrisch aufgeweitet ist. Dadurch wird das komplette Kardanrahmensystem 10 auf dem kugelförmigen Rohrende 23 in allen Raumrichtungen verschwenkbar getragen; wo­ bei der rückwärtige Eingriff der Kugelmantelfläche 24 in den inneren Rahmen 13 gegen die Hohlkugel-Innenfläche 25 in Rich­ tung entgegen der Bewegungsrichtung des Projektils zu einer großflächigen und damit stabilen Abstützung der beim Projektil- Abschuß auftretenden großen Beschleunigungskräfte führt.

Unabhängig vom Kardanrahmensystem 10 ist im Suchkopf 3 der Sen­ sor 4 um beide Querachsen 8, 9 verschwenkbar gehaltert; näm­ lich koaxial vor dem Kardanrahmensystem 10 in einem Einbauring 26 mit kugelförmiger äußerer Stützfläche 27, die gegen eine im Suchkopf 3 festliegende hohlkugelförmige Führungsfläche 28 ra­ dial - und axial der Bewegungsrichtung des Projektils entgegen - abgestützt ist. Beim Sensor 4 kann es sich um aktives oder um ein passives Ortungssystem auf der Basis elektromagneti­ scher Energie (im Mikro- oder Millimeterwellenlängen- oder im Infrarot-Spektralbereich) handeln, das - wie oben beschrie­ ben - im Überflug des Zielgebietes einen Suchbereich abtastet. Bei Auffassen eines Zielobjektes wird die Abtast-Schwenksteue­ rung des Sensors 4 in als solcher bekannter Weise umgeschaltet auf Zielverfolgung mit daraus abgeleiteten Steuerungsinforma­ tionen zum Einschwenken der Flugrichtung (Längsachse 1) des Projektils aus der bisherigen Suchflugbahn in eine Zielansteue­ rungs-Flugbahn.

Der Antrieb des Kardanrahmensystems 10 aus den Stellgliedern 15, 16 dient also, während der Betriebsphase des Abtastens des Zielgebietes zur Zielsuche, dem periodischen Verschwenken des Sensors 4 um die Gier- und Nickachsen 8, 9; während danach, in der Zielverfolgungsphase, die jeweilige Momentanstellung des Sensors 4 relativ zum Such- und damit Gefechtskopf 2, 3 über das Kardanrahmensystem 10 vom Wendekreisel 21 und den Positionssensoren 41, 42 erfaßt wird.

Die Stellungs- und Bewegungskopplung zwischen dem Kardanrah­ mensystem 10 und dem unabhängig davon, axial dagegen versetzt, gehalterten Sensor 4 erfolgt über eine getriebetechnische Kopplung nach Art einer (nicht-winkelstabilen) Schubstangen- Verbindung 29 außerhalb des Stachelkanals 7. Dafür ist wenig­ stens eine mittels einer Schraubhülse 30 längeneinstellbare Koppelstange 31 zwischen der (in Flugrichtung) Vorderfront 32 des inneren Rahmens 13 und der Rückfront 33 des Sensor-Einbau­ ringes 26 gelenkig angeordnet, beispielsweise mittels Kugel­ gelenken 34 eingespannt. Grundsätzlich genügen zwei derarti­ ge Koppelstangen 31 für die definierte Übertragung der räumli­ chen Bewegung des inneren Rahmens 13 auf den Sensor 4, weil der Bewegungs-Mittelpunkt der Rahmeninnenfläche 25 bzw. der Sensorstützfläche 27 auf der Suchkopf-Längsachse 1 die drit­ te erforderliche geometrische Randbedingung darstellt; zumal die Koppelstangen 31 lediglich der Bewegungs- also Stellungs­ übertragung zwischen dem Kardanrahmensystem 10 und dem Sensor 4 dienen, wegen der Axialabstützung gegen die Kugelmantelfläche 24 bzw. die Stützring-Führungsfläche 28 also keine Axialkräf­ te entgegen der Flugrichtung zu übertragen brauchen.

Zweckmäßiger ist es jedoch, wie dargestellt, drei Koppelstan­ gen 31 symmetrisch zur Längsachse 1 abzulenken, um auch unter ungünstigen Betriebsbedingungen eine verkantungsfreie Bewe­ gungsübertragung zwischen dem Kardanrahmensystem 10 und dem Sensor 4 sicherzustellen.

Wie aus der Längsschnittskizze durch die Gierachsen 8 gemäß Fig. 2 ersichtlich, genügt es, je Koppelstange 31 nur eines seiner Kugelgelenke 34 auf sowohl Druck wie auch Zug bean­ spruchbar einzusetzen; indem es z. B. von einer Überwurfmutter 35 hintergriffen wird. Das gegenüberliegende Kugelgelenk 34 der jeweiligen Koppelstange 31 braucht dann lediglich, der Vorderfront 32 entgegen, in seine Aufnahmebohrung 36 einge­ führt und mit der Schraubhülse 30 zur Struktur der Schubstangen- Verbindung 29 verbunden zu werden - weil über die jeweili­ ge Koppelstange 31 (im Beispielsfalle der Darstellung gemäß Fig. 2: zur Rückbewegung entgegen der Flugbewegung des Pro­ jektils) keine Druckkraft zu übertragen werden braucht; denn die Rückbewegung wird durch die Zugbewegung einer auf der an­ deren Seite der Längsachse 1 gelegenen Koppelstange 31 hervor­ gerufen.

Wie ebenfalls aus der Längsschnitt-Darstellung der Fig. 2 er­ sichtlich, steht unter dem Radom 5 vor dem Sensor-Einbauring 26 genügend Einbauraum zur achssymmetrischen Ausbildung des Sensors 4 zur Verfügung. Als Sensor-Antennen für die Zielsu­ che mittels Radar- oder Radiometrie-Systemen sind alle gängi­ gen Typen (wie z. B. Parabol-, Cassegrain- oder Planarantennen) hier einsetzbar; für den Einsatz von Infrarot-Systemen können hier entsprechende Spiegelkombinationen untergebracht werden. Im Falle beispielsweise metallischer Bedampfung einer dünnen Kunststoffschale 38 stört es die munitionstechnische Wirkung der Hohlladung des Gefechtskopfes 2 nicht, wenn z. B. ein Para­ bolspiegel 37 sich über die vordere Öffnung des Stachelkanals 7 erstreckt. Zwischen Antenne und dem Eingriff der Koppelstan­ gen-Kugelgelenke 34 in den Einbauring 26 steht Einbauraum für die Empfangs- bzw. Sendeeinheit 39 zur Verfügung; während wei­ tere elektronische Schaltungen 40 zur Signalverarbeitung und Steuergrößen-Ableitung im ringförmigen Raum um den Gegenkonus 6 herum untergebracht werden können.

Als Wendekreisel 21 kann der magnetohydrodynamische Sensor "GG 2500" der Fa. Honeywell Einsatz finden. Als Gier- und Nickstellglieder 15, 16 sind die Gleichstrom-Stellmotore der Fa. Magnetic Technology (Canoga Park, Californien) unmittel­ bar einsetzbar.

Claims (10)

1. Sensoranordnung in einem Suchkopf (3) mit einem Sensor (4), der über Koppelstangen (31) an ein axial dahinter versetztes zweiachsiges Kardanrahmensystem (10) für Bewegungen des Sensors (4) relativ zum Suchkopf (3) angelenkt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (4) und das Kardanrahmensystem (10) jeweils in einer Kugelflächenpaarung (Kugelmantelfläche 24, Hohlkugelinnen­ fläche 25; Stützfläche 27, Führungsfläche 28) gehaltert und von einem auch diese Kugelflächenpaarungen durchdringenden axialen Stachelkanal (7) durchzogen sind.

2. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Rahmen (11) des Kardanrahmensystems (10) um die Achse (8) der größeren Schwenkbewegung des Sensors (4) verschwenkbar im Suchkopf (3) gelagert ist.

3. Sensoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schubstangenverbindung (29) zwischen dem inneren Rah­ men (13) des Kardanrahmensystems und einem Einbauring (26) für den Sensor (4) ausgebildet ist.

4. Sensoranordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den Außenseiten des Kardanrahmensystems (10) Stell­ glieder (15, 16) sowie Positionssensoren (41, 42) für die Rahmen-Achsen (8, 9) und ein Wendekreisel (21) angeordnet sind.

5. Sensoranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wendekreisel (21) mit dem inneren Rahmen (13) starr verbunden ist.

6. Sensoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Suchkopf (3) ein Stachelkanal-Rohr (22) hin­ einragt, im Bereich dessen vorderen Rohrendes (23) die Mantelfläche des Rohres (22) als Kugelmantelfläche (24) ausgebildet ist, die axial in den inneren Rahmen (13) des Kardanrahmensystems (10) hineingreift und dort, axial in Vorausrichtung des Suchkopfes (3) sowie radial, gegen eine Hohlkugelinnenfläche (25) abgestützt ist.

7. Sensoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (4) in einem Einbauring (26) gehaltert ist, dessen Mantelfläche als kugelförmige Führungsfläche (28) ausgebildet ist, die axial der Vorausrichtung des Such­ kopfes (3) entgegen sowie radial gegen eine am Suchkopf (3) ausgebildete Stützfläche (27) abgestützt ist.

8. Sensoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schubstangenverbindung (29) zwischen dem Kardanrah­ mensystem (10) und dem Sensor (4) aus wenigstens zwei Kop­ pelstangen (31) außerhalb des Stachelkanals (7) besteht, die an ihren Stirnenden mit Kugelgelenken (34) ausgestat­ tet sind.

9. Sensoranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß nur eines der Kugelgelenke (34) einer jeden Koppel­ stange (31) außer auf Zug auch auf Druck beanspruchbar eingesetzt ist.

10. Sensoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schubstangenverbindung (29) in ihrer Länge ein­ stellbare Koppelstangen (31) aufweist.