DE3728560C1 - Vorrichtung zur Zuendausloesung fuer Geschosse - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Zündauslösung für Geschosse, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Für Geschosse, bei denen die Zündung im Moment des Zieleinschlags des Geschosses oder kurz danach ausge­ löst werden soll, sind neben mechanischen oder elek­ trischen auch elektro-optische Aufschlagdetektoren bekannt, die auf den beim Zieleinschlag vom Geschoß erzeugten Lichtblitz ansprechen und daraufhin die Zün­ dung einleiten (DE-PS 34 24 868).

Bei Geschossen hingegen, die ihre größte Wirksamkeit in einem bestimmten Abstand vom Ziel entwickeln, insbe­ sondere Hohlladungen, wo die günstigste Zielentfernung bei etwa 2-3 Kalibern liegt, sind Zündeinrichtungen erforderlich, die bereits vor dem Aufschlag des Geschos­ ses ansprechen und die Zündung in der richtigen Distanz zum Ziel auslösen. Zu diesem Zweck ist bei derartigen Zündvorrichtungen üblicherweise ein starrer oder aus­ fahrbarer Abstandhalter vorgesehen, an dem mit der vor­ gegebenen Zieldistanz von der Geschoß-Spitze ein beim Auftreffen auf das Ziel die Zündung des Geschosses auslösender Aufschlagsensor positioniert ist, oder es wird bei bekannten Geschossen der beanspruch­ ten Art (US-PS 34 16 448) ein sich beim oder kurz nach dem Abschuß vom Vorderteil des Geschosses lösendes und diesem vorauseilendes Vorlaufprojektil verwendet, welches mit dem Geschoß über einen während des Flugs bis zu einer der geforderten Zieldistanz entsprechen­ den Länge gespannten Kontaktdraht oder ein anderes flexibles Verbindungselement verkoppelt bleibt und beim Zieleinschlag ein Zündauslösesignal erzeugt, welches über das flexible Verbindungselement an den geschoßseitigen Zündmechanismus übertragen wird. So­ wohl Zündvorrichtungen mit starrem oder ausfahrbarem Abstandhalter wie auch solche mit kontaktdrahtgeführ­ tem Vorlaufprojektil erfordern einen hohen Bau- und Platzaufwand, und bei letzteren ergibt sich vor allem bei einer gestreckten Schußbahn die zusätzliche Schwie­ rigkeit, das Spannen des Kontaktdrahtes bzw. des flexib­ len Verbindungselementes ohne störende Rückwirkungen auf das Flugverhalten des Geschosses durchzuführen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß mit einfa­ chen baulichen Mitteln, und insbesondere ohne konstruk­ tiv aufwendige Verkoppelung zwischen Geschoß und Vor­ laufprojektil, eine zuverlässige Zündauslösung in einer vorgegebenen Zieldistanz gewährleistet wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im An­ spruch 1 gekennzeichnete Vorrichtung gelöst.

Erfindungsgemäß wird in Verbindung mit der besonderen Ausbildung der geschoßseitigen Zündauslösevorrichtung ein Vorlaufprojektil verwendet, daß dem Geschoß unge­ fesselt und unter ständiger Vergrößerung der Vorlauf­ strecke zwischen Geschoß und Vorlaufprojektil voraus­ eilt. Die Größe dieser Vorlaufstrecke wird laufend durch zeitliche Integration der Differenzgeschwindig­ keit in der ersten Integrationsstufe ermittelt, so daß der Inhalt dieser Integrationsstufe beim Zieleinschlag des Vorlaufprojektils der Entfernung des Geschosses vom Ziel entspricht, woraufhin der durch den Aufschlag des Vorlaufprojektils erzeugte Strahlungsimpuls die zweite Integrationsstufe auf drahtlosem Wege aktiviert, die nunmehr das zeitliche Integral der Geschoßgeschwin­ digkeit bildet und vom Inhalt der ersten Integrations­ stufe abzieht, bis die so gebildete Differenz dem ge­ forderten Zielabstand des Geschosses entspricht und der auf diesen Zielabstand voreingestellte Schwellwert­ detektor einen Zündauslöse-Impuls abgibt. Die erfin­ dungsgemäße Zündauslösevorrichtung läßt sich auf baulich sehr einfache Weise realisieren, ohne daß es einer mecha­ nischen Koppelung zwischen Vorlaufprojektil und Ge­ schoß bedarf, und sie arbeitet äußerst zuverlässig und mit einer am Schwellwertdetektor auf den geforder­ ten Wert variabel voreinstellbaren Zündauslösedistanz und ist in besonderem Maße für Geschosse mit langge­ streckter Schußbahn, und vor allem Hohlladungen, ge­ eignet.

In weiterer, baulich besonders einfacher Ausgestaltung der Erfindung ist der Integrator gemäß Anspruch 2 vor­ zugsweise als Analogschaltung ausgebildet, für die als Hauptbestandteile lediglich ein Kondensator, ein Ladestrombegrenzer und ein Entladestrombegrenzer be­ nötigt werden, wobei die Kondensatorspannung in der ersten Flugphase bis zum Empfang des Strahlungsimpulses der Vorlaufstrecke zwischen Geschoß und Vorlaufpro­ jektil und in der zweiten Flugphase nach dem Zielein­ schlag des Vorlaufprojektils der sich entsprechend der Geschoßgeschwindigkeit bis zu dem geforderten Grenzwert verringernden Zieldistanz des Geschosses entspricht.

In manchen Anwendungsfällen kann es erforderlich sein, den Lade- und/oder Entladestrom gemäß Anspruch 3 durch eine entsprechende Vorprogrammierung der Strombegren­ zer veränderlich einzustellen, wenn sich nämlich die Differenzgeschwindigkeit zwischen Vorlaufprojektil und Geschoß in der Arbeitsphase der ersten Integrations­ stufe und/oder die Geschoßgeschwindigkeit in der Ar­ beitsphase der zweiten Integrationsstufe merklich än­ dert, meistens sind die Geschwindigkeitsänderungen vor allem bei einer gestreckten Schußbahn jedoch sehr gering und demgemäß ist im Hinblick auf eine weitere bauliche Vereinfachung nach Anspruch 4 als Lade- bzw. Entladestrombegrenzer eine Konstantstromschaltung, und zwar nach Anspruch 5 vorzugsweise eine Feldeffekt­ diode vorgesehen. Die baulich einfachste Ausgestaltung des Integrators, bei der zur Lade- und Entladestrombe­ grenzung des Kondensators lediglich Widerstände vorge­ sehen sind, empfiehlt sich vor allem dann, wenn sich die Differenz- und die Geschoßgeschwindigkeit entspre­ chend dem Spannungsverlauf eines RC-Gliedes ändert oder für die geforderte Zündauslösedistanz des Geschos­ ses zum Ziel eine gewisse Toleranzbreite zugelassen ist.

Als Strahlungsimpuls wird am einfachsten der Aufschlag­ knall des Vorlaufprojektils, gemäß Anspruch 7 im Hin­ blick auf die hohe Ausbreitungsgeschwindigkeit und leichte Detektierbarkeit vorzugsweise jedoch ein Licht­ blitz verwendet, der beim Zieleinschlag des Vorlauf­ projektils emittiert wird und über ein lichtblitzem­ pfindliches Schaltelement der Empfangseinrichtung die erste Integrationsstufe wirkungslos und die zweite Integrations­ stufe einschaltet. Um die Zündauslösedistanz des Ge­ schosses veränderlich vorgeben zu können, ist schließ­ lich gemäß Anspruch 8 zweckmäßigerweise ein einstell­ barer Schwellwertdetektor vorgesehen.

Die Erfindung wird nunmehr anhand zweier Ausführungs­ beispiele in Verbindung mit den Zeichnungen näher er­ läutert. Es zeigt in schematischer Darstellung

Fig. 1 ein Geschoß einschließlich eines Vorlaufpro­ jektils mit gestreckter Schußbahn in ver­ schiedenen Flugzuständen zwischen Abschuß und Zieleinschlag des Vorlaufprojektils;

Fig. 2 eine den zweistufigen Integrator bildende Analogschaltung;

Fig. 3 ein Diagramm, das den zur Vorlaufstrecke des Vorlaufprojektils bzw. zur Zielentfernung des Geschosses proportionalen Spannungsverlauf am Kondensator der Analogschaltung gemäß Fig. 2 darstellt; und

Fig. 4 eine modifizierte Analogschaltung, bei der zur Lade- und Entladestrombegrenzung jeweils Widerstände vorgesehen sind.

Gemäß Fig. 1 wird ein Geschoß 2 in Form einer Hohl­ ladung zum Zeitpunkt t ₀ auf einer gestreckten Schuß­ bahn S in Richtung auf das Ziel Z abgeschossen. Im Vorderteil des Geschosses 2, also etwa an der Spitze des Hohlladungskegels, ist ein Vorlaufprojektil 4 ange­ ordnet, das als beim Aufschlag einen Strahlungsimpuls abgebende Kugel ausgebildet ist und sich beim oder kurz nach dem Abschuß von dem Vorderteil des Geschos­ ses 2 löst und diesem mit einer vorgegebenen Differenz­ geschwindigkeit, also mit einer abhängig von der Flugzeit stetig zunehmenden Vorlaufdistanz s auf der Schußbahn S vorauseilt. Das Ablösen und die gegenüber der Geschoß­ geschwindigkeit höhere Fluggeschwindigkeit des Vorlauf­ projektils 4 wird durch kinetische und/oder aerodynami­ sche Vorgänge bewirkt und kann durch einen beim Abschuß gezündeten, kleinen pyrotechnischen Sprengsatz (nicht gezeigt) erreicht werden.

In einer Zwischenposition zwischen Abschuß und Ziel Z, also zum Zeitpunkt t ₁ gemäß Fig. 1, hat sich somit das Vorlaufprojektil 4 um die Vorlaufdistanz s ₁ vom Ge­ schoß 2 entfernt, und zum Zeitpunkt t ₂, wo sich die Vor­ laufdistanz auf s ₂ vergrößert hat, trifft das Vorlauf­ projektil 4 auf das Ziel Z und emittiert den erwähnten Strahlungsimpuls, z. B. einen Knall, vorzugsweise aber einen Lichtblitz, der von der geschoßseitigen Zünd­ auslösevorrichtung empfangen wird. Nach dem Signal­ empfang nähert sich das Geschoß 2 mit der Geschoß­ geschwindigkeit auf der Schußbahn S weiter dem Ziel Z, bis es zum Zeitpunkt t ₃ eine vorgegebene, für die Ge­ schoßwirkung günstigste Zündauslösedistanz D zum Ziel Z erreicht, woraufhin die Zündung des Geschosses 2 er­ folgt.

Gemäß Fig. 2 ist die Zündauslösevorrichtung als Analog­ schaltung ausgebildet und enthält eine Spannungsquelle 6, einen durch die Abschußbeschleunigung im Moment des Ablösens des Vorlaufprojektils 4 vom Geschoß 2 geschlos­ senen Beschleunigungsschalter 8 und einen Kondensator 10 mit einem Ladestrombegrenzer 12 und einem Entlade­ strombegrenzer 14, die jeweils als Konstantstromschal­ tung in Form einer Feldeffektdiode mit einem selbst­ leitenden Feldeffekttransistor 16 und einem diesem drainseitig nachgeschalteten, einstellbaren Widerstand 18 ausgebildet sind. In Reihe mit dem Entladestrombe­ grenzer 14 liegt ein Strahlungsimpuls-Empfangselement 20, z. B. ein Fotothyristor, der durch den Lichtblitz des Vorlaufprojektils 4 in den leitenden Zustand um­ kippt, und parallel zum Kondensator 10 ist ein ein­ stellbarer Schwellwertdetektor 22 geschaltet, der ein Zündauslösesignal abgibt, sobald die Kondensatorspan­ nung unter den voreingestellten Schwellwert abfällt.

Durch den sich gleichzeitig mit dem Ablösen des Vor­ laufprojektils 4 schließenden Schalter 8 wird bei zu­ nächst noch gesperrtem Fotothyristor 20 die Spannung der Batterie 6 an die aus dem Ladestrombegrenzer 12 und dem Kondensator 10 bestehende, erste Integrations­ stufe angelegt, wobei die Ladestromstärke durch ent­ sprechende Einstellung des dem Ladestrombegrenzer 12 zugeordneten Widerstands 18 auf einem zur Geschwindig­ keitsdifferenz von Vorlaufprojektil 4 und Geschoß 2 proportionalen Wert gehalten wird. Im Zeitraum t ₀ bis t ₂ ist die Kondensatorspannung U _C (Fig. 3) somit pro­ portional dem zeitlichen Integral dieser Geschwindig­ keitsdifferenz und ein direktes Maß für die Größe der Vorlaufstrecke S zwischen Projektil 4 und Geschoß 2. Beim Lichtblitzempfang im Zeitpunkt t ₂, wo das Ge­ schoß 2 um die Vorlaufstrecke s ₂ vom Ziel Z entfernt ist, wird der Fotothyristor 20 leitend geschaltet und dadurch die zweite, aus Kondensator 10 und Ent­ ladestrombegrenzer 14 bestehende Integrationsstufe aktiviert, so daß sich der Kondensator 10 nunmehr ent­ lädt. Die Stromstärke des Entladestrombegrenzers 14 ist am zugeordneten Widerstand 18 so eingestellt, daß sie den Konstantstrom des Ladestrombegrenzers 12 um einen zur Geschoßgeschwindigkeit proportionalen Wert übersteigt, d. h. die Kondensatorspannung U _C ist ab dem Zeitpunkt des Signalempfangs jeweils um einen dem zeitlichen Integral der Geschoßgeschwindigkeit entsprechenden Betrag klei­ ner als zum Zeitpunkt t ₂ und ein direktes Maß für den Zielabstand des Geschosses 2. Sobald die Kondensator­ spannung auf die am Schwellwertdetektor 22 entsprechend der geforderten Zündauslösedistanz D eingestellte Schwellspannung U _S abgesunken ist, gibt der Schwellwert­ detektor 22 einen Zündimpuls für das Hohlladungsge­ schoß 2 ab. Mit dem Schwellwert U _S kann die Zündaus­ lösedistanz D unabhängig von der Flugzeit eingestellt werden.

Die Bau- und Funktionsweise der Analogschaltung gemäß Fig. 4 entspricht weitgehend der des ersten Ausführungs­ beispiels. Der einzige Unterschied besteht darin, daß die Konstantstromschaltungen 12, 14 durch einfache Widerstände bzw. Potentiometer 112 und 114 ersetzt sind, d. h. die Lade- und Entladekurven des Kondensators 10 verlaufen nicht gerade, sondern nach einer e-Funk­ tion. Diese bauliche Vereinfachung ist vor allem dann bevorzugt, wenn sich die Vorlaufprojektil- und Geschoß­ geschwindigkeiten flugzeitabhängig entsprechend dem Stromverlauf eines RC-Gliedes ändern und/oder für die Zündauslösedistanz D ein gewisser Toleranzbereich zuge­ lassen wird.

Anstatt als Analogschaltung kann die Zündauslösevor­ richtung auch als Digitalschaltung mit einem Impuls­ zähler als Integrator ausgebildet sein, der in der er­ sten Integrationsstufe die mit einer der Geschwindig­ keitsdifferenz zwischen Vorlaufprojektil 4 und Geschoß 2 entsprechenden Frequenz erzeugten Zählimpulse bis zum Lichtblitzempfang aufwärtszählt und von dem so er­ reichten Zählerstand anschließend in der zweiten Inte­ grationsstufe die nunmehr mit einer der Geschoßge­ schwindigkeit entsprechenden Frequenz erzeugten Zählim­ pulse abwärtszählt, bis der Zählerstand auf einen ent­ spechend der geforderten Zündauslösedistanz D vorgege­ benen Grenzwert absinkt, woraufhin ein in diesem Fall als Komparator ausgebildeter Schwellwertdetektor den Zündimpuls für das Geschoß 2 abgibt.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Zündauslösung für Geschosse, insbe­ sondere Hohlladungen, mit einem vor dem Abschuß am Geschoß-Vorderteil angeordneten, im Moment des Ab­ schusses oder kurz danach sich vom Geschoß lösenden und diesem während des Flugs mit einer bestimmten Differenzgeschwindigkeit vorauseilenden Vorlaufpro­ jektil, dadurch gekennzeichnet, daß ein dem Geschoß (2) ungefesselt vorauseilendes, beim Aufschlag einen Strahlungsimpuls abgebendes Vorlaufprojektil (4) verwendet wird und daß Geschoß eine Empfangseinrichtung (22) für den Strahlungs­ impuls, einen zweistufigen Integrator (10, 12, 14) mit einer die Differenzgeschwindigkeit von Vorlauf­ projektil und Geschoß während des Flugs bis zum Empfang des Strahlungsimpulses aufintegrierenden, ersten Integrationsstufe (10,12) und einer die Differenz zwischen dem Inhalt der ersten Integra­ tionsstufe und dem zeitlichen Integral der Geschoß­ geschwindigkeit vom Zeitpunkt des Impulsempfangs an bildenden, zweiten Integrationsstufe (10, 14), so­ wie einen Schwellwertdetektor (22) enthält, der einen Zündimpuls abgibt, sobald die von der zweiten Integrationsstufe gebildete Differenz einen vorge­ gebenen Grenzwert (U _S , D) unterschreitet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator (10, 12, 14) einen Kondensator (10), einen während des Flugs bis zum Impulsempfang wirk­ samen Ladestrombegrenzer (12) und einen vom Zeit­ punkt des Impulsempfangs an wirksamen Entladestrom­ begrenzer (14) aufweist, und der Schwellwertdetektor (22) bei Unterschreiten einer vorgegebenen Spannung (U _S ) am Kondensator entspricht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladestrombegrenzer (14) entsprechend der Geschoßgeschwindigkeit und der Ladestrombegrenzer (12) entsprechend der Geschwindigkeitsdifferenz von Vorlaufprojektil (4) und Geschoß (2) während des Flugs veränderlich einstellbar sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Lade- bzw. Entladestrombegrenzer (12, 14) eine Konstantstromschaltung vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Konstantstromschaltung eine Feldeffektdiode (16, 18) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Lade- bzw. Entladestrombegrenzer ein Wider­ stand (112, 114) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungsimpuls ein Lichtblitz und die Empfangs­ einrichtung ein lichtblitzempfindliches Schaltele­ ment (20) ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzwert (U _S ) des Schwellwertdetektors (22) einstellbar ist.