DE3823490A1 - Verfahren und einrichtung zur elektroakustischen messung der trefferlage von geschossen an fliegenden zielen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur selbsttätigen elektronischen Messung und Anzeige der Trefferorte von überschallschnellen Geschossen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 2.

Ein Geschoß, das sich mit Überschallgeschwindigkeit durch die Luft bewegt, führt eine Druckstoßwelle mit sich. Das Geschoß befindet sich an der Spitze dieser Stoßwelle, die sich nach bekannten Gesetzmäßigkeiten als "N-förmiger" Druckverlauf konisch um die Geschoß­ bahn ausbreitet. Die Vermessung der zeitlichen und ört­ lichen Ausbreitung der Druck- bzw. Geschoß-Stoßwelle in einem mit dem Ziel fest verbundenen Bezugssystem gestat­ tet den rechnerischen Rückschluß auf die Koordinaten von Geschoßtreffern in einer vorgegebenen Trefferebene im Sinne von Trefferpunkten auf einer Zielscheibe.

Handelsüblich sind Ringzonen-Trefferanzeige-Vorrichtun­ gen, die mittels einer elektroakustischen Wandleranord­ nung mit richtungshomogener Empfangsempfindlichkeit die "N-förmigen" Geschoß-Stoßwellen auffangen und aus deren charakteristischen Gestaltmerkmalen (Amplitude und Perioden­ dauer) auf die radialen Passageabstände der Geschosse zum Ziel rückschließen. Die Klassifizierung der Passageab­ stände in ringförmige Trefferzonen führt zur Angabe von Trefferzahlen in den einzelnen Trefferzonen. Diese Vor­ richtungen sind jedoch nicht in der Lage, die Koordina­ ten der Trefferpunkte festzustellen.

Es werden ferner Vorrichtungen angeboten, die mittels einer dreidimensionalen Anordnung von elektroakustischen Wandlern entsprechend den Ecken eines Tetraeders die Durchgangszeitpunkte der Geschoß-Stoßwellen ermitteln und rechnerisch auf die Richtung der Geschoßpassage und über zeitliche Gestalmerkmale der "N-förmigen" Geschoß- Stoßwelle (Periodendauer) auf den Abstand der Geschoßpas­ sage rückschließen, so daß die Angaben der Koordinaten der Trefferpunkte in einer vorgegebenen Trefferebene er­ halten werden. Die Richtungs-Meßgenauigkeit dieses Ver­ fahrens nimmt mit der Größe der akustischen Meßbasis, hier also der Kantenlänge des Wandler-Tetraeders, zu. Am fliegenden Zielkörper ist jedoch die Kantenlänge des Te­ traeders aus aerodynamischen und betriebstechnischen Gründen auf etwa den Durchmesser des Zielkörpers be­ grenzt, weshalb sich die Richtungs-Meßgenauigkeit nur auf eine relativ kleine akustische Meßbasis stützen kann, also relativ beschränkt ist. Die Abstands-Meßgenauigkeit ist durch den Gültigkeitsbereich von Gesetzmäßigkeiten der Gestaltmerkmale der "N-förmigen" Geschoß-Stoßwelle bekannt und ist darüber hinaus abhängig von der geometri­ schen Form der verwendeten Geschosse. Somit läßt die Meß­ genauigkeit der Geschoß-Trefferkoordinaten bei dem soge­ nannten Tetraeder-Verfahren zu wünschen übrig.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine Ein­ richtung der genannten Art so weiterzubilden, daß eine verbesserte Meßgenauigkeit und eine verminderte Abhängig­ keit dieser Meßgenauigkeit von der Art der verwendeten Geschosse erreicht wird.

Diese Aufgabe wird gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß wenigstens drei der akustischen Wand­ ler auf einer geraden Linie und wenigstens einer dieser Wandler außerhalb dieser Linie angeordnet werden, und daß die Recheneinrichtung eine elektronische Auswertungsvor­ richtung aufweist, die aus den zeitlichen Verläufen der Ausgangssignale der Wandler aufgrund gegebener geome­ trisch-physikalischer Gesetzmäßigkeiten die Trefferorte der Geschosse in der Trefferfläche bestimmt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die konische Stoßwelle eines mit Überschallgeschwindig­ keit fliegenden Geschosses passiert die einzelnen elektro­ akustischen Wandler zu unterschiedlichen Zeitpunkten. Die­ se Durchgangszeitpunkte sind bei vorgegebener örtlicher Anordnung der Wandler umkehrbar eindeutige Funktionen der Trefferpunktkoordinaten des Geschosses. Somit ist der rechnerische Rückschluß auf den Trefferort in einer vor­ gegebenen Trefferebene aus den Ausgangssignalen der Wand­ ler eindeutig möglich und wird erfindungsgemäß in einer elektronischen Auswertungsvorrichtung vorgenommen.

Vorteilhafte Bedingungen für die Anordnung der Wandler und für das Berechnungsverfahren der Geschoßbahndaten und der Trefferorte liegen für ausgezeichnete geometri­ sche Anordnungsmuster der Wandler vor. Eine solche, in konstruktiver, aerodynamischer und berechnungstechnischer Hinsicht vorteilhafte Anordnung der Wandler ist gegeben, wenn diese auf dem Zielkörper in Form des Buchstabens L oder T plaziert sind. Die Anordnung der Wandler auf ei­ ner geraden Linie läßt sich auf der Oberfläche des in der Regel gestreckten Rumpfkörpers des fliegenden Ziel­ körpers verwirklichen, während der oder die außerhalb dieser Linie angeordneten Wandler zweckmäßigerweise an den Extrempunkten des Zielkörpers, beispielsweise an den oberen bzw. unteren Leitwerkskanten, angeordnet werden.

Auf diese Weise wird für die Erzielung einer hohen Meß­ genauigkeit die bei einem fliegenden Zielkörper größtmög­ liche akustische Meßbasis, also die Länge des Zielkör­ pers, selbst genutzt, ohne daß durch die elektroakusti­ schen Wandler die aerodynamischen Eigenschaften des Zielkörpers wesentlich verändert werden.

Zusätzliche Vorteile hinsichtlich der Meßgenauigkeit und der Berechnung der Geschoß-Trefferorte ergeben sich, wenn der bzw. die außerhalb der Linienanordnung der elektro­ akustischen Wandler als Mikrophone mit vollständig oder partiell richtungshomogener Empfangsempfindlichkeit aus­ geführt werden und wenn in der rechnerischen Signalaus­ wertung das Gestaltmerkmal der Amplitude der "N-förmigen" Geschoß-Stoßwelle zusätzlich ausgewertet wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der ein­ zigen Zeichnungsfigur schematisch dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiels näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt in Draufsicht einen mit elektroaku­ stischen Wandlern versehen Flugkörper, der als fliegen­ der Zielkörper für überschallschnelle Geschosse dient.

Der Zielkörper 3 wird an einem Seil 1 auf der Zielflug­ bahn 2 durch die Luft geschleppt. Auf ihm sind sechs elektroakustische Wandler angeordnet, und zwar fünf von ihnen, nämlich die Wandler 4, 5, 6, 7, 8, auf einer ge­ raden Linie der Rumpfoberfläche des Zielkörpers 3, und der sechste, also der Wandler 9, außerhalb dieser Linie an einem Extrempunkt des Leitwerks des Zielkörpers 3. Die sechs Wandler sind somit näherungsweise in Form des Buchstabens L angeordnet. Ein Geschoß 10 bewegt sich mit Überschallgeschwindigkeit entlang der Geschoßbahn 11 und führt dabei eine Stoßwelle 12 mit sich, die sich ko­ nisch um die Flugbahn ausbreitet. Der Trefferort 13 er­ gibt sich als Durchstoßpunkt der Geschoßflugbahn durch die von den kartesischen Koordinatenachsen 14 aufge­ spannte Trefferebene, deren Ursprung und Mittelpunkt 15 die Zielmitte ist.

Die von den Wandlern 4, 5, 6, 7, 8, 9 abgegebenen Si­ gnale werden einer nicht dargestellten elektronischen Auswertungsvorrichtung zugeführt, die aus den zeitlichen Verläufen dieser Signale auf der Grundlage bekannter geo­ metrisch-physikalischer Gesetzmäßigkeiten den Trefferort 13 des Geschosses 10 in der vorgegebenen Trefferebene be­ stimmt.

Claims (8)

1. Verfahren zur selbsttätigen elektronischen Messung und Anzeige der Trefferorte von überschallschnellen Ge­ schossen in einer vorgegebenen Trefferfläche an einem fliegenden Zielkörper mittels elektroakustischer Wand­ ler, die an dem Zielkörper angeordnet sind und mittels einer Recheneinrichtung, die aus den Signalen der elek­ troakustischen Wandler die Trefferorte der Geschosse auf der Trefferfläche ermittelt, dadurch ge­ kennzeichnet, daß wenigstens drei der aku­ stischen Wandler (4, 5, 6, 7, 8) auf einer geraden Linie und wenigstens einer dieser Wandler (9) außerhalb dieser Linie angeordnet werden, und daß die Recheneinrichtung eine elektronische Auswertungsvorrichtung aufweist, die aus den zeitlichen Verläufen der Ausgangssignale der Wandler (4, 5, 6, 7, 8, 9) aufgrund gegebener geometrisch- physikalischer Gesetzmäßigkeiten die Trefferorte (13) der Geschosse (10) in der Trefferfläche bestimmt.

2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 zur selbsttätigen elektronischen Messung und Anzeige der Trefferorte von überschallschnellen Geschos­ sen in einer vorgegebenen Trefferfläche an einem fliegen­ den Zielkörper mittels elektroakustischer Wandler, die an dem Zielkörper angeordnet sind und mittels einer Re­ cheneinrichtung, die aus den Signalen der elektroakusti­ schen Wandler die Trefferorte der Geschosse auf der Tref­ ferfläche ermittelt, dadurch gekennzeich­ net, daß wenigstens drei der akustischen Wandler (4, 5, 6, 7, 8) auf einer geraden Linie und wenigstens einer dieser Wandler (9) außerhalb dieser Linie angeordnet sind, und daß die Recheneinrichtung eine elektronische Auswer­ tungsvorrichtung aufweist, die aus den zeitlichen Verläu­ fen der Ausgangssignale der Wandler (4, 5, 6, 7, 8, 9) aufgrund gegebener geometrisch-physikalischer Gesetzmäßig­ keiten die Trefferorte (13) der Geschosse (10) in der Trefferfläche bestimmt.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wandler (4, 5, 6, 7, 8, 9) in einer ebenen Trefferfläche in Form des Buchstabens L ange­ ordnet sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wandler (4, 5, 6, 7, 8, 9) in einer ebenen Trefferfläche in Form des Buchstabens T ange­ ordnet sind.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die gerade Linie, auf der ein Teil der Wandler angeordnet ist, entlang des Rumpfkörpers des fliegenden Zielkörpers (3) erstreckt und daß der oder die außerhalb der geraden Linie angeord­ neten Wandler (9) an den oberen oder unteren Leitwerks­ kanten des Zielkörpers (3) angeordnet sind.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der oder die außerhalb der geraden Linie angeordneten Wandler (9) als Mikrophone mit vollständig oder partiell richtungshomo­ gener Empfangsempfindlichkeit ausgeführt sind.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß aus den Aus­ gangssignalen der elektroakustischen Wandler wenigstens die Werte der Laufzeitdifferenzen der Signale entnehmbar und der Auswertungsvorrichtung zuführbar sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zusätzlich die Werte der Spitzen­ amplituden und der Impulsdauern der Geschoß-Stoßwellen aus den Ausgangssignalen der Wandler entnehmbar und der elektronischen Auswertungsvorrichtung zuführbar sind.