DE3903639A1 - Explosivflugkoerper - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen aus einer Basisstation, z.B. einem Waffenrohr, abfeuerbaren Explosivflugkörper, z.B. Geschoß, Rakete und dgl., mit einer Einrichtung zur Korrektur des Zündpunktes unter Zuhilfenahme u.a. auch des Zeitpunktes, zu dem der Flugkörper die Mündung des Waffenrohres verläßt.

Für bestimmte Zwecke, insbesondere zur Korrektur des Zündpunktes eines Explosivflugkörpers, ist neben der Mündungsgeschwindigkeit, das ist diejenige Geschwindig­ keit, die der Flugkörper bei Verlassen des Waffenrohres hat, auch der Zeitpunkt wichtig, an dem der Flugkörper das Waffenrohr verläßt.

Einige Möglichkeiten, diesen Zeitpunkt zu ermitteln, basieren darauf, am Waffenrohr eine Sende-Empfangsein­ richtung vorzusehen, die diejenigen Signale detektiert, die vom Flugkörper während des Vorbeifluges im Bereich der Mündung reflektiert werden.

Diese Einrichtungen sind wegen des Erfordernisses, Sen­ deeinrichtungen und Empfangseinrichtungen vorsehen zu müssen, technisch aufwendig und damit teuer.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Flugkörper der ein­ gangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Detektie­ rung des Zeitpunktes des Verlassens des Waffenrohres auf einfache Weise erfolgt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Bestimmung des Zeitpunktes, zu dem der Flugkörper die Mündung des Waffenrohres verläßt, Mittel vorgesehen sind, die die Änderung der unmittelbaren Umgebung des Flugkörpers beim Austritt aus dem Waffenrohr detektie­ ren.

Dies kann auf mehrere Arten geschehen:

Zum einen können als Mittel zur Detektierung innerhalb des Geschosses ein Schwingkreis mit einem unmittelbar im Bereich der Außenfläche des Geschosses angeordneten fre­ quenzbestimmenden Element vorgesehen sein, das mit dem metallischen Waffenrohr zusammenwirkt, derart, daß die Frequenz zunächst durch das Waffenrohr und nach Verlas­ sen der Mündung durch die umgebende Atmosphäre beein­ flußt ist; dabei ist eine Einrichtung zur Detektierung der Änderung der Frequenz des Schwingkreises, genauer dessen Resonanzfrequenz, vorgesehen.

Wenn das frequenzbestimmende Element eine Spule ist, dann kann diese Spule zweckmäßig im Bereich der Mantel­ linie an Flugkörper angeordnet sein, wobei die Spule auch um den Flugkörper herumgewickelt sein kann.

In zweckmäßiger Weise ist die Spule in einer Vertiefung auf der Außenfläche im hinteren Bereich des Geschosses eingesetzt und dort mittels beispielsweise isolierendem Kunststoff oder Keramik abgedeckt.

Das frequenzbestimmende Element kann darüberhinaus auch ein Kondensator sein, dessen eine Kondensatorplatte zur Außenfläche des Flugkörpers hin mit einer isolierenden Scheibe bestimmter Dicke abgedeckt ist und dessen andere Kondensatorplatte die Rohrwandung des Waffenrohres bil­ det. Selbstverständlich ist dabei erforderlich, daß an dem Kondensator eine Spannung ansteht, damit dieser Kon­ densator in einem Schwingkreis Verwendung finden kann. Dabei ist die Außenhülle des Flugkörpers immer mit dem Waffenrohr in elektrisch leitender Verbindung an irgend­ einem Punkt während des innenballistischen Fluges, so daß der Kondensator mit einem Widerstand und einer Spule einen elektrischen Schwingkreis bilden kann.

Eine weitere Möglichkeit, den Zeitpunkt des Austritts des Flugkörpers aus dem Waffenrohr zu detektieren, be­ steht darin, als Mittel eine Reflexionslichtschranke vorzusehen, die einen Lichtstrahl zur Rohrinnenwandung abstrahlt und den reflektierten Lichtstrahl empfängt. Damit eine Ansteuerung der Elektronik des Flugkörpers nicht schon durch das Tageslicht erfolgt, wird der abge­ strahlte Lichtstrahl in zweckmäßiger Weise moduliert, ggf. codiert.

Eine weitere Möglichkeit, den Zeitpunkt des Austritts des Flugkörpers aus dem Waffenrohr zu bestimmen, be­ steht darin, daß man als Mittel einen Stromsensor ver­ wendet, der den vom Flugkörper zur Rohrwandung des Waf­ fenrohres fließenden Strom mißt. Hierzu ist an der Außenfläche des Flugkörpers wenigstens ein Gleitstrom­ kontakt vorgesehen, der während des innenballistischen Fluges mit der Innenfläche des Waffenrohres dauernd in Berührung steht. Als Gleitstromkontakt kann eine elek­ trisch leitende Bürste vorgesehen sein und als Stromsen­ sor ein Widerstand, Stromwandler und dgl. Dabei wird über die Bürste, die Rohrwandung des Waffenrohres und einen zweiten Gleitkontakt, der entweder ebenfalls eine Bürste sein kann oder durch die Berührung der Außenhülle des Flugkörpers mit der Innenwandung des Waffenrohres gebildet wird, ein Strom zum Fließen gebracht, der über den Widerstand oder den Stromwandler oder dgl. gemessen werden kann.

Weiter vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den weiteren Unteransprüche zu entnehmen.

Bei den einzelnen Lösungen macht man sich zunutze, daß die metallische Wandung des Waffenrohres mit der Spule, dem Kondensator und der Reflexionsschranke sowie mit dem Stromsensor anders zusammenwirkt als die umgebende Atmo­ sphäre, weil das metallische Waffenrohr ein elektrischer Leiter ist, wogegen die Außenatmosphäre als Isoliermit­ tel wirkt. Wenn der Flugkörper das metallische Waffen­ rohr verläßt und von der Luft umgeben ist, so daß die ursprünglichen Bedingungen nicht mehr vorhanden sind, dann ist der Zeitpunkt des Verstimmens der Resonanzfre­ quenz oder der Veränderung des reflektierten Lichtes oder der Veränderung des Stromflusses der Zeitpunkt t _o , bei dem der Flugkörper die Rohrwaffe verläßt. Dieser Zeitpunkt t _o wird innerhalb des Geschosses weiter be­ nutzt.

Um beispielsweise die Genauigkeit eines Zeitzünders zu erhöhen, konstruiert man diesen so, daß er beim Verlas­ sen der Rohrmündung zu laufen anfängt. Ausgelöst wird dieser Vorgang durch die oben beschriebenen Einrichtun­ gen beim Passieren der Rohrmündung.

Anhand der Zeichnung, in der mehrere Ausführungsbeispie­ le der Erfindung dargestellt sind, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesse­ rungen der Erfindung und weitere Vorteile näher erläu­ tert und beschrieben werden.

Es zeigen:

Fig. 1 und Fig. 2 je eine schematische Darstellung zweier Ausführungen, bei dem als frequenzbe­ stimmendes Element eine Spule vorgesehen ist,

Fig. 3 und Fig. 4 je eine Ausführungsform, mit Kapazität,

Fig. 5 eine Ausführung, bei der Licht zur Detek­ tion des Zeitpunktes, bei dem das Geschoß das Waffenrohr verläßt, benutzt wird,

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 7 mehrere an sich bekannte Elemente, mit denen die Änderung der Umgebung des Ge­ schosses beim Verlassen der Mündung des Waffenrohrs detektiert werden können.

Die Fig. 1 zeigt im Querschnitt das Rohr 10 einer Rohr­ waffe im Bereich der Mündung 11. Ein Geschoß 12 ist ge­ rade im Begriff, diese Mündung 11 zu verlassen. Ein Teil des Geschosses ist schon außerhalb der Mündung 11 und ein kleiner Teil befindet sich noch innerhalb des Rohres der Rohrwaffe. Innerhalb des Geschosses 12 befindet sich u.a. eine Spule 13, die unterhalb der Außenfläche 14 im hinteren Bereich angeordnet ist. Die Enden der Spule 13 sind mit einer Einrichtung 15 verbunden, die geeignet ist, eine Resonanzfrequenz zu detektieren. Sie enthält einen Oszillator, dessen resonanzfrequenzbestimmendes Bauteil sein Schwingkreis ist, der aus der Spule 13, Widerstand und Kapazität besteht. Wenn sich das Geschoß 12, wie gezeichnet, in dem Bereich, in dem sich die Spu­ le 13 befindet, noch innerhalb des Waffenrohres 10 be­ findet, dann hat das metallische Waffenrohr 10 einen Einfluß auf die Resonanzfrequenz des Oszillatorschwing­ kreises. Die Resonanzfrequenz wird somit beeinflußt durch das metallische Waffenrohr 10, die Ausgestaltung der Spule und den Kondensator im Inneren der Einrichtung 15.

Wenn der Bereich des Geschosses, in dem sich die Spule 13 befindet, die Mündung 11 verlassen hat, dann beein­ flußt die umgebende Luft die elektromagnetischen Ver­ hältnisse der Spule 13 und damit wird der Schwingkreis verstimmt, so daß er nicht mehr in Resonanz schwingen kann. Diese Verstimmung wird von der Einrichtung 15 de­ tektiert, so daß damit z.B. die Laufzeit eines Zeitzün­ ders gestartet werden kann.

Die Ausführung nach Fig. 2 ist ähnlich der Ausführung nach Fig. 1. Unterschiedlich ist hier die Ausgestaltung und Anordnung der Spule, die in Fig. 2 mit der Bezugs­ ziffer 16 bezeichnet ist. Diese Spule ist praktisch um die Außenfläche des Geschosses 12 herumgewickelt; sie kann natürlich auch in eine Ausnehmung an der Außenflä­ che des Geschosses 12 eingesetzt und darin in geeigneter Weise mittels isolierendem Material, z.B. Keramik, fest­ gehalten werden; die Wirkungsweise ist im übrigen die gleiche. Auch hier beeinflußt das metallische Rohr 10 das elektromagnetische Verhalten der Spule 16 und damit die Resonanzfrequenz des Oszillatorschwingkreises; wenn die Spule den Bereich des Waffenrohres verlassen hat, wirkt auf sie die atmosphärische Umgebung und dadurch wird die Resonanzfrequenz verstimmt, was durch die Ein­ richtung 15 wieder detektiert werden kann. Evtl. Zeit­ verzögerungen der Detektierung der Verstimmung der Reso­ nanzfrequenz sind sehr gering im Vergleich zu anderen Einflüssen. Wenn man beispielsweise, wie es häufig ge­ macht wird, die Zündung der Treibladung als Beginn der Laufzeit ansieht, dann ergeben sich doch erhebliche Streuungen im Zündpunkt. Vom Zünden der Treibladung des Geschosses bis zum Passieren der Rohrmündung vergehen 10 bis 25 ms im Durchschnitt, was zu einem Mittelwert von 17,5 ms führt. Es ergibt sich also ein Fehler von +/-7,5 ms. Bei einer Geschoßgeschwindgikeit von 1000 m/s ergibt das eine Streuung des Explosionspunktes von +/-7,5 m.

Durch die Erfindung wird diese Streuung der Entfernung gesenkt und erhöht damit die Vernichtungswahrscheinlich­ keit erheblich.

Es sei Bezug genommen auf Fig. 3.

Innerhalb eines Waffenrohrs 30 befindet sich ein Geschoß 31, welches gerade die Mündung 32 des Waffenrohrs 31 verläßt. Zwischen der Außenhülle des Geschosses 31 und der Innenfläche des Waffenrohres 30 besteht an irgendei­ ner Stelle, in der vorliegenden Anordnung und Lage am hinteren Ende des Geschosses 31, stets eine elektrisch leitende Verbindung 33, wobei das Waffenrohr 30 quasi als Erde 34 dient. Im Inneren des Geschosses 31, unmit­ telbar unterhalb der Außenfläche, befindet sich eine Kondensatorplatte 35, die zur Außenfläche des Geschosses 31 mittels einer Scheibe 36 aus elektrisch isolierendem Material abgedeckt ist. Zwischen der Außenfläche des Ge­ schosses 31 und der Innenfläche des Waffenrohres 30 be­ findet sich aufgrund der unterschiedlichen Abmessungen ein Raum 37, und damit bildet die Kondensatorplatte 35 mit der Scheibe 36, dem Raum 37 und dem Waffenrohr 30 einen Kondensator mit einer Kapazität C. In Reihe mit dieser Kapazität befindet sich ein ohmscher Widerstand 38 und eine Spule 39, und damit bildet diese Kapazität C mit diesen beiden Elementen das frequenzbestimmende Ele­ ment eines Oszillators 40, dessen Ausgang mit einer Aus­ werteelektronik 41 verbunden ist, die wiederum mit einer Zündelektronik 42 verbunden ist.

Wenn das Geschoß 31 in Pfeilrichtung P fliegt, dann schwingt der Schwingkreis mit der Kapazität C im Inneren des Waffenrohrs 30, mit der Spule 39 und mit dem Wider­ stand 38 im Oszillator 40 in einer bestimmten Frequenz. Wenn der Bereich der Scheibe 36 aus der Mündung 32 des Waffenrohres 30 herausgelangt ist, dann verändert sich die Kapazität, wodurch sich auch die Frequenz des Schwingkreises im Oszillator 40 verändert. Diese Verän­ derung wird von der Auswerteelektronik detektiert und damit die Zündelektronik in Lauf gesetzt, d.h. gestar­ tet.

Die Fig. 4 zeigt eine im Vergleich zu Fig. 3 modifizier­ te Ausführungsform. Anstatt einer Reihenschaltung von Kapazität, ohmschem Widerstand und Spule (wie in Fig. 3 dargestellt) erkennt man eine Parallelschaltung einer Kapazität C ₁ mit einer Spule 43 und einem Widerstand 44, welche parallel zueinander geschaltet mit einem Oszilla­ tor 45 verbunden sind. Die Kapazität besteht aus mehre­ ren, auf der Innenseite einer Scheibe 46 aufgelegten Streufeldkondensatoren 47, die durch das Waffenrohr 30 über den Raum 37, Erde 34 und den Verbindungspunkt bzw. Kontaktpunkt 33 zusammenwirken. Die an den Oszillator anschließende Elektronik ist die gleiche Elektronik wie die der Fig. 3. Wenn die Streufeldkondensatoren 47 aus der Mündung 32 des Waffenrohrs 30 herausgelangt sind, ändert sich die Kapazität C ₁ und dadurch wird die Fre­ quenz des Oszillators 45 verändert, was von der in Fig. 4 nicht dargestellten Auswerteelektronik erfaßt und der Zündelektronik 42 als Startimpuls übermittelt wird.

Es sei nun Bezug genommen auf Fig. 5.

Innerhalb eines Waffenrohres 30 befindet sich noch ein Geschoß 50, an dessen Außenfläche, die parallel zum Waf­ fenrohr 30 verläuft, eine Lichtquelle 51 vorgesehen ist, die von einer Ansteuereinrichtung 52 angesteuert wird und dadurch moduliertes, ggf. codiertes Licht 53 ab­ strahlt. Dieses Licht 53 wird als reflektiertes Licht 54 zu einer Empfängeranordnung 55 zurückgestrahlt und von einer Auswerteeinrichtung 56 weiterverarbeitet. Nach Verlassen der Rohrmündung 32 empfängt der Empfänger 55 kein moduliertes Licht, sondern lediglich das Tageslicht oder Licht von anderen Lichtquellen; diese Änderung wird von der Auswerteeinheit 56 detektiert und führt zu einer Ansteuerung bzw. zum Starten der Zündeinrichtung (z.B. der Zündeinrichtung 42) .

Die Lichtstrahlung kann dabei alle Arten von Lichtstrah­ lung umfassen.

Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, elek­ tromagnetische Wellen auszusenden, beispielsweise in dem als Sende- und Empfangseinrichtung eine Antenne vorgese­ hen ist, beispielsweise ein Richtkoppler in Form eines Parallelkopplers, eines Hybrid-Verzweigungskopplers oder eines 3-dB-Hybrid-Ringes. Dabei wird die Veränderung der transversalen Feldverteilung des elektrischen Feldes der Grundwellen gekoppelter Microstrip-Leitungen ausgenützt.

Die Fg. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfin­ dung. Innerhalb des Waffenrohrs 30 mit der Waffenrohr­ mündung 32 befindet sich ein Geschoß 60, welches an ei­ ner Stelle 33 eine elektrisch leitende Berührung mit der Innenfläche des Waffenrohres hat. Innerhalb des Geschos­ ses befindet sich ein Stromgenerator G, der Wechselstrom oder Gleichstrom erzeugen kann. An der Außenfläche des Geschosses 60 befindet sich ein Gleitkontakt 62 in Form einer in eine Isolierbuchse 63 eingesetzten Bürste, wel­ che mit einem Widerstand 64 in Reihe geschaltet ist. Die Bürste 62 ragt aus der Oberfläche des Geschosses heraus und steht, wie ersichtlich, mit der Innenfläche des Waf­ fenrohrs 30 in elektrisch leitender Verbindung. Zwischen der metallischen Außenhülle des Geschosses 60, dem Waf­ fenrohr 30 und der Bürste 62 befindet sich eine elektri­ sche Ringleitung 65, durch die dann, wenn das Geschoß 60 sich noch innerhalb des Waffenrohrs 30 befindet und wenn die Bürste 62 als auch die Außenhülle des Geschosses 60 bei 33 eine elektrisch leitende Verbindung miteinander haben, ein Strom fließt, der am Widerstand 64 einen Spannungsabfall bewirkt, welcher von einer Auswerteein­ heit 66 detektiert werden kann. Anstatt eines Widerstan­ des 64 könnte auch ein Stromwandler vorgesehen sein. Bei der speziellen Ausführung ist es zweckmäßig, daß wegen Verschmutzungen und wegen farblicher Anstriche der Wechselstrom möglichst so hochfrequent gewählt wird, daß er die Farbe und den Schmutz kapazitiv überbrückt. Gleichstrom könnte nur dann verwendet werden, wenn die Metalle blank, also nicht mit Farbe bestrichen und nicht schmutzig wären. Anstatt der mehr oder weniger zufälli­ gen Kontaktierung 33 - nur der Ort ist zufällig - könnte auch eine zweite Bürste vorgesehen sein, über die dann der Rückfluß zum Generator 61 erfolgte. Anstatt einer Bürste könnte auch ein Kondensator vorgesehen sein; dann kann nur ein Wechselstrom benutzt werden.

Oben ist ausgeführt, daß elektromagnetische Strahlungen (s. Fig. 5) eingesetzt werden können, also keine Licht­ strahlen. Auch hier verändern sich diese Mikrowellen­ schwingkreise oder die Mikrowellenrichtkoppler sprung­ haft in ihren elektrischen Eigenschaften, wenn sie aus dem Rohr austreten. Es genügt in manchen Fällen, anstel­ le der Kapazitäten C und C ₁ in Fig. 3 und 4 eine gekop­ pelte Microstrip-Leitung anzubringen, in der ein Mikro­ wellenstrom nur dann fließt (die Leitung ist entspre­ chend auszulegen), wenn sich das Geschoß außerhalb des Rohres befindet.

Claims (15)

1. Aus einem Waffenrohr abfeuerbarer Explosivflug­ körper, z.B. Geschoß, Rakete und dgl., mit einer Ein­ richtung zur Korrektur des Zündpunktes unter Zuhilfe­ nahme u.a. auch des Zeitpunktes, zu dem der Flugkörper die Mündung des Waffenrohres verläßt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Bestimmung des Zeitpunktes Mittel vor­ gesehen sind, die die Änderung der unmittelbaren Umge­ bung des Flugkörpers beim Austritt aus dem Waffenrohr detektieren.

2. Flugkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß als Mittel zur Detektierung innerhalb des Ge­ schosses ein Schwingkreis mit einem unmittelbar im Be­ reich der Außenfläche angeordneten frequenzbestimmenden Element vorgesehen ist, das mit dem metallischen Waffen­ rohr zusammenwirkt, derart, daß die Resonanzfrequenz zunächst durch das Waffenrohr und nach Verlassen der Mündung durch die umgebende Atmosphäre beeinflußt ist, und daß eine Einrichtung zur Detektierung der Änderung der Resonanzfrequenz des Schwingkreises vorgesehen ist.

3. Flugkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das frequenzbestimmende Element eine Spule ist.

4. Flugkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Spule (13, 16) im Bereich einer Mantellinie am Flugkörper angeordnet ist.

5. Flugkörper nach Anspruch 4, daß die Spule um den Flugkörper herumgewickelt ist.

6. Flugkörper nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (13, 16) in einer Vertiefung auf der Außenfläche (14) im hinteren Bereich des Geschosses (12) eingesetzt und dort mittels bei­ spielsweise isolierendem Kunststoff oder Keramik abge­ deckt ist.

7. Flugkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das frequenzbestimmende Element wenigstens ein Kondensator ist, dessen eine Kondensatorplatte zur Au­ ßenfläche des Flugkörpers hin mit einer isolierenden Scheibe bestimmter Dicke abgedeckt ist und dessen andere Kondensatorplatte durch die Rohrwandung des Waffenrohres gebildet ist.

8. Flugkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das frequenzbestimmende Element wenigstens ein durch eine isolierende Scheibe bestimmter Dicke von der Außenfläche des Flugkörpers angeordneter Streufeldkon­ densator ist, dessen Kapazität durch die Rohrwandung des Waffenrohres bzw. durch die Atmosphäre beeinflußt ist.

9. Flugkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß als Mittel eine Reflexionslichtschranke verwen­ det ist, die einen Lichtstrahl zur Rohrinnenwandung ab­ strahlt und den reflektierten Lichtstrahl empfängt.

10. Flugkörper nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der abgestrahlte Lichtstrahl moduliert, ggf. codiert ist.

11. Flugkörper nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Mittel ein Stromsensor vorgesehen ist, der einen, vom Flugkörper zur Rohrwandung fließenden elektrischen Strom mißt.

12. Flugkörper nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an der Außenfläche des Flugkörpers wenig­ stens ein Gleitstromkontakt vorgesehen ist, der während des innenballistischen Fluges mit der Innenfläches des Waffenrohres dauernd in Berührung steht.

13. Flugkörper nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Gleitstromkontakt eine elektrisch lei­ tende Bürste vorgesehen ist.

14. Flugkörper nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Stromsensor als Widerstand, Stromwand­ ler und dgl. ausgebildet ist.

15. Flugkörper nach Anspruch 1, insbesondere nach einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenfläche Richtkoppler als Sende- und/oder Empfangselemente vorgesehen sind, die als Parallel­ koppler, Hybrid-Verzweigungskoppler oder 3-dB-Hybrid- Ring ausgebildet sind und deren Reflexions- bzw. Koppel­ verhalten sich bei Austritt aus der Mündung des Waffen­ rohres ändert, was von einer Auswerteeinrichtung detek­ tiert wird.