DE978069C - Optischer Annäherungszünder für Flugkörper - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen Annäherungszünder für Flugkörper (unter denen auch Geschosse und ungelenkte sowie ferngelenkte Körper verstanden werden sollen) mit einem Reflektor, der auftreffende Strahlungen auf eine Fokussierungseinrichtung richtet, die ihrerseits die reflektierten Strahlungen auf einer strahlungsempfmdlichen Zelle fokussiert. Bei derartigen Annäherungszündern steuert der Ausgang der strahlungsempfindlichen Zelle bei bestimmten

Änderungen die Zündung einer explosiven Ladung.

Bei einem bekannten Annäherungszünder dieser Bauart ist ein kegelstumpfförmiger Reflektor kreisförmigen Querschnitts vorgesehen, der die gesamte in dem 360° umfassenden Gesichtsfeld auftreffende Strahlung gleichzeitig auf einen Hohlspiegel reflektiert, der seinerseits eine gleichzeitige Fokussierung sämtlicher Strahlen auf der strahlungsempfindlichen Zelle bewirkt Diese Anordnung schließt eine Richtungsbestimmung einer bestimmten Strahlungsquelle aus, auf die das Zündsystem ansprechen soll.

Es ist ferner ein auf Infrarotstrahlung ansprechendes Auslösegerät für Annäherungszünder bekannt, welches ein einen Drehspiegel enthaltendes optisches System aufweist, bei welchem die Drehachse des ihr gegenüber geneigten Drehspiegels mit der Achse des Objektivs zusammenfällt, so daß Teilbilder des Augenblicksbildes nacheinander über die Zelle hinweggeführt werden. Eine solche Anordnung würde zwar eine Richtungsbestimmung zulassen, sie hat aber den Nachteil, daß sie auch auf fehlerhafte Signale ansprechen und den Zielflug hierauf ausrichten kann, z. B. auf ein Signal, das durch Reflektion der Sonne vom Rand einer Wolke erhalten wird.

Ziel der Erfindung ist es, unter Vermeidung dieser Nachteile einen optischen Annäherungszünder zu schaffen, der einerseits eine zuverlässige Auffindung des Zieles und andererseits eine Ausrichtung und Annäherung an dieses Ziel gewährleistet, ohne von zufällig in den Sichtbereich gelangenden oder von willkürlich in diesen eingebrachten Strahlungsquellen oder Reflektoren gestört bzw. abgelenkt werden kann.

Zu diesem Zweck ist gemäß der Erfindung ein optischer Annäherungszünder der eingangs genannten Bauart in der Weise ausgebildet, daß der Reflektor aus einer Gruppe relativ zueinander geneigter reflektierender Oberflächen besteht, die um die Systemachse herum und auch dieser gegenüber geneigt angeordnet sind, wobei die Oberflächen um eine im wesentlichen mit der Systemachse zusammenfallende Achse in bekannter Weise drehbar gelagert sind. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß in jedem Augenblick ein Rundsichtfeld vorhanden ist, wobei jedoch die örtliche bzw. Winkellage einer Strahlungsquelle innerhalb dieses Rundsichtfeldes erkannt werden kann. Ein Vorteil dieser Rundsichtanordnung besteht darin, daß die Umgebungsstrahlung, die auf jede Oberfläche auftritt, eliminiert werden kann, so daß sich der Flugkörper nicht auf eine fehlerhafte Reflexion einstellen kann. Andererseits ermöglicht das Rundsichtsystem die gleichzeitige Erkennung mehrerer Gegenstände. Weil das System außerdem mit sehr hoher Drehzahl rotiert, wird es möglich, die Relativgeschwindigkeiten der ermittelten Gegenstände festzustellen und demgemäß alle bezüglich dieser Gegenstände notwendigen Informationen zu erlangen.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann die Fokussierungseinrichtung, durch welche die von dem Reflektor gelieferte Strahlung auf die strahlungsempfindliche Zelle geleitet wird, in bekannter Weise aus einem konkaven Spiegelelement bestehen und die strahlungsempfindliche Zelle in einem Raum angeordnet sein, der von den ebenen reflektierten Oberflächen umschlossen ist. Hierdurch ergibt sich eine besonders zweckmäßige räumliche Anordnung mit kurzer axialer Baulänge.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens eine der ebenen reflektierenden Oberflächen gegenüber der Systemachse in

einem Winkel geneigt, der zu jenem Winkel unterschiedlich ist, welchen die übrigen Oberflächen gegenüber der Achse bilden, derart, daß mehrere Sichtfelder für die ankommenden Strahlungen gebildet werden.

Zur Feststellung der Winkelstellung der einzelnen Oberflächen in einem bestimmten Augenblick bzw. in periodisch wiederkehrenden Zeitpunkten kann ein Winkelmeßgerät vorgesehen sein, oder die Statorwicklungen des den Reflektor antreibenden Motors können zur Messung der Winkelanzeige benutzt werden.

Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist wenigstens eine weitere strahlungsempfindliche Zelle derart angeordnet, daß auch sie einfallenden Strahlungen ausgesetzt wird, wobei die erste strahlungsempfindliche Zelle auf Strahlungen anspricht, die eine andere Charakteristik haben als jene Strahlung, auf die die zusätzliche Zelle anspricht. Zweckmäßigerweise spricht die erste Zelle auf Infrarotstrahlungen eines verhältnismäßig langwelligen Bereiches an, während die weiteren Zellen auf Infrarotstrahlungen eines vergleichsweise kurzwelligen Bereiches ansprechen.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen optischen Zündsystems für Flugkörper,

Fig.2 einen schematischen Längsschnitt des erfindungsgemäßen optischen Zündsystems für Flugkörper,

Fig.3 eine Ansicht der Reflektorgruppe in Längsrichtung.

Der Flugkörper 10 (Fig. 1) weist zwecks Einleitung seiner Explosion ein Zündsystem auf, das durch von dem Ziel emittierte Infrarotstrahlung ausgelöst wird. Das optische Zündsystem ist derart ausgebildet, daß es auf Strahlung anspricht, die von Quellen herrührt, die in einem Sichtfeld 12 zwischen den konischen Vorder- und Hinterflächen liegen, die koaxial zu dem Flugkörper sind und einen kleinen Winkel einschließen. Auf diese Weise kann das Zündsystem den Eintritt einer Infrarotstrahlungsquelle in das Sichtfeld 12 und deren Austreten aus dem Sichtfeld ausfindig machen, um die Explosion einzuleiten.

Der Flugkörper 10 weist eine ogivale Spitze mit einem Hauptkörper 14 und einer Kappe 16 auf, die längs der Achse 18 des Flugkörpers im Abstand zueinander liegen. Zwischen dem Hauptkörper 14 und der Kappe 16 liegt ein über den gesamten Umfang laufendes Fenster 20, bestehend aus einem Hohl-Kegelstumpf aus Kalziumaluminat-Glas. Ferner liegt zwischen den Teilen 14 und 16 ein verglaster, mit öffnungen versehener Abschnitt 22. In dem Abschnitt 22 ist ein Reflektor 24 angeordnet, der aus sieben reflektierenden Facetten 26 aus Glas trapezförmiger Gestalt besteht und auf einem Magnesiumrahmen 28 in Form eines Pyramidenstumpfes (Fig.2) angeordnet ist. Der Abschnitt 22 weist vierzehn Fenster 30 aus Kalziumaluminat-Glas auf, die zwischen zwei Ringteilen 32 und 34 liegen, damit die Abdunklung des Reflektors in der Längsrichtung ein Minimum wird und die öffnung sich in der Transversalebene minimal ändert.

Das Sichtfeld 12 ist auf einen Kegel ausgerichtet, der gegenüber der Achse 18 einen Winkel λ aufweist, wobei die Facetten 26 einen Winkel von 90°+a/2 mit der Achse bilden.

Die durch die Fenster 30 aus dem Sichtfeld 12 auf eine Facette 26 einfallenden Strahlen werden im wesentlichen parallel zur Achse 18 auf einem Ringabschnitt eines Parabolspiegels 36 reflektiert, der auf dem vorderen Ringteil 32 befestigt ist. Von dem Spiegel 36 wird die Strahlung längs der Achse 18 durch eine Mittelöffnung 38 im Rahmen 28 und durch ein Blei-Tellurid-Filter 40 auf dem ringförmigen strahlungsempfindlichen Element einer strahlungsempfindlichen photoelektrischen Zelle 42 fokussiert. Die optische Verstärkung beträgt ungefähr dreißig. Die Achse der Zelle 42 fällt mit der Achse 18 zusammen. Die Zelle 42, die ihre eigene, in der Zeichnung nicht dargestellte Kühleinrichtung enthält, ist an einer Aufhängung 44 an einem Spant 46 befestigt, der von dem rückwärtigen Ringteil 34 getragen wird.

Der Spant 46 trägt außerdem die Statorwicklungen 48 eines Hysterese-Motors, dessen Rotor 50 an dem Rahmen 28 befestigt ist. Der Rotor 50 weist eine zylindrische Gestalt auf und wird von zwei Lagern 52 innerhalb der Aufhängung 44 getragen. Der Rotor 50, der den Rahmen 18 und die reflektierenden Facetten 26 trägt, ist um die Achse 18 drehbar. Auf den Ringbauteilen 32 und 34 sind ringförmige Schirme 54, 56,58 und 60 befestigt, die die Ränder des empfangenen Strahls begrenzen und Streustrahlungen abschirmen. Nur diejenigen Strahlungen des Sichtfeldes 12, die auf jede Facette 26 im wesentlichen senkrecht in einer Radialebene einfallen, werden auf den Spiegel 36 reflektiert und dann auf die Zelle fokussiert. Innerhalb des Sichtfeldes 12 hat jede Facette ihren eigenen Strahlkegel 62 (Fig. 1), dessen Strahlen empfangen, reflektiert und fokussiert werden. Wenn man die aus einer bestimmten Richtung auf eine Facette 26 einfallenden parallelen Strahlen betrachtet, gibt es eine weit größere Fläche, die senkrecht zu dieser Richtung liegt und demgemäß die Strahlen reflektiert, als wenn ein gekrümmter Reflektor benutzt wird.

Vor dem vorderen Ringbauteil 32 liegt ein optisches System 64 zur Überwachung des Hintergrundes, welches einem schon früher vorgeschlagenen optischen System entspricht. Entsprechend der näheren Erläuterung im älteren Vorschlag weist das System 64 zwei Sichtfelder 66 und 68 auf. Das vordere Feld 66 ist auf einen Konus ausgerichtet, der mit der Achse 18 einen Winkel « bildet, und das hintere Feld 68 ist auf einen Konus ausgerichtet, der mit der Achse einen Winkel von 180° -α bildet. Die Strahlungen innerhalb der Felder 66 und 68 werden auf den strahlungsempfindlichen Elementen von strahlungsempfindlichen photoelektrischen Zellen 70 bzw. 72 über Filter reflektiert, die einen bestimmten Bereich der Infrarotstrahlungen des Filters 40 durchlassen. Die optische Verstärkung ist in diesem Falle größer als 0,7.

Im Betrieb wird der Hysterese-Motor zwecks Drehung des Rahmens 28 und der Facetten 26 erregt, der mit 12 000 U/min läuft. Demgemäß treffen die Strahlen 62 jede gegebene Stellung 1400mal pro Sekunde.

Die Strahlen 62 des Sichtfeldes 12 treten durch die Fenster 30 ein, werden durch die Facetten 26 reflektiert und durch den Spiegel 36 fokussiert. Durch den Filter 40 gelangen nur Infrarotstrahlungen vergleichsweise großer Wellenlänge zum empfindlichen Element der Zelle 42.

Die Strahlen in den Sichtfeldern 66 und 68 werden in dem System 64 fokussiert und reflektiert. Durch die Filter gelangen nur Infrarotstrahlungen vergleichsweise kurzer Wellenlängen auf die lichtempfindlichen Elemente der Zellen 70 und 72.

Bei einem bezüglich der Infrarotstrahlung stetigen Hintergrund bleibt in diesem Falle die auf die Zellen 42,

70 und 72 auffallende Strahlung im wesentlichen konstant. Wenn eine Infrarot-Strahlungsquelle (z. B. die Abgase eines Gasturbinentriebwerkes) in großer Entfernung von dem Flugkörper in das Sichtfeld 12 gelangt, bewirken die Strahlen 62 eine Änderung des Ausgangs der Zelle 42, da jede Facette 26 nacheinander Strahlungen reflektiert, die auf der Zelle fokussiert werden. Der Ausgang der Zelle ändert sich 1400mal pro Sekunde und wird zur Erzeugung eines elektrischen Impulses benutzt, der fortdauert, bis der Ausgang auf seinen vorherigen Wert absinkt, wenn die Quelle das Sichtfeld 12 verlassen hat. Es besteht jedoch keine Änderung im Ausgang der Zellen 70 und 72, da das System 64 ein entferntes Ziel nicht ausmachen kann. Nur bei baldigem Aufhören des Impulses wird die Explosion des Flugkörperkopfes eingeleitet Wenn der Impuls zu lange fortdauert, wird die Einleitung verhindert, da diese Betriebsbedingung ein falsches Ziel anzeigt.

Wenn eine Strahlungsquelle in das Sichtfeld 12 in einem mittleren Abstand von dem Flugkörper eintritt, ist die Änderung des Ausgangs der Zelle 42 vergleichsweise groß, und die Quelle zieht unter einem Winkel am Flugkörper hin, der größer ist als ein vorbestimmter, aber kleiner Winkel. Dies bewirkt, daß die erste Änderung im Ausgang der Zelle 42 sich über einen vorbestimmten, aber extrem kurzen Zeitabschnitt hinaus fortsetzt. Die erste vergleichsweise große Änderung wird benutzt, um einen elektrischen Impuls extrem kurzer Zeitdauer auszulösen, die der vorerwähnten Zeitdauer gleich ist, und am Ende des Impulses wird die Explosion eingeleitet, wenn sich der Ausgang der Zelle 42 weiterhin ändert. Statt dessen kann die Explosion nach einer Anzahl derartiger Impulse eingeleitet werden. Hierdurch wird gewährleistet, daß irgendeine Störung in dieser Zeitdauer, die kürzer ist als die vorbestimmte Zeitdauer, die Zündung nicht bewirkt. Die Sonne erstreckt sich unter einem Winkel gegenüber dem Flugkörper, der kleiner ist als der vorbestimmte Winkel, und ihr Eintreten in das Sichtfeld 12 bewirkt ⁴< > eine Änderung im Ausgang der Zelle 42 während einer Dauer, die kleiner ist als die vorbestimmte Zeitdauer, so daß eine falsche Zielauslösung verhindert wird.

Wenn eine Strahlungsquelle mit kleinem Abstand in das Sichtfeld 12 des Flugkörpers eintritt, tritt sie auch in das Sichtfeld 66 ein, und die Ausgänge der Zellen 42 und ändern sich gleichzeitig. Der Ausgang der Zelle 70 wird zur Verhinderung der Einleitung der Explosion durch Beendigung der Änderung des Ausgangs in der Zelle 42 benutzt und die Explosion wird eingeleitet durch Änderung des Ausgangs der Zelle 72 infolge des Eintretens der Strahlungsquelle in das Sichtfeld 68, wenn dies nicht um eine vorbestimmte Zeit später erfolgt, nachdem der Eintritt in das Sichtfeld 66 vonstatten ging.

Wenn eine im großen Abstand liegende Quelle, d. h.

ein falsches Ziel, durch die Sichtfelder 12, 66 und 68 hindurchläuft, dauern die Änderungen im Ausgang der Zellen 70 und 72 infolge der Neigung des Flugkörpers zu lange, so daß die Explosion nicht eingeleitet wird.

Wenn eine Quelle, z. B. die Sonne, in die Sichtfelder 12 und 66 hinein- und aus diesen herausschwingt, wird von der Zelle 72 zur Einleitung der Explosion somit kein Signal erhalten.

Das beschriebene optische Zündsystem spricht auf entfernte Strahlungen vergleichsweise langer Wellenlänge an, die nicht durch Wolken in einem solchen Ausmaß beeinträchtigt werden, wie Strahlungen kürzerer Wellenlänge. Das Zündsystem kann allein oder in Verbindung mit einem optischen System benutzt werden, welches auf kurzwelligere Strahlungen anspricht, deren Quelle in der Nähe liegt.

Um Informationen bezüglich der Winkelstellung des Zieles gegenüber dem Flugkörper zu erhalten, kann ein Winkelmeßgerät in dem Flugkörper eingebaut sein, um eine Anzeige der Winkelstellung der Reflektorgruppe zu vermitteln. Diese Anzeige kann mit von Kreiselgeräten und Beschleunigungsmessern des Flugkörpers vermittelten Anzeigen verglichen werden, um z. B. zu ermitteln, ob der Flugkörper sich in der Ebene des Zieles befindet.

Das Winkelmeßgerät kann eine Spule und einen magnetischen Anker auf relativ zueinander beweglichen Teilen aufweisen oder es kann aus einer Lichtquelle und einer lichtempfindlichen Zelle mit einem Reflektor auf dem beweglichen Teil bestehen. Statt dessen kann die Phase der Speisung der Statorwicklungen 48 des Hysterese-Motors zur Winkelanzeige der Reflektorstellung benutzt werden, wenn der prozentuale Schlupf des Rotors 50 genügend genau bekannt ist.

Um herauszufinden, von welchem Reflektor die Strahlung reflektiert wird, können diese in verschiedener Größe vorgesehen werden.

Um zwei oder noch mehr Sichtfelder zu erzeugen, können die Reflektoren der Gruppe unter zwei verschiedenen oder noch mehr verschiedenen Winkeln gegenüber der Achse 18 geneigt sein. Die von einer Strahlungsquelle in den beispielsweise zwei Sichtfeldern ausgehende Strahlung würde dann reflektiert und auf die Zelle 42 fokussiert. Um die Strahlungen der beiden Sichtfelder zu unterscheiden, können die Reflektoren mit unterschiedlicher Neigung von unterschiedlicher Ausbildung sein. So kann eine Gruppe von sechs Reflektoren derart angeordnet werden, daß zwei Paare der Reflektoren in einem Winkel zwischen einem Paar von Reflektoren, die unter einem anderen Winkel stehen, und einem Paar nicht reflektierender Teile angeordnet sind. So ergibt eine Strahlungsquelle in dem einen Sichtfeld eine Erhöhung der Änderung des Ausgangs der Zelle 42 mit einer Frequenz, die sich von derjenigen unterscheidet, die auftritt, wenn eine Quelle in das andere Sichtfeld eintritt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Optischer Annäherungszünder für Flugkörper mit einem Reflektor, der auftreffende Strahlung auf eine Fokussierungseinrichtung richtet, die ihrerseits die reflektierte Strahlung auf einer strahlungsempfindlichen Zelle fokussiert, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (24) aus einer Gruppe relativ zueinander geneigter reflektierender Oberflächen (26) besteht, die um die Systemachse (18) herum und auch dieser gegenüber geneigt angeordnet sind, wobei die Oberflächen um eine im wesentlichen mit der Systemachse zusammenfallende Achse in bekannter Weise drehbar gelagert sind.

2. Zünder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in bekannter Weise die Fokussierungseinrichtung aus einem konkaven Spiegelelement (36) besteht und die strahlungsempfindliche Zelle (42) in einem Raum angeordnet ist, der von den ebenen reflektierenden Oberflächen (26) umschlossen ist.

3. Zünder nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Drehung der reflektierenden Oberflächen einen solchen Motor (48, 50, 52) aufweist, der diese mit einer gewählten, im wesentlichen konstanten Geschwindigkeit um die Systemachse dreht.

4. Zünder nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der ebenen reflektierenden Oberflächen (26) gegenüber der Systemachse (18) in einem solchen Winkel geneigt ist, der zu jenem Winkel unterschiedlich ist, welchen die übrigen Oberflächen (26) gegenüber der Achse bilden, derart, daß mehrere Sichtfelder für die ankommenden Strahlungen gebildet werden.

5. Zünder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine zusätzliche strahlungsempfindliche Zelle (70 oder 72) derart angeordnet ist, daß auch sie einfallenden Strahlungen ausgesetzt wird, wobei die erste strahlungsempfindliche Zelle (42) auf Strahlungen anspricht, die eine Charakteristik haben, welche von jener unterschiedlich ist, auf welche die zusätzliche Zelle (70 oder 72) anspricht.

6. Zünder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei zusätzliche Zellen (70 und 72) derart vorgesehen sind, daß sie auf Strahlungen in den Sichtfeldern vor bzw. hinter einer Normalebene zur Achse (18) ansprechen.

7. Zünder nach den Ansprüchen 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Zelle (42) auf Infrarotstrahlungen eines verhältnismäßig langwelligen Bereichs anspricht und jede der zusätzlichen Zellen (70 und 72) auf Infrarotstrahlungen eines vergleichsweise kurzwelligen Bereichs anspricht.