EP0157397B1 - Anordnung zur Ermittlung der Trefferlage und/oder der Geschwindigkeit und/oder des Auftreffwinkels von mit Überschallgeschwindigkeit auf ein Ziel treffenden Geschossen - Google Patents

Anordnung zur Ermittlung der Trefferlage und/oder der Geschwindigkeit und/oder des Auftreffwinkels von mit Überschallgeschwindigkeit auf ein Ziel treffenden Geschossen Download PDF

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EP0157397B1
EP0157397B1 EP85103876A EP85103876A EP0157397B1 EP 0157397 B1 EP0157397 B1 EP 0157397B1 EP 85103876 A EP85103876 A EP 85103876A EP 85103876 A EP85103876 A EP 85103876A EP 0157397 B1 EP0157397 B1 EP 0157397B1
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projectile
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planes
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Paul Drewell
Dieter Kriz
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41J—TARGETS; TARGET RANGES; BULLET CATCHERS
    • F41J5/00—Target indicating systems; Target-hit or score detecting systems
    • F41J5/06—Acoustic hit-indicating systems, i.e. detecting of shock waves

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for determining the hit position and / or the speed and / or the impact angle of a projectile hitting a target at supersonic speed, with several acoustic sensors being arranged on the target in two planes parallel to one another and to the target surface and on each of the two Levels are distributed so that they encompass the expected trajectory of the projectile and emit signals which are fed to a computer which, according to the chronological order and the time interval in which the signals are emitted by the individual sensors, the storage of the projectile from Target point calculated.
  • a computer which, according to the chronological order and the time interval in which the signals are emitted by the individual sensors, the storage of the projectile from Target point calculated.
  • targets are mostly used, which are printed with rings and sector boundaries and are either observed directly or transported to the shooter after a series of shots. In both cases it is necessary to replace the target after a limited number of shots.
  • hit positions for further processing of the hit images must be tapped from the disk by means of a computer and entered into the computer.
  • a device for determining the direction of the projectile in which the projectile penetrates two levels covered with a substance, thereby generating a sound wave in the substance, which is transmitted in the substance to acoustic sensors, which according to the address different running times and feed their signals to a computer.
  • the sensors do not respond to the head wave of the projectile but to a sound wave generated by the projectile in the substance.
  • the device also has the disadvantage that, for reasons of measurement accuracy, the substance must be homogeneously and isotropically tensioned. Furthermore, the projectile loses kinetic energy when the substance penetrates, which makes measurement more difficult.
  • the measurement is also adversely affected by other acoustic influences that generate sound waves in the substance, such as the head wave of the projectile, and finally the substance must be renewed after each penetration of even one storey because the homogeneity is disturbed. This makes the use of machine guns impossible.
  • the invention has for its object to provide an arrangement of the type mentioned, which allows to determine and evaluate a precise position of the points in the plane formed by the acoustic sensors and with a high firing sequence even at an oblique shot the projectile penetrates these levels.
  • the planes receiving the sensors merely represent imaginary, ideal planes, so that the sensors can only be influenced by head waves propagating in air when another medium is eliminated.
  • the sensors are arranged in each of the two levels on a frame encompassing the trajectory, the two frames advantageously being combined to form a body.
  • the frames or the structure are rectangular and are equipped with sensors on each side.
  • the arrangement according to the invention can also serve to detect the trajectory not only in front of the target but over its entire length. This is done in that sensors are arranged in two planes at each measuring point at measuring points arranged at predetermined intervals along the trajectory of the projectile, the planes being at least approximately perpendicular to the trajectory and the sensors encompassing the trajectory. This makes it possible to record the values on the trajectory that can be measured with the arrangement according to the invention.
  • FIGS. 1 and 2 show an exemplary embodiment of the arrangement according to the invention in a partially schematic representation, but for reasons of clarity only those for measuring the vertical one Deviation of the hit position required sensors are shown.
  • Figure 1 shows a structure 1, which includes the front frame 2 and the rear frame 3.
  • the sensors are labeled So 'and Su' on the front frame 2 and So and Su on the rear frame 3.
  • the vertical distance between the upper and lower side of each frame and thus between the sensors of the pair So 'and Su' as well as So and Su is S, the horizontal distance between the frame and thus between the sensors of the pair So and So 'as well as Su and Su 'is denoted by b.
  • S the distance between the top and bottom of the frame, i.e. the inside width of the frame.
  • ⁇ the angle between the floor trajectory and the perpendicular to the hit image level.
  • each side of the two frames is equipped with a plurality of sensors which are connected in parallel or in series, either directly or via amplifiers.
  • the hit position, speed and angle of impact are advantageously calculated by an EDP system.
  • the speed of sound as well as the wind speed and direction can be entered into the computer.
  • the speed of sound can be measured in the measuring section in a manner known per se.
  • Wind speed and direction are also determined and measured in a manner known per se.

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Description

  • Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung zur Ermittlung der Trefferlage und/oder der Geschwindigkeit und/oder des Auftreffwinkels eines mit Überschallgeschwindigkeit auf ein Ziel treffenden Geschosses wobei am Ziel jeweils mehrere akustische Sensoren in zwei zueinander und zur Zielfläche parallelen Ebenen angeordnet sind und auf jeder der beiden Ebenen so verteilt sind, daß sie die zu erwartende Flugbahn des Geschosses umgreifen und Signale abgeben, die einem Rechner zugeführt werden, der nach der zeitlichen Reihenfolge und dem zeitlichen Abstand, in dem die Signale von den einzelnen Sensoren abgegeben werden, die Ablage des Geschosses vom Zielpunkt errechnet. Eine derartige Anordnung ist in der US―A―3445808 beschrieben.
  • Zur Ermittlung der Trefferlage von Geschossen werden zumeist Zielscheiben verwendet, die mit Ringen und Sektorenbegrenzungen bedruckt sind und entwerder direkt beobachtet oder nach einer Schußserie zum Schützen transportiert werden. In beiden Fällen ist ein Auswechseln der Scheibe nach einer begrenzten Zahl der Schüsse erforderlich. Für die kommerzielle Anwendung ergibt sich weiter der Nachteil, daß die Trefferlagen für die weitere Verarbeitung der Trefferbilder mittels Rechner von der Scheibe abgegriffen und in den Rechner eingegeben werden müssen.
  • Es besteht daher der Wunsch nach einer Anordnung, die die Trefferlage unmittelbar als elektrische Größe, möglichst in digitaler Form liefert. Hierzu sind verschiedene Vorschläge gemacht worden. So gibt es fotoelektrische Anordnungen bei denen das Geschoß durch eine Lichtebene fliegt, die durch entsprechende Empfänger so aufgeteilt ist, daß der Ort an dem das Geschoß durchtritt, genügend genau erfaßt werden kann. Solche Anordnungen sind aber sehr aufwendig, ihre Verwendung im Freien macht Schwierigkeiten.
  • Weiterhin ist es bekannt, die von Geschossen erzeugte Kopfwelle mit mehreren akustischen Sensoren aufzunehmen. Solche Anordnungen arbeiten arbeiten aber nur dann einwandfrei, wenn die Flugbahn des Geschosses genau senkrecht auf der Ebene steht in der die Sensoren eingebaut sind. Diese Voraussetzung ist aber im praktischen Schießbetrieb nicht gegeben, da die Flugbahn des Geschosses infolge der Schwerkraft gekrümmt ist, sodaß sie am Ziel eine Neigung nach unten hat. Weiterhin können Abweichungen dadurch verursacht werden, daß die virtuelle Trefferbildebene nicht genau senkrecht zur Ziellinie liegt, weil die Anordnung nicht genau ausgerichtet ist oder schräg auf die Scheibe geschossen wird. Solche kleinen Abweichungen (unter 1°) können unzulässige Fehler der Trefferanzeige verursachen. Aus Figur 3 ist ersichtlich, in wie starkem Maße schon ein kleiner Winkel ψ zwischen der Geschoßbahn und der Senkrechten auf die Trefferbildebene auf die Ablage A s des Geschosses zum Ziel einwirkt.
  • Zwar ist aus der US―PS 34 45 808 eine Vorrichtung zur Ermittlung der Geschoßrichtung bekannt bei der das Geschoß zwei mit einer Substanz bespannte Ebenen durchschlägt, dabei in der Substanz eine Schallwelle erzeugt, die in der Substanz an akustische Sensoren weitergeleitet wird, die nach der unterschiedlichen Laufzeit ansprechen und ihre Signale einem Rechner zuführen. Hier sprechen die Sensoren also nicht auf die Kopfwelle des Geschosses an sonder auf eine von dem Geschoß in der Substanz erzeugte Schallwelle. Die Vorrichtung hat weiter den Nachteil, daß aus Gründen der Meßgenauigkeit die Substanz in sich homogen und isotrop gespannt sein muß. Weiterhin verliert das Geschoß beim Durchschlagen der Substanz kinetische Energie, was die Messung erschwert. Durch andere akustische Einflüsse, die in der Substanz Schallwellen erzeugen, wie zum Beispiel die Kopfwelle des Geschosses wird die Messung ebenfalls beeinträchtigt und endlich muß nach jedem Durchschlag auch nur eines Geschosses die Substanz erneuert werden weil die Homogenität gestört ist. Damit ist ide Anwendung bei Maschinenwaffen unmöglich.
  • Ausgehend von diesem Stande der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs angegebenen Art anzugeben, die auch bei schrägem Einschuß in die durch die akustische Sensoren gebeildeten Ebenen und bei hoher Schußfolge eine genaue Lage der Punkte zu ermitteln und auszuwerten gestattet in dem das Geschoß diese Ebenen durchstößt.
  • Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß die die Sensoren Aufnehmenden Ebenen lediglich gedachte, ideelle Ebenen darstellen, sodaß die Sensoren unter Fortfall eines anderen Mediums lediglich von sich in Luft fortpflanzenden Kopfwellen beeinflußbar sind.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Sensoren in jeder der beiden Ebenen auf einem die Flugbahn umgreifenden Rahmen angeordnet, wobei mit Vorteil die beiden Rahmen zu einem Bukörper vereinigt sind.
  • In Weiterbildung der Erfindung sind die Rahmen oder der Baukörper rechteckig ausgebildet und auf jeder Seite mit Sensoren bestückt.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung kann in Abwandlung auch dazu dienen, die Flugbahn nicht nur vor dem Ziel sondern über ihre ganze Länge zu erfassen. Dies geschieht dadurch, daß an in vorgegebenen Abständen entlang der Flugbahn des Geschosses angeordneten Meßpunkten an jedem Meßpunkt Sensoren in zwei Ebenen angeordnet sind, wobei die Ebenen mindestens annähernd senkrecht zur Flugbahn liegen und die Sensoren die Flugbahn umgreifen. Damit wird es möglich die mit der erfindungsgemäßen Anordnung meßbaren Werte auf der Flugbahn zu erfassen.
  • Der besonder Vorteil und die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Anordnung werden an Hand der Figuren 1 und 2 erläutert. Diese zeigen in zum Teil schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung, wobei der Übersichtlichkeit wegen nur die zur Messung der senkrechten Abweichung der Trefferlage erforderlichen Sensoren dargestellt sind.
  • Figur 1 zeigt einen Baukörper 1, der den vorderen Rahmen 2 und den hinteren Rahmen 3 umfaßt. In der Mitte des vorderen Rahmens 2 liegt der Punkt 6, an dem das Geschoß die Ebene des vorderen Rahmens bei exakter Trefferlage mit einer Flugbahn senkrecht zu dieser Ebene durchstoßen müßte. Die Sensoren sind auf dem vorderen Rahmen 2 mit So' und Su' bezeichnet, auf dem hinteren Rahmen 3 mit So und Su. Der senkrechte Abstand zwischen oberer und unterer Seite jedes Rahmens und damit zwischen den Sensoren des Paares So' und Su' sowie So und Su ist mit S, der waagerechte Abstand zwischen den Rahmen und damit zwischen den Sensoren des Paares So und So' sowie Su und Su' ist mit b bezeichnet.
  • Für die senkrechte Abweichung der Bahn des Geschosses 4 von der auf der Ebene im Punkt 6 senkrechten Graden 7 werden folgende Zeitdifferenzen in an sich bekannter Weise und vorzugsweise digital gemessen, wie in Verbindung mit Figur 2 zu erkennen:
    • 1. Die Zeitdifferenz Δts vom Auftreffen der Kopfwelle 5 auf den Sensor So der oberen Seite des hinteren Rahmens 3 bis zum Auftreffen der Kopfwelle 5 auf den Sensor Su der unteren Seite des hinteren Rahmens 3 (oder umgekehrt).
    • 2. Die Zeitdifferenz Δto vom Auftreffen der Kopfwelle 5 auf den Sensor So' der oberen Seite des vorderen Rahmens 2 bis zum Auftreffen der Kopfwelle 5 auf den Sensor So der oberen Seite des hinteren Rahmens 3.
    • 3. Die entsprechende Zeitdifferenz Δtu für die unteren Seiten der Rahmen.
  • Die Abweichung Asy des Geschoßdurchtrittspunktes vom Mittelpunkt des hinteren Rahmens 3 in senkrechter Richtung ergibt sich dann aus der Formel:
    Figure imgb0001
    Darin bedeutet:
    • c = die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Kopfwelle in Luft
    • v = die Geschoßgeschwindigkeit
    • b = der Abstand der Rahmen 2 und 3 senkrecht zu ihren Ebenen
  • S = der Abstand zwischen der oberen und der unteren Seite des Rahmens, also die lichte Weite des Rahmens.
  • φ = der Winkel zwischen der Geschoßbahn und der Senkrechten auf die Treffbildebene.
  • Die Geschoßgeschwindigkeit v ergibt sich aus:
    Figure imgb0002
    wobei cos φ = 1 gesetzt werden kann, da der Winkel praktisch stets unter 5° bleibt.
  • Der Winkel φ ergibt sich dann aus:
    Figure imgb0003
    Ist die Flugbahn genau senkrecht zur Rahmenebene, ¢ also = 0, ergibt sich Δsy, als:
    Figure imgb0004
    wie bereits bekannt.
  • In gleicher Weise werden die Zeitdifferenzen für die horizontale Richtung gemessen und ausgewertet, wobei sich Osx also Abweichung vom Mittelpunkt in waagerechter Richtung ergibt.
  • Eine verbesserung der Meßergebnisse erfolgt, wenn jede Seite der beiden Rahmen mit mehreren Sensoren bestückt ist, welche direkt oder über Verstärker parallel oder in Serie geschaltet sind.
  • Bei der Auswertung werden mit Vorteil Trefferlage, Geschwindigkeit und Auftreffwinkel von einer EDV-Anlage berechnet. Dabei kann die Schallgeschwindigkeit ebenso wie die Windgeschwindigkeit und -richtung in den Rechner eingegeben werden. Die Schallgeschwindigkeit kann in an sich bekannter Weise in der Meßstrecke gemessen werden. Auch Windgeschwindigkeit und -richtung werden in an sich bekannter Weise ermittelt und gemessen.

Claims (9)

1. Anordnung zur Ermittlung der Trefferlage und/oder der Geschwindigkeit und/oder des Auftreffwinkels eines mit Überschallgeschwindigkeit auf ein Ziel treffenden Geschosses (4) wobei am Ziel jeweils mehrere akustische Sensoren (So, So', Su, Su') in zwei zueinander und zur Zielfläche parallelen Ebenen (2,3) angeordnet und auf jeder der beiden Ebenen (2, 3) so verteilt sind, daß sie die zu erwartende Flugbahn des Geschosses (4) umgreifen und Signale abgeben, die einem Rechner zugeführt werden, der nach der zeitlichen Reihenfolge und dem Zeitlichen Abstand, in dem die Signale von den einzelnen Sensoren (So, So', Su, Su') Abgegeben werden, die Ablage des Geschosses (4) vom Zielpunkt errechnet, dadurch gekennzeichnet, daß die die Sensoren (So, So', Su, Su') aufnehmenden Ebenen (2, 3) lediglich gedachte, ideelle Ebenen darstellen, so daß die Sensoren (So, So', Su, Su') unter Fortfall eines anderen Mediums lediglich von sich in Luft fortpfanzenden Kopfwellen beeinflußbar sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (So, So', Su, Su') in jeder der beiden Ebenen auf einem die Flugbahnen umgreifenden Rahmen (2, 3) angeordnet sind.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Rahmen (2, 3) zu einem Baukörper (1) vereinigt sind.
4. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Rahmen (2, 3) oder der Baukörper (1) rechteckig und auf jeder Seite mit Sensoren bestrückt sind.
5. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß an in vorgegebenen Abständen entlang der Flugbahn des Geschosses angeordneten Meßpunkten an jedem Meßpunkt Sensoren in zwei Ebenen angeordnet sind, wobei die Ebenen mindestens annähernd senkrecht zur Flugbahn liegen und die Sensoren die Flugbahn umgreifen.
6. Anordnung nach Anspruch 2 oder einem derfolgenden, dadurch gekennzeichnet, daß jede Seite der beiden Rahemn (2, 3) mit mehreren Sensoren bestückt ist, welche direkt oder über Verstärker parallel oder in Serie geschaltet sind.
7. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung von Trefferlage, Geschwindigkeit und Auftreffwinkel mit einer EDV-Anlage erfolgt.
8. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallgeschwindigkeit c in der Meßstrecke in an sich bekannter Weise gemessen und in den Rechner eingegeben wird.
9. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß Windgeschwindigkeit und - richtung in an sich bekannter Weise ermittelt, gemessen und in den Rechner eingegeben werden.
EP85103876A 1984-04-03 1985-03-31 Anordnung zur Ermittlung der Trefferlage und/oder der Geschwindigkeit und/oder des Auftreffwinkels von mit Überschallgeschwindigkeit auf ein Ziel treffenden Geschossen Expired - Lifetime EP0157397B1 (de)

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