ES2339612T3 - Procedimiento para la medicion de velocidad de salida de un proyectil o similares. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la medición de la velocidad de salida de un proyectil (2) o similares en un tubo de arma o de disparo (1) o en el freno de boca (3), utilizándose el tubo (1) o el freno de boca (3) como conductor hueco, caracterizado porque el conductor hueco se hace funcionar por debajo de la correspondiente frecuencia límite del modo de conductor hueco (TE; TM).
Description
Procedimiento para la medición de la velocidad
de salida de un proyectil o similares.
Dispositivos o métodos conocidos de medición
utilizan al menos un par de bobinas que están montadas en general
después de un freno de boca de un arma. Las bobinas en este caso
están posicionadas unas respecto a otras a una distancia definida,
determinándose la velocidad V_{0} por el tiempo medido que
necesita el proyectil para recorrer un trayecto definido a través
de las bobinas.
Un dispositivo semejante se conoce por el
documento CH 691 143 A5. Para la medición de la velocidad del
proyectil en la boca de un tubo del arma de una pieza de artillería
de cadencia elevada están dispuestos dos sensores a una distancia
uno de otro en un tubo portador. Estos sensores que reaccionan al
cambio de un flujo magnético están conectados con una unidad
electrónica de valoración y presentan un par de bobinas, hechas de
dos bobinas y un circuito magnético cerrado. La velocidad medida
del proyectil o el instante de ajuste del detonador actualizado con
ello se dan como información al proyectil en general antes de la
salida del proyectil de la zona de boca.
En el documento DE 697 09 291 T2 (EP 0 840 087
B1) se dan a conocer medios para el control de la velocidad inicial
de un proyectil. En este caso está previsto un medio sensor que
pueda medir un parámetro referido a la velocidad de salida. Esto se
realiza con la ayuda de los sensores montados al menos en o dentro
del cañón del arma, que pueden absorber una mayor presión en el
cañón del arma que puede ajustarse por el calentamiento de los
gases propelentes en el tubo del arma. Como sensores se proponen
calibres extensométricos que están adaptados de forma que están en
contacto con el cañón del arma. En este caso se mide la dilatación
del cañón del arma. A partir de la diferencia temporal entre el
registro del paso del proyectil a través de los dos sensores
individuales se determinan el movimiento y por consiguiente la
velocidad del proyectil.
El documento DE 103 52 047 A1 propone integrar
al menos dos sensores distanciados uno de otro en o directamente
dentro del tubo del arma. Durante el paso del proyectil, debido a la
presión del gas en el fondo del proyectil, los sensores registran
una dilatación que se convierte en una señal eléctrica y cuando es
necesario después de la amplificación se suministra a un
procesamiento de señales conectado posteriormente. Como sensores se
emplean preferiblemente sensores de cristal de cuarzo en forma de
espiga longitudinal de medición, que están montados en un anillo
portador en o alrededor del tubo del arma o directamente dentro del
tubo del arma. Los sensores de cristal de cuarzo tienen la gran
ventaja de que ya pueden convertir en señales los cambios de
presión más pequeños, siendo construidos de forma muy robusta y con
precisión de ajuste, es decir, pueden integrarse con contacto fijo
de forma no desprendible del tubo del arma. Las cargas mecánicas del
tubo del arma no tienen efecto por ello sobre el resultado medido
de la medición de presión indirecta. Además, los sensores no se
exponen directamente a la presión del gas y están instalados
adicionalmente a la carcasa presente en una estructura fija.
El documento DE 10 2005 024 179 A1, por el
contrario, renuncia completamente a una medición de una medida
directa de la velocidad de salida actual, puesto que la velocidad de
salida real se determina por información de la velocidad de vuelo
actual del proyectil, es decir, se recalcula a partir de ésta.
Mediante esta velocidad del proyectil actual, el instante de
detonación del proyectil se corrige luego con la ayuda de una
velocidad de salida normalizada el instante de detonación ajustado
anteriormente y se emplea como instante actual de ajuste del
detonador. Para la transmisión de esta información al proyectil
sirve un emisor de microondas, preferiblemente en el rango de GHz,
que envía la temporización actual, determinada, por ejemplo, por el
calculador de dirección del fuego a la munición o un proyectil.
Otro método consiste en hacer funcionar el tubo
como conductor hueco redondo y medir la velocidad del proyectil en
el tubo por efecto Doppler, según puede leerse en el documento EP 0
023 365 A2, que constituye una base para el preámbulo de las
reivindicaciones 1 y 6. La frecuencia de la señal se sitúa en este
caso por encima de la frecuencia límite para el modo de conductor
hueco concerniente. La onda electromagnética constituida en este
caso se extiende en el tubo y se refleja por el proyectil. Además,
se produce un desplazamiento de frecuencia Doppler en función de la
velocidad instantánea.
En este caso es desventajoso que dos sensores
deban encontrarse a una distancia definitiva. Esta construcción
alarga el dispositivo de medición en la boca del tubo del arma. Esto
puede conducir a inestabilidad de toda el arma o puede provocar
problemas al utilizar munición de bajo calibre. Los sabot, que se
separan al salir del tubo del arma, pueden perjudicar el
dispositivo de medición. Además, los sensores deben fijarse
directamente en el cañón del arma o sobre éste. En muchos casos el
proveedor del tubo del arma no es el mismo que el proveedor del
dispositivo de medición de la velocidad de salida. Esto conduce a
que el montaje de los sensores en o dentro del tubo sólo es posible
bajo difíciles condiciones o es totalmente imposible. Un dispositivo
de medición de la velocidad de salida debería funcionar de forma
independiente del tubo del arma utilizado, sin ingerencia en el
mismo tubo del arma. Otra desventaja se produce porque las
mediciones de la velocidad de vuelo y la programación del instante
de detonación fuera del tubo del arma mediante un emisor de
microondas requieren una resistencia a interferencias consabida de
la transmisión de información entre el emisor y el proyectil. Las
interferencias de tipo natural, como también interferencias
conocidas por un emisor de interferencias, pueden impedir la
medición de la velocidad de vuelo y la programación subsiguiente,
hasta que las hacen imposibles. Además, la emisión del emisor puede
detectarse por métodos externos de la "táctica militar
electrónica" y determinan la posición de la pieza de artillería.
Por consiguiente se conoce el emplazamiento de la pieza de
artillería por el contrincante y éste inicia contramedidas para la
lucha contra la pieza de artillería. En el momento actual tiene
validez "ver pero no ser visto". Si la pieza de artillería
revela su emplazamiento debido a emisiones, esta pieza de
artillería se pone en gran peligro por sistemas eficientes de armas.
Además, al medir el desplazamiento de frecuencia Doppler se ponen
exigencias consabidas a la estabilidad del oscilador. Las
vibraciones que se originan por la salida del disparo pueden cambiar
la frecuencia instantánea del emisor y pueden aumentar el coste
para la medición exacta del desplazamiento de frecuencia. Además, el
tubo del arma actúa como conductor hueco redondo abierto y puede
actuar como antena. Esto significa que un dispositivo de escucha
externo detecta las emisiones y puede determinar el emplazamiento de
la pieza de artillería.
La invención se propone el objetivo de señalar
una medición igualmente sin contacto de la velocidad de salida que
no presenta más la última deficiencia mencionada.
El objetivo se resuelve por las características
de la reivindicación 1. Realizaciones ventajosas están representadas
en las reivindicaciones dependientes.
La invención se basa en la idea de utilizar el
tubo del arma o el tubo del segmento y/o las piezas del freno de
boca igualmente como conductor hueco (como conductor hueco tiene
validez un tubo con una forma característica de sección transversal
que posee una pared muy buena conductora eléctricamente, están muy
extendidos técnicamente ante todo los conductores huecos
rectangulares y redondos), que no obstante se hacen funcionar por
debajo de la frecuencia límite del modo de conductor hueco
concerniente. (Bases para ello véanse en
http://people.ee.ethz.ch/\simkkrohne/AMIV/
Wellenleiter.pdf, página 24 - 33 o también http://prp0.prp.physik.tu-darmstadt.de/\simeiakobi/Mikrowel.pdf, a las que se hace referencia aquí). En el conductor hueco que funciona de forma semejante no puede propagarse una onda electromagnética y por consiguiente no tiene lugar un transporte de energía a lo largo del conductor hueco. El campo electromagnético disminuye exponencialmente en la dirección del conductor hueco, lo que no se basa en una amortiguación óhmica, sino que se produce como solución de las ecuaciones de Maxwell.
Wellenleiter.pdf, página 24 - 33 o también http://prp0.prp.physik.tu-darmstadt.de/\simeiakobi/Mikrowel.pdf, a las que se hace referencia aquí). En el conductor hueco que funciona de forma semejante no puede propagarse una onda electromagnética y por consiguiente no tiene lugar un transporte de energía a lo largo del conductor hueco. El campo electromagnético disminuye exponencialmente en la dirección del conductor hueco, lo que no se basa en una amortiguación óhmica, sino que se produce como solución de las ecuaciones de Maxwell.
El campo electromagnético debe satisfacer en
este caso la condición límite para un conductor hueco redondo y la
condición límite en el proyectil. En este caso debe atenderse a que
el conductor hueco redondo no debe presentar obligatoriamente una
sección transversal exactamente circular. Mejor dicho puede ser
introducido también un perfil en la pared del conductor hueco para
obtener una distribución deseada del campo transversal
electromagnético. Esto puede verse en la fig. 3 como una estructura
de nervios en el freno de boca proporciona la selección del modo.
Al cumplir todas las condiciones límites se produce una intensidad
de señal en el lugar z = 0 (sin Z_{K} es igual a 0) que se
determina ahora de la posición z = z_{p} del proyectil en el
conductor hueco. El desplazamiento Z_{K} entre acoplador de envío
(10.1) y el acoplador de recepción (10.2) puede servir para la
mejor selección de modo si es necesario. En general Z_{K} debe ser
igual a 0, y sólo tiene validez para el acoplador de recepción que
es el siguiente respecto al acoplador de envío (10.1). La situación
mostrada en la fig. 3 muestra una disposición hecha de un acoplador
de envío (10.1) y un acoplador de recepción (10.2). Pero también
pueden montarse varios acopladores de recepción (11.2), según puede
verse en la fig. 4, en serie muy cerca unos de otros y por
consiguiente de forma compacta en la dirección hacia el extremo del
tubo y antes del acoplador de envío (11.1), para aumentar la
exactitud de la medición. El freno de boca no se alarga en este
caso artificialmente y por consiguiente se evita la desventaja de un
dispositivo largo de medición de la velocidad de salida.
El dispositivo de medición se forma por el tubo
de la pieza de artillería u otro dispositivo de disparo en forma de
tubo, el proyectil, la zona de boca del tubo, por ejemplo, de un
freno de boca, así como al menos un oscilador, un acoplador de
envío y como mínimo un acoplador de recepción o varios acopladores
de recepción, dependiendo el número de la exactitud de medición
deseada del dispositivo de medición.
Es ventajoso en este dispositivo de medición
sencillo que la zona de boca o el freno de boca no deban alargarse
artificialmente. El dispositivo de medición está integrado
directamente en el freno de boca. Además, puede emplearse en
función del tipo de munición (pequeño o gran calibre). Este
dispositivo de medición es compacto, puesto que el tubo y la zona
de boca, en particular el freno de boca empleado en general en el
tubo de la pieza de artillería, pertenecen con ello a la estructura
de medición. La exactitud de la medición misma es independiente de
la frecuencia del oscilador, de forma que no debe requerirse una
elevada estabilidad de frecuencia al oscilador empleado, como en el
caso de las mediciones de frecuencia Doppler conocidas. Sólo no
deben sobrepasarse una frecuencia superior y una inferior. La
medición sencilla se produce así porque no se registra la frecuencia
sino la envolvente. El dispositivo de medición puede funcionar en
el modo simple.
La invención debe explicarse en detalle mediante
un ejemplo de realización con dibujo.
Muestra:
Fig. 1 un dispositivo principal de medida para
la medición de la velocidad de salida de un proyectil;
Fig. 2 una representación esquemática del
conductor hueco redondo limitado según la fig. 1;
Fig. 3 una representación de la sección de
medición, integrada en el freno de boca así como equipada de una
estructura de nervios para la selección de modo;
Fig. 4 una representación de la fig. 3 con
varios acopladores.
\global\parskip0.900000\baselineskip
En las fig. 1 y 2 está representada la
estructura base de un dispositivo de medición 100 para el
procedimiento de medición. El dispositivo de medición 100 comprende
un tubo de la pieza de artillería 1, aquí con un freno de boca 3,
un oscilador 4 que está unido eléctricamente para la excitación a
través de un suministro de señal 5 con un acoplador de envío 6. Un
acoplador de recepción 7 sirve para la recepción de señales y está
unido a través de un cable 8 para la señal de recepción con una
unidad de recepción 9, hecha de un detector 9.1 y un tratamiento de
señales 9.2. Los dos acopladores 6, 7 están integrados en el freno
de boca 3 y forman un par acoplador.
El oscilador 4 excita en este caso a través del
acoplador de envío 6 un modo de conductor hueco (TE; TM). En este
caso está previsto en este ejemplo de realización que se elija una
frecuencia que se sitúa por debajo de la frecuencia límite del modo
de conductor hueco concerniente. El modo de conductor hueco deseado
se excita mediante la selección de modo mecánica y
electromagnética. Mediante el sistema "tubo" (fig. 2 conductor
hueco 1') y el proyectil 2 (fig. 2 cilindro 2') se deduce la
intensidad de señal en el lugar z = 0, que depende de la posición z
= z_{p} del proyectil 2. El acoplador de recepción 7, aquí un
sensor pick up, recibe esta señal que se conduce a la unidad de
recepción 9.
Según ya se ha realizado, el dispositivo de
medición 100 se hace funcionar en un modo de conductor hueco
seleccionado por debajo de la frecuencia límite de este modo de
conductor hueco (below cut-off frequency) del
conductor hueco o de una pieza del conductor hueco que está
integrada en el freno de boca. No sólo es posible el modo base,
sino también modos de conductor hueco más elevados. Se diferencia
entre modos transversales eléctricos (TE) y transversales
magnéticos (TM). Los dos modos pueden utilizarse también aquí.
Mediante la fig. 2 se observa así en detalle el
principio base del método de medición. Si se limita el conductor
hueco 1' redondo con el pivote 2' cilíndrico, así el campo
electromagnético debe cumplir, por un lado, las condiciones límite
en las paredes del conductor hueco y, por otro lado, las condiciones
límite en el fondo del cilindro. Tiene validez que las paredes y el
fondo del cilindro sean conductores de forma ideal. Esto significa
que la componente tangencial de la intensidad de campo eléctrico es
(nula) en estas superficies "E = 0 V/m" y que la componente
normal de la inducción magnética es (nula) en estas superficies "B
= 0 T". Esto puede conseguirse con la introducción de dos
componentes de campo: el campo electromagnético original que cumple
sólo las condiciones límite en las paredes y una componente
adicional, que posee las misma distribución transversal que el
campo original y cumple por consiguiente también las condiciones
límite en las paredes. La componente de campo convencional se
excita en el lugar z = 0. La frecuencia se sitúa por debajo de la
frecuencia límite para el modo de conductor hueco elegido. Para
cumplir las condiciones límite en el fondo de cilindro Z = z_{p},
se genera una segunda componente de campo que por superposición
neutraliza la componente tangencial de la intensidad de campo
eléctrico y la componente normal de la inducción magnética del campo
original. La superposición de ambas componentes produce en el lugar
z = 0 una intensidad de señal que depende de la posición del fondo
del cilindro en el lugar z = z_{p}.
Si ahora se analiza la evolución temporal de la
intensidad de señal en el lugar z = 0, así puede deducirse también
una velocidad de salida V_{0}.
Según puede verse en la fig. 3, el modo de
conductor hueco deseado puede excitarse por medidas constructivas
mecánicas, aquí por ejemplo con una estructura de nervios en la
pared del conductor hueco. Además, con el tipo de excitación con el
acoplador de envío 10.1 se apoya la selección del modo. En la fig. 3
se muestra el conductor hueco como parte del freno de boca. El
desplazamiento Z_{K} entre acoplador de envío 10.1 y acoplador de
recepción 10.2 puede servir para la mejor selección del modo si es
necesario. Pero en general debe ser Z_{K} = 0 y tiene validez
sólo para el acoplador de recepción que está a continuación del
acoplador de envío 10.1.
En la fig. 4 se muestra como se aumenta la
exactitud de la medición con varios acopladores de recepción 11.2.
Debe considerarse que el acoplador de recepción 11.2 más retirado
del extremo del tubo está a la misma distancia del extremo del tubo
que el acoplador de envío 11.1. Esto significa que después del
acoplador de envío 11.1 no debo posicionarse un acoplador de
recepción 11.2.
Las deficiencias de los métodos anteriormente
mencionados según el estado de la técnica se neutralizan mediante
el dispositivo de medición propuesto aquí por las propiedades
siguientes:
- \bullet
- los acopladores (acoplador de envío y acoplador de recepción) pueden posicionarse muy cerca unos de otros y por consiguiente pueden integrarse en el freno de boca (3). No es necesaria una prolongación en el freno de boca. Además, los acopladores pueden instalarse también en el tubo si esto es posible.
- \bullet
- el dispositivo de medición se integra sólo en el freno de boca (fig. 3) si no es posible en el tubo del arma. Por consiguiente el dispositivo de medición es independiente del tubo y por consiguiente también del proveedor del tubo.
- \bullet
- la medición tiene lugar dentro del freno de boca o del tubo y por consiguiente se obtiene una mayor resistencia a interferencias.
- \bullet
- el conductor hueco se hace funcionar por debajo de la frecuencia límite y mediante la longitud del conductor hueco también se minimizan las emisiones hacia fuera.
- \bullet
- al oscilador no se le ponen requerimientos elevados respecto a la estabilidad puesto que no es necesaria una medición de frecuencia Doppler.
Claims (9)
1. Procedimiento para la medición de la
velocidad de salida de un proyectil (2) o similares en un tubo de
arma o de disparo (1) o en el freno de boca (3), utilizándose el
tubo (1) o el freno de boca (3) como conductor hueco,
caracterizado porque el conductor hueco se hace funcionar por
debajo de la correspondiente frecuencia límite del modo de
conductor hueco (TE; TM).
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la velocidad del proyectil V(t)
instantánea puede medirse y almacenarse de forma continua.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque la evolución en función del tiempo (t)
de la velocidad del proyectil en el conductor hueco está
determinada.
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque mientras que el
proyectil (2) se mueve en el conductor hueco y antes de que el
proyectil (2) abandone el conductor hueco puede realizarse una
predicción de la velocidad (V_{0}).
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque como instante de
valoración se elige aquel momento en el que el proyectil está
precisamente en el emplazamiento del acoplador de recepción,
tendiendo a cero la señal a medir o presentando otro comportamiento
característico, de forma que luego pude medirse la velocidad
(V_{0}).
6. Dispositivo de medición (100) para la
realización del procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a
5, comprendiendo:
- -
- un tubo del arma o de disparo (1),
- -
- un freno de boca o similares (3),
- -
- un generador de señales (4) que
- - está unido eléctricamente a través de un suministro de señal (5) con al menos un acoplador de envío (6, 10.1, {}\hskip0,2cm 11.1) para la excitación del tubo de arma o de disparo (1), y
- -
- un conductor de recepción (8) para la transmisión de las señales medidas en al menos un acoplador de recepción (7, 10.2, 11.2) a un dispositivo de valoración (9).
7. Dispositivo de medición según la
reivindicación 6, caracterizado porque el generador de
señales (4) genera un portador en el modo de onda continua (modo
CW).
8. Dispositivo de medición según la
reivindicación 6, caracterizado porque el generador de
señales (4) genera una señal modulada.
9. Dispositivo de medición según una de las
reivindicaciones 6 a 8, caracterizado porque el generador de
señales (4) es un oscilador.
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