NO175504B - Anordning for bestemmelse av rullevinkelen til et roterende prosjektil e.l. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en anordning for bestemmelse av rullevinkelen til et roterende prosjektil, rakett eller liknende ved hjelp av magnetiske midler når det/den forlater løpet, utskytningsrøret eller liknende.

Oppfinnelsen kan anvendes på alle typer av prosjektiler, raketter eller liknende som avfyres fra et løp eller utskytningsrør og som roterer i sin bane. Oppfinnelsen kan særlig benyttes ved såkalt sluttfasestyrt ammunisjon, dvs. prosjektiler som avfyres på konvensjonell måte i en ballistisk bane til den umiddelbare nærhet av målet hvor de mottar en kommando for nødvendig korreksjon. Som følge av at prosjektilet roterer i sin bane, må rullestillingen bestemmes når kommandoen utføres. Ved fravær av elementer for bestemmelse av rullestillingen opptrer ellers en feil i kurskorreksjonen.

Fra svensk patentsøknad nr. 8801831-2 er det allerede kjent å bestemme rullevinkelstillingen ved hjelp av polarisert elektromagnetisk stråling, ved hjelp av en sender som er innrettet til å avgi en polarisert stråling i retning mot prosjektilet, og en polarisasjonsfølsom mottaker som er anordnet i prosjektilet. Ved å bringe den avgitte, polariserte stråling til å bestå av minst to innbyrdes faselåste strålingskomponenter med et bølgelengdeforhold på 2:1 og/eller multipla av dette, hvilke er overlagret og danner en asymmetrisk kurveform, kan prosjektilets rullestilling bestemmes på utvetydig måte.

Ovennevnte anordning forutsetter at en sender er plassert i forbindelse med prosjektilets utskytningsposisjon, og at prosjektilet er forsynt med en bakoverrettet mottakerantenne for å motta den overførte stråling.

Selv om en anordning av den beskrevne type tillater en entydig bestemmelse av rullestillingen med tilfredsstillende nøyaktighet og uten tvetydighet, kan det være en ulempe å være avhengig av to innbyrdes faselåste frekvenser, da både senderen og mottakeren er mer kompliserte.

Det er også allerede kjent å bestemme rullevinkelstillingen ved hjelp av magnetiske midler ved å avføle jordens magnetfelt, se EP 0 319 649. Et sådant system er imidlertid breddegradsavhengig og følsomt for forstyrrelse.

Formålet med oppfinnelsen er å tilveiebringe et alternativ til de ovenfor beskrevne metoder for rullevinkelbe-stemmelse, hvor bestemmelsen utføres ved hjelp av magnetiske midler i stedet for med utsendt mikrobølgestråling, og uten å være avhengig av jordens magnetfelt. Den måte på hvilken dette er oppnådd, fremgår av den karakteriserende del av patentkrav 1.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende i forbindelse med et utførelseseksempel som er vist skjematisk på tegningene, der fig. 1 viser et prosjektil (ballistisk, høy-eksplosiv granat eller såkalt "kulesprenggranat" ) som er forsynt med en permanentmagnet, fig. 2 viser magnetfeltorienteringen, fig. 3 viser et kanonrør med en flammedemper (muzzle bell) som er forsynt med to par viklinger, fig. 4 viser skjematisk hvordan en indusert spenning genereres når prosjektilet passerer viklingene, og fig. 5 viser et eksempel på en beregningsenhet for følersignalene.

Fig. 1 viser et prosjektil i form av en kulesprenggranat 1 som er beregnet på å avfyres på konvensjonell måte fra et løp eller kanonrør. En sirkulær permanentmagnet 2 er montert i et kileformet spor 3 i granatens nesekonuskappe på en slik måte at magnetfeltet er orientert på tvers av granatens lengderetning 4, se fig. 2. Permanentmagnetens 2 stilling er valgt ved å ta i betraktning temperatur- og akselerasjonspåkjenningene. Magneten kan være av ferrittmateriale og magnetisert ved montering. Magneten er montert i en fast stilling i rulleplanet, slik at riktig vinkelinformasjon vil bli oppnådd (se nedenfor), i hvilken henseende en antenne i granatens bakre plan kan utgjøre en referanse. To ikke-magnetiske ringer 5, 6 er anordnet foran og bak permanentmagneten. Granaten er i andre henseender konvensjonell og blir derfor ikke beskrevet nærmere.

Munningen av kanonløpet 7 er utstyrt med en flammedemper 8 i form av en avkortet konus. To par viklinger 9, 10 er montert på den ytterste del av flammedemper en, idet hvert par av viklinger består av to seriekoplede viklinger som er plassert på hver side av prosjektilbanen.

Når granaten passerer de to par av viklinger, induseres en spenning i viklingene, og ved hjelp av passende signalbehand-ling kan granatens rullevinkel ved passering gjennom munningen bestemmes. Rullevinkelen overføres til en sentral enhet fra hvilken vinkelinformasjonen og tidspunktet etter avfyring kan overføres til prosjektilet via en konunandoforbindelse. Ved hjelp av passende elektronikk kan prosjektilet da beregne den virkelige rotasjonsstilling ut fra denne informasjon. Disse deler, den sentrale enhet, kommando forbindelsen og pros jektilelektronikken, utgjør imidlertid ikke noen del av oppfinnelsen og blir derfor ikke beskrevet nærmere.

Parene av viklinger er hensiktsmessig anordnet i sine respektive spor 11 i en sirkulær holder 12 som er montert helt ved fronten av flammedemperen. Selve viklingene er utformet som rektangulære spoler 14, 15 som følger flammedemperens krumning, se fig. 3. Ikke-ledende og ikke-magnetisk materiale benyttes som underlag for monteringen av viklingene, og materialet vil dessuten være motstandsdyktig mot temperatur- og akselerasjons-sjokk.

Når prosjektilet med sin magnet passerer viklingene, induseres elektromotoriske krefter (e.m.f.) i overensstemmelse med fig. 4 ifølge formelen:

hvor é = indusert spenning i volt

N = antall vindinger på viklingen

^ = fluksendring pr. tidsenhet

For vikling 1 og 2 gjelder følgende:

éx = K • V0 • cosa hhv. é2 = K • Vc • sina [V]

hvor K = konstant avhengig av viklingens utforming og magne-tens dipolmoment

V0 = prosjektilets begynnelseshastighet

a = vinkel med viklingenes senterlinje.

Når viklingene dreies 90° i forhold til hverandre, ligger de induserte spenningstopper i relasjon til hverandre i forholdet sina/cosa, hvilket gir:

é1 = K • VQ • cosa [V]

é2 = K • VQ • sina [V]

Følgende utledning viser hvordan K og VQ elimineres:

Tvetydigheten i are cos-funksjonen elimineres ved å studere fortegnene til ex og e2.

En beregning av den spenning som induseres i en vikling, er blitt utført, hvor é = 2,6 mV/vinding.

For en A/D-omformer med 8 biter og 5 mV oppløsning kreves følgende:

hvor N = antall vindinger i et par av viklinger.

Spenningene é (følersignaler) som induseres i viklingene 9, 10, overføres via en kabling 16 til en beregningsenhet 17 (se fig. 5) som er beliggende på løpet 7 i nærheten av munningen og hensiktsmessig er opphengt på støtabsorberende måte. Spenningsmating og toveis overføring til en sentral enhet (ikke vist) skjer via en felles koaksialkabel 18 som er tilpasset for høy overføringshastighet.

Beregningsenheten 17 omfatter to A/D-omformere 19, 20, registre 21, 22 og komparatorer 23, 24 som er koplet til en mikroprosessor 25 for beregning av vinkelverdien a. Mikroprosessoren 25 er koplet via en modulator 26 til den sentrale enhet via koaksialkabelen 18.

Beregningsenhetens funksjon er som følger: Umiddelbart før avfyring nullstilles A/D-omformerne 19, 20 og registrene 21, 22. Taktsignaler CLOCK A og CLOCK B sampler A/D-omformerne med en vesentlig høyere frekvens enn den høyeste inngående frekvens i målesignalet (over-sampling). Når målesignalene fremkommer, omformes de analoge signaler til digitale størrelser og taktsty-res over til de digitale registre 21, 22 med en taktpuls-forskyvning. Når komparatorene 23 og 24 detekterer at register-verdiene er større enn den verdi som nettopp er omformet i A/D-omformeren 19 og 20, blokkeres CLOCK A eller CLOCK B. Toppver-dien ligger nå lagret i registeret 21 eller 22 og kan innmates til mikroprosessoren 25 for beregning.

Den beregnede verdi i mikroprosessoren 25 overføres i serieform via modulatoren 26 til den sentrale enhet (ikke vist) via koaksialkabelen 18. Styrekommandoen til mikroprosessoren 25 kan også overføres fra den sentrale enhet via en demodulator 27. Tilførsels- eller matespenningen til beregningsenheten 17 tilveiebringes av den sentrale enhet ved hjelp av kabelen 18. Spenningen tilføres til elektronikken ved hjelp av en drossel-spole 28. Det modulerte signal blokkeres på sin frekvens ved hjelp av drosselspolen, og koplingskondensatorene 29 og 30 på modulatoren 26 og demodulatoren 27 blokkerer likestrømsnivået på kabelen 18.

Claims (7)

1. Anordning for bestemmelse av rullevinkelen til et roterende prosjektil, rakett eller liknende når det/den forlater løpet, utskytningsrøret eller liknende, KARAKTERISERT VED at prosjektilet omfatter en magnetisert del (2) med en kjent polarisasjonsretning, at minst to par viklinger (9, 10) er montert i forbindelse med løpet eller utskytningsrøret på en slik måte at en spenning induseres i viklingene når prosjektilet passerer munningen, og at en beregningsenhet (17) er innrettet til, ved hjelp - av de nevnte spenningssignaler, å beregne prosjektilets rullevinkelstilling ved utskytning.

2. Anordning ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at prosjektilet omfatter en permanentmagnet (2) som er montert på en slik måte at dens magnetfelt er orientert på tvers av prosjektilets lengderetning (4) og i en fast stilling i rulleplanet.

3. Anordning ifølge krav 2, KARAKTERISERT VED at permanentmagneten (2) er sirkulær og anordnet i et spor (3) i prosjektilets nesekonuskappe i et plan normalt på prosjektilets lengderetning (4).

4. Anordning ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at hvert par av viklinger (9-, 10) består av to seriekoplede viklinger som er plassert på hver side av prosjektilets bane og i en vinkel på 90° i forhold til hverandre.

5. Anordning ifølge krav 4, KARAKTERISERT VED at viklingene i hvert par av viklinger (9, 10) er utformet som rektangulære spoler (14, 15) som følger krumningen av løpets flammedemper .

6. Anordning ifølge krav 5, KARAKTERISERT VED at parene av viklinger (9, 10) er anordnet i et respektivt spor (11) i en sirkulær holder (12) som er montert ved fronten av løpets f1ammedemper.

7. Anordning ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at spenningen eller spenningene (følersignalene) som induseres i parene av viklinger (9, 10), overføres til beregningsenheten (17), samples av enhetens A/D-omformer (19, 20) og evalueres digitalt i sammenliknere (23, 24), og deretter overføres til en mikroprosessor (25) for beregning av vinkelverdien.