NO310381B1 - Multifunksjonelt magnetisk tennrör - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse vedrører området for tennrør og nærmere bestemt en anordning og fremgangsmåte for styring av et prosjektil med tennrørfunksjoner, innbefattende magnetisk å avføle ballistiske rotasjonsparametre og beregne munningshastighet for nøyaktig å styre avstand til der et prosjektil sprenges.

Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen en multifunksjonell magnetisk tennrøranordning i et våpensystem for å bestemme detoneringspunktet for et prosjektil som avfyres fra et våpen, der prosjektilet roterer om sin langsgående akse med magnetisk transdusermiddel for bruk med et tennrør i prosjektilet. Videre vedrører oppfinnelsen en fremgangsmåte for å bestemme munningshastigheten for et prosjektil etter avfyring av prosjektilet fra et våpen, der hver rotasjon av prosjektilet telles når det roterer rundt sin langsgående akse.

Fjerninnstillbare tennrør er blitt anvendt i prosjektiler under en viss tid. Et fierninnstillbart tennrør tillater ekstern informasjon å bli innmatet til prosjektilet før avfyring. En kjent fremgangsmåte for innmating av informasjon til tennrøret er ved kontaktfri, induktiv kobling. Dette er en transformatorløsning med primæren av transformatoren plassert på utsiden av prosjektilet, i det som vanligvis benevnes som en innstiller, og sekundæren av transformatoren anbragt i tennrøret. Magnetiske fluks passerer mellom primæren og sekundæren med passende AC modulasjon som inneholder data. Informasjonsinnmatningen til tennrøret relaterer til en tennrørmodus innstilling eller eksempelvis kan inneholde en tidsrom-til-sprenging for prosjektilet. Tidsrom-til-sprenging representerer en forutbestemt tidsperiode etter avfyring, som er tilnærmet en ønsket avstand, hvoretter prosjektilet detonerer.

En annen anordning for å måle avstanden som et bevegelig legeme, slik som et prosjektil eller en missil beveger seg over er omtalt i den britiske patentpublikasjon GB-A-I 129448 hvis beskrivelse er relatert til ingressen i vedlagte patentkrav 1 og 15. Der er i tillegg bragt utstyr for å måle distansen som prosjektilet vandrer ved å telle omdreininger av nevnte prosjektil i jordens magnetfelt. En transduser som har en oppfangningsspole viklet på en kjerne av magnetisk permeabelt materiale roterer i jordens magnetfelt med nevnte profil og tilveiebringer elektriske signaler som svarer til antallet av omdreininger av nevnte prosjektil som leveres til en teller som reagerer på nevnte elektriske signaler. For å anvende dette utstyret anvendt på et artilleriprosjektil er det nødvendig å kjenne stigningen av spiralen som beskrives av et punkt på prosjektilets overflate under flukt. Forholdet distanse lik antall av omdreininger x stigning bestemmer detonasjonspunktet.

I et sprengningsammunisjonsscenarium er de mest viktige trekk ved prosjektilet og dets tennrør nøyaktighet og sikkerhet for brukeren. Disse faktorer er relatert til tennrør styrefunksjonene. Tidligere er det blitt anvendt systemer som har vært kostbare og kompliserte og/eller elektriske fremgangsmåter for å forsøke mer nøyaktig å bestemme avstanden for et prosjektil og styre tennrøret. En variabel som i stor grad påvirker nøyaktigheten ved avstandsbestemmelsen er den faktiske munningshastighet, hvilken kan variere avhengig av et stort antall av kjente faktorer. Det har alltid vært ønskelig å styre detoneringen av et prosjektil basert på en bestemmelse av faktisk munningshastighet. Imidlertid har et nøyaktig system for bestemmelse av munningshastighet innenfor et prosjektil ikke vært tilgjengelig, systemer som er montert direkte på munningen av spesialutformede våpen eksisterer, men kompliserer i stor grad våpenet og står i motsetning til en generell standardisert løsning for samtlige våpen.

Tidligere systemer har basert seg på tidsinnstilling og har ikke vært i stand til nøyaktig å forutsi munningshastighet. Andre tennrørsystemer krever mekaniske innstillinger av brukeren for å formidle funksjoner. Denne avhengighet av operatøren skaper en langt større risiko for feil eller ulykke. Andre elektroniske systemer har vist seg å være for kostbare og krever mer plass i prosjektilet enn hva som er tilgjengelig. Dessuten anvender visse tidligere løsninger deler, slik som krystaller, som ikke lett kan tolerere de krefter eller det sjokk som prosjektilet erfarer.

Følgelig gjenstår det et behov for en kompakt, enkel flerfunksjons sensor som virker som en fjernmottaker og gir mer nøyaktig detonering av prosjektilet.

Denne oppfinnelse gjelder en sensor for en klasse av prosjektiltennrør for bruk i artilleriammunisjon, stridsvognammunisjon, middel-kaliber kuler/prosjektiler av alle størrelser, og individuelt bårne stridsvåpen. Funksjonene som er iboende i dette tennrør innbefatter de som kreves av nåværende standarder og innbefatter dessuten flere andre funksjoner som ikke er tilgjengelige med tidligere kjente tennrør og som alle oppnås med et enkelt magnetisk sensorelement. Nærmere bestemt tilveiebringes intern omdreiningstelling slik at en omdreininger-til-sprengning detoneringsmodus er mulig. Omdreiningene pr. sekund eller dreiningene av prosjektilet telles og detoneringen av prosjektilet baseres på denne telling. En annen relatert funksjon ved oppfinnelsen er bestemmelsen av munningshastighet basert på omdreiningstelling, hvilket muliggjør beregning av det som alltid har vært en ubestemt måling. Bestemmelsen av munningshastighet muliggjør kompensering av avfyringsstyringssystemenes tellingsestimat av omdreininger-til-sprengning, hvilket er basert på en nominell antatt munningshastighet, ved å modifisere omdreininger-til-sprengning tellingen basert på den faktiske munningshastighetmåling.

Den oppfinneriske sensor fungerer derfor som en fjerninnstilt mottaker, en ballistisk omdreiningsteller og en munningshastighetsberegner. Den foreliggende oppfinnelse eliminerer de tidligere nevnte problemer og tilveiebringer en enkelt sensor som er intern mht. tennrøret for å kraftfor syne tennrøret, nøyaktig å avføle fjerninnstillinger og modi, tilveiebringe en telling av ballistiske omdreininger for å bestemme munningshastighet, og tilveiebringe et flertall av funksjoner som fører til nøyaktig og sikker utnyttelse av prosjektiler. Tennrøret kan anvende målingen av den faktiske munningshastighet til å kompensere omdreininger-til-sprengning tellingen for avvik i den faktiske munningshastighet fra den antatte nominelle munningshastighet.

Oppfinnelsen omfatter en anordning for å telle hver rotasjon av et prosjektil, etter avfyring av prosjektilet fra et avfyringsvåpen, idet prosjektilet har en lengdeakse, og anordningen omfatter tellingsmiddel for å telle hver rotasjon av prosjektilet når det roterer rundt sin lengdeakse. Tellingsmidlet innbefatter dessuten rotasjonssignalmiddel for å generere et rotasjonssignal som varierer over tid når prosjektilet roterer om sin akse i jordens magnetfelt og der størrelsen av rotasjonssignalet når en forutbestemt terskel et forutbestemt antall av ganger for hver rotasjon av prosjektilet og en teller som er operativt forbundet med rotasjonssignalmidlet for å telle antallet av ganger som rotasjonssignalet når sin forutbestemte terskel.

De for oppfinnelsen kjennetegnende trekk ved anordningen fremgår av den kjennetegnende del av vedlagte krav 1, samt at ytterligere utførelsesformer av anordningen fremgår av de dertil underordnede patentkrav.

Videre kjennetegnes den innledningsvis nevnte fremgangsmåte ved de kjennetegnende trekk som fremgår av vedlagte krav 15. Fig. 1 er et diagram som viser hastighetsprofilen for et 25 mm prosjektil over en avstand. Fig. 2 er et diagram som viser rotasjonsprofilen for et 25 mm prosjektil over en avstand.

Fig. 3 er et tverrsnitt av et prosjektil som anvender oppfinnelsen.

Fig. 4 er et tverrsnitt av neseelementet på et prosjektil som har nesetennrør-komponentene ifølge oppfinnelsen.

Fig. 5 er et perspektivisk riss over den magnetiske transduseren ifølge oppfinnelsen.

Fig. 6 er et blokkskjema over oppfinnelsen.

Fig. 7 er et blokkskjema over algoritmen for bestemmelse av munningshastighet.

Fig. 8 er et diagram som viser kraftinnkoblings- og meldingsperioden for oppfinnelsen.

Selv om denne oppfinnelse kan realiseres i mange forskjellige former, er der beskrevet i detalj her særlig foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen. Denne beskrivelse er en eksemplifisering av prinsippene for oppfinnelsen og er ikke tilsiktet å begrense oppfinnelsen til de særlige utførelsesformer som er vist.

Sprengningsammunisjon-tennrøret kan kategoriseres som "fjernstyrings" elementet i et våpensystem. Så snart prosjektilet forlater våpenet, er tennrøret den siste styring på prosjektilets funksjoner. Derfor er tennrøret et vitalt ytelseledd mellom de initielt optimaliserte attributter for våpenet og avfyringsstyringsdelsystemene og den ultimative maksimering av krigshodevirkningene. Slik det er vel kjent kan avfyringsstyredelsystemet måle avstand, helling, vind, temperatur, trykk og målbevegelse og forutsi en våpeninnstilling og deretter formidle en sprengningsavstand forutsigelse til tennrøret basert på beregnede, ballistiske parametre.

Den endelige effektivitet for våpenet er direkte relatert til styring av feil for forutsigelse av luftsprengning. En vanlig anvendt løsning er å omforme målavstanden (fra avfyringsstyringens avstandsmåler) til tids-nedtellingstall basert på estimert prosjektilballistikk. En av de viktige ballistiske karakteristika er den nominelle munningshastighet for et bestemt prosjektil og våpen. En mer ballistisk forutsigelse kunne tilveiebringes ved å basere tidsnedtellingen på en faktisk munningshastighet i stedet for å basere seg utelukkende på den nominelle eller antatte munningshastighet for den klassen av prosjektil og våpen .Den faktiske munningshastighet endret seg med drivstofflast, drivstoftfetthet, drivstofftemperatur, og løpslitasje og kan resultere i avstandsfeil i størrelsesorden av 100 m, når det anvendes nominell munnings-hastighetsparametre. Denne avstandsfeil er uakseptabel.

Et tennrør kan ikke måle avstand direkte og anvender derfor en parameter som er proporsjonal med avstand. Det tidligere kjente tidsbaserte målingskonsept er utledet fra forholdet der avstand er lik hastighet x tid. Som vist i fig. 1, for et typisk 25 mm prosjektil, testet ved 15,5 °C (60°F) og med en nominell munningshastighet lik 617 m/s, er hastigheten i forhold til avstanden ulineær. Kurven forskyver seg for forskjellige initielle munningshastigheter, hvilket frembringer store feil i tidsbasert avstandsforutsigelse.

Alliant Techsystems har oppdaget analytisk og eksperimentelt at en omdreiningstelling basisparameter oppfører seg mer ideelt (mer lineært) som vist i fig. 2, og som ble testet ved 15,5°C (60°F) og med en 6° våpenvridning. Som det vil bli omtalt nærmere nedenfor har Alliant Techsystems oppdaget at man kan anvende jordens magnetfelt til å telle prosjektilets omdreininger. Fra de kjente våpenkarakteristika og omdreiningstellingen kan den øyeblikkelige rotasjonshastighet for prosjektilet beregnes. Rotasjonsprofilen (rotasjon i forhold til avstand) vist i fig. 2 er for et 25 mm prosjektil og er relativt lineær og forutsigbar, og frembringer bedre forutsigelseytelse enn tidsintervallmåling. Øyeblikkelig rotasjonshastighet er en utmerket basisparameterestimator for et prosjektils hastighet over en god del av dets flukt og særlig nær munningen. Et omdreiningstellings-tennrør kan måle faktisk munningshastighet, slik det vil bli nærmere omtalt nedenfor, og tilveiebringe en korrigering av omdreininger-til-sprening tellingen basert på forskjellen mellom den nominelle og faktiske munningshastighet, slik at ved å anvende langs med avstanden omdreiningstelling , kan den frembringe minimal sprengningsfeil. Selv om avstandsbestemmelsen kan baseres fullstendig på en omdreiningstelling, har Alliant Techsystems oppdaget at avhengig av en bestemt ballistisk anvendelse og avstand, kan det være mer nøyaktig å anvende både omdreiningstelling og tidsintervalltelling. For en gitt, fast munningshastighet har Alliant Techsystems oppdaget at omdreiningsytelsen er langt bedre ut til ca. 1000 m. Etter dette punkt tenderer hastigheten mot en sluttverdi og tidsopptreden er noe bedre. Derfor er det optimalt å anvende et tennrør som har en sensor som kontinuerlig måler omdreininger og en algoritme for å måle hastighet basert på omdreiningstelling i forbindelse med tidsintervalltelling. På denne måte kan et tennrørsystem anvende omdreiningstelling på korte og middels avstander, forbedret ved tidsforutsigelse ved lange avstander.

Tennrøret ifølge oppfinnelsen tilveiebringer en enestående løsning for å måle og korrigere m.h.t. munningshastighet. Den samme sensoren som muliggjør innstillerkommunikasjon måler rotasjonshastighet ved munningsåpning som er relatert til munningshastighet ved løpsvridning, slik det er velkjent. Den samme sensor kan anvendes til å telle omdreininger langs avstanden, ettersom fremgangsforholdet er mer nøyaktig en tid over en signifikant tidlig del av en total avstand. Fremføringsforholdet er lik omdreininger pr. enhetsdistanse for et prosjektil som skyldes våpenløpets rifling. Sensoren muliggjør reelltidsbedømmelse av munningshastighet og påfølgende hastigheter langs avstanden. Denne sensor muliggjør kombinering av munningshastighet, omdreininger og tid for nøyaktig å etablere en avstandsavhengig sprengning.

Oppfinnelsen anvender en magnetisk krets for å kommunisere med tennrøret. En induktiv innstillingsspole drives av avfyringsstyreelektronikken med en mottaksspole plassert i tennrøret. Mottaksspolen er koblet til innstillingsspolen ved hjelp av transformatorvirkning. Data moduleres på et bærebølgesignal. Bærebølgesignalet likerettes i tennrøret og anvendes til å lade en kondensator for lagring av tennrør sy stemkraft. Modulasjonen med modus, sprengtid og annen informasjon dekodes og behandles for operasjonsparameterdefinering.

Slik det er beskrevet ovenfor vil avstanden-til-sprengning for et prosjektil være utsatt for feil p.g.a. forskjellige faktorer. Avfyringstyreelektronikken for et våpensystem gir nominell data basert på en beregnet avstand-til-sprengning eller tid-til-sprengning til tennrøret. Slike data er kun så nøyaktig som prosjektilkarakteristikkene er nær de nominelle innstillinger, hvorav én er den nominelle munningshastigheten. Derfor er det ønskelig å justere avstanden-til-sprengning basert på faktisk måling av munningshastighet.

For å bestemme munningshastighet anvendes en sensor for å telle prosjektilets omdreininger. Hele eller delvise omdreininger kan telles, slik det måtte være ønskelig. Sensoren er en magnetisk transduser som avføler jordens magnetfelt. Slik det vil bli omtalt nærmere nedenfor, og basert på våpenets karakteristika, kan rotasjonshastigheten bestemmes etter at et forutbestemt antall av rotasjoner er blitt tellet. Rotasjonshastigheten er proporsjonal med munningshastigheten. På denne måte blir munningshastigheten bestemt.

Så snart munningshastigheten er blitt bestemt, kan avstand-til-sprening for prosjektilet justeres for å kompensere for en munningshastighet som ikke er lik den nominelle verdi. Dersom tennrøret programmeres til å detonere etter et antall av tellede omdreininger, blir den beregnede munningshastighet sammenlignet med den nominelle hastighetsverdi og antallet av omdreininger-til-sprening justeres oppad eller nedad for å kompensere for eventuell variasjon i hastighet. Dersom den målte munningshastighet er større enn den nominelle, vil så antallet av omdreininger-til-sprengning minskes for å redusere feil. Dersom den målte hastighet er mindre enn den nominelle, vil så antallet av omdreininger-til-sprengning økes for å redusere feil.

Med henvisning til fig. 3 er der vist et tverrsnitt av et prosjektil 5. Prosjektilet 5 innbefatter et basiselement 10, et krigshode 12 og et neseelement 14. Prosjektilet 5 inneholder også et tennrør 16 (vist på fig. 4) i neseelementet 14 og/eller basiselementet 10. En fagmann vet at tennrøret kan "pakkes" til å passe inn i neseelementet 14 og kan også "pakkes" til å passe inn i både nese og basiselementene 14 og 10 slik det måtte være ønskelig.

Fig. 4 viser neseelementet 14 i fig. 3 med et tennrør 16. Fig. 4 viser elektronikken 18 i tennrøret 16 som er nødvendig for operasjon og som er velkjent innenfor teknikkens område. I denne foretrukne utførelsesform er det vist to ringformede elektronikkdeler, slik det også er velkjent innenfor teknikken. Denne tegning anvendes til å vise et eksempel over en tennrørutformning. Mange andre konfigurasjoner av tennrøret 16 er kjente og kan anvendes innenfor oppfinnelsens idé.

Idet der vises til fig. 5 innbefatter tennrøret 16 også en magnetisk transduser 20. Den magnetiske transduseren innbefatter en enkelt spole 22, en formet kjerne 24 og en magnet 26. Denne magnetiske transduser 20 mottar data fra fjerninnstilleren (slik det best sees i fig. 6) og avføler også jordens magnetfelt for åt elle prosjektilets omdreininger. Den naturlige aksielle følsomhet for spolen 22 virker som mottakeren for den fjerninnstilte kommunikasjons AC bølgeform (slik det best sees i fig. 8), hvorved innføres både kraft og data til tennrøret. Den sylindriske magnetdelen 26 i transduseren 20 tilveiebringer transformatorkobling med innstillerspolen plassert i blokk 32 i fig. 6.

Formen av transduserkjernen 24 etablerer et utgangssignal fra spolen 22 når kjernen 24 roterer rundt sin langsgående akse i et eksternt homogent felt. Når jordens magnetfelt er perpendikulært på rotasjonsaksen (radielt felt), vil de fliklignende deler 25 av kjernen bevirke magnetisk fluks til å veksle i retning gjennom spolen, hvorved frembringes en sinusbølgespenning. Når innrettingsvinkelen mellom rotasjonsaksen og jordens feltvektor retning endrer seg, vil sinusbølgespenningens amplitude minske med vinkelens kosinusverdi. En fagmann vil forstå at flikene 25 kan ha forskjellig form og størrelse enn hva som er vist, men fortsatt frembringe vekslende fluksbane som beskrevet her. Dessuten kan størrelsen av transduseren justeres for ammunisjon av forskjellig kaliber.

Kjernen 24 gir spolens radielle følsomhet, hvorved muliggjøres overvåkning av jordens felt når prosjektilet roterer. Rotasjonssignalet er i form av en sinusbølge. En fullstendig sinusbølge representerer én omdreining av prosjektilet. En spenning genereres av den magnetiske transduseren 20 som avføler det tids-forandelige magnetfeltet for jorden p.g.a. prosjektilets rotasjon. Spenningens amplitude øker inntil den når toppen ved en kvart omdreining av prosjektilet og minsker til null ved halv-omdreiningspunktet. Spenningen snur så retning og amplituden øker til tre-kvart omdreiningspunktet og minsker så til null når en fullstendig omdreining er blitt foretatt. Derfor kan nullkrysningene telles. Hver omdreining av prosjektilet representeres av to nullkrysninger. En fagmann vil forstå at kjente tekniske fremgangsmåter kan anvendes for å telle delvise omdreininger av prosjektilet, slik at omdreiningstellingen kan telle fjerdedeler av en omdreining eller en delvis omdreining. Rotasjonssignalet muliggjør en bestemmelse av munningshastigheten, slik det skal forklares1 nedenfor. Rotasjonssignalet vedvarer for den totale fluktvarighet av prosjektilet og tilveiebringer et middel for å akkumulere en omdreiningstelling som basis for luftsprengningsforutsigelse i stedet for eller i forbindelse med en tidsforutsigelse. Selv om et søkespolemagnetometer er blitt beskrevet her, vil det forstås at andre magnetometre kan anvendes.

Idet der vises til fig. 6 er der vist et blokkskjema over et våpensystem som innbefatter oppfinnelsen. Blokk 30 representerer avfyringsstyresystemet for et våpen (ikke vist) som avfyrer prosjektilet 5, innbefattende tennrørsystemet ifølge oppfinnelsen. Avfyringsstyresystemet 30 er festet til eller er en enhetlig del av våpenet og innbefatter en passende velkjent krets og prosessorer for å måle avstanden til målet for et prosjektil slik det ønskes av en operatør. Avfyringsstyresystemet 30 beregner også tid-til-sprengning, eller omrdeininger-til-sprengning for det bestemte prosjektilet basert på målet som velges av operatøren og de kjente ballistiske karakteristika for våpenet. Avfyringsstyresystemer er kjente innenfor teknikken og tilveiebringer tallrike funksjoner og informasjon. Omdreininger-til-sprengning tellingen utledes fra ballistiske karakteristika, andre parametre og modellering som er kjente for fagfolk. Selv om det er blitt utledet tidligere, er omdreininger-til-sprengning tellingen ikke blitt anvendt p.g.a. at ingen kjent fremgangsmåte eksisterte for å telle omdreiningene av prosjektilet under flukt. Det ovenstående er tilveiebragt som eksempler for å forklare oppfinnelsen og bør ikke ansees som begrensninger av oppfinnelsen.

Blokk 32 representerer fjerninnstilleren eller tennrørinnstilleren. Denne anordning er kjent innenfor teknikken og muliggjør en kraftinnkobling for tennrøret og sender også den nødvendige informasjon fra operatøren til tennrøret. Tennrørinnstilleren 32 er ledende forbundet med avfyringsstyresystemet 30 i den foretrukne utførelse. Fjerninnstilleren 32 kan være en fjernenhet som holdes ved hjelp av brukerens hånd eller kan festes til våpenet eller som en enhetlig del av våpenet. Tennrørinnstilleren 32 aksesserer hver ammunisjon under våpensyklusen til å tilveiebringe samtlige kommunika-sjonsfunksjoner til tennrøret 10. Innstilleren 32 er utformet til å allokere en periode mens prosjektilet er i ram- eller forkammerposisjonen for kommunikasjon. Hver ammunisjon mottar den nødvendige eksponering mens den foregående ammunisjon avfyres.

En typisk innstiller 32 innbefatter to spoler (ikke vist) anordnet til å være tett koblet til tennrørets neseelement mens ammunisjonen er i ram-posisjonen. Spolene er anordnet for additivt å drive sin lekkasjefluks (fluks utenfor innstillerens spoler) ned langs aksen for neseelementet 14 hos prosjektilet 5 til den magnetiske transduseren 20.

Innstilleren 32 er induktivt koblet til tennrøret 10 på prosjektilet 5 og virker som en sender. Innstilleren 32 må formidle informasjon til tennrøret 10. Ved et minimum vil informasjonen for en sprengningsammunisjon inneholde en parameter som representerer avstanden, dvs. omdreininger-til-sprengning, tidsintervall eller en kombinasjon av begge. Innstilleren 32 kan også formidle informasjon innbefattende modusinnstillinger og feilkompenseringsdata. På denne måte kan et utvalg av funksjoner eller modi velges eller prioriteres individuelt for hvert skudd.

Kommunikasjonen er vist i fig. 8 der kraftforsynings- og meldingsperiodene som formidles til hvert tennrør 16 fra innstilleren 32 er vist. Den magnetiske bølgeformen som mottas på den magnetiske sensoren 20 er et stort spiss-til-spiss signal, i den foretrukne utførelsesform 40-50 Volt av amplitude. Den relativt høye spenningen muliggjør høy energilagring på en kondensator 36 (vist i fig. 6) og anvendes også til å lade en annen kondensator 38 (vist i fig. 6) i basiselementet som er særlig reservert for avfyring av detonatoren. Detonatorens kondensator 38 bevarer tennrørpålitelighet i tilfeller der kraftlagringskondensatoren 36 utlades til for lav verdi. Ved hjelp av dette middel blir samtlige tennrørs elektronikkretser individuelt kraftforsynt.

Samtidig med lagringen av tennrøreffekt skjer det formidling av kalibreringsdata og parameterdata. En initiell innledning av et nøyaktig utbrudd av 10 kHz moduleres ved begynnelsen av bølgeformen til å skape et startsignal, og anvendes i tennrøret til å hurtiglåse sin egen interne tidsbasis til den nøyaktige 10 kHz standard fra avfyringsstyreelektronikken 30. Derfor er eventuelle algoritmer eller parametermålinger som krever nøyaktig tidsstyring tilgjengelige i tennrørs elektronikken uten en nøyaktig intern tids-basis referanse.

Etter 10 kHz innledningen kommer frekvensforskjøvne modulerte signaler med 7 kHz eller 13 kHz referert til nevnte 10 kHz som representerer digitale (bits) l'ere og 0'er. Opp til tyve bits kan kommuniseres til tennrøret 16 i dette meldingsformat til å innbefatte data for sprengning, feilkompenseringsretning og modusinnstillinger, og tidsforsinkelser dersom dette ønskes. Elleve bits vil tillate parametermåling med en nøyaktighet som er større enn 0,1% og ni bits gjenstår for annen funksjonalitet og fremtidig vekst. Det bør forstås at frekvensene som anvendes for innledningen og til å representerer 1'ere og 0'er, samt antallet av bits som overføres kan varieres slik det måtte være ønskelig.

Den magnetiske transduserens konfigurasjon 20 tjener flere funksjoner og muliggjør at flere funksjoner kan utføres innenfor tennrøret 16 uten bestem-på-akse posisjonering. Den magnetiske transduseren 20 virker som en mottaker der informasjon induktivt formidles til tennrøret 10. Idet det på ny vises til fig. 6 er der vist kraftlagringen og tilførselen 34 for tennrøret. Tennrøret 10 må ha en krafttilførsel 34 for å fungere. Den induktive kobling av transduseren 20 til tennrørinnstilleren 32 tillater store spenninger å bli overført fra innstilleren til tennrøret 10, slik det er omtalt ovenfor. På denne måte blir tennrøret 10 kraftforsynt.

Idet der vises til fig. 7 er der angitt en toppnivås algoritme ifølge oppfinnelsen. Fig. 7 og 6 vil bli omtalt samlet. Blokk 40 representerer trinnet med anvendelse av avfyringsstyresystemet 30 for å måle målavstanden. Tiden-til-sprengning eller omdreininger-til-sprengning eller begge beregnes basert på nominelle antatte våpen og prosjektilparametre. Blokk 42 representerer trinnet for formidling av data innbefattende avstandsparameteren for blokk 40 gjennom innstilleren 32 til transduseren 20. Dette gjøres når brukeren betjener utløseren, etterfulgt av innføring av ammunisjonen i kammeret og avfyring av skuddet. Tennrøret 16 innbefatter kommunikasjonskrets 46. Denne krets 46 innbefatter filtreringsnettverk 48 og bitdekodings- og lagringsmuligheter 50 som dekoder parametrene som formidles til tennrøret 16 og fører disse til logikkprosessor 62. Klokken eller tidskretsen 44 som er vist i fig. 6 blir også kalibrert. Tennrørsmodi, slik som punktdetoneringsforsinkelsemodus, luftsprengning, avstandsdetonering, superhurtig punktdetonering etc. er velkjente, og blir også formidlet til tennrøret 16 ved dette punkt. Prioritering av tennrørsmodi kan også formidles til tennrøret 16.

Så snart data er blitt formidlet til tennrøret 16, blir munningsutgang detektert. Denne funksjon er representert ved blokk 52 (vist i fig. 7). Som omtalt ovenfor bestemmes munningsutgangen ved å anvende transduseren 20. Den jernholdige innesperring i våpenløpet skjermer transduseren fra jordens magnetfelt og ved utgangen frembringes en brå magnetfelt overgang. Transduseren avføler denne brå magnetfeltovergang og anvender denne til å avføle munningsutgangen som startpunktet for nedtellingen til detonering. Mao. blir ved munningsutgangen tiden satt til null og omdreiningstellingen satt til null. Tellingen for tid-til-sprengning, omdreininger-til-sprengning eller begge blir så startet.

Munningsutgangsignalet tjener også som en sann, elektronisk, andre miljøers bekreftelse, slik det vil være velkjent blant fagfolk. Signalet starter en tidskrets som bestemmer en sikker separasjonsavstand for prosjektilet.

Etter at munningsutgang er blitt bestemt, blir rotasjonshastigheten målt slik det er representert ved blokken 54. Rotasjonshastigheten måles under de første få meter av bevegelse. For å måle rotasjonshastigheten må antallet av omdreininger telles. Idet der nå vises til fig. 6 teller blokken 56 i tennrøret 16 omdreininger. Omdreiningene avføles av transduseren 20 slik det er beskrevet tidligere. Signalene forsterkes og filtreres 58 og nullkrysningene detekteres ved 60 som driver logikk 62 hvor omdreiningene telles. Tiden, tiden- og/eller omdreiningene-til-sprengning, samt tennrørsmodus blir også innmatet til logikkprosessoren 62.

Det ballistiske rotasjonsforhold er som følger:

C er en konstant som er satt av løpsriflingen (fremføringsforhold) Imidlertid, og

Derfor er rotasjonshastigheten = CV eller magnetometerets målte rotasjonssignal direkte proporsjonalt med og kan anvendes til å måle den faktiske munningshastighet. M.a.o. vil kjennskap til at prosjektilet vil dreie et forutbestemt antall av ganger pr. enhetsdistanse, medføre at antallet av omdreininger over en målt tid tillater beregning av den faktiske munningshastighet.

Idet der igjen vises til fig. 7 representerer blokk 64 beregningen av munningshastigheten basert på rotasjonshastighet. Munningshastigheten beregnes ved hjelp av logikkprosessoren 62. Ved dette punkt justerer blokk 64 også avstandsparameteren basert på munningshastighetberegningen. Denne funksjon utføres av logikkprosessor 62. Tiden-til-sprengning eller omdreiningene-til-sprengning kan justeres. Logikkprosessoren 62 innbefatter oppslagstabeller eller data som, basert på den faktiske hastighet indikerer justeringen til tiden eller omdreiningene. Denne justering er utformet for hvert våpen/ammunisjonskombinasjon og kompenserer effektivt for ulineariteten som er omtalt ovenfor og vist i fig. 1. En slik justering kunne realiseres ved å anvende en oppslagstabellmetodikk basert på testresultater og modellering. I sin mest enkle form ville tabellen bli innført med den faktiske hastighet og et korresponderende omdreiningskorrigeringstall ville bli utlest, der korrigeringstallet er basert på forskjellen mellom omdreiningene-til-sprengning for den nominelle hastighet og omdreiningene-til-sprengning for den faktiske hastighet. En mer komplisert versjon av oppslagstabellen kunne innbefatte forskjellige parametre, slik som avfyringsvinkelen som er relevant for artillerikanoner og artilleriammunisjon, samt stridsvognkanoner og tilhørende ammunisjon. Andre prosjektil og våpenparametre kunne lett innbefattes i en modifisert oppslagstabell der de eneste begrensninger er hukommelsemengden (diktert av prosjektilstørrelsen) som er tilgjengelig og testingen og modelleringen som ønskes foretatt. Slik en fagmann ville vite er mengden av testing som behøves begrenset av kjente modelleringsteknikker.

Det siste trinnet er vist med blokk 66. Tennrøret initierer sprengning ved riktig avstand i blokk 66. Signalet overføres fra logikkprosessoren 62 til avfyringskretsen 68. Avfyringskretsen 68 er på ledende måte koblet til detonatoren 70 for detonering av prosjektilet.

Magneten 26 i transduseren 20 (slik det best sees i fig. 6) tilveiebringer en kortdistanse, pansernærhetsfunksjon for krigshodeavstand eller hard/bløt måldifferensiering på grunn av målets jernholdige egenskaper som danner en tidsvarierende magnetkrets-reluktans. Den jernholdige natur av et mål, slik som en stridsvogn, initierer et distinkt høyfrekvens (dH/dt) signal som kan kategoriseres som en kortdistanse nærhetssensor. Dette signal forøkes ved korte avstander ved hjelp av permanentmagnetens "forspennings" felt som er vesentlig sterkere enn enten målenes induserte eller permanente signatur. Derfor kan et krigshode forutdetoneres i en kort avstand fra målet eller før anslag mot målet ved å anvende denne kortdistanseegenskap. En ytterligere funksjon er iboende basert på avstandssignalet. Dersom intet kort avstandsstignal har opptrådt akkurat før anslag, kan tennrøret så i realiteten differensiere mellom et tungt jernholdig mål og lettere sammensatte eller ikke-metalliske mål, slik som en bunker. Det tunge, jernholdige målet kategoriseres som hardt og det lette, sammensatte målet som bløtt. Generelt er krigshodedetonering med kort avstand (formet ladning) ønsket for harde mål og en forsinket detonering etter anslag er ønsket for bløte mål.

Støtsensoren 72 anvendes til å bevirke prosjektilet til å detonere dersom det støter mot et mål forut for genereringen av et "hardt mål" detoneringssignal ved hjelp av elektronikken i tennrøret 16. I en foretrukket utførelsesform blir et piezokrystall anvendt for denne funksjon. Denne funksjon blir vanligvis referert til som punktdetoneringsfunksjonen. Et annet middel for å oppnå denne ikke-harde målanslagfunksjon er bruken av en flygerplate 80 (vist i fig. 4). Den tynne flygerplaten holdes til fronten av transdusermagneten. Ved støt ville denne plate treghetsmessig frigjøres og ved magnetiske, fysiske virkninger frembringe et lett gjenkjennbart (dH/dt) signal. Ennu en annen løsning er med selve magneten. Magneten kan utformes ved sin sammensetning til å endre magnetisering ved støtets sjokknivå, hvorved frembringes et passende signal. Samtlige av disse støtsensorfunksjoner kan anvendes i kombinasjon med tidskretsen til å oppnå forsinkelsepunktdetonering. Den særlige elektronikken og utformningene for å oppnå disse funksjoner er velkjent innenfor teknikken.

En fagmann ville også innse at operasjonsmodi i form av en kombinasjon av kun omdreininger, kun tid, omdreininger og så tid eller tid og så omdreininger lett kunne realiseres ved å anvende det oppfinneriske tennrør. Tidsfunksjonen kan også anvendes for en selvdestrueringsmodus.

De ovenstående eksempler og beskrivelse er tilsiktet å være illustrerende, men ikke uttømmende. Disse eksempler og beskrivelse vil antyde mange variasjoner og alternativer for en fagmann. Samtlige av disse alternativer og variasjoner tilsiktes å være innbefattet innenfor omfanget av de vedlagte patentkrav. De med fagkunnskap vil erkjenne at det kan foreligge andre ekvivalenter til de særlige utførelsesformer som er beskrevet her, hvilke ekvivalenter også tilsiktes å være omfattet av de vedlagte patentkrav.

Claims (15)

1. En multifunksjons magnetisk tennrøranordning i et våpensystem for å bestemme detonasjonspunktet for et prosjektil som avfyres fra et våpen, der prosjektilet (5) roterer om sin langsgående akse ,med magnetisk transdusermiddel (20) for bruk med et tennrør (16) i prosjektilet (5), omfattende: (a) middel (32) for å sette en omdreining - til - sprengning omdreiningstelling i tennrøret (16), (b) middel (62) for å telle hver rotasjon av prosjektilet når det roterer rundt sin langsgående akse i jordens magnetfelt, og (c) middel (70) for å detonere prosjektilet (5) når nevnte omdreininger - til - sprengning omdreiningstelling er blitt nådd, idet nevnte magnetiske transdusermiddel genererer et rotasjonssignal som varierer over tid når prosjektiler (5) roterer om sin akse i jordens magnetfelt, og der omdreiningene av prosjektilet (5) telles ved å telle antallet av ganger som nevnte rotasjonssignal når sin forutbestemte terskel, karakterisert ved at forut for avfyring av prosjektilet (5) mottar det magnetiske transdusermiddelet (20) innstillingsparametere fra en induktiv sender (32), at nevnte magnetiske transdusermiddel (20) avføler den brå magnetfeltovergang ved munningsutløpet, og det resulterende induktive signal anvendes som startpunktet for nedtellingen til detonering, at rotasjonstaktberegningsmidler (54) bestemmer rotasjonshastigheten for prosjektilet (5) ved å telle antallet av omdreininger, mens en tidskrets (74) bestemmer tiden for prosjektilet (5) til å rotere for et bestemt antall ganger, og at munningshastighetberegningsmiddel (64) bestemmer den faktiske munningshastighet basert på en løpstigningskonstant for det avfyrende våpenet og rotasjonshastigheten for prosjektilet.

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at det nevnte rotasjonssignal er sinusformet og at den forutbestemte terskelstørrelsen er null, og der nullterskelen krysses to ganger for hver fullstendige rotasjon av prosjektilet, hvorved hver fullstendige rotasjon genererer én bølgelengde av det sinusformede rotasjonssignalet.

3. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte transdusermiddel (20) omfatter en magnet (26), en ledende viklingsspole (22) og en kjerne (24,25), ved hjelp av hvilke jordens magnetfelt genererer et tidsvarierende signal når prosjektilet (5) roterer.

4. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte transdusermiddel (20) induktivt mottar en omdreining-til-sprengning avstandsparameter forut for at prosjektilet (5) går ut av våpenet, idet nevnte parameter er basert dels på en nominell munningshastighetsparameter, og der detoneringsmiddelet (70) aktiveres når telleren (62) indikerer at prosjektilet (5) har rotert et antall av ganger som er lik omdreininger-til-sprengning avstandsparameteren.

5. Anordning som angitt i krav 4, karakterisert ved å justere omdreininger-til-sprengning avstandsparameteren med den faktisk munningshastighet beregnet på basis av en løpstigningskonstant for våpenet og rotasjonshastigheten for prosjektilet, og der detoneringsmiddelet (70) detonerer prosjektilet (5) når det har nådd den justerte omdreining-til-sprengning avstandsparameter, hvorved nøyaktigheten av detoneringen økes.

6. Anordning som angitt i krav 5, karakterisert ved at en tidsintervallavstandsparameter mottas av nevnte transdusermiddel (20) i tillegg til omdreininger-til-sprengning avstandsparameteren, og at prosjektilet (5) anvender en rotasjonshastighettelling over en første forutbestemt del av prosjektilets bane og tidsintervallet basert på den justerte omdreininger-til-sprengning avstandsparameteren over en andre forutbestemt del av prosjektilets bane.

7. Anordning som angitt i krav 6, karakterisert ved at prosjektilet (5) anvender telleren (62) for de første 1000 m og anvender tidsintervallet deretter inntil prosjektildetonering.

8. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at etter bestemmelse av den faktiske munningshastighet ved hjelp av beregningsmiddelet (64) justeres omdreiningstellingen, basert delvis på en nominell antatt munningshastighet for forskjellen mellom den nominelle antatte munningshastighet og den faktiske munningshastighet.

9. Anordning som angitt i krav 6, karakterisert ved en intervalltidskrets (44) for å lagre tidsintervallavstandsparameteren, og at nevnte tidsintervallavstandsparameter dekrementeres til null, hvoretter detoneringsmiddelet (70) detonerer prosjektilet (5).

10. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved en krafttilførsel (34) innbefattende en kondensator (36,38) som er operativt koblet til nevnte transdusermiddel (20), hvilken kondensator lades når prosjektilet (5) mottar et dataførende signal som anvendes til å gi effekt til tennrøret etter avfyring.

11. Anordning som angitt i krav 1,karakterisert ved en nærhetssensor (72) for å avføle jernholdige objekter i en forutbestemt avstand fra prosjektilet (5) operativt koblet til detoneringsmiddelet (70) for å detonere prosjektilet (5) uansett hvorvidt omdreininger-til-sprengning tellingen er blitt nådd.

12. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved en støtsensor (72) som er operativt koblet til detoneringsmiddelet (70) for å detonere prosjektilet ved støt med et mål uansett hvorvidt nevnte omdreininger-til-sprengning telling er blitt nådd.

13. Anordning som angitt i krav 12, karakterisert ved en forsinkelsemiddel operativt koblet til nevnte detoneringsmiddel (70) for å forsinke detoneringen av prosjektilet (5) i en forutbestemt tidsperiode.

14. Anordning som angitt i krav 12, karakterisert ved jerndeteksjonsmiddel som inngår i nevnte støtsensor (72) for å differensiere mellom et mål som er i alt vesentlig jernholdig og et mål som er i alt vesentlig ikke-jernholdig, operativt koblet til nevnte detoneringsmiddel (70), der prosjektilet (5) detonerer ved støt dersom et i alt vesentlig jernholdig mål detekteres og detonerer etter en forutbestemt forsinkelse dersom et i alt vesentlig ikke-jernholdig mål detekteres.

15. Fremgangsmåte for å bestemme munningshastigheten for et prosjektil (5) etter avfyring av prosjektilet fra et våpen, der hver rotasjon av prosjektilet telles når det roterer rundt sin langsgående akse, karakterisert ved de følgende trinn: (a) når hver rotasjon telles blir et rotasjonssignal generert som varierer over tid når prosjektilet roterer om sin langsgående akse i jordens magnetfelt og der rotasjonssignalet når en forutbestemt terskel et forutbestemt antall av ganger for hver rotasjon av prosjektilet, hvorved en rotasjon telles når rotasjonssignalet når sin terskel et forutbestemt antall av ganger, (b) en rotasjonshastighet for prosjektilet beregnet (54) ved å tidsbestemme tiden for prosjektilet til å rotere et forutbestemt antall av ganger, og (c) en munningshastighet beregnes (64) basert på en løpstigningskonstant for våpenet, og rotasjonshastigheten for prosjektilet.