NO321418B1 - Elektronisk tidsinnstilt tenning for et prosjektil - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en elektronisk tidsinnstilt tenner for et prosjektil iht. det som er angitt i innledningen i patentkrav 1. En slik tenner kan f.eks. være som angitt i DE 42 40 263 C1. Ytterligere belysning av teknikkens stand kan fås fra US-4,454,815, DE 39 26 585 C1, DE 38 21 912 A1 og DE 692 11 638 T2.

Moderne elektroniske tidstennere benytter fortrinnsvis batterier som energi-forsyning, idet batteriene først gjennom de store akselerasjoner som opptrer ved avfyring av et skudd, blir mekanisk/kjemisk aktivert. Dette har den fordel at en slik utrustet tenner ikke behøver noe vedlikehold vedr. utbytting av f.eks. en ellers an-vendt batteriprimærcelle, idet disse batteriene er fullstendig passive under lagring og derfor muliggjør lange lagringstider. Den således utrustede prosjektiltenner er dessuten når det gjelder tenneroppbygning, levetidskostnader og logistikk gunstig-ere enn sammenlignbare tennere som f.eks. er utrustet med primærceller.

Vanligvis blir med slik utrustede tidstennere forløpet til den på forhånd programmerte tennerløpetid startet ved aktivering av batteriet, dvs. når batterispen-ningen blir høy etter den mekanisk/kjemiske aktivering ved avfyringsakselerasjo-nene. Slik igangsetting av løpetiden har dessuten også den ytterligere fordel at en spesiell sensor for deteksjon av avfyringen i senderen blir overflødig, noe som medfører en ytterligere forenkling av tennerens oppbygning.

Slike tidstennere blir vanligvis benyttet når det pga. overflygningssikkerhet ikke skal finnes noen anslagsfunksjon, til å igangsette oppdelingen av et lastepro-sjektil som utstøter delammunisjon. Spesielt i tilfellet med anvendelse i forbindelse med artilleri hvor det med slik ammunisjon skal skytes over egne tropper, er sik-kerhetskravene mot en for tidlig oppdeling (overflygningssikkerhet) generelt meget høye. Kjente tall for den maksimale tillatte sannsynlighet for en for tidlig oppdeling ligger mellom 10'<5> og 10"<6>.

For å nå slike verdier må det i tennerelektronikken for øvrig tas flere forholdsregler. Disse konstruksjonsmessige forholdsregler spenner fra innsetting av redundante akselerasjonsbestandige oscillatorer som skal forhindre et for raskt forløp av tennerløpetiden til en eneste feilbeheftet oscillator for først å lade tenn-kretsen meget sent med tennenergi kort før oppdelingspunktet.

Det nevnte feilaktige (for tidlige) tidspunkt for oppdelingen av et prosjektil avhenger likevel ikke bare av potensielle innvirkninger under flukt, men kan også skyldes en feilaktig avfyringskommando, feilaktig programmering av tennerløpeti-den og feilaktig start av tennerløpetiden i tenneren.

Begge de førstnevnte tilfellene kan ikke korrigere ved hjelp av forholdsregler i tenneren og skal ikke betraktes videre her. Det sistnevnte tilfellet med feilaktig start (for tidlig) av tennerløpetiden er utgangspunkt for den foreslåtte forbedring vedr. overflygningssikkerheten.

De benyttede aktiverbare batterier må være slik konstruert at de ved samt-lige temperaturområder, også ved den minste drivladning ved avfyringen, kan aktiveres på pålitelig måte. Ellers må de motstå mekaniske belastninger gjennom mil-jøtester (f.eks. fall på 1,5 m på en stålplate) og motstå akselerasjonene ved lade-forløpet uten aktivering. Dermed blir nødvendigvis den konstruksjonsmessig be-tingede sikkerhetsmargin mellom aktivering og ikke-aktivering liten. Derfor kan . bare enkeltfeil i batteriet som skyldes mangelfull batterimontering eller materialfeil minske denne sikkerhetsreserven ytterligere.

På bakgrunn av det ovenstående kan det heller ikke utelukkes at batteriene blir aktivert før avfyringen. Når tidsfenneren ikke er programmert før batteriaktiver-ingen, er et slikt bortfall bare et problem ved tennerens totale pålitelighet, idet denne tenneren ved senere anvendelse ikke ville funksjonere (være blind). Hvis den derfor er programmert på forhånd, så begynner ved den til nå vanlige elektro-nikkutforming med å utføre programmene, dvs. start av løpetiden, lading av tenn-kretsen og tenning.

Før avfyring, i røret og i en bestemt avstand fra røret (forrørssikkerhet) blir avfyringen av skuddet vanligvis hindret ved hjelp av en mekanisk (eller elektronisk) sikringsanordning. Denne sikringsanordningen er utformet slik at utilsiktet (mekanisk/pyroteknisk) avsikringshendelser bare kan opptre med meget liten sannsynlighet (10 <7> og mindre).

Etter det vanlige avsikringsforløp av sikringsanordningen er tennmiddelet i tennposisjon og blir så brakt i kontakt. Følger nå en tenning fører dette til en oppdeling av prosjektilet. Ved korrekt start av løpetiden ved avfyringen følger oppdelingen i det forutbestemte målområdet.

Hvis løpetiden likevel utilsiktet blir startet tidligere, følger fordi de likt programmerte tidsrom blir nedarbeidet, oppdelingen tilsvarende tidligere, dvs. i den ballistiske bane. Dette utilsiktede oppdelingspunkt kan så i praksis rykke bakover praktisk talt fra den komplette fluktbanen til forrørssikkerhetsområdet. Dette med-fører spesielt for den for tidstennere vanlige anvendelse i forbindelse med laste-. ammunisjon, til at egne tropper som det skytes over, settes i stor fare.

Den utilsiktede for tidlige start av løpetidsfunksjonen, spesielt ved feilaktig batteri, kan allerede opptre ved akselerasjonshendelser ved lading av prosjektilene. Derfra kan det sluttes at en aktivering av batteriet ved lading ikke kan utelukkes med en sannsynlighet fra 10"<5> til 10"6.

Ved anvendelse av en slik tenner i forbindelse med vanlig skyts som spesielt i prøvesituasjoner, bare når korte skuddvidder, er det beskrevne sikkerhetspro-blemer ved oppdeling i banen pga. de forholdsvis lange tider mellom avfyring av prosjektilet (mulighet for feilaktig batteriaktivering) og avfyring ved hjelp av den hemmende virkning av sikringsanordningen, blitt minsket. Hvis tiden mellom pre-pareringen av prosjektilene og avfyringen av prosjektilene nemlig er lenger enn den programmerte flygetid, så tennes det elektriske tennmiddelet allerede i røret, og en ytterligere ettertenning blir da forhindret ved sikringsstillingen til sikringsanordningen.

Nytt skylts som er innført i dag blir ladet og avfyrt automatisk. Her er tidsfor-løpene kortere, dvs. tidene mellom automatisk avsetting av prosjektilene og avfyringen er mindre eller sammenlignbar med den innstilte tennerløpetid. Ved skytts av denne typen er dessuten, for elektroniske tidstennere (med aktiverbare batterier) ifølge teknikkens stand, sannsynligheten for oppdeling i banen forhøyet.

Ved å gå ut fra denne teknikkens stand er det derfor et formål med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en elektronisk tidstenner for et prosjektil, som sterkt reduserer sannsynligheten for oppdeling i banen.

Løsningen på denne oppgaven oppnås ved de trekk som er angitt i den kar-akteriserende del av patentkrav 1. En fordelaktig utførelsesform av tidstenneren ifølge oppfinnelsen kan finnes i de uselvstendige patentkrav. I det følgende skal tidstenneren for prosjektiler ifølge oppfinnelsen, kort forklares i forbindelse med den vedføyde fig. 1.

Til et akselerasjonsaktivert batteri 1 er over en avkoplingsdiode 13 en spenningsregulator 2 tilkoplet, som forsyner tennerelektronikken og spesielt en mikroprosessor 3 i denne med drivspenning Uv. I mikroprosessoren blir det over et in-duktivt virkende grensesnitt 12,13 i EEPROM 16 innprogrammerte fluktprogram i form av programvare avviklet, og ved det egnede tidspunkt blir tenningen innledet over resten av tennerelektronikken 4.

Under den induktive programmering er batteriet 1 ennå ikke aktivert. Derfor blir den for programmeringen nødvendige driftsspenning Uv avledet over dioden 14 og spenningsregulatoren 2 fra energien i den induktive programmering. Skjel-ningen mellom de to driftsmåtene programmering/flukt følger over motstanden 11 med spenningsnivået ved mikroprosessorporten Ub. Hvis det der ikke finnes noen spenning, så er batteriet enda ikke aktivert (programmeringsspenningen blir holdt borte fra porten Ub ved hjelp av avkoplingsdioden 13) og mikroprosessoren avfø-ler ved opptreden av Uv ved programmering og utfører derved til tilsvarende pro-grammeringssekvenser ved porten Up. Er batteriet aktivert, så ligger det på porten Ub et høyt nivå, og mikroprosessoren 3 utfører sitt innprogrammerte fluktprogram.

I tillegg til forsyning over et aktivert batteri og dioden 13 i fluktfasen eller over programmeringsspolen 12 og dioden 14 i programmeirngsfasen, blir inngangsspenningen til spenningsregulatoren 2 over en bryter og RC-kombinasjonen 6, 7 og 8 ledet til inngangen Us på mikroprosessoren 3. Bryteren 5 blir betjent over en egnet mekanisk betjeningsinnretning 10 gjennom den mekaniske sikringsanordning 9.1 det viste tilfellet er den åpen når sikringsanordningen er i sikret stilling, og den er lukket i usikret stilling.

Ved hjelp av denne anordningen oppnås allerede den første fordel ved fremgangsmåten under programmering av tenneren. Ved programmeringen blir også porten Us avfølt gjennom mikroprosessoren 3. Er bryteren åpen, dvs. hvis sikringsanordningen er i sikret stilling, ligger det på Us ingen spenning, og programmeringen kan gjennomføres som forutsatt. Hvis bryteren 5 under program-meringsforløpet likevel blir lukket, dvs. at sikringsanordningen befinner seg i usikret stilling, så blir inngangsspenningen til spenningsregulatoren avgitt over motstanden 8 til porten Us på mikroprosessoren. I dette tilfellet ligger det der et høyt nivå og programmeringen blir undertrykt. Da programmeringen vanligvis utføres toveis, kan i dette tilfellet denne farlige tilstanden til sikringsanordningen også til-bakemeldes fra programmeringsutstyret og dermed varsle operatøren slik at det kan gis anvisninger for videre håndtering av tenneren.

På denne måten kan krav 4.6.6 i tennersikkerhetsstandarden

MIL-STD 1316 D elegant oppfylles, idet denne krever en ekstern kontrollmulighet av sikkerhetstilstanden til sikringsanordningen før innbygging av tenneren i ammu-nisjonen. Denne kontrollen kan derved foretas over et allerede tilstedeværende grensesnitt, programmeringsgrensesnittet, og krever dermed ingen ytterligere for-håndsregler som observasjonsvinduer eller gjennombrudd i tennerhuset.

Den annen fordel (hovedfordelen) ved fremgangsmåten forbedrer overflyg-ingssikkerheten til tenneren, hhv. prosjektilet. Ved avfyring blir under gjennomgangsfasen i løpet batteriet 1 aktivert. Derved blir tennelektronikken forsynt med energi og mikroprosessoren 3 begynner etter stabilisering av driftsspenningen Uv med å gjennomføre det innprogrammerte fluktprogram. Også her blir programfor-løpet gjort avhengig av spenningstilstanden til porten Us.

Denne spenningstilstanden avhenger av den mekaniske lukking av bryteren 5 gjennom sikringsanordningen. Sikringsanordningen lukker ved avfyring bryteren 5 over innretningen 10. Ellers hindrer den en på pålitelig måte en lukking ved kort-siktig opptredende omgivelseskrefter som stammer fra belastningene i omgivels-ene. Hvis likevel kreftene fra et vanlig skudd foreligger, lukkes bryteren 5, i det minste kortvarig. Selv om bryteren 5 deretter under akselerasjonen ved uttreden av prosjektilet fra rørmunhingen igjen blir åpnet, blir brytertilstanden som hersket i røret mellomlagret ved hjelp av kondensatoren 6 (så blir kondensatoren 6 under gjennomgangsfasen i røret oppladet av batteriet som aktiveres) til mikroprosessoren 3 etter stabilisering av sin batterispenning Uv koples til (dette er tilfellet ca. 20-100 m etter at prosjektilet har forlatt rørmunningen). Motstanden 8 sørger for til-pasning av de høyere spenningsnivåer fra det aktiverbare batteri 1 til mikroproses-sorens spenningsnivå. Over motstanden 7 blir likestrømsbanen for CMOS-inn-gangsporten til mikroprosessoren 3 lukket i det tilfellet at bryteren 5 er åpnet ved avspørring av porten (det må stadig kunne flyte en liten inngangslikestrøm).

Representerer nå spenningen Us ved portavspørringen ved hjelp av programvaren under fluktfasen den høye tilstanden (hvis altså f.eks. spenningen Us er over 2,6 V ved en driftsspenning på Uv = 5 V), så blir fluktprogrammet avviklet på vanlig måte, noe som ender med en tenning av eksplosivene.

Hvis tilstanden Us = lav ved avfølingén, så blir batteriet lukket ved utilsiktet aktivering ved hjelp av programvaren, og det videre forløp av fluktprogrammet blir hindret. Tenneren og dermed prosjektilet forblir i dette tilfellet blind. Dermed er overflygningssikkerheten til skytset ivaretatt.

Som en tredje fordelaktig egenskap ved fremgangsmåten kan denne hend-elsen med utilsiktet aktivering av batteriet lagres ikke-flyktig i EEPROM 16. Ved en fornyet programmering av tenneren kan det ved avføling av denne informasjonen fastslås om batteriet i løpet av lagrings-, transport- eller håndterings-fasen allerede er blitt aktivert (utilsiktet) og dermed ikke lenger kan benyttes i den planlagte ope-rasjonen. Man får så et ytterligere middel for en vidtgående kvalitetskontroll av det "engangs"-aktiverte batteri.

Claims (13)

1. Elektronisk tidstenner for et prosjektil med en elektronisk styreenhet (3) som er tilsluttet en første inngang Up) på et programmeringsgrensesnitt (12,15) for inn-føring av et tidsprogram, med en spenningsregulator (2) som forskyver den elektroniske styreenhet (3) fra programmeringsinformasjonen eller over et akselerasjonsaktivert batteri (1) med spenning på en annen inngang (Uv), og med en mekanisk sikringsanordning (9,10) som ved sin. aktivering frigir en tennstrekning, karakterisert ved at det er anordnet en gjennom den mekaniske sikringsanordning (9,10) aktiverbar bryter (5), som forbinder inngangen til spenningsregulatoren (2) med en tredje inngang (Us) på den elektroniske styreenhet (3), hvorved gjennomføringen av tidsprogrammet bare blir mulig ved aktivert bryter (5).

2. Elektronisk tidstenner ifølge"krav 1, med induktiv programmering ved hjelp av en induksjonsspole (12), karakterisert ved at induksjonsspolen (12) og det akselerasjonsakti verte batteri (1) til enhver tid er tilsluttet inngangen til spenningsregulatoren (2) over avkoplingsdioder (14,13).

3. Elektronisk tidstenner ifølge krav 2, karakterisert ved at inngangen til spenningsregulatoren (2) over bryteren (5) og et RC-lagringselement (6, 7, 8) er tilsluttet den tredje inngang (Us) på den elektroniske styreenhet (3).

4. Elektronisk tidstenner ifølge krav 3, karakterisert ved at det akselerasjonsaktiverte batteri (1) over en mot-stand (11) er tilsluttet en fjerde inngang (Ub) på den elektroniske styreenhet (3), hvorved et høyt potensial på denne fjerde inngang er nødvendig for gjennomføring av tidsprogrammet.

5. Elektronisk tidstenner ifølge et av kravene 1 til 4, karakterisert ved at den elektroniske styreenhet (3) bare tillater en programmering av tenntidén når programmeringspulser foreligger på den første inngang (Ub) og den annen inngang (Uv) oppviser det høye nivå.

6. Elektronisk tidstenner ifølge et av kravene 1 til 4, karakterisert ved at den elektroniske styreenhet (3) bare tillater gjen-nomføring av tidsprogrammet når den tredje inngang (Us) og den fjerde inngang (Ub) oppviser høye potensialer.

7. Elektronisk tidstenner ifølge krav 3, karakterisert ved at den tredje inngang (Us) ved gjennomføring av fluktprogrammet blir avfølt, og at tennfunksjonen sperres hvis bryteren ikke oppviser den korrekte bryterposisjon.

8. Elektronisk tidstenner ifølge krav 3, karakterisert ved at den tredje inngang også under programmering av tenneren blir avfølt og programmeringsfunksjonen blir deaktivert hvis bryteren ikke oppviser den korrekte bryterposisjon.

9. Elektronisk tidstenner ifølge krav 3, karakterisert ved at den ikke korrekte bryterposisjon blir anvist for en operatør over en tilbakemeldingskanal for programmeringsfunksjonen.

10. Elektronisk tidstenner ifølge krav 3, karakterisert ved at den ikke korrekte bryterposisjon under gjennom-føringen av fluktprogrammet blir lagret, og at en etterfølgende programmering blir deaktivert på bakgrunn av denne informasjonen.

11. Elektronisk tidsbryter ifølge krav 10, karakterisert ved at den ikke flyktige lagrede informasjon om en tidligere batteriaktivering blir anvist for operatøren over en tilbakemeldingskanal for programmeringsfunksjonen.

12. Elektronisk tidstenner ifølge et av kravene 1 til 11, karakterisert ved en mikroprosessor (3) som elektronisk styreenhet.

13. Elektronisk tidstenner ifølge krav 12, karakterisert ved at et ikke-flyktig lager (EEPROM 16) er koplet til mikroprosessoren (3), i hvilket den programmerte tennertid er lagret.