CH691143A5 - Vorrichtung zur Messung der Geschossgeschwindigkeit an der Mündung eines Waffenrohres eines Geschützes hoher Kadenz. - Google Patents

Description

  



  Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Geschossgeschwindigkeit an der Mündung eines Waffenrohres eines Geschützes hoher Kadenz nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. 



  Es sind verschiedene Verfahren bzw. Vorrichtungen zur externen Messung der Geschwindigkeit eines Objektes bekannt und gebräuchlich. Zur Messung der Mündungsgeschwindigkeit von Geschossen eines Geschützes hoher Kadenz, ganz besonders eines Mehrlingsgeschützes, sind jedoch nur wenige brauchbar. Hier ist eine Messung ohnehin nur in Mündungsnähe möglich, weil sonst in den meisten Fällen ein nur mit viel Aufwand lösbares Identifikationsproblem entsteht. Diese Forderung wird noch durch die Tatsache unterstrichen, dass eine Programmierung eines Geschosses mit einfachen Mitteln nur sehr nahe der Mündung möglich ist. Sie wird noch verschärft, falls wie bei der beispielsweise nachstehend beschriebenen Anwendung, vor der individuellen Programmierung jedes Geschosses, dessen Geschwindigkeit bestimmt werden soll.

   Die Verhältnisse an der Mündung eines Geschützes hoher Kadenz sind bezüglich Druck, Temperatur, Rauch, Verbrennungsrückständen, Lichterscheinungen und der Korrosivität der Gase extrem. Es gibt deshalb nur wenige Messverfahren, die diesen Umweltbedingungen standhalten, allen voran das magnetische. Dessen Hauptnachteile liegen darin begründet, dass die magnetischen Feldlinien stets in sich geschlossen sind und sich nur schwer bündeln lassen, und dass es mit Ausnahme bei Supraleitern keine magnetische Isolatoren gibt. 



  Wie vorstehend bereits angedeutet, können aufgrund der Messdaten derartiger Vorrichtungen z.B. in Geschossen zur Abwehr von kleinen Lenkwaffen hoher Geschwindigkeit eingebaute hochpräzise Zünder so programmiert werden, dass eine grosse Anzahl in solchen Geschossen mitgeführter Subprojektile in einem genau definierten optimalen Zündzeitpunkt ausgestossen wird. Wie aus einer Druckschrift OC 2057 d 94 der Firma Oerlikon Contraves AG Zürich, bekannt, erfolgt die Programmierung des Zünders unmittelbar nach dem Verlassen der Geschützmündung. Dies bringt den Vorteil, dass das Zeitintervall, für das die Flugbahn des abzuwehrenden Objektes extrapoliert werden muss, minimal wird. Zusätzlich bietet diese Version die Möglichkeit, dem Geschoss die Tempierung, berechnet aufgrund der tatsächlich gemessenen Mündungsgeschwindigkeit, zu übergeben.

   An die Präzision eines solchen Messverfahrens, das auf einer kurzen Wegstrecke unmittelbar ausserhalb der Mündung durchzuführen ist, werden hohe Anforderungen gestellt. Die Forderungen liegen bei Luftabwehrsystemen im Bereich von 1 bis 3 Promillen. Die eigentliche Messbasis muss nahe der Mündung angebracht sein und darf nur eine geringe Länge aufweisen, weil bei Treibspiegelmunition ein konisch sich öffnender Freiraum für die seitlich wegfliegenden Führungselemente (Sabots) vorhanden sein muss. 



  Die geringe Länge und die Mündungsnähe sind auch deshalb erforderlich, weil die mit dem Geschützrohr starr verbundene Messanordnung die Eigenfrequenz der Biegeschwingungen des Geschützrohres umso mehr senkt, je grösser diese Masse und je weiter von der Geschützmündung entfernt ihr Schwerpunkt ist. Bei bestehenden, festigkeitsmässig korrekt ausgelegten (d.h. möglichst leichten) Rohren kann dies unter Umständen beim nachträglichen Anbringen zu einer Vergrösserung der Waffenstreuung führen. 



  Bei einer mit der EP-A 0 108 973 bekannt gewordenen Vorrichtung gemäss Oberbegriff, bei der die Messung der Geschossgeschwindigkeit auf der Veränderung des magnetischen Feldes zweier in einem bestimmten Abstand voneinander angeordneter, magnetisch offener Ringspulen beim Geschossdurchgang beruht, ist nachteilig, dass sich die beiden Ringspulen, die den Geschosskanal in einigem Abstand umschliessen, gegenseitig beeinflussen (Fig. 1), wobei die Linien gleicher Induktion derart verlaufen (Fig. 2), dass sich der Einfluss von Form und Aufbau eines Geschosses auf die Genauigkeit der Messung nachteilig auswirken kann. 



  Wegen des geringen Abstandes von der Mündung des aus ferromagnetischem Material gefertigten Geschützrohres ist die Feldverteilung zusätzlich verformt. Dadurch wird die Messpräzision in nicht tragbarer Weise beeinflusst. Prinzipiell kann der Abstand der Ringspulen voneinander durch ein Eichschiessen festgestellt und bei der Geschwindigkeitsberechnung berücksichtigt werden. Die Schwierigkeit besteht jedoch darin, dass diese Eichung für jeden Geschosstyp durchgeführt werden muss und je nach der zufälligen Magnetisierung von Geschoss und Mündung um mehrere Prozente abweichen kann. Bei der zufälligen Magnetisierung ist typisch, dass sie im Verlauf des Schiessens ständig ändert. Dies ist auf die hohe Beanspruchung des zumeist aus ferromagnetischem Material gefertigten Rohres bei der Schussabgabe und auf die hohen Temperaturen an der Mündung zurückzuführen. 



  Eine weitere nachteilige Verzerrung des Feldverlaufes wird durch äussere Magnetfelder, z.B. durch das durch die ferromagnetischen Teile des Geschützrohres und dessen Führungsteile gebündelte Erdfeld und durch eine bei der Bearbeitung oder Montage zufällig erfolgte Magnetisierung des Rohres oder der Geschosse bewirkt. Bei den herkömmlichen Messsystemen mit offenen (Luft-) Spulen entstehen dabei grosse, nicht prädiktierbare Messfehler, die zudem von Munitionstyp zu Munitionstyp verschieden sind, und die auch mit einem Eichschiessen nicht ausreichend und zuverlässig korrigiert werden können. 



  Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art vorzuschlagen, die vorstehend erwähnte Nachteile nicht aufweist, und bei der zwecks Erreichen einer hohen Messgenauigkeit insbesondere die gegenseitige Beeinflussung der beiden Spulen sowie der Einfluss des Geschützrohres und Geschosses vermieden wird. 



  Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. 



  Bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Vorrichtung sind durch die abhängigen Patentansprüche 2 bis 9 definiert. 



  Hierbei weist jeder Sensor zwei Spulen und einen in einer senkrecht zu einer verlängerten Rohrachse des Geschützes verlaufenden Ebene angeordneten, aus ferro- oder ferrimagnetischem Material bestehenden geschlossenen magnetischen Kreis auf, wobei die zwei Spulen jedes Sensors bezüglich der Längsachse des Waffenrohres des Geschützes um einen Spulen-Versatzwinkel von 180 DEG  gegeneinander versetzt angeordnet sind. 



  Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die magnetischen Kreise als runde Scheiben ausgebildet und weisen zwei Ansätze für die Festhaltung der Spulen und eine Durchlassöffnung für Geschosse auf, wobei die Durchlassöffnung einen Nutzbereich für die Messung darstellt. 



  Gemäss einer besonderen Ausführung sind die beiden Sensoren um einen Sensor-Versatzwinkel von 90 DEG  um die verlängerte Rohrachse gegeneinander verdreht angeordnet, sodass die magnetischen Felder der beiden Sensoren im Nutzbereich senkrecht zueinander verlaufen. 



  Die mit der Erfindung erzielten Vorteile sind darin zu sehen, dass die gegenseitige Beeinflussung der Spulen bzw. der beiden Sensoren weitgehend vermieden wird, und die Feldlinien des magnetischen Flusses in ihrer ganzen Länge im Wesentlichen in Ebenen senkrecht zur Achse des Waffenrohres verlaufen, sodass eine präzise, von der Form und vom Aufbau des Geschosses unabhängige Messung gewährleistet ist. Durch die vorgeschlagene Versetzung der beiden Sensoren bzw. magnetischen Felder gegeneinander kann die durch den geringen Abstand der beiden Sensoren möglicherweise noch vorhandene Feldverzerrung weiter verringert werden.

   Die Versetzung hat ausserdem den Vorteil, dass bei Geschossen aus ferromagnetischem Material mit relativ grosser Hysterese eine allfällig negative Wirkung des durch die Startspule erzeugten remanenten Feldes auf dem Geschoss bei der Stoppspule minimiert wird. 



  Dadurch, dass der für die Messung genutzte magnetische Fluss erfindungsgemäss senkrecht zur verlängerten Rohrachse gerichtet ist, können die im Wesentlichen axial gerichteten Felder von Geschützrohr und Geschoss nur einen geringen Einfluss auf den magnetischen Fluss der Sensoren ausüben. Weil das Magnetfeld nur einen gegenüber den bekannten Messsystemen mit offenen Luftspulen kurzen Weg durch den freien Raum zurücklegen muss, kann mit einer erheblich höheren magnetischen Feldstärke im Messbereich gearbeitet werden, was den Einfluss von externen Magnetfeldern auf die Messgenauigkeit und die Reproduzierbarkeit signifikant vermindert. 



  Besondere Vorteile der vorgeschlagenen Vorrichtung ergeben sich bei der Messung der Geschwindigkeit programmierbarer Geschosse, da im Gegensatz zu bekannten Vorrichtungen, bei denen für die Messung und Programmierung axiale magnetische Felder verwendet werden, die Gefahr einer nachteiligen Beeinflussung des Programmiervorganges durch das Messfeld vermieden wird. Die erfindungsgemässe Vorrichtung macht es weiterhin möglich, die Feldverzerrungen soweit zu reduzieren, dass mit einer relativ kleinen Messbasis bzw. kleinem Abstand der beiden Sensoren voneinander praktisch brauchbare Abmessungen und die geforderte Messgenauigkeit erreicht werden können. 



  Im Folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: 
 
   Fig. 1 ein Diagramm des Verlaufes der magnetischen Feldlinien zweier benachbarter Spulen bei einer Vorrichtung gemäss Stand der Technik, 
   Fig. 2 ein Diagramm des Verlaufes der Linien gleicher Induktion zweier benachbarter Spulen bei der Vorrichtung gemäss Stand der Technik, 
   Fig. 3 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung, 
   Fig. 4 einen Querschnitt durch einen Sensor gemäss Fig. 3, 
   Fig. 5 einen Längsschnitt einer zweiten Ausführung der Vorrichtung, 
   Fig. 6 eine Ansicht der Vorrichtung in Pfeilrichtung A der Fig. 5, und 
   Fig. 7 einen Längsschnitt der mit einer Mündungsbremse verbundenen Vorrichtung. 
 



  In der Fig. 1 sind die Abszisse einer Längsachse bzw. Rohrachse eines Waffenrohres eines Geschützes und die Ordinate radialen Abständen von der Rohrachse zugeordnet. Unter dem Begriff einer Längsachse bzw. Rohrachse soll hierbei nicht nur die auf die Länge des Waffenrohres beschränkte Achse verstanden werden, sondern auch deren über das Waffenrohr hinausgehende Bereiche. Die Abszisse und die Ordinate sind in Abstände gleicher Länge von z.B. 0,1 m eingeteilt. Mit P1 und P2 sind die Mittelpunkte zweier gleichsinnig gepolter Ringspulen bezeichnet, die in dem vorstehend definierten Abstand (auch Messbasis oder Messstrecke genannt) nebeneinander angeordnet sind.

   Wie aus dem Diagramm ersichtlich, bleibt ein grosser Teil der in einer die verlängerte Rohrachse enthaltenden Ebene verlaufenden Feldlinien nicht auf die unmittelbare Umgebung jeder einzelnen Spule beschränkt, wie dies eine genaue Messung eigentlich erfordert, sondern umfasst beide Spulen. Beim dargestellten Feldlinienverlauf ist der Einfluss der Mündung des Waffenrohres nicht berücksichtigt. 



  Gemäss Fig. 2 sind die Abszisse der Rohrachse des Geschützes und die Ordinate den radialen Abständen von der Rohrachse aus zugeordnet. Die Abszisse und die Ordinate sind in Abstände gleicher Länge von z.B. 0,05 m eingeteilt. Die Mittelpunkte P1 und P2 der beiden Ringspulen sind im doppelten vorstehend definierten Abstand nebeneinander angeordnet, wobei der doppelte Abstand die Messbasis bildet. Wie aus dem Diagramm ersichtlich, verlaufen die Linien gleicher Induktion symmetrisch zu einer Mittelebene ME der Messbasis, sodass eine präzise, von der Form und vom Aufbau eines Geschosses unabhängige Messung nicht gewährleistet ist. Weil sich das Geschoss nur in einer Richtung durch die Messstrecke bewegt, trifft es nicht, wie für eine genaue Messung notwendig wäre, zweimal den gleichen Feldverlauf an.

   Bei Messsystemen kurzer Länge, die auch zur Messung von Treibspiegelmunition geeignet sind, können allein schon dadurch Messfehler von 10% und mehr entstehen. Beim dargestellten Verlauf der Linien gleicher Induktion ist der Einfluss der Mündung des Waffenrohres nicht berücksichtigt. 



  In den Fig. 3 und 4 sind mit 1 der Mündungsbereich eines Waffenrohres und mit 2 Geschosse während einer Abschussfolge bezeichnet. Nahe der Mündung 1 sind zwei in einem Abstand a voneinander angeordnete Sensoren 3 vorgesehen, wobei der Abstand a die Messbasis darstellt und beispielsweise 18 cm beträgt. Jeder der Sensoren 3 weist ein Spulenpaar aus zwei Spulen 4 und einen in einer senkrecht zu einer verlängerten Längsachse bzw. Rohrachse 6 des Waffenrohres des Geschützes verlaufenden Ebene angeordneten, aus ferro- oder ferrimagnetischem Material bestehenden geschlossenem magnetischen Kreis 5 auf, an dem die Spulen 4 um einen Spulen-Versatzwinkel von 180 DEG voneinander versetzt angeordnet sind. 



  Der magnetische Kreis 5 ist als runde Scheibe ausgebildet und weist zwei Ansätze 7 für die Festhaltung der Spulen 4 sowie eine Durchlassöffnung 8 für die Geschosse 2 auf, wobei die Durchlassöffnung 8 einen Nutzbereich für die Messung darstellt. Um den Einfluss von Wirbeiströmen gering zu halten, können die magnetischen Kreise 5, wie an sich bekannt, aus einem Paket geschichteter Bleche hergestellt werden, die aus ferro- oder ferrimagnetischem Material mit hohem elektrischen Widerstand bestehen. In den magnetischen Kreisen 5 sind Löcher 9 vorgesehen, mittels welchen die Sensoren 3, wie nachstehend anhand der Fig. 7 näher beschrieben, konzentrisch zur verlängerten Rohrachse 6 an einer Halterung befestigt sind, die mit dem Waffenrohr verbunden ist.

   Die Spulen 4 der Sensoren 3 sind über elektrische Leiter 10 mit einer an einer Stromquelle 11 angeschlossenen Weiche 12 verbunden, die mit einer Auswerteelektronik 13 in Verbindung steht. 



  Wie aus der Fig. 4 ersichtlich, ist der magnetische Kreis 5 weitgehend geschlossen und nur im Nutzbereich unterbrochen, um den Durchtritt des Geschosses 2 zu ermöglichen. Mit dem in der Fig. 4 dargestellten Verlauf von mit 14 bezeichneten Feldlinien im Nutzbereich bei Durchgang eines ferro-magnetischen Geschosses wird die für die Messung erforderliche Änderung des magnetischen Flusses deutlich gemacht. 



  Gemäss den Fig. 5 und 6 sind die beiden Sensoren 3 um einen Sensor-Versatzwinkel von 90 DEG  um die verlängerte Rohrachse 6 gegeneinander verdreht an einer durch strichpunktierte Linien symbolisierten Halterung 15 angeordnet. Durch diese Massnahme wird erreicht, dass die magnetischen Felder der beiden Sensoren 3 im Nutzbereich senkrecht zueinander verlaufen, sodass die residuelle Kopplung weiter reduziert und die durch den relativ geringen Abstand der beiden Sensoren 3 bewirkte Feldverzerrung bezüglich der für die Geschossdedektion ausgewerteten Feldkomponente nochmals vermindert wird. 



  Die vorstehend beschriebene Massnahme ist für Geschosse, die grössere Abweichungen von der Rotationssymmetrie aufweisen nicht geeignet. In diesem Fall können die beiden magnetischen Kreise 5 bevorzugt um genau den Sensor-Versatzwinkel gegeneinander verdreht montiert werden, der der Zunahme des Drallwinkels bzw. einem Zusatzdrallwinkel zwischen durch strichpunktierte Linien symbolisierte Mittelebenen 16 der magnetischen Kreise 5 entspricht. 



  Sind die Geschosse aus ferromagnetischem Material mit relativ grosser Hysterese gefertigt, so kann die beschriebene Verdrehung auch dazu benutzt werden, eine allfällig negative Wirkung des durch den in Geschossrichtung ersten Sensor 3 (Startsensor) erzeugten remanenten Feldes auf dem Geschoss beim zweiten Sensor 3 (Stoppsensor) zu minimieren. 



  Es ist auch möglich die magnetischen Felder in den beiden magnetischen Kreisen der Sensoren 3 gleich oder auch entgegengesetzt zu polen. 



  In der Fig. 7 ist mit 20 ein Tragrohr bezeichnet, an dessen Enden Flansche 21, 22 vorgesehen sind. Die Flansche 21, 22 weisen Vertiefungen 23, 24 auf, in welche die Sensoren 3 eingesetzt sind. Der erste Flansch 21 ist mittels Schrauben 27 mit einem Flansch 26 eines Bremsteiles 25 verbunden. Das Bremsteil 25 weist einen konischen Teil 28 und einen zylindrischen Teil 29 auf. Der konische Teil 28 ist als Mündungsbremse ausgebildet und weist zu diesem Zweck radiale \ffnungen 30 und Prallplatten 31 auf. Betreffend die Wirkungsweise der Mündungsbremse wird auf die bereits genannte EP-A-0 108 973 hingewiesen. Der zylin drische Teil 29 ist mit einem Innengewinde 32 versehen, mittels welchem er und damit auch das Tragrohr 20 am Geschützrohr befestigt werden kann. 



  Der zweite Flansch 22 ist mittels Schrauben 33 und einem Klemmring 34 mit einem weiter nicht dargestellten und beschriebenen Programmierteil 35 verbunden, dessen allgemeine Bedeutung aus der eingangs zitierten Druckschrift OC 2057 d 94 ersichtlich ist. Mit 36 ist ein lediglich schematisch dargestelltes Rohr bezeichnet, das für die Führung von elektrischen Leitern für die Spulen 4 der Sensoren 3 bestimmt ist. 



  Die vorstehend beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt: Beim Durchgang des Geschosses 2 durch die beiden Sensoren 3 wird aufgrund der dabei auftretenden Änderung des magnetischen Flusses kurz hintereinander in jedem Spulenpaar der Sensoren 3 ein Impuls erzeugt. Die Impulse werden der Auswerteelektronik 13 zugeführt, in welcher aus dem zeitlichen Abstand der Impulse voneinander und der Länge der Messbasis die Geschossgeschwindigkeit v0 errechnet wird. Aus der Geschossgeschwindigkeit v0 und einem anderweitig ermittelten Abstand zu einem abzuwehrenden Objekt wird ein Zeitwert gebildet, der wie auch aus der eingangs erwähnten Druckschrift OC 2057 d 94 bekannt, einer Programmierspule für die Programmierung eines im Geschoss 2 eingebauten Zünders zugeführt wird.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Messung der Geschossgeschwindigkeit an der Mündung eines Waffenrohres eines Geschützes hoher Kadenz, wobei zwei in einen Abstand (a) voneinander an einem Tragrohr (20) angeordnete, auf Veränderung eines magnetischen Flusses ansprechende Sensoren (3) vorgesehen sind, die je eine Spule (4) aufweisen und mit einer Auswerteelektronik (13) in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Sensor (3) eine weitere Spule (4) und einen, in einer senkrecht zur verlängerten Längsachse des Waffenrohres (6) des Geschützes verlaufenden Ebene angeordneten, aus ferro- oder ferrimagnetischem Material bestehenden, geschlossenen magnetischen Kreis (5) aufweist, an dem die zwei Spulen (4) des Sensors (3) um einen Spulen-Versatzwinkel von 180 DEG gegeneinander versetzt angeordnet sind.

2.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetische Kreis (5) als runde Scheibe ausgebildet ist und zwei Ansätze (7) für die Festhaltung der Spulen (4) und eine Durchlassöffnung (8) für die Geschosse (2) aufweist, wobei die Durchlassöffnung (8) einen Nutzbereich für die Messung darstellt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der aus ferro- oder ferrimagnetischem Material bestehende magnetische Kreis (5) aus einem Stück Blech oder aus einem Paket geschichteter Bleche hergestellt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Sensoren (3) um einen Sensor-Versatzwinkel von 90 DEG um die Längsachse (6) des Waffenrohres gegeneinander versetzt sind, sodass die magnetischen Felder der beiden Sensoren (3) im Nutzbereich senkrecht zueinander verlaufen.

5.

Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Sensoren (3) um einen Sensor-Versatzwinkel gegeneinander versetzt sind, der gleich gross ist wie der Zusatzdrallwinkel des Geschosses, um den sein Drallwinkel auf seiner Flugbahn zwischen den beiden Sensoren (3) zunimmt, sodass die magnetischen Felder der beiden Sensoren (3) im Nutzbereich um den Zusatzdrallwinkel gegeneinander verdreht sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Felder in den beiden magnetischen Kreisen (5) der Sensoren (3) gleich gepolt sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Felder in den beiden magnetischen Kreisen (5) der Sensoren (3) entgegengesetzt gepolt sind.

8.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragrohr (20) mit einer am Mündungsbereich (1) des Waffenrohres des Geschützes befestigten Mündungsbremse (28, 30, 31) verbunden ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (a) zwischen den beiden Sensoren (3) 18 cm beträgt.