DE2853779C3 - Rollagemesser für drallstabilisierte Flugkörper und Geschosse - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Rcllagemesser für drallstabilisierte Flugkörper und Geschosse, mit einem exzentrisch zur Flugkörperachse angeordneten Sensor zur Erzeugung eines von der momentanen Rollage abhängigen Signals und einer diesem nachgeordneten M) elektronischen Aiswerteschaltung zur Weiterverarbeitung dieses Signals.

Soll bei einem drallstabilisierten Flugkörper oder Geschoß nach dem Abschu£f eine Korrektur seiner Flugbahn durchgeführt werden, so bedarf es hierzu einer Information über seine momentane Roüage. Zur Durchführung einer solchen Flugbahnkorrektur ist es z. B. aus der DE-OS 22 64 243 bekannt, durch Zündung kleiner, an diskreten Punkten des Geschoßumfangs angebrachter Zusatziadungen einen kurzzeitigen. senkrecht zur Bewegungsrichtung des Geschosses gerichteten Korrekturimpuls auf das Geschoß auszu üben.

Die momentane Rollage wird bei diesem bekannten Geschoß über eine in der Seite des Geschosses angeordneten Helmholtz-Spule ermittelt, in der aufgrund ihrer durch die Geschoßrotation bewirkten Bewegung im Erdmagnetfeld ein Signal in Form einer Spannung induziert wird, deren Wert von ihrer jeweiligen Lage in bezug auf das Erdfeld abhängt. Dieses Signal wird in einer nachgeschaltefen elektronischen Auswerteschaltung zur Ermittlung der gewünschten Information über die Rollage weiterverarbeitet.

Die bekannte Anordnung weist dabei den Nachteil auf, daß zur Ermittlung des Rollwinkels aus dem Sensorsignal zusätzlich eine - ebenfalls eine Helmholz-Spule enthaltende - stationäre Meßeinheit, üblicherweise in der Abschußvorrichtung, zur Erzeugung eines Vergleichssignals, vorhanden sein muß. Dies aber erfordert nicht nur einen erhöhten technischen Aufwand, es au setzt zugleich eine entsprechende Abstimmung beider Meßeinheiten voraus. Nachteilig ist ferner, daß bei dieser bekannten Anordnung die Information über die Rollage nicht ohne Übermittlung zusätzlicher Daten von außen, in diesem Fall von der ortsfesten zweiten Meßeinheit, ausschließlich im Geschoß erarbeitet werden kann.

Es ist daneben, unter anderem aus der DE-OS 26 58 167 bekannt, die Rollage eines Geschosses von der Abschußvorrichtung aus mit Hilfe eines Laserstrahls zu ermitteln, der von einer am Geschoßheck angeordneten Kombination aus einem Reflektor und einem Polarisator als linear polarisierter Strahl reflektiert wird. Nachteilig an dieser bekannten Anordnung ist jedoch die Zweideutigkeit des erzielbaren Signales in bezug auf eine Drehung des Geschosses um 180° um seine Längsachse. Diese Zweideutigkeit läßt sich nur durch zusätzliche Maßnahmen, wie etwa einem zusätzlichen Horizontalsensor oder eine Folge von Korrekturimpulsen, eliminieren. Auch bei dieser bekannten Anordnung ist es nicht möglich, die Ermittlung und Auswertung des Roilagesignals ausschließlich vom Geschoß aus vorzunehmen.

Aus der DE-OS 26 55 170 ist eine Autopilotanordnung für einen rotierenden Flugkörper bekannt geworden, der unter anderem einen linearen Beschleunigungsmesser aufweist, der in der Steuerebene des Flugkörpers ausgefluchtet ist. Bei stabiler Geradeaus-FIugiage des Flugkörpers gibt dieser Beschleunigungsmesser jedoch kein Signal ab; dies geschieht nur bei einer Beschleunigung des Flugkörpers in der Steuerebene aus dieser Fluglage heraus. Eine Sensierung von Rotationsgeschwindigkeit und Rollage kann daher durch diesen Beschleunigungssensor nicht erfolgen.

Aus der Druckschrift »Handbuch der industriellen Meßtechnik, Vulkan-Verlag, Essen, 1974, Seite 350« ist es ferner bekannt für piezoelektrische Sensoren solche zu verwenden, welche eine piezokeramische Zelle sowie einen auf diese einwirkenden massiven Körper aufweisen.

Aus der US-PS 39 24 824 ist es ferner bekannt, bei Flugkörpern radial wirkende Beschleunigungsaufnehmer zu verwenden, um ein Trägheitsnavigationssystem ari7iic.fpiiArn

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Rollagemesser der eingangs genannten Art so auszubilden, daß dieser aufgrund der im Flugkörper "bzw. ihr Geschoß erzielbaren Informationen eine eindeutige Aussage sowohl über die momentane Rollage als auch über die momentane Rotationsgeschwindigkeit ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung die im Kennzeichen des Anspruches 1 aufgeführten Merkmale vor.

Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung des Sensors wird die piezokeramische Zelle durch den massiven Körper unterschiedlich stark beaufschlagt, und zwar abhängig von der momentanen Rollage des Flugkörpers bzw. Geschosses und der damit auf den massiven Körper in seiner Bewegungsrichtung wirkenden Komponente der Schwerkraft.

Der Verlauf der in der piezokeramischen Zelle aufgrund ihrer Beaufschlagung durch den massiven Körper induzierten Spannung ist somit in eindeutiger Weise mit der Rollbewegung des Flugkörpers korreliert. Der Sensor liefert ein angenähert sinusförmiges Signal, wobei das Maximum der Signalkurve einer solchen momentanen Rollage des Flugkörpers entspricht, daß der Sensor der Erdoberfläche zugewandt ist, während das Minimum einer demgegenüber um 180" gedrehten Rollage entspricht.

Die Tatsache, daß das im Rollagemesser nach der Erfindung erzeugte Signal von den auf den massiven Körper, welcher die piezokeramische Zelle beaufschlagt, einwirkenden Beschleunigungskomponenten abhängt, ermöglicht aber nicht nur eine eindeutige Anzeige der jeweiligen momentanen Rollage sowie der

Rotationsfrequenz des Flugkörpers bzw. Geschosses, sie gestattet es bei selbstangetriebenen Flugkörpern zugleich, den Brennschluß und damit das Ende der Beschleunigungsphase festzustellen, ohne daß hierzu zusätzliche Hilfsmittel erforderlich wären. Eine solche zusätzliche Information ist insofern von Bedeutung, als mögliche Flugbahnkorrekturen üblicherweise erst nach Brennschluß der Beschleunigungstreibsätze eingeleitet werden.

Eine vorteilharte Weiterbildung ergibt sich aus dem in Unteranspruch.

Im folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Und zwar zeigt

Fig. 1 eine schematiscbe Darstellung der Anordnung des erfindungsgemäßen Rollagemessers in einem Flug- is körper,

Fig. 2 ein Beispiel für die elektronische Auswerteschaltung des erfindungsgemäßen Rollagemessers,

Fig. 3a-d eine graphische Darstellung des Signalverlaufe an verschiedenen Punkten der elektronischen Aus- 2<> werteschaltung nach Fig. 2.

Im Innern eines drallstabilisierten Flugkörpers 1 und exzentrisch zu seiner Längsachse ist ein einen Sensor sowie eine elektronische Auswerteschallung 3 enthaltender, eine verkapselte Baugruppe bildender Rollagemesser 2 eingebaut. Der Sensor besteht dabei aus einer scheibenförmigen piczokeramischen Zelle 4 sowie aus einem massiven, in radialer Richtung beweglichen Körper 5, der auf der piezokeramischen Zelle aufliegt und von dieser durch eine Isolierschicht 6 getrennt ist. Die si piezokeramische Zelle 4 ist mit Anschlußfahnen bzw. Kontakten 7 versehen, von denen einer direkt mit der Wand des Flugkörpers 1 verbunden ist, während der andere isoliert zur elektronischen Auswerteschaltung 3 geführt ist.

Ein Beispiel für den Aufbau der elektronischen Auswerteschaltung 3 ist in Fig. 2 wiedergegeben. Danach weist die Schaltung in ihrem mit der piezokeramischen Zelle 4 über den Kontakt 7 verbundenen Eingangsteil einen ersten widerstand R 1, einen ersten Kondensator 4() C1 und einen ersten Operationsverstärker OP 1 auf. Diesem nachgeschaltet sind ein zweiter Operationsverstärker OP 2, ein aus einem zweiten Kondensator C 2 und einem zweiten Widerstand R 2 bestehendes Differenzierglied sowie eine dem zweiten Widerstand R 2 parallel liegende Diode D.

Aufgrund der Drallbewegung des Flugkörpers 1 wirkt auf den in radialer Richtung beweglichen massiven Körper 5 eine von der Rotationsgeschwindigkeit des Flugkörpers 1 abhängige Zentrifugalkraft, die diesen gegen 5< > die piezokeramische Zelle 4 preßt. Der Druck, mit dem der massive Körper 5 dabei gegen die piezokeramische Zelle 4 gepreßt wird, ist über eine volle Umdrehung des Flugkörpers 1 angenähert konstant. Zugleich wirkt auf den massiven Körper 5 die Schwerkraft, wobei jedoch nur derjenige Anteil der Schwerkraft im Hinblick auf die Signalerzeugung wirksam ist. der in der Bewegungsrichtung des massiven Körpers S verläuft. Der restliche Anteil wird durch die seitliche Einfassung des massiven Körpers 5 aufgenommen. «1

Befindet sich nun der Flugkörper 1 in einer derartigen Rollage, daß der Roilagemesser 2 genau unterhalb der Längsachse des Flugkörpers 1 liegt, so wird der massive Körper 5 außer durch die Zentrifugalkraft auch durch sein Gewicht gegen die piezokeramische Zelle 4 &Lgr;5 gedrückt. Dadurch erreicht die in dieser erzeugte Spannung ihren Maximalwert Hat sich der Flugkörper um 90° weiter um seine Längsachse gedreht, so wird das Gewicht des massiven Körpers 5 vollständig durch die Scitcnwände des Rollagemessers 1 aufgefangen und die Beaufschlagung der piezokeramischen Zelle 4 erfolgt allein durch die auf den massiven Körper 5 wirkende Zentrifugalkraft. Nach weiteren 90°, d. h.. wenn sich der Roilagemesser exakt oberhalb der Flugkörperachse befindet, wirkt das Gewicht des massiven Körpers 5 der auf ihn wirkenden Zentrifugalkraft entgegen. Somit erreicht der Druck auf die piezokeramische Zelle 4 und damit die in ihr erzeugte Spannung ihren Minimalwert.

Es ergibt sich also am Ausgang des Sensors ein Signal, dessen zeitlicher Verlauf dem in Fig. 3a wiedergegebenen entspricht. Dieser setzt sich zusammen aus einem kurzfristig als konstant anzusehenden Spannungsanteil, der durch die Zentrifugalkraft erzeugt wird - und der mit Verlangsamung der Geschoßrotation abnimmt - und aus einem oszillierenden Anteil. Die Frequenz dieses letzten Anteils enispricht dabei der Frequenz, mit der der Flugkörper 1 um seine Längsachse rotiert, wodurch eine direkte Messung dieser Frequenz möglich ist. Zugleich entwicht jeder Punkt der Signalkurve einem spezieiien Roflwinkei. wodurch eine eindeutige Festlegung der Rollage möglich ist.

Die Weiterverarbeitung des Signals kann mit Hilfe der in Fig. 2 in einem Beispiel dargestellten elektronischen A.tiswerteschaltung 3 erfolgen, in dieser Schaltung dient zunächst der Widerstand R I dazu, das durch die Zentrifugalkraft bedingte Gleichspannungssignal abzubauen, wobei der Kondensator C 1 Restanteile dieses Signals vom Eingang des ersten Operationsverstärkers OP 1 fernhält. Dieser erste Operationsverstärker OP 1 dient zum einen als Impedanzwandler, zum anderen wird hier schon eine kräftige Verstärkung des am Eingang anliegenden Wechselspannungssignals erreicht (Fig. 3b). Nach einer weiteren Verstärkung bis in die Begrenzung durch den zweiten Operationsverstärker Or 2 (Fig. 3c) wird aus diesem durch das nachfolgende, aus dem Widerstand R 2 und dem Kondensator C 2 bestehende Differenzierglied je ein positiver und ein negativer Impuls erzeugt (Fig. 3d). Durch die dem Ausgang parallel liegende Diode D wird schließlich der negative Impuls herausgefiltert, so daß als Ausgangssignal der elektronischen Auswerteschaltung ein positiver Impuls zur Verfügung steht. Dieser ist eindeutig mit einer festen Rollage des Flugkörpers 1 korreliert und Hißt sich - gegebenenfalls zusammen mit der Information über die Rotationsfrequenz - zur Auslösung eines Korrekturimpulses durch Zünden einer Zusatzladung verwenden.

Während der Beschleunigungsphase des Flugkörpers 1, d. h. bis zum Brennschluß, wirkt auf den massiven Körper 5 zusätzlich zur Schwerkraft und zur Zentrifrgalkraft noch die Geschoßbeschleunigung. die ebenfalls eine Komponente in der Bewegungsrichtung des massiven Körpers 5 besitzt und dabei der Schwerkraft entgegengerichtet ist. Der Signalverlauf in dieser Flugphase weicht somit vom Signalverlauf nach Brennschluß ab. Dieser Unterschied läßt sich zusätzlich zu einer Information über das Eintreten des Brennschlusses verwerten, um den frühesten Zeitpunkt zur Auslösung eines Korrekturimpulses festzulegen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Roilagemesser für drallstabilisierte Flugkörper und Geschosse, mit einem exzentrisch zur Flugkörperachse angeordneten Sensor zur Erzeugung eines von der momentanen Roilage abhängigen Signals und einer diesem nachgeordneten elektronischen Auswerteschaltung zur Weiterverarbeitung dieses Signals, dadurch gekennzeichnet, daß der in Sensor aus einer piezokeramischen Zelle (4) sowie einem massiven Körper (5) besteht, welcher auf der der Flugkörperachse zugewandten Seite der piezokeramischen Zelle in etwa radialer Richtung zur Flugkörperachse beweglich angeordnet ist und aufgrund der Rotation des Flugkörpers ein Signal erzeugt, das zur momentanen Rollage des Flugkörpen; (1) in bezug zum Erdmittelpunkt korreliert ist.

2. Roilagemesser nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor und die elektroni- 2» sehe Auswerteschailung (3) zu einer Baugruppe zusammengefaßt sind.