DE3832389A1

DE3832389A1 - Sensor device for guiding the end phase of bodies of munitions

Info

Publication number: DE3832389A1
Application number: DE19883832389
Authority: DE
Inventors: Klaus Ing Grad Schricker
Original assignee: Telefunken Systemtechnik AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1988-09-23
Filing date: 1988-09-23
Publication date: 1990-04-05

Abstract

The invention solves the object of generating, in a spin-stabilised body of munitions which can be controlled in the end phase, with a minimum of electronic expenditure, to generate control pulses at the correct time from the determination of the attitude of the body of munitions relative to the earth's surface for correcting the trajectory. For this purpose, an attitude sensor is specified which contains a sphere which can move in a hollow cylinder, and a monitoring sensor for determining the position of the sphere in the cylinder.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung für die Lagebestimmung von endphasensteuerbaren Munitionskörpern, wie sie gegenwärtig vorzugsweise für die wirksame Bekämpfung manövrierender Ziele im Gebrauch sind. Eine solche Sensoreinrichtung ist aus der Zeitschrift "Internationale Wehrrevue" 6/1987, Seite 785, bekannt.The invention relates to a sensor device for determining the position of Final phase controllable ammunition bodies, as they are currently preferred are used to effectively combat maneuvering targets. A such a sensor device is from the magazine "Internationale Wehrrevue "6/1987, page 785.

Bei den o.g. Munitionskörpern erfolgt eine Flugbahnkorrektur dadurch, daß zu einem definierten Zeitpunkt durch verschiedene Mittel, wie z.B. Gaskartuschen oder Hilfsgeschosse ein transversaler Impuls oder ein Drehimpuls auf den Munitionskörper ausgeübt wird. Die betreffenden Munitionskörper führen neben der eigentlichen quasi-ballistischen Flugbewegung stets Rotationsbewegungen um ihre longitudinale Achse aus. Typische Parameter für z.B. 76 mm Geschosse bei Mehrzweck-Schiffs geschützen mit gezogenem Lauf sind 900 m/sec. Mündungsgeschwindigkeit und einer Drehzahl von 2000 Umdrehungen pro Minute mittelbar nach dem Abschuß des Projektils. Für eine präzise Bahnkorrektur ist deshalb eine genaue Kenntnis der Winkellage der impulserzeugenden Mitteln Voraus setzung. Bei der bekannten Sensoreinrichtung werden linearpolarisisierte elektromagnetische Wellen benutzt, um einen bestimmten Winkel im Raum zu definieren. Das polarisierte Korrektursignal wird von einer stabili sierten Antenne an Bord eines Schiffes emittiert und vier über Kreuz angeordneten Empfangselementen im Geschoßboden oder an den Flossen des Geschosses aufgenommen. Die Empfangsamplituden in den vier Empfängern hängen von deren Lage zur Polarisationsebene ab, so daß aus dem Ver gleich dieser Amplituden die Winkellage der Empfänger und damit auch der zur Lenkung verwendeten Gaskartuschen ermittelt werden kann. With the above Ammunition bodies are corrected for the trajectory by that at a defined point in time by various means, e.g. Gas cartridges or auxiliary bullets a transverse pulse or a Angular momentum is exerted on the ammunition body. The concerned Ammunition bodies lead next to the actual quasi-ballistic Flight movements always make rotational movements around their longitudinal axis. Typical parameters for e.g. 76 mm bullets for multi-purpose ships guns with drawn barrel are 900 m / sec. Muzzle velocity and a speed of 2000 revolutions per minute indirectly after the Projectile launched. For a precise path correction is therefore one precise knowledge of the angular position of the pulse generating means in advance settlement. In the known sensor device, linear polarization is used electromagnetic waves are used to set a certain angle in space define. The polarized correction signal is from a stabili antenna emitted on board a ship and four crossed arranged receiving elements in the floor or on the fins of the Bullet recorded. The reception amplitudes in the four receivers depend on their position to the plane of polarization, so that from Ver equal to these amplitudes the angular position of the receiver and thus also the gas cartridges used for steering can be determined.

Diese bekannte Lösung erfordert offenbar einen hohen Aufwand an Elektronik. Hinzu kommt, daß die Betriebssicherheit eines mit linear polarisierten Wellen arbeitenden Systems durch Polarisationsschwund beeinträchtigt wird.This known solution obviously requires a lot of effort Electronics. Add to that the operational reliability of a linear polarized waves working system by polarization loss is affected.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Angabe einer Sensorein richtung, die in einfacher und sicherer Weise mit einem Minimum an elektronischem Aufwand die Bestimmung der Winkellage eines Munitions körpers gestattet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des vorliegenden Patentanspruchs 1 gelöst. Demnach ist ein entlang der Längsachse des Munitionskörpers angeordneter Hohlzylinder vorgesehen, in dem eine Kugel eingebracht ist, wobei die Größe der Kugel so bemessen ist, daß eine freie Bewegung zumindest senkrecht zur Zylinderlängsachse innerhalb des Hohlzylinders möglich ist. Ein Sensor, der fest mit der Zylindermantelfläche verbunden ist, reagiert auf die Annäherung der Kugel. Nach Abschuß des Munitionskörpers erfolgt eine Reduzierung seiner Drehungszahl durch Abgabe von Drehimpuls an das Luftmedium. Bei Unter schreitung einer kritischen Umdrehungszahl U _c bleibt die Kugel aufgrund von Gravitationswirkung im wesentlichen "unten", d.h. bezogen auf die Rotationsachse des Hohlzylinders auf einer erdnächsten Position liegend. Dies setzt natürlich voraus, daß der Winkel, den die Zylinder längsachse mit dem Gravitationsvektor bildet, so klein ist, daß die Kugel hauptsächlich gegen die Mantelfläche und nicht gegen eine der Stirnflächen des Hohlzylinders gedrückt wird. In der Konfiguration, in der die Kugel "unten" liegt, erzeugt der rotierende Sensor beim Durch gang durch den erdnächsten Punkt ein Signal, wenn er die "unten" liegende Kugel passiert. Da die impuls- oder drehimpulserzeugenden Mittel relativ zum Ort des Sensors festliegen, ist mit der Position des Sensors auch die Winkellage der impuls- oder drehimpulserzeugenden Mittel festgelegt.The object of the present invention is to provide a Sensorein device that allows the determination of the angular position of an ammunition body in a simple and safe manner with a minimum of electronic effort. This object is achieved by the features of the present patent claim 1. Accordingly, a hollow cylinder arranged along the longitudinal axis of the ammunition body is provided, in which a ball is introduced, the size of the ball being dimensioned such that free movement within the hollow cylinder is possible at least perpendicular to the longitudinal axis of the cylinder. A sensor, which is firmly connected to the cylindrical surface, reacts to the approach of the ball. After the ammunition body has been fired, its number of rotations is reduced by delivering angular momentum to the air medium. If the speed falls below a critical number of revolutions U _c , the ball remains essentially "down" due to the gravitational effect, ie it lies in a position closest to the earth in relation to the axis of rotation of the hollow cylinder. Of course, this presupposes that the angle which the cylinder forms along the longitudinal axis with the gravitational vector is so small that the ball is pressed mainly against the lateral surface and not against one of the end faces of the hollow cylinder. In the configuration in which the ball is "below", the rotating sensor generates a signal when passing through the closest point to the earth when it passes the "below" ball. Since the pulse or angular momentum generating means are fixed relative to the location of the sensor, the position of the sensor also determines the angular position of the momentum or angular momentum generating means.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unter ansprüche. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the sub Expectations.

Nachfolgend wird die Erfindung an einem Ausführunsgbeispiel unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher charakterisiert:The invention is illustrated below using an exemplary embodiment Characterized with reference to the accompanying drawings:

Fig. 1 zeigt schematisch einen Querschnitt entlang der Längsachse eines Munitionskörpers mit erfindungsgemäßer Sensorein richtung. Fig. 1 shows schematically a cross section along the longitudinal axis of an ammunition body with the inventive Sensorein direction.

Fig. 2 zeigt schematisch einen Querschnitt senkrecht zur Längsachse eines Hohlzylinders mit eingebrachter Kugel. Fig. 2 shows schematically a cross section perpendicular to the longitudinal axis of a hollow cylinder with an inserted ball.

Fig. 3 veranschaulicht die Sensorsignale in Abhängigkeit vom Drehwinkel 4. Fig. 3, the sensor signals illustrating a function of the angle of rotation. 4

In Fig. 1 ist ein Querschnitt entlang der Längsachse eines Geschosses gezeigt. Die Sensoreinrichtung ist als Dose ausgebildet mit Deckel 1, 1′ und einer Mantelfläche aus einem nichtmetallischen Material. Der Metallsensor S ist auf der Außenseite der Mantelfläche angeordnet. Der Durchmesser der aus einem Metall hergestellten Kugel ist so gewählt, daß sie zumindest in einer Ebene senkrecht zur Längsachse des Zylinders eine im wesentlichen freie Bewegung im Doseninneren ausführen kann. Um Vibrationen oder Beschädigungen durch Trägheitskräfte, die die Kugel gegen die Dosenwände beschleunigen, zu vermeiden, ist die Innenlänge der Dose L nur geringfügig größer als der Durchmesser der Kugel gewählt.In Fig. 1, a cross section is shown along the longitudinal axis of a projectile. The sensor device is designed as a box with a lid 1 , 1 'and a lateral surface made of a non-metallic material. The metal sensor S is arranged on the outside of the outer surface. The diameter of the ball made of a metal is selected so that it can carry out a substantially free movement inside the can at least in one plane perpendicular to the longitudinal axis of the cylinder. In order to avoid vibrations or damage caused by inertial forces that accelerate the ball against the can walls, the inside length of the can L is only slightly larger than the diameter of the ball.

In Fig. 2 ist die gleiche dosenförmige Sensoreinrichtung im Querschnitt senkrecht zur Längsachse des Zylinders gezeigt. Die Drehung der Dose um die Längsachse ist durch einen Pfeil 2 angedeutet. Während die Bahngeschwindigkeit und der Betrag der Rotationsbewegung veränderlich sind, bleibt die Drehrichtung nach Verlassen der Abschußrichtung bis zum Erreichen des Schußziels gleich. Im allgemeinen verringert sich die Rotationsge schwindigkeit eines solchen Geschosses mit zunehmender Zeit nach dem Abschuß. Während bei sehr hohen Umdrehungszahlen die Kugel durch Zentrifugalkräfte gegen die Seitenwände der Dose gedrückt wird und mit der Dose im wesentlichen wie ein starr mit der Peripherie der Dose verbundener Körper mitgeführt wird, wird bei geringeren Umdrehungs zahlen, die entlang des Gravitationsfeldes gerichtete Kraftkomponente groß genug werden, um die Kugel gegen die Reibungskräfte in eine erd nächste Position zu bringen. Die kritische Umdrehungszahl U _c, bei deren Unterschreiten dieser Effekt auftritt, hängt von der Dimensionierung und den Materialparametern von Dose und Kugel ab und kann ohne Schwierig keiten experimentell bestimmt werden. Vorteilhafte Werte für diese Umdrehungszahl liegen bei ca. 1000 Umdrehungen pro Minute. Trägt man das Sensorsignal gegen den auf eine willkürlich festlegbare Achse zu beziehenden Drehwinkel ϕ des Sensors S auf, erhält man nach Einstellung der Kugel in die erdnächste stabile Position Signale des Sensors jeweils bei ϕ = 2π×Z, wie in Fig. 3 gezeigt, wobei Z eine ganze positive Zahl ist und die Referenzachse parallel zur Gravitationskraft voraus gesetzt wurde. Der Metallsensor spricht nämlich genau dann an, wenn bei der Rotationsbewegung der Sensor die in stabiler Position liegende Kugel passiert. Mit der Position des Sensors ist wiederum die Position von fest mit dem Geschoß verbundenen Steuertreibsätzen bestimmt.In Fig. 2 the same can-shaped sensor device is shown in cross section perpendicular to the longitudinal axis of the cylinder. The rotation of the can about the longitudinal axis is indicated by an arrow 2 . While the path speed and the amount of the rotational movement are variable, the direction of rotation after leaving the firing direction remains the same until the target is reached. In general, the Rotationsge speed of such a projectile decreases with increasing time after firing. While at very high revolutions the ball is pressed against the side walls of the can by centrifugal forces and is carried along with the can essentially like a body rigidly connected to the periphery of the can, at lower revolutions the force component directed along the gravitational field becomes large enough to move the ball to an earth closest position against the frictional forces. The critical number of revolutions U _c , below which this effect occurs, depends on the dimensions and the material parameters of the can and the ball and can be determined experimentally without difficulty. Advantageous values for this number of revolutions are around 1000 revolutions per minute. If the sensor signal is plotted against the rotation angle ϕ of the sensor S , which is to be related to an arbitrarily definable axis, after setting the ball into the closest stable position to the earth, signals of the sensor are obtained in each case at ϕ = 2 π × Z, as shown in FIG. 3, where Z is a whole positive number and the reference axis has been assumed parallel to the gravitational force. The metal sensor responds precisely when the sensor passes the ball lying in a stable position during the rotational movement. With the position of the sensor, the position of control propulsion units that are permanently connected to the projectile is in turn determined.

Im allgemeinen ist es nicht erforderlich, daß die Mantelflächen aus nichtmetallischem Material, die Kugel aus Metall und der Sensor durch einen Metallsensor gebildet wird. So kann die Kugel z. B. optronisch durch Reflektions- oder Gabellichtschranken sensiert werden. Weiterhin ist es auch nicht erforderlich, daß der Sensor auf der Außenseite der Zylindermantelflächen befestigt ist; er kann auch in die Zylinder mantelfläche eingearbeitet sein. Der Sensor kann kapazitiv z. B. durch in den Hohlzylinder eingesetzte Elektroden oder induktiv, z.B. durch eine eingesetzte Spule, ausgebildet sein.In general, it is not necessary for the outer surfaces to be made of non-metallic material, the metal ball and the sensor through a metal sensor is formed. So the ball z. B. optronic be sensed by reflection or fork light barriers. Farther it is also not necessary that the sensor on the outside of the Cylinder surface is attached; it can also be in the cylinders surface must be incorporated. The sensor can capacitively z. B. by electrodes inserted into the hollow cylinder or inductively, e.g. by an inserted coil, be formed.

Die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung kann für ein endphasensteuerbares Geschoß folgendermaßen verwendet werden. Von einem bei dem Geschütz stehenden Kommandosender mit zirkularer Polarisation, damit beim Zünder kein Signalverlust durch Polarisationsschwund auftritt, wird zu einem aus Ziel- und Geschoßflugbahn abgeleiteten Zeitpunkt der Kommando empfängerentzünder das lageabhängige Korrektursignal mitgeteilt. Seine Lage bestimmt dabei das Geschoß mit der erfindungsgemäßen Sensorein richtung selbst.The sensor device according to the invention can be used for a final phase controllable Storey used as follows. From one of the guns standing command transmitter with circular polarization, thus at the detonator no loss of signal due to polarization fading becomes one the command derived from the target and projectile trajectory receiver igniter communicated the position-dependent correction signal. His Location determines the floor with the sensor according to the invention direction itself.

Claims

1. Sensor device for a final phase controllable ammunition body, characterized in that

that a hollow cylinder arranged along the longitudinal axis of the ammunition body is provided,
- that a ball is inserted into the hollow cylinder,
that the size of the ball is such that free movement is possible within the hollow cylinder, at least perpendicular to the longitudinal axis of the cylinder,
- That a sensor is provided which is firmly connected to the cylindrical surface and which gives a signal when the ball approaches.

2. Procedure for determining the angular position of a final phase controllable ammunition body, characterized in that a hollow arranged along the longitudinal axis of the ammunition body cylinder is provided, in which a ball is inserted, wherein the ball size is such that at least a free movement possible perpendicular to the cylinder axis within the hollow cylinder is that a sensor firmly connected to the cylinder surface when the ball approaches, there is a signal and that the position of the Sphere is used as a reference point.

3. Device according to claim 1, characterized in that the Shell surfaces of the hollow cylinder made of a non-metallic Material and that the ball from a metallic material is formed, and that the sensor responds to metal.

4. The device according to claim 1, characterized in that the Sensor senses the ball capacitively, inductively or optronically.