DE69708343T2

DE69708343T2 - Passives Geschwindigkeitsdatensystem

Info

Publication number: DE69708343T2
Application number: DE69708343T
Authority: DE
Inventors: John W. Sigler
Original assignee: Gen Dynamics Ordnance & Tactic; General Dynamics Ordnance and Tactical Systems Inc
Current assignee: Gen Dynamics Ordnance & Tactic; General Dynamics Ordnance and Tactical Systems Inc
Priority date: 1996-01-05
Filing date: 1997-01-02
Publication date: 2002-08-22
Anticipated expiration: 2017-01-03
Also published as: IL119805A0; US5827958A; SG93810A1; EP0783095A1; EP0783095B1; DE69708343D1; KR970059738A; IL119805A; ATE209331T1; KR100639045B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Projektil, das von einem Gewehr oder einer Abschusseinrichtung abgefeuert wird. Im Spezielleren schafft die Erfindung ein passives System, durch das die Geschwindigkeit des Projektils beim Austritt aus der Gewehrmündung oder der Abschusseinrichtung exakt bestimmt wird. Die Geschwindigkeitsdaten werden dann für interne Berechnungen innerhalb des Projektils hinsichtlich der Flugzeit, der Vorhersage des Berstpunktes und der Sensorinitiierung verwendet, wobei die Berechnungen jedoch nicht darauf beschränkt sind.
Halbintelligente Munitionen haben die Fähigkeit, eine logische Entscheidung hinsichtlich einer beabsichtigten Funktion zu treffen. Die logische Entscheidung basiert üblicherweise auf Information, die der Munition beim Abschuss mitgegeben wird, im Gegensatz zu einem intelligenten Projektil, das eine logische Entscheidung aufgrund von Information trifft, die es während des Fluges erhält.
Bei der halbintelligenten Munition kann es sich um einen beliebigen Typ von Munition, wie z. B. ein Projektil, eine Bombe oder eine Rakete handeln. Die Beschreibung bezieht sich zwar auf Projektile, wobei es sich um eine Unterklasse von Munition handelt, die von einem Gewehrlauf durch eine Vortriebskraft abgefeuert wird, die nur wirkt, während sich das Projektil innerhalb des Gewehrlaufs befindet, jedoch soll die Erfindung alle Arten von Munitionen und zugehörigen Vorrichtungen umfassen.
Auf dem Gebiet der halbintelligenten Projektile besteht eine Hauptfehlerquelle bei der Bestimmung der Endpositian des Projektils oder der Munition in dem Fehler der exakten Kenntnis der Anfangsgeschwindigkeit des Projektils. Selbst bei dem besten Vortriebssystem zum Abschießen eines Projektils treten inakzeptable Schwankungen in der Abschussgeschwindigkeit aufgrund von Umgebungsbedingungen oder der geringsten Veränderlichkeit in der Treibmittel-Korngröße auf. Im Hinblick auf den wachsenden Bedarf für ein intelligentes Zünden, um in einer bestimmten Entfernung oder bei einem bestimmten Satz von Bedingungen funktionieren zu können, müssen dem Zünder innerhalb des sich bewegenden Projektils oder der sich bewegenden Munition exakte Anfangsgeschwindigkeitsdaten mitgeteilt werden. Die Anfangsgeschwindigkeitsdaten können dann dazu verwendet werden, die Flugzeit zu der zurückgelegten Distanz in Beziehung zu setzen.
Es sind viele Systeme zum Bestimmen der Projektilgeschwindigkeit offenbart worden, doch nur wenige dieser Systeme sind in der Lage, die Geschwindigkeitsdaten an den Zünder zu übermitteln. Das US-Patent Nr. 4.677 376 von Ettel et al. offenbart eine vordere und eine hintere Induktionsspule, die den Lauf einer Waffe umgeben. Ein abgefeuertes Projektil durchläuft zuerst die hintere Spule und erzeugt einen ersten Impuls. Anschließend durchläuft das Projektil die vordere Spule und erzeugt einen zweiten Impuls. In Kenntis der Distanz zwischen den beiden Spulen sowie der Zeit zwischen den beiden Impulsen ist es möglich, die Projektilgeschwindigkeit zu bestimmen.
Es ist auch bekannt, die Geschwindigkeit eines Projektils zu messen, das sich von einer Waffe weg bewegt, indem das Projektil durch Radar aufgespürt wird und die Frequenzverschiebung aufgrund des Dopplereffekts bestimmt wird. Diese Technik ist in dem US-Patent Nr. 4 283 989 von Toulios et al. offenbart.
Das US-Patent Nr. 4 649 796 von Schmidt offenbart Information, wie z. B. eine Zündzeitverzögerung, die einem Projektil durch eine Senderspule mitgeteilt wird, die an dem Ende eines Gewehrlaufs angebracht ist und mit einer gesteuerten Frequenz schwingt. Das Projektil weist eine interne Spule auf, die die Schwingungsfrequenz detektiert und diese Information zum Setzen einer bestimmten Zeitverzögerung verwendet.
Der Hauptzweck eines Zeitverzögerungs-Zünders besteht darin, dass das Projektil in einer bestimmten Distanz von dem Gewehr seine Funktion zeigt. Die Verwendung der Flugzeit für die Entfernungsmessung kann nur dann ein exaktes Verfahren sein, wenn die Anfangsgeschwindigkeit genau bekannt ist. Die Geschwindigkeit eines von einem Gewehr abgefeuerten Projektils ist äußerst variabel und kann zu großen Fehlern bei halbintelligenten Projektilen führen, die exakte Entfernungsdaten gegenüber den Flugzeitdaten benötigen. Viele Faktoren haben Einfluss auf die Veränderlichkeit der Projektilgeschwindigkeit, wobei diese geringfügige Schwankungen bei dem Treibmittel, Änderungen in der Temperatur oder Feuchtigkeit, der Gewehrlauftemperatur sowie Größen- und Gewichtsänderungen des eigentlichen Projektils beinhalten.
Es ist bekannt, dass es Systeme gibt, die die Geschwindigkeit eines Projektils durch Verwendung eines Paares voneinander beabstandeter Induktionsspulen messen, die die Passage des Projektils detektieren und von einander beabstandete Impulse zu einem Ballistikcomputer an dem Waffensystem übertragen. Der Ballistikcomputer berechnet die Projektilgeschwindigkeit und sendet durch eine dritte Induktionsspule eine korrigierte Zeitverzögerung zu dem Projektilzünder, um die Zeitverzögerung aufgrund der berechneten Abschussgeschwindigkeit einzustellen.
Die EP-A-0 359 908 offenbart ein System gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Dieses System des Standes der Technik beinhaltet eine elektronische Schaltungseinrichtung als Einrichtung zum Berechnen der Geschwindigkeit des Projektils. Der Detonations-Zeitgeber derselben ist auf eine bestimmte Anzahl von Taktimpulsen eingestellt. Es erfolgt eine Korrektur hinsichtlich der Dauer von aufeinander folgenden Impulsen, um den Zeitgeber-Zünder zu setzen. Das Intervall zwischen den Impulsen wird länger oder kürzer gemacht, um den Zündzeitpunkt einzustellen.
Die Systeme des Standes der Technik haben Nachteile. Viele der Systeme des Standes der Technik messen lediglich die Abschussgeschwindigkeit des Projektils und teilen diese Information dem Zünder nicht mit. Diejenigen Systeme, die eine Übermittlung von korrigierten Geschwindigkeitsdaten zu dem Zünder beinhalten, sind körperlich große Systeme mit einer Mehrzahl von Spulen, die an dem Lauf angebracht sind, wodurch externe Energie zum Betreiben des Systems erforderlich wird. Diese Systeme müssen das Messen, Berechnen und Übertragen von Funktionen in einem begrenzten Zeitintervall durchführen, das durch die Distanz von der ersten Spule zu dem Gewehrlaufausgang sowie die Projektilgeschwindigkeit definiert ist. Das begrenzte Zeitintervall führt zu Einschränkungen hinsichtlich der maximalen Geschwindigkeit eines Projektils, welche das System bewältigen kann, sowie hinsichtlich des Ausmaßes an Signalverarbeitung, das in dem Ballistikcomputer ausgeführt wird. Diese Systeme sind nutzlos, wenn sich das Projektil zu dem Zeitpunkt, zu dem die korrigierten Geschwindigkeitsdaten für die Übermittlung zu dem Zünder bereit sind, außerhalb des Kommunikationsbereiches befindet.
Daher besteht ein Ziel der Erfindung in der Schaffung eines Systems, das die Geschwindigkeit eines Projektils bestimmt und einen Zünder mit einer korrekten Verzögerung ausstattet. Ein Merkmal der Erfindung besteht darin, dass bei einem Ausführungsbeispiel passive Signalquellen entlang des Gewehrlaufs exakt platziert sind und ein Rezeptor bzw. eine Empfangseinrichtung, die die Passage der Signalquellen exakt detektiert, "an Bord" des Projektils vorgesehen ist. Geeignete Kombinationen von Signalquelle und Rezeptor beinhalten: (1) magnetische Quellen und einen Induktionsspulen-Rezeptor; und (2) metallische Quellen und einen Magnetometer-Rezeptor.
Das Projektil-Zündsystem führt dann intern (1) eine Berechnung der Zeitverzögerung zwischen der Passage der Signalquellen durch das Projektil durch, (2) berechnet über einen "an Bord" des Projektils vorgesehenen Mikroprozessor die Projektil-Abschussgeschwindigkeit und (3) aktualisiert die Zeitverzögerungslösung gegenüber dem Zünder.
Vorteilhafterweise eliminiert das erfindungsgemäße System die Notwendigkeit für aufwendige Erfassungsspulen und Übertragungsspulen an der Waffe. Ein weiterer Vorteil besteht in der Eliminierung der Notwendigkeit einer Energiequelle an der Waffe, wobei es sich um einen wesentlichen Vorteil bei tragbaren Systemen handelt, bei denen das Gewicht große Bedeutung hat. Noch ein weiterer Vorteil besteht darin, dass dadurch, dass die Signalverarbeitung an Bord des Projektils durchgeführt wird, die Verarbeitung nicht unmittelbar an dem Mündungsaustritt stattfinden muss. Der Mikroprozessor hat eine relativ lange Zeitdauer, die das Zehn- bis Tausendfache der Zeitdauer der Systeme des Standes der Technik beträgt, um die Abschussgeschwindigkeit zu bestimmen, eine korrigierte Zeitverzögerung zu berechnen und dem Zünder die Verzögerung mitzuteilen.
Gemäß der Erfindung wird ein System zum Bestimmen der Geschwindigkeit eines Projektils geschaffen. Dieses System beinhaltet einen Gewehrlauf, aus dem das Projektil ausgetrieben wird. Wenigstens eine von dem Gewehrlauf getragene, passive Signalquelle kommuniziert mit einem Rezeptor an Bord des Projektils. Ein an Bord des Projektils vorhandener Mikroprozessor befindet sich in elektrischer Verbindung mit dem Detektor. Der Mikroprozessor ist darauf programmiert, die Geschwindigkeit des Projektils zu berechnen.
Die vorstehend genannten Ziele, Merkmale und Vorteile werden aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen noch deutlicher. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht eines Geschwindigkeits-Bestimmungssystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2 eine Schnittansicht einer Zünderanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Programmierung eines an Bord vorgesehenen Mikroprozessors;
Fig. 4 eine grafische Darstellung einer Ausführungsform der Information, die einem Explosions-Projektil gemäß der Erfindung zur Verfügung gestellt wird;
Fig. 5 eine Schnittdarstellung eines Geschwindigkeits- Bestimmungssystems gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 1 zeigt in einer Schnittdarstellung einen Bereich einer Waffe 10, in die ein Geschwindigkeits-Bestimmungssystem gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung integriert ist. Der dargestellte Bereich 10 stellt den Endabschnitt der Bewegung eines Gewehrlaufs 12 oder Abschussrohrs mit beliebiger Größe dar. Der Begriff "Gewehrlauf", wie er vorliegend verwendet wird, beinhaltet auch Abschusseinrichtungsrohre und zugeordnete Vorrichtungen.
Der Gewehrlauf 12 beinhaltet eine zentral angeordnete Bohrung 14 mit einem Durchmesser, der zum Führen eines Projektils 18 unter Verwendung eines rotierenden Bandes 19 oder eines Dichtungskragens zur Schaffung einer Führungswirkung sowie einer Druckdichtung wirksam ist. Der Gewehrlauf 12 ist aus einem beliebigen Material gebildet, das in der Lage ist, Halterung und Führung für das Projektil 18 zu schaffen sowie die Treibgase einzuschließen, die das Projektil vorantreiben. Materialien für den Lauf 12 reichen von Legierungsstählen mit hoher Festigkeit, wie z. B. AISI/SAE 4340, für mit hohem Druck arbeitende Gewehrsysteme bis zu leichten Verbundmaterialien, wie z. B. Graphit-verstärktem Epoxy für mit niedrigem Druck arbeitende Abschusssysteme.
AISI/SAE (American Iron and Steel Institute/Society of Automotive Engineers) 4340 ist ein Niedriglegierungsstahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt, der die Nennzusammensetzung von 0,38 Gew.-% bis 0,43 Gew.-% Kohlenstoff, 0,60 Gew.-% bis 0,80 Gew.-% Mangan, 0,20 Gew.-% bis 0,35 Gew.-% Silicium, 0,70 Gew.-% bis 0,90 Gew.-% Chrom, 1,65 Gew.-% bis 2,0 Gew.-% Nickel, 0,20 Gew.-% bis 0,30 Gew.-% Molybdän, Rest Eisen, besitzt.
An der Bohrung 14 ist nahe dem Austrittsende des Gewehrlaufs wenigstens eine Signalquelle angebracht. Vorzugsweise sind eine erste Signalquelle 20 und eine zweite Signalquelle 21 vorhanden, die beide in ein Material 22 eingebettet sind, bei dem es sich nicht um Signalquellenmaterial handelt.
Bei einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den Signalquellen 20, 21 um Permanentmagneten und bei dem Material 22, das kein Signalquellenmaterial ist, um ein nicht-magnetisches Material, wie z. B. Aluminiumlegierung 7075 (Aluminiumlegierung 7075 hat die Nennzusammensetzung von 1,2 Gew.-% bis 2,0 Gew.-% Kupfer, 2,1 Gew.-% bis 2,9 Gew.-% Magnesium, 0,18 Gew.-% bis 0,28 Gew.-% Chrom, 5,1 Gew.-% bis 6,1 Gew.-% Zink, Rest Aluminium).
Alternativ hierzu kann das Material, bei dem es sich nicht um Signalquellenmaterial handelt, einen Teil des Gewehrlaufs 12 bilden. Ein Haupterfordernis für das Nicht-Signalquellenmaterial besteht darin, dass es eine klare Trennung zwischen der ersten Signalquelle 20 und der zweiten Signalquelle 21 schafft. Das Nicht-Signalquellenmaterial stellt sicher, dass dann, wenn das Projektil 18 die beiden Signalquellen 20, 21 passiert, ein an Bord des Projektils 18 vorgesehener Rezeptor bzw. Empfangseinrichtung 23 zwei getrennte Signale empfängt.
Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung, das nachfolgend ausführlicher beschrieben wird, sind die Signalquellen 20, 21 metallischer Art, wobei sie z. B. aus AISI/SAE-1040-Stahl bestehen, der eine Nennzusammensetzung von 0,36 Gew.-% bis 0,44 Gew.-% Kohlenstoff, 0,60 bis 0,90 Gew.-% Mangan, Rest Eisen, aufweist. Bei dem Nicht-Signalquellenmaterial 22 handelt es sich um ein nicht-metallisches Material, wie z. B. um ein Epoxy-Graphit-Verbundmaterial.
Bei allen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann die erste Signalquelle 20 das Primärmaterial des Gewehrlaufs 12 bilden, wobei das Nicht-Signalquellenmaterial 22 die zweite Signalquelle 21 von dem Gewehrlauf 12 trennt.
eine bekannte feststehende Distanz "X" voneinander getrennt sind, um ein neuartiges Zeitsteuersignal für das Projektil 18 zu schaffen, und zwar zu dem Zweck, dass das Projektil 18 seine eigene Austrittsgeschwindigkeit aus dem Gewehrlauf 12 exakt berechnet. Das Projektil 18 enthält einen Rezeptor 23, der die Passage des Projektils 18 sowohl an der ersten 20 und der zweiten Signalquelle 21 vorbei identifiziert. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Signalquellen magnetischer Art, und bei dem Rezeptor handelt es sich um eine Induktionsspule oder eine ähnliche Vorrichtung, die auf eine Passage durch ein Magnetfeld reagiert. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel sind die Signalquellen metallisch, und der Rezeptor 23 ist ein Magnetometer.
Wenn es sich bei der Signalquelle um einen Permanentmagneten handelt, beinhalten geeignete Materialien für den Permanentmagneten Eisenmaterialien sowie Magneten auf der Basis der Seltenen Erden. Typischerweise haben diese Permanentmagneten eine Stärke zwischen 500 Gaus und 1000 Gaus.
Vorzugsweise sind wenigstens zwei Signalquellen 20, 21 vorhanden, die durch eine genau bekannte Distanz "X" voneinander getrennt sind. Während der Wert von "X" beliebig ist und typischerweise in der Größenordnung von ca. 51 mm (2 Inch) bis etwa 508 mm (20 Inch) liegt, ist die Genauigkeit bei der Bestimmung von X von kritischer Bedeutung. Die Zeit, die das Projektil 18 für das Durchlaufen von X benötigt, wird bei Geschwindigkeitsberechnungen verwendet. Da das Projektil 18 typischerweise eine Mündungs-Austrittsgeschwindigkeit zwischen 152,4 Meter pro Sekunde (500 Fuß pro Sekunde) und 1524 Meter pro Sekunde (5000 Fuß pro Sekunde) aufweist, sollte die Genauigkeit beim Messen von X wenigstens ± 0,25 mm (± 0,01 Inch), vorzugsweise ± 0,13 mm (± 0,005 Inch) und in am meisten bevorzugter Weise ± 0,025 mm (±0,001 Inch) betragen.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, enthält das Projektil 18 den Rezeptor 23, der entweder im Inneren des Projektils untergebracht ist oder um den Projektilkörper 30 herum angeordnet ist, sowie einen elektronischen Modul 26 auf Mikroprozessorbasis, der in dem Projektilkörper 30 untergebracht ist. Vorzugsweise ist der Mikroprozessor 26 und wahlweise auch der Rezeptor 23 innerhalb eines hinteren Bereichs des Projektils 18 als Teil der Zünderanordnung 24 untergebracht.
Ein exemplarisches Projektil 18 ist vom explosiven Typ und enthält eine Sicherheits- und Scharfmacheinrichtung 28 sowie eine explosive Nutzlast 32. Für das Ausführungsbeispiel, bei dem die Signalquellen 20, 21 Permanentmagneten sind und der Rezeptor eine Induktionsspule ist, ist der Rezeptor 23 in einem Nicht-Eisen-Bereich des Projektilkörpers 30 untergebracht oder alternativ außen um das Projektilgehäuse herumgewickelt.
Die Induktionsspule 23 ist aus mehreren Windungen eines elektrisch leitfähigen Drahts gebildet. Die Drahtstärke sowie die Anzahl der Windungen sind von der Stärke der Signalquellen 20, 21 sowie von der Ansprechempfindlichkeit des Mikroprozessors 26 abhängig. Eine geeignete Induktionsspule weist 36 konzentrische Windungen von Draht mit einem Durchmesser von 0,079 mm (Drahtstärke 40) auf, die um die Längsachse des Projektil 18 gewickelt sind.
Der Mikroprozessor 26 enthält als Minimum eine Zeitsteuerschaltung, die zum Messen der Zeitdifferenz zwischen der Passage des Rezeptors 23 durch die Signalquellen 20, 21 verwendet wird, sowie eine Logikschaltung, die die Zeitsteuerschaltung in Abhängigkeit von dem Spannungssignal startet und stoppt, das von der Induktionsspule 23 durch ein von den Signalquellen 20, 21 ausgehendes Magnetfeld induziert wird.
Bei der Sicherheits- und Scharfmacheinrichtung 28 kann es sich um eine beliebige Sicherheits- und Scharfmacheinrichtung handeln, und typischerweise beinhaltet diese einen Detonator als Teil einer offenen elektrischen Schaltung. Ein Metalldraht wird mechanisch in Position eingeschnappt, wenn die Beschleunigung und die Spin-Bewegung des explosiven Projektils innerhalb spezifizierter Bereiche liegen. Der Metalldraht schließt eine elektrische Schaltung, die das explosive Projektil scharf macht. Ein Signal von dem Mikroprozessor 26 liefert den elektrischen Strom, der zum Aktivieren des Detonators erforderlich ist, wodurch das explosive Projektil 18 zum Bersten gebracht wird.
Fig. 3 zeigt in einem Blockdiagramm eine exemplarische Reihenfolge von Programmierschritten, die an dem Mikroprozessor vorgenommen werden, sowie die Integration dieser Programmierschritte mit externen Ereignissen.
Die ersten externen Ereignisse sind in beliebiger Reihenfolge der Abschuss 34 des Projektils 18 sowie die Energieversorgung des Zünders 36. Die ersten Ereignisse werden durch eine beliebige geeignete Einrichtung durchgeführt. Zum Beispiel kann der Abschuss des Projektils 18 durch herkömmliche Treibmittel erfolgen, wie sie durch ein Gewehr oder eine Kanone typifiziert werden. Es können auch exotischere Einrichtungen verwendet werden, wie z. B. ein Raketenvortrieb. Das einzige Erfordernis hinsichtlich der Abschusseinrichtung besteht darin, dass eine Geschwindigkeit erreicht wird, die zum Antreiben des Projektils an den Signalquellen vorbei sowie aus der Mündung der Waffe wirksam ist.
Die Energieversorgung des Zünders 36 kann durch eine Batterie an Bord des Projektils, durch einen induktiven Energietransfer gekoppelt mit kapazitiver Speicherung oder durch eine beliebige andere Einrichtung erfolgen. Das primäre Erfordernis des Energieversorgungsschrittes 36 besteht darin, dass der Mikroprozessor und der Rezeptor funktionieren, wenn das Projektil die Signalquellen passiert.
Nach dem Abschuss 34 und der Energieversorgung des Zünders 36 beginnt der Zünder mit dem Mikroprozessor mit der Überwachung 38 des Rezeptors an Bord des Projektils. Beim Passieren der ersten Signalquelle 40 empfängt der Mikroprozessor ein erstes Signal 42 von dem Rezeptor. Wenn es sich bei dem Rezeptor um eine Induktionsspule handelt und bei den Signalquellen um Magneten handelt, ist das erste Signal eine Spannungsspitze 42. Beim Erfassen des Rezeptorsignals startet der Mikroprozessor einen Zeitgeber 44 und kehrt dann zu der Überwachung 46 des Rezeptors auf ein zweites Signal zurück.
Beim Passieren der zweiten Signalquelle 48 erhält der Mikroprozessor ein zweites Signal 50 von dem Rezeptor und stoppt 52 den Zeitgeber. Entweder gleichzeitig mit dem Passieren der zweiten Signalquelle 48 oder in einem gewissen Zeitintervall danach tritt das Projektil aus der Mündung der Waffe aus 54. Der Mikroprozessor verwendet dann die Zeitsteuerdaten, und indem er mit dem Signalquellen-Abstand "X" programmiert ist, berechnet er die Projektilgeschwindigkeit 58.
Fig. 4 zeigt einen typischen Signalverlauf, den der Mikroprozessor für den Rezeptor erhält. Es kann eine Vielzahl verschiedener Verfahren für die Verarbeitung des Signals durch den Mikroprozessor verwendet werden. Das in Fig. 4 veranschaulichte Verfahren beinhaltet das Auslösen des Zeitgeber-Starts 44 und des Zeitgeber-Stoppens 52 in Abhängigkeit von der Überschreitung eines spezifizierten Schwellenspannungsniveaus 64. Bei dieser Verfahrensweise ergibt sich eine Zeitdifferenz "t" zwischen dem Start und dem Stoppen.
Alternativ hierzu kann die Verarbeitung des Signals zur Bestimmung der Signalspitzen 66, 68 sowie zum Abnehmen der Zeitdifferenz zwischen diesen Punkten erfolgen.
Der Mikroprozessor 26, der mit der Distanz "X" sowie zusätzlich mit der Zeitdifferenz "t" programmiert worden ist, berechnet die tatsächliche Austrittsgeschwindigkeit des Projektils aus dem Gewehrlauf.
Typischerweise beträgt "X" von 51 mm (2 Inch) bis 508 mm (20 Inch), und die Projektilgeschwindigkeit liegt in der Größenordnung von 152,4 Meter pro Sekunde (500 Fuß pro Sekunde) bis 1524 Meter pro Sekunde (5000 Fuß pro Sekunde). Die Passage der Signalquellen erfolgt in einigen wenigen Millisekunden (typischerweise 1 bis 10 Millisekunden). Da die Zeitsteuerinformation an Bord des Projektils erzielt und gespeichert wird, hat der Mikroprozessor in der Größenordnung des Zehn- bis Tausendfachen dieser Passagen Zeit, um die Zeitdaten zu verarbeiten und die tatsächliche Austrittsgeschwindigkeit zu berechnen. Der Mikroprozessor kann die Austrittsgeschwindigkeit zum Vorhersagen oder Aktualisieren der Zeit der Flugdaten oder für eine mit einem höheren Maß an Genauigkeit erfolgende Ausführung von beliebigen Funktionen des Projektils verwenden, die die Kenntnis der tatsächlichen Gewehrlauf-Austrittsgeschwindigkeit erforderlich machen, wie z. B. die Zünder-Zeitsteuerverzögerung.
Fig. 5 veranschaulicht ein alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung. In Fig. 5 ist der Gewehrlauf 12 aus einem metallischen Material hergestellt, wie z. B. aus AISI/SAE-Stahl 4340. Bei diesem Ausführungsbeispiel bildet der Gewehrlauf die erste Signalquelle. An dem Austrittsende 78 des Gewehrlaufs 12 ist eine nichtmetallische Mündung 80 angebracht, die aus einem geeigneten Material gebildet ist, wie z. B. einem Epoxy-Graphit-Verbundmaterial. Das dem Austrittsende 78 gegenüberliegende Ende der nicht-metallischen Mündung 80 ist von einem Metallring 82 umgeben, wie z. B. aus AISI/SAE-Stahl 4340, der die zweite Signalquelle bildet.
Die nicht-metallische Mündung 80 bildet das nicht-signalgebende Material zur Schaffung einer deutlichen Trennung zwischen den Signalquellen 78, 82. Der Rezeptor an Bord eines Projektils ist ein Magnetometer, das durch das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines metallischen Materials entlang des Projektils ausgelöst wird.
Gemäß der vorliegenden Beschreibung der Erfindung enthält diese zwar zwei Signalquellen innerhalb des Gewehrlaufs, jedoch könnten auch zusätzliche Signalquellen hinzugefügt werden, um ein Geschwindigkeitsprofil gegenüber der Zeit zu erzielen. Das Geschwindigkeitsprofil ist zwar nützlich, jedoch ist es für das grundlegende Ziel der Erfindung, nämlich die Messung der Mündungs- Austrittsgeschwindigkeit, nicht erforderlich.
Die Signalquellen sind zwar als ringförmig beschrieben worden, jedoch können sie jede beliebige gewünschte Gestalt aufweisen, wie z. B. kastenförmige Magneten, die in die Wandung des Gewehrlaufs eingebettet sind, oder Kreisringe, durch die das Projektil hindurchtritt. Gleichermaßen weist der Projektil-Zünder gemäß der Beschreibung einen einzigen Rezeptor auf, wobei jedoch auch mehrere Empfänger bzw. Rezeptoren im Rahmen der Erfindung liegen.
Es ist zu erkennen, dass gemäß der vorliegenden Erfindung ein passives Geschwindigkeits-Messsystem geschaffen worden ist, das die eingangs genannten Ziele, Merkmale und Vorteile vollständig erreicht. Die Erfindung ist zwar in Kombination mit speziellen Ausführungsbeispielen derselben beschrieben worden, jedoch ist es offensichtlich, dass sich dem Fachmann anhand der vorstehenden Beschreibung viele Alternativen, Modifikationen und Variationen erschließen.

Claims

1. System zum Bestimmen der Geschwindigkeit eines Projektils (18),

gekennzeichnet durch:

einen Gewehrlauf (12), aus dem das Projektil (18) ausgestoßen wird;

wenigstens eine Signalquelle (20), die an dem Gewehrlauf (12) gehaltert ist;

wenigstens einen Rezeptor (23) an Bord des Projektils (18), der die Passage der wenigstens einen Signalquelle detektiert; und durch

eine Einrichtung (26) an Bord des Projektils (18), die mit dem Rezeptor (23) in elektrischer Verbindung ist, wobei die Einrichtung (26) dazu ausgebildet ist, die Geschwindigkeit des Projektils (18) zu berechnen, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (26) an Bord des Projektils ein Mikroprozessor ist, der programmiert worden ist und eine Zeitsteuerschaltung sowie eine Logikschaltung aufweist.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl eine erste Signalquelle (20) als auch eine zweite Signalquelle (21) an dem Gewehrlauf (12) gehaltert sind, wobei eine Nicht-Signalquelle (22) zwischen ihnen angeordnet ist.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanz "X" zwischen der ersten Signalquelle (20) und der zweiten Signalquelle (21) ca. 51 mm bis ca. 508 mm beträgt.

4. System nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Signalquelle (20) und die zweite Signalquelle (21) beide Magneten sind und der Rezeptor (23) eine Induktionsspule ist.

5. System nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewehrlauf (12) aus einem Signalquellenmaterial gebildet ist, dass eine aus einem Nicht-Signalquellenmaterial gebildete Mündung (80) an einem Austrittsende (78) des Gewehrlauf s (12) angebracht ist, und dass ein zweites Signalquellenmaterial (82) an der Mündung (80) im Abstand von dem Austrittsende (78) gehaltert ist.

6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewehrlauf (12) und das zweite Signalquellenmaterial (82) aus einem Metall gebildet sind und die Mündung (80) nicht-metallisch ist.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewehrlauf (12) und das zweite Signalquellenmaterial (82) beide aus Stahl sind.

8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rezeptor (23) ein Magnetometer ist.

9. Unteranordnung an Bord eines Projektils (18) zum Austreiben aus einem Gewehrlauf (12),

gekennzeichnet durch:

einen Rezeptor (23), der eine Mehrzahl von Signalen von Signalquellen (20, 21) erhält, die an dem Gewehrlauf (12) gehaltert sind, und die Mehrzahl von Signalen zu einem Mikroprozessor (26) weitergibt;

wobei der Mikroprozessor (26) mit der Distanz "X" zwischen der Mehrzahl von Signalquellen (20, 21) programmiert wird sowie zum Berechnen der Ausstoßgeschwindigkeit des Projektils (18) aufgrund einer Zeitverzögerung zwischen den mehreren Signalen und der programmierten Distanz "X" wirksam ist, wobei der Mikroprozessor (26) eine Zeitsteuerschaltung und eine logische Schaltung aufweist.

10. Unteranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Rezeptor (23) aus der Gruppe gewählt ist, die aus Induktionsspulen und Magnetometern besteht.

11. Unteranordnung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, weiterhin mit einer an Bord vorhandenen Stromversorgung, die zum Betreiben der Unteranordnung wirksam ist.

12. Verfahren für die an Bord erfolgende Berechnung der Geschwindigkeit eines Projektils (18), gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Ausstoßen (34) des explosiven Projektils (18) aus einem Gewehrlauf (12) mit einer unbekannten Geschwindigkeit;

b) Bestimmen (56) der Zeit (44, 52), die das Projektil (18) zum Passieren von wenigstens zwei Signalquellen (40, 48) benötigt, die an dem Lauf (12) gehaltert sind und in einer bekannten Distanz "X" voneinander beabstandet sind; und

c) Berechnen (58) der unbekannten Geschwindigkeit an Bord des Projektils (18) anhand der Zeit (44, 52) und der bekannten Distanz "X", wobei die Zeit für den Berechnungsschritt (58) länger ist als die Zeit (44, 52), die das Projektil (18) für die Passage des Gewehrlaufs (12) benötigt,

wobei die Zeit zum Berechnen der unbekannten Geschwindigkeit um das Zehn- bis Eintausendfache größer ist als die Zeit (44, 52), die das Projektil (18) für die Passage der wenigstens zwei Signalquellen (40, 48) benötigt,

wobei der Bestimmungsschritt (56) den Empfang eines ersten Spannungsimpulses (429 und eines zweiten Spannungsimpulses (50) beinhaltet, während das Projektil (18) die erste (40) bzw. die zweite Signalquelle (48) passiert,

wobei der Bestimmungsschritt (56) die Erfassung eines ersten metallischen Materials (42) und eines zweiten metallischen Materials (50) beinhaltet, während das Projektil (18) die erste (40) bzw. die zweite Signalquelle (48) passiert, und

wobei nach dem Berechnungsschritt (58) die Zeit der Flugdaten des Projektils (18) korrigiert wird.