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Verfahren und Vorrichtung zur Bestim-
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mung des Abgangsfehlerwinkels eines Geschosses beim Verlassen des
Waffenrohres Die Erfindung betrifft ein optisches Verfahren zur Bestimmung des Abgangsfehlerwinkels
eines Geschosses beim Verlassen des Waffenrohres und eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens.
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Die Trefferablage eines Projektils zur Visierlinie ist allgemein als
Abgangsfehlerwinkel bekannt. Sie setzt sich aus verschiedenen Einflußgrößen innen-,
abgangs- und außenballistischer Art zusammen.
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Ein Faktor dieser Einflußgrößen ist das Schwingungsverhalten des Waffenrohres
beim Austritt des Geschosses. Dieses Schwingungsverhalten gliedert sich in verschiedene
Komponenten: 1.) Den Rohrmündungswinkel beim Geschoßaustritt 2.) die Mundungsquergeschwindigkeit
beim Geschoßaus tritt
3.) die durch den Reaktionsdrall der Mündung-
verursachte Rohrdrehbewegung 4.) die tatsächliche RohrmUndungsablage von der verlängerten
Rohrseelenachse 5.) die Aufbauchung des Rohres unter Gasdruckwirkung.
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Es sind Verfahren bekannt, bei denen aus der Trefferablage zur Visierlinie
auf eine bestimmte Mündungslage während des Geschoßaustritts geschlossen wird.
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Es ist weiterhin das Verfahren von Siacci bekannt, bei dem durch zwei
Papierscheiben, in bestimmtem Abstand aufgestellt, geschossen wird, und aufgrund
der Ablage zur Visiergeraden auf den Scheiben eine verlängerte Schußlinie zur Mündung
gezogen wird, die den vermeintlichen Mündungswinkel darstellen soll.
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Bei all diesen Verfahren bleiben sowohl die außenballistischen Einflüsse
wie Wind usw. sowie die in der Pulvergasglocke vor der Mündung wegen nicht erfolgter
Anströmung des Geschosses auftretende Instabilität unberücksichtigt. Die Pulvergase
haben bekanntlich eine größere Ausströmungsgeschwindigkeit als die Anfangsgeschwindigkeit
des Projektils selbst, so daß zumindest eine Heckanströmung erfolgt; nach.gewisser
Zeit weisen sie, durch die Expansion der
Gase bedingt, eine Abbremsung
auf, so daß sie die gleiche Geschwindigkeit wie das Geschoß erhalten, um danach,
noch weiter verlangsamt, eine Frontanströmung und damit Stabilisierung des Projektils
zuzulassen. Dies gilt insbesondere für flügelstabilisierte Geschosse.
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Weiterhin werden bei den bisher bekannten Meßanordnungen die Vorgänge
an der Mündung vorwiegend nur auf Winkel- bzw. Quergeschwindigkeitsveränderungen
bezogen, während tatsächlich die bereits erwähnten vielfältigen mechanischen Erscheinungsformen
des Schwingungsverhaltens den dynamischen Vorgang beeinflussen.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, beim Schuß die Winkelauslenkung
der Rohrmündung durch Verwendung eines abbildenden optischen Systems über einen
an der Mündung reflektierenqen Spiegel als Spaltbild mit einer Zylinderlinse als
Registrierpunkt auf einem ablaufenden Film in vergleichbarem Aufbau eines Spiegelgalvanometers
aufzuzeichnen. Die Quergeschwindigkeit wurde durch das Beugungsbild an einem Spalt
mittels Laser erzeugt und ebenfalls auf einem ablaufenden Film registriert, Dieser
Meßaufbau gab erste Aufschlüsse über Winkelbewegungen, Querablagen und Quergeschwindigkeiten,
war aber sehr aufwendig und weder in allen Ebenen aufbaubar, noch beschrieb er sämtliche
sich auch überlagernde Vorgänge.
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Weiterhin bekannt sind elektro-optische Verfahren,
bei
denen als Lichtquelle eine gebündelte Strahlenquelle, vorzugsweise ein Laser, benutzt
wird, bei dem das, an der Mündung durch Spiegel für Rohrwinkelablage und Prismen,
meist Tripelprismen, für Rohrquerablage und Rohrquergeschwindigkeit, reflektierte
Laserlicht auf eine vorzugsweise Vier-Q»uadranten-Fotozelle geworfen wird, und ein
elektrisches Analogaignal ausgewertet wird.
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Auch diese Anordnung ist aufwendig und beschreibt den Gesamtvorgang
nicht vollständig. Die Lichtquellen sind dabei fest vom Waffenrohr getrennt angeordnet;
die Aufbauchung des Rohres ist dem Vorgang ebenso überlagert wie Verdrehung des
Rohres, bedingt durch Reaktion des auf das Geschoß ausgeübten Dralls. Die Rohrdrehbewegung
ist nicht mehr zu eliminieren, die Justage durch Mehrfachreflektionen ist aufwendig.
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Es ist weiterhin bekannt, zur Markierung des genauen Geschoßaustrittszeitpunktes
Strahlungsquellen zu benutzen, die im sichtbaren oder aber vorzugsweise im Röntgenspektrum
emittieren, um die vorauseilenden Gas schwaden zu durchdringen und nur den Durchtritt
des Geschosses selbst optisch oder elektro-optisch zu markieren.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der im Oberbegriff des
Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, mit dem sämtliche mechanisch auftretenden
Vorgänge während des Abschusses eines
Projektils meßtechnisch erfaßt,
in auswertbare.
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Signale umgewandelt und vollständig und exakt beschrieben werden können.
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Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet,
daß von mindestens einer am Waffenrohr angeordneten Strahlungsquelle ausgehende
Lichtstrahlen zur Bewegungsaufzeichnung und mathematischen Verarbeitung auf lichtempfindlichen
elektrischen Detektoren abgebildet und registriert werden. Zur Registrierung bzw.
elektro-optischen AUfzeichnung eignet sich in besonders vorteilhafter Weise ein
Dioden-Matrix-System. Als Strhlungsquellen kennen an der Rohrmündung sowohl Laserdioden,
als auch Kaltlichtquellen angebracht sein. Das Dioden-Matrix-System hat bevorzugterweise
auf einer Fläche von 6 mm x 6 mm 4.096 lichtempfindliche Einzelpunkte, so daß es
eine digitale ja - nein-Information für jeden einzelnen lichtempfindlichen Punkt
abgeben kann.
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Dazu sind an der Rohrmündung zur Bestimmung der Rohrablage, der Rohrgeschwindigkeit,
der Rohrverdrehung und der Aufbauchung jeweils zwei Laserdioden oder Lichtleiter
als Kaltlichtquelle kraft- und formschlüssig angebracht.
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Das von diesen Laser-Dioden oder Lichtleitern emittierte Licht wird
über ein geeignetes Umlenksystem von einer Optik auf der Matrix abgebildet.
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Jede Bewegung des Lichtpunktes gibt auf der Matrix eine Information
auf eine Qer empfindlichen Lichtzellen (Empfindlichkeit 0,45 pcs9/uw .cm ), so daß
die jeweilige Anzeige der einzelnen Detektoren direkt digital vorliegt. Das erzielbare
Auflösungsvermögen ist abhängig von der Anzahl der Matrix-Punkte und beträgt 64
X 64 Einzelfotodioden, so daß maximal 4096 Bildpunkte abgefragt werden können.
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Da bei den einzelnen Waffensystemen sehr unterschiedliche Ablagewerte
auftreten können, ist als optisch abbildendes System ein Vario-Objektiv in Verbindung
mit einem galileischen Fernrohr benutzt, das eine Anpassung qn Wegablagerungen in
Größenordnungen von 1/10 mm bis einige mm zuläßt. Die jeweiligen Abbildungsmaßstäbe
in Verbindung mit den Foto-Dioden-Punktabständen bestimmen die Auflösungsgrenze.
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Die Werte liegen in Koordinaten nach x- und yvor, wobei der Nullpunkt
innerhalb der Matrix verschoben werden kann.
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Zwei um 180° versetzte Lichtemitter sind an der Mündung angeordnet
und eliminieren in Differenzschaltung die Aufbauchung und Rohrverdrehung.
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Nur additiv gleich gerichtete Bewegungen zeigen die wahre Auslenkung
bzw. als Weg über Zeit die Quergeschwindigkeit des Waffenrohres an.
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Für die Bestimmung der Tangente an den Mündung 5-winkel
wird,
wie bereits bekannt, eine Strahlungsquelle ortsfest im Autokollimationsbetrieb benutzt.
An dem an der Mündung befestigten Spiegel wird der Strahl in sich selbst reflektiert
und ebenfalls auf einem Matrix-System gleicher Art wie beschrieben in Digitalinformation
aufgezeigt. Als Strahlungsquelle eignet sich vorzugsweise ein Laser, wobei der Aufbau
bei ansonsten gleichen Grundelementen wie bei der Weg-Messung erhalten bleibt.
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Die maximale Auflösung der Winkel-Meßanordnung in Strich oder Winkelgraden
gehorcht ohne Einschaltung eines optisch abbildenden Systems dem Strahlengesetz
und wird aus dem Abstand des Spiegels an der Waffenrohrmündung zur Dioden-Matrix
bestimmt. Aus Gründen der Beschädigungssicherheit der Meßgeräte im Schuß erweist
sich ein Abstand von ca. 3000 mm als geringster Abstand als notwendig. Dies würde
unter Berücksichtigung des Reflexionsgesetzes einem Aufnahmebereich von + 1/2 bei
einer Auflösungsgrenze von maximal ca. 1/50 entsprechen.
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Durch Vorschaltung eines geeigneten Varioobjektivs lassen sich Aufnahmebereich
und Auflösung svermö gen jeweils in Abhängigkeit der Entfernung in weiten Grenzen
variieren und anpassen.
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Die aus den drei Matrix-Systemen anfallenden
Diodenwerte
werden über dynamische MOS-Schieberegister und MOS-Elektronikschaltungen aufeinanderfolgend
mit einer Folgefrequenz von 10 MHz zeilen- und spaltenweise abgefragt. Am Ausgang
steht dann ein Video-Signal zur Verfügung, das auf einem Schellen-Bandgerät aufgezeichnet
und abgespeichert wird. Der nachfolgende Rechner übernimmt die Auswertung der Bewegungsabläufe
und gibt über Drucker die Werte und über Plotter die Kurven aus.
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Für die Markierung des Austrittszeitpunktes des Geschosses ist, wie
bekannt, eine Mündungsmarkierung angebracht, die über den auftretenden Mündungsgasdruck
einen Röntgenblitz mit fotografischer Rbntgenaufnahme und/oder einen Strahlungsemitter
mit Detektor antriggert, der dann den exakten Austrittszeitpunkt des Geschosses
markiert.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Vorrichtung schematisch dargestellt und nachstehend erläutert. Es zeigen: Figur
1a und ib den grundsätzlichen Aufbau der Meßanordnung mit den Anordnungen der Meßwertaufnehmer,
Figur 2 den opto-elektronischen Matrix-Aufnehmer mit Datenaufbereitung,
Figur
3a und 3b Registrierbeispiele der Winkel- und Wegaufzeichnung mit der Zeit als Parameter
eines zur Schwingung angeregten Waffenrohres.
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Am Waffenrohr 1 ist der Ring 2 kraft- und formschlüssig befestigt.
An diesem Ring sind die Beleuchtungsquellen 3 für die Wegauslenkung montiert. Diese
Lichtquellen können Leuchtdioden oder Kaltlichtquellen sein. Sofern Kaltlichtquellen
Verwendung finden, sind diese über flexible Lichtleiter 4 mit der Lampe 5 optisch
verbunden.
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Der ortsfeste Ring 6 ist mit drei Spiegeln 7 zur Strahlumlenkung ausgerüstet.
Die elektro-optischen Matrix-Aufnehmer 8 bestehen aus der vario-optischen Fernrohreinheit
9 sowie der Foto-Dioden-Matrix 10.
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Der in Figur ib dargestellte Winkelaufnehmer 11 besteht aus dem Laser
12, dessen Strahl über den Teilerwürfel 13 und den Spiegel 7 auf den am Mündungsring
befestigten Spiegel 14 geworfen wird, von dort in sich selbst reflektiert und vom
Teilerwürfel 13 über das Umlenkprisma 15 und das optische Vario-System 16 auf der
Dioden-Matrix 17 registriert wird.
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In Figur 2 ist der elektronische Teil der Systeme dargestellt.
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Die Linsensysteme 9 und/bzw. 16 entwerfen, entsprechend den optischen
Abbildungsverhältnissen auf der Diodenmatrix 17 einen Bildpunkt, der eine oder mehrere
der 4096 Dioden aktiviert.
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In den Meßwert-Aufnehmer-Kameras sind die Vorverstärker 18 und Versorgungseinheiten
19 enthalten. Die System-Prozessor.en 20 bereiten die Signale auf, zählen aus und
stellen am Video-Ausgang das zur Aufzeichnung zu speichernde Signal zur Verfügung.
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In den Figuren 3a und 3b sind Registrierbeispiele für die analoge
Aufzeichnung der Weg-(Ortslage-) Veränderung des angeregten Waffenrohres mit Zeitparameter
(Figur 3a) und Winkelveränderung mit Zeitparameter in Figur 3b aufgeführt.
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- Patentansprüche -
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