SE470288B - Method and apparatus for determining a projectile distance traveled - Google Patents

Description

470 288 2 Genom denna lösning erhålles tillräcklig noggrannhet i avståndsmätningen utan att kräva extrema upplösningar på systemets Signalbehandling. 470 288 2 This solution provides sufficient accuracy in distance measurement without requiring extreme resolutions on the system's signal processing.

Föreliggande uppfinning kan således sägas innefatta ett sätt och en anordning för fortlöpande bestämning av den i varje tillfälle tillrygga- lagda flygsträckan längs den egna ballistiska banan för projektiler utan egen drivning. Enligt uppfinningen görs detta helt och hållet inom projektilen genom intern Signalbehandling med utgångspunkt från det uppmätta värdet på projektilens initialretardation och en kontinuerlig uppföljning av dess successiva uppbromsning Den enligt uppfinningen utnyttjade sensorn eller accelerometern skall alltså vara blockerad i accelerationsriktningen och enbart tillåtas att röra sig mot flygriktningen d v s den riktning den påverkas vid en retarda- tion. Detta »åstadkommes genom att den vilar mot ett referensplan som förhindrar utböjning av accelerometerns balk under utskjutning. Genom att alltså utnyttja en accelerometer som mäter enbart retardationen och som därför kan ges ett betydligt mindre mätområde än en som även mäter accelerationen kan mätnoggrannheten hållas mycket hög.The present invention can thus be said to comprise a method and a device for continuously determining the distance traveled in each case along its own ballistic trajectory for projectiles without its own propulsion. According to the invention, this is done entirely within the projectile through internal signal processing based on the measured value of the projectile's initial deceleration and a continuous follow-up of its successive braking. The sensor or accelerometer used according to the invention must therefore be blocked in the direction of acceleration and only allowed to move in the direction of flight. ie the direction it is affected by a deceleration. This is achieved by resting against a reference plane which prevents deflection of the accelerometer beam during firing. Thus, by using an accelerometer which measures only the deceleration and which can therefore be given a much smaller measuring range than one which also measures the acceleration, the measuring accuracy can be kept very high.

Om accelerometern är vätskedämpad kan i endera eller bägge av de mot varandra anliggande kontaktytorna mellan accelerometern och underlaget formas ett mönster som minskar kapilläreffekten mellan ytorna.If the accelerometer is liquid-damped, a pattern can be formed in either or both of the abutting contact surfaces between the accelerometer and the substrate, which reduces the capillary effect between the surfaces.

Genom utnyttjande av föreliggande uppfinning kan man bl.a. ta fram armeringssystem för artillerigranater som befriar pjäsbesättningen från kravet på att i varje särskilt fall programmera granaternas armering med hänsyn till utskjutningspjäsens laddställ, laddningens styrka, krut- temperatur m.m. Armeringen blir istället i varje särskilt fall beroende av den aktuella flygsträckans förhållande till valt referensavstånd. De felkällor som i första hand kan bli aktuella i samband med uppfinningen är beroende av de rådande atmosfäriska förhållandena i form av lufttryck och vindar. Dessa ger dock inte större felmarginaler än vad som kan accepteras och de enligt uppfinningen erhållna värdena kan förväntas bli väsentligt bättre än vid befintliga system. 3 470 zss Den i enlighet med uppfinningen använda accelerometerns utformning framgår av figurerna 1-3 där fig 1 visar en planvy av accelerometern fig 2 a visar ett snitt enligt II-II i fig l fig 3 visar ett kopplingsschema för den i accelerometern ingående mätkretsen och fig 4 ett blockschema över den Signalbehandling som leder fram till önskat värde på den till- ryggalagda flygsträckan i varje särskild tid- punkn Den på fig 1-2 visade accelerometem eller sensorn 1 är tillverkad av kisel och består i princip av en böjlig balk 2 som böjer sig som en funktion av den pålagda accelerationen som i detta fall är negativ d v s en retarda- tion. För att förstärka detta beteende är balkens 2 yttre fria ände utformad som en s k seismisk massa 3. Pilen F betecknar flygriktníngen för den granat i vilken sensorn 1 är avsedd att användas.By utilizing the present invention, one can e.g. develop reinforcement systems for artillery grenades that relieve the piece crew from the requirement to program the reinforcement of the grenades in each particular case with regard to the launch pad's charging rack, the strength of the charge, gunpowder temperature, etc. The reinforcement will instead in each particular case depend on the relevant flight distance's relationship to the selected reference distance. The sources of error that may primarily be relevant in connection with the invention are dependent on the prevailing atmospheric conditions in the form of air pressure and winds. However, these do not give larger margins of error than can be accepted and the values obtained according to the invention can be expected to be significantly better than with existing systems. The design of the accelerometer used in accordance with the invention is shown in Figs. 1-3, where Fig. 1 shows a plan view of the accelerometer. Fig. 2a shows a section according to II-II in Fig. 1. Fig. 3 shows a circuit diagram of the measuring circuit included in the accelerometer; Fig. 4 is a block diagram of the signal processing leading to the desired value of the distance traveled in each particular time. The accelerometer or sensor 1 shown in Figs. 1-2 is made of silicon and consists in principle of a flexible beam 2 which bends as a function of the applied acceleration which in this case is negative, ie a deceleration. To reinforce this behavior, the outer free end of the beam 2 is designed as a so-called seismic mass 3. The arrow F denotes the direction of the grenade in which the sensor 1 is intended to be used.

Balkens av accelerationen (retardationen) initierade rörelse (böjning) registreras medelst två töjningskänsliga piezosresistorer 4 och 5 placerade på balkens klenaste del.The movement (bending) initiated by the acceleration (bending) of the beam is registered by means of two elongation-sensitive piezo resistors 4 and 5 placed on the smallest part of the beam.

Ytterligare två motsvarande resistorer 6 och 7 är anordnade på den del av sensorn som ej pâverkas av balkens böjning vid en på granaten verkande retardation (negativ acceleration). Dessa sammanlagt fyra resistorer 4-7 är kopplade i en konventionell mätbrygga (Wheatstonebrygga) med öppen jord för att medge offsetkompensering av sensorn (se fig 3).Two further corresponding resistors 6 and 7 are arranged on the part of the sensor which is not affected by the bending of the beam during a deceleration acting on the grenade (negative acceleration). These four resistors 4-7 in total are connected in a conventional measuring bridge (Wheatstone bridge) with open ground to allow offset compensation of the sensor (see Fig. 3).

På fig 2 är det markerat var sensorn är fast förbunden t ex limmad vid underlaget 8 nämligen längs ytorna 9 och 10. Mellan accelerometerns 470 zss “ seismiska massa 3 och underlaget 8 har markerats vad som ser ut som en smal spalt 11. Markeringen 11 skall dock endast tydas så att den seismiska massan där är understödd av men fri att röra sig bort från underlaget 8.In Fig. 2 it is marked where the sensor is fixedly connected, for example glued to the substrate 8, namely along the surfaces 9 and 10. Between the seismic mass 3 of the accelerometer 470 zss and the substrate 8, what looks like a narrow gap 11 has been marked. however, it is only indicated that the seismic mass there is supported by but free to move away from the ground 8.

För att förhindra att den seismiska massan 3 och balken 2 rör sig under utskjutningsfasen vilar alltså sensorn 1 på ett underlag 8. Underlaget 8 kan tillverkas av samma material som sensorn eller av annat material med tillräckligt liten elasticitet och fjädring.In order to prevent the seismic mass 3 and the beam 2 from moving during the launching phase, the sensor 1 thus rests on a substrate 8. The substrate 8 can be made of the same material as the sensor or of other material with sufficiently little elasticity and suspension.

Den av granaten tillryggalagda sträckan beräknas i signalbehandlings- elektronikén vars principiella uppbyggnad framgår av fig. 4.The distance traveled by the grenade is calculated in the signal processing electronics, the basic structure of which is shown in Fig. 4.

Retardationssignalens initialvärde samplas för att därur beräkna utgånghastigheten d v s vo. Dessutom integreras retardationen två gånger.The initial value of the deceleration signal is sampled to calculate the output speed from it, i.e. In addition, the deceleration is integrated twice.

Utgångshastigheten integreras för att erhålla tillryggalagd sträcka utan hänsyn taget till uppbromsningen orsakad av luftmotståndet. Från denna signal subtraheras den dubbelintegrerade retardationssignalen orsakad av luftmotståndet för att på så sätt erhålla den verkligt längs projektilens ballistiska bana flugna sträckan. Därefter kan man jämföra denna signal med ett förutbestämt referensavstånd för att vid en given flugen sträcka låta en händelse inträffa i granaten, exempelvis armering.The output speed is integrated to obtain the distance traveled without taking into account the braking caused by the air resistance. From this signal, the double-integrated deceleration signal caused by the air resistance is subtracted in order to obtain it really along the ballistic trajectory of the projectile trajectory. Then this signal can be compared with a predetermined reference distance to allow an event to occur in the grenade, for example reinforcement, at a given distance of a week.

Inom blockschemat på fig 4 betecknar acc uppmätt acceleration (dvs retardation) ao initialretardationen d v s det värde som erhålles då granaten lämnar eldröret.In the block diagram in Fig. 4, acc measured acceleration (ie deceleration) ao the initial deceleration, i.e. the value obtained when the grenade leaves the barrel.

Eftersom granatens utgångshastighet är kvadratiskt beroende av initialretardationen ao betecknar blockschemats v den operation som ger värdet för vo.Since the initial velocity of the grenade is quadratically dependent on the initial deceleration ao, the block diagrams v denote the operation giving the value of vo.

En integrering ger vot d v s den flygsträcka som skulle uppnåtts om granaten ej påverkats av luftmotståndet. Dubbelintegralen av den uppmätta retardationen ger luftmotståndsberoendet som tillsammans med vot ger ett värde på den flugna sträckan s(t) och sfef markerar det ö' 4 7 0 2 8 8 jämförelsevärde som skall bestämma då någon speciell funktion såsom armering, initiering etc skall ske d v s så länge s(t) ingenting.An integration gives vot ie the eye distance that would be achieved if the grenade was not affected by the air resistance. The double integral of the measured deceleration gives the air resistance dependence which together with vot gives a value of the fl furnace distance s (t) and sfef marks the ö '4 7 0 2 8 8 comparison value which is to determine when any special function such as reinforcement, initiation etc is to take place ie. as long as s (t) nothing.

I föreliggande uppfinning är det sålunda tänkt att enbart utnyttja retardationen för avstândsbestämningen och utnyttja en accelerometer anpassad för dessa negativa accelerationsnivåer. Accelerometern enligt uppfinningen är förhindrad att röra sig mot granatens flygriktning under utskjutningsförloppet för att inte haverera vid denna stötbelastning.Thus, in the present invention, it is intended to use only the deceleration for the distance determination and to use an accelerometer adapted for these negative acceleration levels. The accelerometer according to the invention is prevented from moving in the direction of flight of the grenade during the firing process so as not to fail at this impact load.

Genom denna lösning erhålls tillräcklig noggrannhet i avståndsmätningen utan att kräva extrema upplösningar på systemets komponenter. p d.This solution provides sufficient accuracy in distance measurement without requiring extreme resolutions on system components. p d.

Som redan omnärnnts kan man vid vätskedämpade accelerometrar av här aktuellt slag minska kapiläreffekten mellan accelerometerns rörliga del och underlaget genom att man formar ett mönster i endera eller bägge av de mot varandra anliggande kontaktytorna, d v s ytorna på ömse sidor om kontaktytemarkeringen 8.As already mentioned, with damped accelerometers of the type in question, the capillary effect between the moving part of the accelerometer and the substrate can be reduced by forming a pattern in either or both of the abutting contact surfaces, i.e. the surfaces on either side of the contact marking 8.

Uppfinningen har närmare definierats i de efterföljande patent- kraven.The invention is further defined in the appended claims.

Claims (7)

PATENTKRAV f?CLAIMS f? 1. Sätt att fortlöpande bestämma den tillryggalagda flygsträckan längs den ballistiska banan för projektiler utan egen drivning kännetecknat därav att detta görs helt och hållet inom projektilen genom intern Signalbehandling med utgångspunkt från det uppmätta värdet på projektilens initialretardation och en kontinuerlig uppföljning av dess successiva uppbromsning.Method of continuously determining the distance traveled along the ballistic trajectory of self-propelled projectiles, characterized in that this is done entirely within the projectile through internal signal processing based on the measured value of the projectile's initial deceleration and a continuous follow-up of its successive deceleration. 2. Sätt enligt krav 1 kännetecknat därav att den på projektilen verkande retardationen bestämmes med hjälp av en sensor (accelerometer) som är blockerad från att röra sig mot projektilens flygriktning men fritt rörlig i motsatt riktning.2. A method according to claim 1, characterized in that the deceleration acting on the projectile is determined by means of a sensor (accelerometer) which is blocked from moving in the direction of the projectile fl but freely movable in the opposite direction. 3. Sätt enligt krav 2 kännetecknat därav att den på projektilen verkande medelst sensorn uppmätta retardationen utnyttjas för konti- nuerlig beräkning av projektilens flygsträcka som fortlöpande jämföres med en på förhand bestämd flygsträcka för att då dessa bägge flyg- sträckor överensstämmer, aktivera en förutbestämd aktivitet såsom en armering.3. A method according to claim 2, characterized in that the deceleration measured on the projectile by means of the sensor is used for continuous calculation of the projectile's flight distance which is continuously compared with a predetermined flight distance in order to activate a predetermined activity such as these two fl-eye distances. and reinforcement. 4. Sätt enligt krav 2 kännetecknat därav att den medelst sensorn uppmätta initial- eller startretardationen utnyttjas för beräkning av projektilens utgångshastighet (vo) i form av en rotfunktion av den förstnämnda.4. A method according to claim 2, characterized in that the initial or starting deceleration measured by the sensor is used for calculating the projectile's initial velocity (vo) in the form of a root function of the former. 5. Sensor (1) för inbyggnad i projektiler och avsedd för uppmätning av såväl nämnda projektils initialretardation som dess successiva upp- bromsning i enlighet med sättet enligt kraven 1-4, av den typ som innefattar en rörlig s.k. seismisk massa (3) vars rörelse relativt sensorn i övrigt (1) avläses medelst töjningskänsliga piezoresistorer (4,5) 5 kännetecknad därav att nämnda seismiska massas (3) rörelse är blockerad (8) i riktning mot projektilens rörelseriktning men fri i f motsatt riktning. 1 47e 288Sensor (1) for installation in projectiles and intended for measuring both the initial deceleration of said projectile and its successive braking in accordance with the method according to claims 1-4, of the type comprising a movable so-called seismic mass (3) whose movement relative to the rest of the sensor (1) is read by means of elongation-sensitive piezoresistors (4,5), characterized in that the movement of said seismic mass (3) is blocked (8) in the direction of the projectile's direction of movement but free in the opposite direction. 1 47e 288 6. Sensor enligt krav 5 kännetecknad därav att den är tillverkad av kisel och utformad med en böjlig balk (2) i vilken den seismiska massan (3) ingår varvid balkens (2) böjning avläses medelst piezoresistorer (4,5) placerade i höjd med balkens vekaste del och varvid den seismiska massans (3) blockering i motsatt riktning mot projektilens flygriktning (F) utgöres av ett fast underlag (8).Sensor according to Claim 5, characterized in that it is made of silicon and formed with a flexible beam (2) in which the seismic mass (3) is included, the bend of the beam (2) being read by means of piezoresistors (4,5) placed at a height of the weakest part of the beam and wherein the blockage of the seismic mass (3) in the opposite direction to the projectile fl direction of the projectile (F) consists of a solid base (8). 7. Sensor (1) enligt endera av kraven 5 eller 6 kännetecknat därav att då sensorn 1 är vätskedämpad har i minst en av de i ursprungsläget mot varandra anliggande ytorna (ll) formats ett mönster som minskar kapiläreffekten mellan dem. d.Sensor (1) according to either of Claims 5 or 6, characterized in that when the sensor 1 is liquid-damped, a pattern is formed in at least one of the surfaces (11) abutting in the original position which reduces the capillary effect between them. d.