ARRANGEMENT TO DETERMINE THE IMPACT POINT, THE VELOCITY AND THE ANGLE OF INCIDENCE OF A PROJECTILE HITTING A TARGET AT SUPERSONIC VELOCITY

Abstract: To determine the impact point and/or velocity and/or angle of incidence of projectiles hitting a target at supersonic speed, independently of the angle between the projectile trajectory and the perpendicular to the impact image plane, there are frames which are arranged in two planes parallel to one another and to the target surface and to the sides of which are attached acoustic sensors surrounding the expected flight trajectories of the projectiles. The impact point, projectile velocity and angle of incidence can be calculated from the sequence and difference in transit time of the electrical signals triggered in the sensors by the bow wave of the projectile. <IMAGE>

Description: Anordnung zur Ermittlung der Trefferlage und/oder der Geschwindigkeit und/oder des Auftreffwinkels von Geschossen. Geschossen. Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung zur Ermittlung der Trefferlage und/oder der Geschwindigkeit und /oder des Auftreffwinkels von mit Uberschallgeschwindigkeit auf ein Ziel treffenden Geschossen mit Hilfe von mehreren akustisch= en Sensoren, die an dem Ziel angeordnet sind und beim Auftreffen der Kopfwelle eines Geschosses elektrische Signale abgeben, die einem Rechner zugeführt werden, der nach der zeitlichen Reihenfolge und dem zeitlichen Abstand, in dem die Signale von den einzelnen Sensoren abgegeben werden, die Ablage des Geschosses vom Zielpunkt errechnet. Zur Ermittlung der kefferlage von Geschossen werden zumeist Zielscheiben verwendet, die mit Ringen und Sektorenbegrenzungen bedruckt sind und entweder direkt beobachtet oder nach einer Schussserie zum Schützen transportiert werden. In beiden Fällen ist ein Auswechseln der Scheibe nach einer begrenzten Zahl der Schüsse erforderlich. Für die kommerzi= elle Anwendung ergibt sich weiter der Nachteil,dass die Trefferlage für die weitere Verarbeitung der Treffbilder mittels Rechnern von der Scheibe abgegriffen und in den Rechner eingegeben werden müssen. Es besteht daher der Wunsch nach einer Anordnung, die die Trefferlage unmittelbar als elektrische Grösse, möglichst in digitaler Form liefert. Hierzu sind verschiedene Vorschläge gemacht worden. So gibt es fotoelektrische Anordnungen, bei denen das Geschoss durch eine Lichtebene fliegt, die durch entsprechende Empfänger so aufgeteilt ist, dass der Ort,an dem das Geschoss durchtritt, genügend genau erfasst werden kann. Solche Anordnungen sind aber sehr aufwendig, ihre Verwendung im Freien macht Schwierigkeiten. Zur Ermittlung der Trefferlage von Geschossen, die mit Überschallgeschwindigkeit fliegen, ist es bekannt, die vom Geschoss erzeugte Kopfwelle (Luftdruck - Stosswelle) zur Bestimmung der Geschosslage im Ziel zu benutzen. Im einfachsten Falle werden in einem Rahmen, dessen Ebene senkrecht zur Linie Waffenmündung - Rahmenmitte (Ziellinie) steht, Mikrofone eingebaut, die von der Kopfwelle beauf= schlagt werden. Gemessen werden die Zeitdifferenzen zwischen dem Auftreffen der Kopfwelle auf die einander gegenüberliegenden Rahmenseiten. Weiter ist aus der US-PS 37 78 059 eine Anordnung bekannt geworden, bei der Metallstäbe rechtwinklig zueinander in einer zur Ziellinie senkrechten Ebene angeordnet sind. Die Stäbe sind an ihren Enden mit Sensoren bestückt. Hier wird die Trefferlage aus den Laufzeitdifferenzen der durch die Kopfwelle in den Stäben ausgelösten Schallimpulse ermittelt. Weiter sind aus den DE-OS 27 38 213, 28 07 101 und 29 21 783 Anordnungen bekannt geworden, bei denen unterhalb der Flugbahn drei oder mehrere Sensoren angebracht sind, wobei die Zeitdifferenzen ihrer durch die Kopfwelle erzeugten Signale zur Ermittlung der Trefferlage des Geschosses dienen. Alle diese Anordnungen arbeiten aber nur dann einwandfrei, wenn die Flugbahn des Geschosses genau senkrecht auf der Ebene steht,in der die Sensoren eingebaut sind. Diese Voraussetzung ist aber im praktischen Schiessbetrieb nicht gegeben, da die Flugbahn des Geschosses infolge der Schwerkraft gekrümmt ist, sodass sie am Ziel eine Neigung nach unten hat. Weiterhin können Abweichungen dadurch verursacht Werden, dass die virtuelle Treffbildebene nicht genau senkrecht zur Ziellinie liegt, weil die Anordnung nicht genau ausgerichtet ist oder schräg auf die Scheibe geschossen wird. Solche kleinen Abweichungen (unter 10) können unzulässige Fehler der Trefferanzeige verursachen. Aus Figur 3 ist ersichtlich,in wie starkem Masse schon ein kleiner Winkel S zwischen der Geschossbahn und der Senk= rechten auf die Treffbildebene auf die Ablage a s des Geschosses vom Ziel einwirkt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Ermittlung der Trefferlage und/oder der Geschwindigkeit und/oder des Auftreffwinkels von mit Überschallgeschwin digkeit auf ein Ziel treffenden Geschosses anzugeben, die auch bei schrägem Einschuss in die durch akustische Sensoren gebildete Ebene eine genaue Lage des Punktes zu ermitteln gestattet, in dem das Geschoss diese Ebene durchstösst. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäss dadurch, dass die Sensoren in zwei zueinander und zur Zielfläche parallelen Ebenen angeordnet sind und auf jeder der beiden Ebenen so verteilt sind,dass sie die zu erwartenden Flug= bahnen der Geschosse umgreifen. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Sensoren in jeder der beiden Ebenen auf einem die Flugbahn umgreifen= den Rahmen angeordnet, wobei mit Vorteil die beiden Rahmen zu einem Baukörper vereinigt sind. In Weiterbildung der Erfindung sind die Rahmen oder der der Baukörper rechteckig ausgebildet und auf jeder Seite mit Sensoren bestückt. Die erfindungsgemässe Anordnung kann in Abwandelung auch dazu dienen, die Flugbahn nicht nur vor dem Ziel sondern über ihre ganze Länge zu erfassen. Dies geschieht dadurch, dass an in vorgegebenen bstSndenentlang der Flugbahn des Geschosses angeordneten Messpunkten an jedem Messpunkt Sensoren in zwei Ebenen angeordnet sind, wobei die Ebenen mindestens annähernd senkrecht zur Flugbahn liegen und die Sensoren die Flugbahn umgreifen. Damit wird es möglich die mit der erfindungsgemässen Anordnung messbaren Werte auf der Flugbahn zu erfassen. Der besondere Vorteil und die Arbeitsweise der erfindungs= gemässen Anordnung werden an Hand der Figuren 1 und 2 erläutert. Diese zeigen in zum Teil schematischer Dar= stellung ein Ausfuhrungsbeispiel der erfindungsgemässen Anordnung, wobei der Ubersichtlichkeit wegen nur die zur Messung der senkrechten Abweichung der Trefferlage er= forderlichen Sensoren dargestellt sind. Figur 1 zeigt einen Baukörper 1, der den vorderen Rahmen 2 und den hinteren Rahmen 3 umfasst. In der Mitte des vorderen Rahmens 2 liegt der Punkt 6,an dem das Geschoss die Ebene des vorderen Rahmens bei exakter Trefferlage mit einer Flugbahn senkrecht zu dieser Ebene durchstossen miRte. Die Sensoren sind auf dem vorderen Rahmen 2 mit So' und Sul bezeichnet, auf dem hinteren Rahmen 3 mit So und Su. Der senkrechte Abstand zwischen oberer und unterer Seite jedes Rahmens und damit zwischen den Sensoren des Paares So' und Su' sowie So und Su ist mit S, der waagerechte Abstand zwischen den Rahmen und damit zwischen den Sensoren des Paares So und So' sowie Su und.Su' ist mit b bezeichnet. Für die senkrechte Abweichung der Bahn des Geschosses 4 von der auf der Ebene im Punkt 6 senkrechten Graden 7 werden folgende Zeitdifferenzen in an sich bekannter Weise und vorzugswelse digital gemessen, wie in Verbindung mit Figur 2 zu erkennen: 1. Die Zeitdifferenz2Sts vom Auftreffen der Kopfwelle 5 auf den Sensor So der oberen Seite des hinteren Rahmens 3 bis zum Auftreffen der Kopfwelle 5 auf den Sensor Su der unteren Seite des hinteren Rahmens 3 (oder umgekehrt). 2. Die Zeitdifferenz Lto vom Auftreffen der Kopfwelle 5 auf den Sensor So' der oberen Seite des vorderen Rahmens 2 bis zum Auftreffen der Kopfwelle 5 auf den Sensor So der oberen Seite des hinteren Rahmens 3. 3. Die entsprechende Zeitdifferenz htu für die unteren Seiten der Rahmen. Die Abweichung a sy des Geschossdurchtrittspunktes vom Mittelpunkt des hinteren Rahmens 3 in senkrechter Richtung ergibt sich dann aus der Formel: EMI5.1 Darin bedeutet c = die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Kopfwelle in Luft v = die Geschossgeschwindigkeit b = der Abstand der Rahmen 2 und 3 senkrecht zu ihren Ebenen S = der Abstand zwischen der oberen und der unteren Seite des Rahmens, also die lichte Weite des Rahmens. y = der Winkel zwischen der Geschossbahn und der Senkrechten auf die Treffbildebene. Die Geschossgeschwindigkeit v ergibt sich aus: 2 . b. cos v -I to +tu wobei cos r = 1 gesetzt werden kann, da der Winkel praktisch stets unter 50 bleibt. Der Winkel off ergibt sich dann aus EMI6.1 Ist die Flugbahn genau senkrecht zur Rahmenebene, b also = 0, ergibt sich LS I y als: EMI6.2 wie bereits bekannt. In gleicher Weise werden die Zeitdifferenzen für die horizontale Richtung gemessen und ausgewertet, wobei sich als Abweichung vom Mittelpunkt in waagerechter Richtung ergibt. Eine Verbesserung der Messergebnisse erfolgt, wenn jede Seite der beiden Rahmen mit mehreren Sensoren bestückt ist, welche direkt oder über Verstärker parallel oder in Serie geschaltet sind. Bei der Auswertung werden mit Vorteil Trefferlage, Ge= schwindigkeit und Auftreffwinkel von einer EDV - Anlage berechnet. Dabei kann die Schallgeschwindigkeit ebenso wie die Windgeschwindigkeit und -richtung in den Rechner angegeben werden. Die Schallgeschwindigkeit kann in an sich bekannter Weise in der Messstrecke gemessen werden. Auch Windgeschwindigkeit und -richtung werden in an sich bekannter Weise ermittelt und gemessen.

Claims: PATENTANSPRÜCHE 1.) Anordnung zur Ermittlung der Trefferlage und/oder der Geschwindigkeit und/oder des Auftreffwinkels von mit Überschallgeschwindigkeit auf ein Ziel treffenden Geschossen mit Hilfe von mehreren akustischen Sensoren, die an dem Ziel angeordnet sind und beim Auftreffen der Kopfwelle eines Geschosses elektrische Signale abgeben, die einem Rechner zugeführt werden, der nach der zeitlichen Reihen= folge und dem zeitlichen Abstand, in dem die Signale von den einzelnen Sensoren abgegeben werden, die Ablage des Geschosses vom Zielpunkt errechnet. d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Sensoren (So, So', Su, Su') in zwei zueinander und zur Zielfläche parallelen Ebenen angeordnet sind und auf jeder der beiden Ebenen so verteilt sind, dass sie die zu erwartenden Flugbahnen der Geschosse umgreifen. 2.) Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (So, So', Su, Su') in jeder der beiden Ebenen auf einem die Flugbahnen umgreifenden Rahmen (2, 3) angeordnet sind. 3.) Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Rahmen (2, 3) zu einem Baukörper'(1) vereinigt sind. 4.) Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, da du r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Rahmen (2, 3) oder der Baukörper (1) rechteckig und auf jeder Seite mit Sensoren bestückt sind. 5.) Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass an in vorgegebenen Abständen entlang der Flugbahn des Geschosses angeordneten Messpunkten an jedem Messpunkt Sensoren in zwei Ebenen angeordnet sind, wobei die Ebenen mindestens annähernd senkrecht zur Flugbahn liegen und die Sensoren die Flugbahn umgreifen. 6.) Anordnung nach Anspruch > oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass jede Seite der beiden Rahmen (2, 3) mit mehreren Sensoren bestückt ist, welche direkt oder über Verstär= ker parallel oder in Serie geschaltet sind. 7.) Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung von Trefferlage, Geschwindigkeit und Auftreffwinkel mit einer EDV - Anlage erfolgt. 8.) Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Schallgeschwindigkeit c in der Messstrecke in an sich bekannter Weise gemessen und in den Rechner eingegeben wird. 9.) Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass Windgeschwindigkeit und - richtung in an sich be= kannter Weise ermittelt, gemessen und in den Rechner eingegeben werden.

Inventors: DREWELL, PAUL, KRIZ, DIETER
Applicants: DRELLO, ING. PAUL DREWELL GMBH & CO. KG
Application year: 1985
Main classification: F41J5
IPC codes: F41J5