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Das technische Gebiet der Erfindung betrifft Vorrichtungen
zur Programmierung von Projektilen, insbesondere für Munitionen
für Landartillerie oder Panzer großen Kalibers.
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Die derzeitigen Projektile werden immer häufiger mit
Multifunktions-Zündern, Aufschlag, Annäherung, Zeit, die an die
verschiedenen Ziele angepasst sind, ausgerüstet. Für diese Art
von Projektilen scheint es notwendig, sogar unerlässlich, ihnen
Daten bezüglich ihrer möglichen Ziele zu übermitteln, um die
Wahrscheinlichkeiten tödlicher Zieltreffer zu erhöhen. Bei
diesen Daten kann es sich um die Art und die Koordinaten des
Zieles, die Flugbahn, aber auch um meteorologische
Informationen handeln.
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Die Munitionen großen Kalibers, sogenannte "Intelligente",
die mit Infrarotsensoren für ihr Feuerleitsystem ausgerüstet
sind, sowie die mit einem GPS ausgerüsteten Munitionen können
ebenso von der Übermittlung solcher Daten profitieren.
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Die Programmierung eines Projektils auf der Flugbahn ist im
Stand der Technik bekannt.
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Zum Beispiel offenbart das Patent FR2608267 eine
Vorrichtung, welche die Programmierung eines Projektils auf
optischem Wege erlaubt. Diese Vorrichtung benötigt Mittel zur
optischen Ausstrahlung und Mittel zur Verfolgung des Projektils
bis zur Phase der Programmierung. Das Projektil muss auch an
seinem hinteren Teil ein Mittel zum Empfang von Lichtsignalen
besitzen. Die Verfolgung des Projektils schränkt ein, da bis
zur Programmierung das Waffensystem unwirksam ist und eine sehr
gute Sichtweite ohne Hindernis zwischen Projektil und
Verfolgungsmittel notwendig ist.
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Um diese Einschränkungen zu verhindern, kann die
Programmierung des Projektils erfolgen, wenn es sich im Inneren
des Waffenrohres befindet, entweder wenn es noch in Position
ist oder während seiner ballistischen Phase im Inneren des
Rohres.
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So schlägt das Patent EP0023365 eine Vorrichtung zum Messen
der Geschwindigkeit und/oder zur Programmierung eines
Projektils im Inneren eines Waffenrohres vor. Dafür sieht die
Vorrichtung den Einbau einer Antenne in einer in der Wandung
des Waffenrohres angebrachten Bohrung oder in den Öffnungen der
Mündungsbremse vor. Die Antenne, die mit einer Energiequelle
verbunden ist, sendet Mikrowellenstrahlung ins Innere des
Waffenrohres aus. Diese Mikrowellenstrahlung erlaubt die
Messung der Anfangsgeschwindigkeit des Projektils und/oder
dieses zu programmieren.
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Diese Vorrichtung stellt zahlreiche Probleme dar.
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Zunächst ist die Verwendung einer Öffnung im Waffenrohr
kaum vorteilhaft für sein mechanisches Verhalten und läuft
Gefahr, die innere und dann äußere Ballistik des Projektils zu
stören.
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Außerdem ist die technische Anwendung dieser Vorrichtung
schwierig und erfordert zahlreiche zusätzliche Teile.
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Dann erzeugen die aufeinanderfolgenden Schüsse Stoßwellen,
Vibrationen und sehr hohe Temperaturen und Drücke im Bereich
der Rohrmündung der Waffe. Die in der Nähe der Rohrmündung
angeordnete Antenne ist also diesen Belastungen und Störungen
unterworfen, welche technische Probleme erzeugen können.
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Schließlich werden die aus der Energiequelle
hervorgegangenen Ausstrahlungen in alle Richtungen zerstreut,
da die Antenne senkrecht zur Achse des Waffenrohres angeordnet
ist. Gewiss ist mit dieser Vorrichtung eine Programmierung des
Projektils möglich, wenn sich dieses im Waffenrohr befindet,
als auch nach seinem Austritt, also auf seiner Flugbahn. Nur
ein geringfügiger Teil der Ausstrahlungen wird folglich ins
Innere des Rohres in Richtung der Munition geleitet, was eine
ungünstige Energiebilanz liefert, also eine schlechte
Zuverlässigkeit der Programmierung im Rohr.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum
Programmieren eines Projektils im Rohr einer Waffe
vorzuschlagen, wobei die Vorrichtung einfach, kostengünstig,
unempfindlich gegen Belastungen des Abschusses sein und eine
hohe Zuverlässigkeit haben soll und keine Bearbeitung im
Bereich des Waffenrohrkerns notwendig macht.
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So ist der Gegenstand der Erfindung eine Vorrichtung zur
Programmierung eines Projektils im Inneren eines Waffenrohres
mit einem fest mit dem Projektil verbundenen Empfänger, die
dadurch gekennzeichnet ist, dass sie einen Reflektor umfasst,
der fest mit dem Waffenrohr verbundenen und in unmittelbarer
Nähe der Mündung des Waffenrohrs angeordnet ist, wobei der
Reflektor die von einem, außerhalb des Waffenrohrs
angeordneten, Sender ausgesandten Wellen empfängt und sie ins
Innere des Waffenrohrs reflektiert.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform ist der Reflektor ein
Spiegel.
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Gemäß einer zweiten Ausführungsform ist der Reflektor eine
mit einem Flügel einer Mündungsbremse fest verbundene
reflektierende Oberfläche.
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Die Programmiervorrichtung gemäß der Erfindung umfasst eine
Übertragungsleitung zwischen dem Sender und dem Reflektor,
welche eine Koaxialleitung oder ein Wellenleiter sein kann.
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Vorzugsweise ist die Frequenz der ausgestrahlten
elektromagnetischen Wellen höher als oder gleich 2,5 GHz.
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Die Erfindung wird an Hand der Beschreibung besonderer
Ausführungsformen verständlicher, welche Bezug nehmen auf die
beigefügten Zeichnungen, in denen:
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- Fig. 1 einen schematischen Teilschnitt eines
Waffenrohres gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung
darstellt.
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- Fig. 2 das vordere Ende eines Waffenrohres im Schnitt
darstellt, welches mit einer Mündungsbremse gemäß einer zweiten
Ausführungsform der Erfindung ausgerüstet ist.
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- Fig. 3 schematisch im Halbschnitt einen Flügel der
Mündungsbremse gemäß einer Ausführungsvariante darstellt.
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Bezug nehmend auf Fig. 1 besteht eine Waffe 1, zum
Beispiel großen Kalibers, in klassischer Weise aus einem, auf
einen Geschützverschluss 3 montierten, Rohr 2. Eine Munition 4
befindet sich im Inneren des Rohres 2, bereit um abgefeuert zu
werden.
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Gemäß der Erfindung ist die Waffe 1 mit einer Vorrichtung
zum Programmieren der Munition 4 ausgerüstet, die aus einem
Sender elektromagnetischer Wellen 5, in der Form von
Mikrowellen, und einem Wellenempfänger 6 besteht.
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Der Sender von Wellen 5 umfasst einen Wellengenerator 7 und
eine Übertragungsleitung 9. Der Wellengenerator 7 befindet
sich an der Außenseite des Rohres 2, derartig, dass sich die
Übertragungsleitung 9 klar bis in die Nähe des vorderen Endes
10 des Rohres 2 erstreckt. Die Übertragungsleitung 9 ist hier
eine Koaxialleitung, welche vorzugsweise mit einer Antenne 8 an
ihrem vorderen Ende versehen ist, um die Richtwirkung der
ausgesendeten Wellen zu optimieren.
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Der Wellenempfänger 6 ist eine im Bereich eines
Geschosskopfes 14 der Munition 4 angeordnete Antenne. Eine
Elektronik zur Verarbeitung der empfangenen Wellen ist
ebenfalls in der Munition 4 enthalten.
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Ein Metallreflektor 11 ist am Ende des Rohres 2 befestigt,
zum Beispiel durch Verschrauben auf der Außenseite des Rohres.
Er umfasst eine reflektierende Fläche 12, die eben und in Bezug
auf die Achse XX' der Waffe 1 um einen Winkel α kleiner als 90º
geneigt ist, zum Beispiel in der Größenordnung von 60º. Der
Reflektor 11 hat wenigstens eine Radialöffnung 13, die sich in
der Nähe der reflektierenden Fläche 12 befindet. Der Winkel α
ist derartig gewählt, dass ein auf die reflektierende Fläche
einfallender Strahl in das Innere des Waffenrohres reflektiert
wird.
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Die Arbeitsweise der Vorrichtung zur Programmierung gemäß
der Erfindung ist die Folgende:
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- Der Wellengenerator 7 sendet eine Strahlung 15 aus,
welche über die Übertragungsleitung 9 in Richtung Reflektor 11
geführt wird.
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- Die Strahlung 15 trifft auf die reflektierende Fläche 12
des Reflektors 11 auf und wird dann wegen der Neigung der
reflektierenden Fläche in Richtung des Inneren des Waffenrohres
2 reflektiert.
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- Schließlich spielt das Rohr 2 eine Rolle als Wellenleiter
und transportiert die Strahlung 15 in Richtung Empfangsantenne
6 der Munition 4.
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Die bis, zum Empfänger 6 der Munition 4 transportierte
Strahlung 15 erlaubt es, Daten zu übertragen und/oder die
Munition vor deren effektiven Abschuss, während sie noch in
Position im Inneren des Waffenrohres sich befindet, zu
programmieren.
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Die Programmierung oder die Datenübertragung kann ebenfalls
auf der ganzen Strecke des Projektils im Waffenrohr bis zur
Mündung erfolgen.
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Die Vorrichtung zur Programmierung eines Projektils gemäß
der Erfindung benötigt somit keine Bearbeitung, die die Wandung
des Waffenrohres versprödet.
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Die von der reflektierenden Fläche 12 ins Innere des
Waffenrohres gerichtete Reflektion der Strahlung ermöglicht es,
die Bilanz der in das Innere des Waffenrohres dringenden
Energie zu verbessern.
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Die für die Schussbelastungen empfindlichen Teile, wie der
Wellengenerator, sind von der Rohrmündung weggerückt und
könnten als Variante außerhalb des Kanonenrohres angeordnet
sein, wie auf dem Fahrzeugaufbau, indem eine etwas längere
Übertragungsleitung vorhanden ist.
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Als Variante könnte der Reflektor 11 ein vor dem Rohr
angebrachter Spiegel sein, der derart orientiert ist, dass er
die Strahlung ins Innere des Waffenrohrs lenkt.
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Gemäß einer anderen Variante kann die Koaxialleitung durch
einen Wellenleiter ersetzt werden, der die Rolle der
Übertragungsleitung gewährleisten würde. Dieser Wellenleiter
wäre ebenfalls an der Außenseite des Rohres angeordnet und sein
vorderes Ende wäre offen. Der Wellenleiter besitzt mehrere
Vorteile: Einerseits sind die Energieverluste während der
Übertragung geringer als mit Koaxialleitung und andererseits
verleiht seine Robustheit ihm einen besseren mechanischen
Schutz gegenüber äußeren Einwirkungen. Am Ende des
Wellenlditers, reflektorseitig, kann ein Hornstrahler
hinzugefügt werden, um die Richtwirkung der Strahlung zu
verbessern.
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Fig. 2 stellt das Ende eines Waffenrohres gemäß einer
zweiten Ausführungsform der Erfindung dar.
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Das Rohr 2 umfasst an seinem vorderen Ende eine
Mündungsbremse 16, die durch ein Gewinde 17 fest mit dem Rohr
verbunden ist. Eine Kronenmutter 20 gewährleistet die
Verriegelung der Einheit Rohr/Mündungsbremse.
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Die Mündungsbremse 16 umfasst zwei Gruppen von Öffnungen
oder Lufteinlässen 18a und 18b, hier ist die Anzahl sechs pro
Gruppe. Die Öffnungen 18a, 18b werden durch Flügel 19a, 19b
entsprechend verlängert, welche eine ebene Fläche 21 und eine
konkave Fläche 22 besitzen, deren Konkavität zum hinteren Teil
der Waffe gerichtet ist. Die Konkavität der Flügel 19a, 19b
wurde auf bekannte Weise aufgenommen, um die durch die
Verbrennungsgase ausgeübten Belastungen zu kompensieren.
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Die in der ersten, durch Fig. 1 dargestellten,
Ausführungsform beschriebenen Wellensender 5 und Empfänger 6
werden in dieser zweiten Ausführungsform wiederaufgenommen,
aber werden nicht, dargestellt. Vorteilhafterweise ist das
vordere Ende der Übertragungsleitung 9 in der Nähe der Öffnung
18a der Mündungsbremse 16 angeordnet.
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Die vom Sender 5 ausgegangene Strahlung 15 trifft auf den
Flügel 19a auf, welcher hier die Rolle der reflektierenden
Fläche einnimmt, wird dann reflektiert und dringt in das Innere
des Kerns des Rohres 2 ein, indem eine der Öffnungen 18a
durchquert wird. Die Konkavität 22 des Flügels 19a der
Mündungsbremse ist derart festgelegt, dass die Richtwirkung der
Strahlung ins Innere des Waffenrohres gewährleistet wird. Das
Rohr 2, das nun als Wellenleiter dient, überträgt die Strahlung
bis zur Empfangsantenne der Munition 4, und ermöglicht so
seine Programmierung.
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Bei dieser Ausführungsform wird die Mündungsbremse 16
vorteilhafterweise als Reflektor benutzt und die konkave Fläche
des Flügels 1% als reflektierende Fläche.
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Der Fachmann kann den Neigungswinkel oder den
Krümmungsradius der reflektierenden Fläche einfach als Funktion
vom Innendurchmesser des Waffenrohres 2, vom Abstand der
reflektierenden Fläche vom vorderen Ende 10 des Rohres sowie
von der Stelle der Reflektion der. Strahlung auf der
reflektierenden Fläche festlegen.
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Der Fachmann wird ebenfalls leicht die verwendbaren
Frequenzbänder definieren. Diese hängen vom Innendurchmesser
des Rohres, der Abmessungen der Öffnungen der Mündungsbremse,
der Oberfläche und Form der reflektierenden Fläche, sowie der
Art der Empfangsantenne und der Übertragungsleitungen ab. Das
einschränkendste Kriterium ist die Abmessung der Öffnung der
Mündungsbremse. Um beispielsweise ein Minimum an Signaldämpfung
zu ermöglichen beim Gang der Wellen vom äußeren zum inneren
Bereich des Rohres durch die Öffnung 18a der Mündungsbremse,
wählt man eine Länge der ausgestrahlten Wellen, die kleiner
oder gleich der zweifachen größten Abmessung der Öffnung ist.
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So ist mit Bezug auf Fig. 3 eine Mündungsbremse 16, die
schematisch teilweise dargestellt ist, einstückig mit dem
vorderen Ende des Waffenrohres 2 ausgeführt. Das Rohr 2 ist
hier ein glattes Rohr mit einem Innendurchmesser D von 140 mm.
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Die Mündungsbremse 16 besitzt wenigstens eine Öffnung 18a
der Länge L und der Breite 1. Sie besitzt ebenfalls im vorderen
Bereich der Öffnung 18a wenigstens einen Flügel 19, der dafür
ausgelegt ist, die durch die Verbrennungsgase ausgeübten
Belastungen zu kompensieren.
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Der Flügel 19 umfasst eine geneigte Fläche 23 der Länge h
in zur Achse XX' enkrechten Projektion und bildet einen
Kegelstumpf und eine konkave Fläche 22. Die kegelstumpfartige
Fläche 23, die eine vom nicht dargestellten Wellensender
ausgestrahlte Welle 15 empfängt und die später beschrieben
werden wird, besitzt einen Halbkegelwinkel α von nahezu 60º.
Der Winkel α ist der Mittelwert aus zwei Winkeln α1 und a2. Für
eine in einem festen Abstand von der Rohrwand 2 ausgestrahlten
Welle 15 (zum Beispiel h/2) entspricht der Winkel α1 dem
minimalen Neigungswinkel der reflektierenden Fläche 23, der der
reflektierten Welle 24 es ermöglicht, in den Kern des Rohres
einzudringen, ohne aus den Öffnungen 18a auszutreten, und der
Winkel α2 entspricht dem maximalen Winkel, der der
reflektierten Welle 25 es ermöglicht, in den Kern des Rohres
einzudringen, ohne mit der Vorderkante 10 des Rohres zu
interferieren. So dringt die Welle 15, die von der Fläche 23,
welche um einen Winkel α geneigt ist, reflektiert wird, ohne
Interferenz gemäß einer Richtung 26 in das Innere des
Waffenrohres ein und pflanzt sich dann bis zur Munition fort.
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Die Öffnung 18a der Mündungsbremse besitzt eine Länge L von
60 mm, die der reflektierten Welle es ermöglicht, ohne
Interferenz in den Kern des Rohres einzudringen. Die Öffnung
ist zwischen dem Flügel 19 und der Vorderkante 10 der Rohres 2
angeordnet. Seine Breite beträgt 30 mm.
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Um ein Minimum an Signaldämpfung zu ermöglichen beim Gang
der Wellen vom äußeren zum inneren Bereich des Rohres durch die
Öffnung 18a der Mündungsbremse, wählt man eine Länge der
ausgestrahlten Wellen, die kleiner oder gleich der zweifachen
größten Abmessung der Öffnung ist, die Länge L beträgt hier 60
mm. Gemäß dem Prinzip von Babinet (geschlitzte Antenne), ist
zwar eine Strahlung durch eine Öffnung der Länge L vollständig,
wenn L > λ/2 wobei λ die Wellenlänge der Strahlung ist. Zum
Beispiel mit der Kenntnis, dass λ = C/F wobei C die
Fortpflanzungsgeschwindigkeit und F die Frequenz ist, wobei die
minimale Benutzungsfrequenz, die eine befriedigende
Signaleindringrate ins Innere des Rohres ermöglicht, größer ist
als C/2L, größer oder gleich 2,5 GHz sein kann.
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Die Mittel zur Ausstrahlung und zum Empfang der Wellen
werden vom Fachmann leicht festgelegt werden.
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Als Beispiel der oben festgelegten Ausführung besteht der
Wellensender vorzugsweise aus einem elektromagnetischen
Wellengenerator des Typs Klystron oder Magnetron, der bei einer
Frequenz von nahezu 10 GHz ausstrahlen kann und einer
Übertragungsleitung, die ein mit Luft gefüllter Wellenleiter
sein kann.
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Der im Inneren des Projektils angeordnete Wellenempfänger
kann eine kleine Antenne des Typs "patch" sein.
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Selbstverständlich kann die Vorrichtung, ohne den Rahmen
der Erfindung zu verlassen, für Waffen aller Kaliber verwendet
werden, insbesondere für die Programmierung von Munitionen
mittleren Kalibers, sogar kleinen Kalibers.