-
Die
Erfindung betrifft eine Projektil-Waffe, die mit einem Projektil-Leitstrahl
ausgestattet ist, dessen Aufgabe ist, die Luft vor dem Projektil
in einen engen Kanal zu erhitzen und dadurch den Widerstand zu senken.
-
Projektil-Waffen,
obwohl sie mit moderne Zielsuchsysteme ausgestattet werden können,
arbeiten nach dem altbewährten Prinzip fast wie vor mehreren
Jahrhunderten: in einer Patrone, die mit einem explosiven Material
gefüllt ist, ist ein Projektil angebracht, der durch die
Explosionskraft vorangetrieben wird. Das Projektil muss durch die
Luft sich den Weg bis zum Ziel bahnen. Nach dem Abschuss hat das Projektil
keine aktive Antriebskraft mehr und es wird lediglich durch seine
kinetische Energie bis zum Ziel angetrieben. Der Luftwiderstand
macht das Projektil immer langsamer, wodurch seine Reichweite begrenzt
ist.
-
Die
Anmeldung
DE 10012305
A1 (Strahlen-Waffe) beschreibt ein Waffen-System, das Luftionisierungs-Strahlen
verwendet, die zwei Luftkanäle ionisieren, die dann Strom
leiten sollen. Die Luftionisierung erfordert leider sehr starke
Strahler, die eine Stromleitfähigkeit ermöglichen.
Das macht diese Waffensysteme relativ gross. Mit Sicherheit in Zukunft
wird es Luftionisierungs-Strahler geben, die viel kleiner gebaut
sind, wobei diese Waffen auch in tragbare Form und mit großer
Reichweite gebaut werden können.
-
Man
könnte die altbewährte Waffentechnik mit einer
Luftionisierungs-Vorrichtung kombinieren, um die Präzision
und die Reichweite zu verbessern.
-
Der
in den Patentansprüchen 1 bis 20 angegebenen Erfindung
liegt das Problem zugrunde, eine Projektilwaffe so zu modifizieren,
dass das Projektil schneller, leiser und zielsicherer abgefeuert
wird.
-
Dieses
Problem wird mit den in den Patentansprüchen 1 bis 20 aufgeführten
Merkmalen gelöst.
-
Vorteile
der Erfindung sind:
- – deutlich grössere
Reichweite,
- – sehr hohe Treff-Genauigkeit,
- – höhere Geschwindigkeit.
-
Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden anhand der 1 bis 17 erläutert.
Es zeigen:
-
1 eine
einfache Darstellung des Ionenkanals, der durch die Waffe mit dem
neuartigen System erzeugt wird, wobei ein Leitstrahl den Weg dem Projektil „ebnet",
-
2 den
Leitstrahl in Form eines Hohlzylinders, der sich in die Luft bildet,
-
3 das
Strahlenleitsystem mit Lichtablenkelemente,
-
4 eine
Variante mit einem Mikrospiegelchip,
-
5 eine
Waffe mit einem Kreisring-Mikrospiegelchip,
-
6 das
Lichtschranken-Sensor-System, dass das Projektil in dem Abschussrohr
erfasst,
-
7 eine
Variante des Sensor-Systems, wobei mit Hilfe von Luftspulen die
Projektilmasse erfasst wird,
-
8 eine
weitere Darstellung der Waffe,
-
9 die
Bewegung des Projektils und des Brennpunkts in die Luft,
-
10 den
Ionenkanal und das Projektil im Querschnitt,
-
11 das
Mikrospiegel-Chip-System (z. B. DLP),
-
12 eine
ausführliche Darstellung des Strahlen-Ablenk-Systems,
-
13 und 14 zeigen
eine Variante, wobei das Projektil mit einem optischen Fenster ausgestattet
ist,
-
15 ein
Projektil, das mit Lichtleiter ausgestattet ist,
-
16 das
Waffensystem mit Projektil-Verfolgungs-Einrichtung,
-
17 das
Projektilverfolgungs-System.
-
Die
Erfindung besteht aus einer herkömmlichen Projektilwaffe 1,
die mit einem Lufterhitzungs-Strahler 2 oder einen Luftionisierungsstrahler ausgestattet
ist, der in der Lage ist, einen stark gebündelten Strahl 3 zu erzeugen.
Der Strahl ist elektromagnetischer Natur, kann aber auch ein korpuskularer
Strahl sein, das aus Teilchen besteht. Im letzten Fall wäre
der Strahl radioaktiv. Ein Lichtablenkungselement oder ein Spiegel-System 5 oder
Linsen 6 das zusätzlich auch mit Lichtleitern 7 kombiniert
werden kann, sorgt dafür, dass ein Luftionenkanal 8 oder
zumindest ein Kanal erzeugt wird, die erhitzte Luft aufweist. Der
Kanal wird unmittelbar vor dem Projektil 9 erzeugt. Diese
Luft-Kanal wird erhitzt und dadurch dem Projektil den Weg erleichtern,
indem die Luft vor ihm dünner wird. Die Primärwaffe
bleibt weiterhin die Projektilwaffe. Durch die Erzeugung eines Luft-Kanals,
der gleichzeitig die Projektilbahn darstellt, wird das Projektil
seinen Weg in Zielrichtung wesentlich leichter bahnen können.
Die Luft in dem Kanal wird erhitzt und dadurch auch ein wenig dünner
als die Umgebungsluft. Die scharfe Begrenzung des Kanals 8 durch
den Lufterhitzungsstrahl 3, ermöglicht dass das
Projektil 9 in dem Luftkanal bleibt. Die Kanal-Wände 10 (9),
die praktisch eine Begrenzung zwischen zwei Luftmassen darstellen,
wirken stabilisierend auf dem Projektil, das bei jeder Berührung
mit der Kanal-Wand, automatisch eine Luft-Linie wählt,
die am wenigsten Widerstand leistet. Die mittlere Linie 11 entlang
des Luftkanals weist die niedrigste Luftdichte und eine höhere
Temperatur auf. Auf diese Weise wählt das Projektil stets
diese Luft-Linie nach dem Strömungs-Linien-Gesetz. Dadurch,
dass diese Linie von einem Strahl erzeugt wird, verläuft
sie schnurgerade bis zum Ziel 21. Das Projektil kann dadurch
weiter, schneller und leiser die Distanz bis zum Ziel überqueren.
Auch seine Bahn kann weitgehend geradlinig bleiben. Die Vorrichtung,
die diesen Kanal erzeugen soll, kann zwar das Ziel auch allein durch den
Strahl angreifen, das sollte aber vielmehr als Sekundareffekt sein.
Die notwendige Energie für einen Einsatz als Primärwaffe
wäre viel zu hoch. Einen Luftkanal dagegen blitzschnell
und nur für eine kurze Zeit zu erhitzen (Sekundenbruchteile)
würde nicht viel Energie kosten und dadurch die Vorrichtung
nicht sehr gross sein müsste. Wenn man bedenkt, dass das
Projektil bei Schnellfeuerwaffen 400 bis 700 m/s und bei Panzergeschütze
oder Hubschrauber-/Kampfflugzeugkanonen bis 2200 m/s erreicht, dann
kann man die Zeit berechnen, die notwendig ist, um den Leitstrahl-Kanal
offen zu halten, bis das Projektil das Ziel erreicht hat. Selbstverständlich
wird bei weit entfernten Zielen kein effektiver Leitstrahl erzeugt
werden können. Die Effektivität ist von der Strahlintensität
abhängig und kann mit heutigen Mitteln bis mehrere hunderte
Metern erfolgreich erzeugt werden. Bei Flak-Geschütze könnte
man mit den Leitstrahl 3 die Projektilbahn nahezu geradlinig
bis zum Ziel führen.
-
Die
Luft kann durch Mikrowellen, optische Laserstrahlen oder UV- oder
IR-Laserstrahlen erhitzt werden. Durch Laserstrahlen werden vielmehr
die Staubpartikel erhitzt was zu kleine Mikro-Explosionen führt,
die entlang einer Luft-Linie stattfinden. Diese Luft-Linie entlang
soll das Projektil unmittelbar danach befahren. Der Luftkanal kann
den gleichen Durchmesser aufweisen, wie das Projektil. Aber auch ein
kleineres Durchmesser oder ein wenig grösser als der Durchmesser
des Projektils kann in die Luft projiziert oder erzeugt werden.
Optimal wäre jedoch ein Luftkanal mit einem Durchmesser,
der zwei Drittel des Projektildurchmessers beträgt. Dieser
Kanal kann mit relativ wenig Energie erzeugt werden und dient als
Leitstrahl, wobei das Projektil schnurgerade bis zum Ziel geführt
wird. Selbstverständlich kann das Projektil nicht mehr
dem Leitstrahl folgen, wenn er langsam wird. Wenn die Geschwindigkeit
unter einen bestimmten Wert herabfällt wird der Luftdichte-Unterschied
in dem Kanal nicht mehr ausreichend sein, um einen Stabilisierungs-Effekt
auf dem Projektil zu erzeugen. Dann kommt auch die Strahl-Schwächung
hinzu, die mit der Distanz immer mehr zunimmt, bzw. die Strahl-Intensität
abnimmt. Auch die Schärfe des Strahls abnimmt und sie wird
immer diffuser, was den anfangs scharf begrenzten Kanalwand, zu
einem breiteren und diffusen Wand erscheinen lässt.
-
In
der 2 ist eine Variante dargestellt worden, wobei
der Projektil-Leitstrahl in Form eines Hohlzylinders 22 abgegeben
wird. Das Projektil fliegt in der Mitte entlang. Die Wände
des Strahl-Hohlzylinders sind heiß, wobei die Luft von
dem Kanal teilweise verdrängt worden ist. Diese Effekte
halten das Projektil in die Bahn.
-
In
der 3 ist eine Variante dargestellt worden, wobei
als Strahlablenkelemente gewölbte Spiegel und Linsen eingesetzt
werden.
-
Diese
sind in Längsrichtung beweglich und können zueinander
oder von einander blitzschnell bewegt werden. Die Bewegungselemente
sind zwar auf der Figur nicht dargestellt worden, aber diese sind
wichtige Elemente und bestimmen die Fortbewegungs-Geschwindigkeit
des Brennpunktes. Ale Bewegungs-Elemente können Elektromagnet-Spulen
eingesetzt werden.
-
Ein
Lichtablenkungselement, das aus Linsen, Spiegelsysteme oder Mikrospiegelchips 12 besteht,
kann einen Brennpunkt 13 erzeugen, der die Luft unmittelbar
vor dem Projektil während er seinen Weg in Zielrichtung
bahnt, erhitzt und somit einen Luftkanal erzeugt, das andere physikalische
Eigenschaften (Temperatur und Dichte) im Bezug zu die Umgebungsluftschichten
aufweist.
-
In
der 4 ist ein Lichtablenkungs-System dargestellt worden,
wobei die Strahlen in dem Kanal in Form eines bewegbaren Brennpunkts 13 erzeugt werden.
Der Brennpunkt wird unmittelbar vor dem Projektil erzeugt und vor
ihm in Zielrichtung durch Ablenkungs-Elemente bewegend projiziert
werden. Das abgefeuerte Projektil kann mit Hilfe einer Lichtschranke 14 oder
einem anderen Sensor, wie z. B. Elektromagnet-Spule/Luftspule 15 am
Rohrausgang 16 der Waffe erfasst werden und darauf automatisch den
Projektil-Leitstrahl-Fokussierungs-Vorgang aktiviert (6 und 7).
Die Sensorerfassung erfolgt z. B. durch eine Frequenz-Änderung
der Spule 15, wenn das Projektil 9 durch die Öffnung
in der Mitte sich bewegt. Ein Schwingungs-Generator 17 kann die
Spule mit einem Hochfrequenz-Signal versorgen kann. Die Spule soll
in dem Abschuss-Rohr eingebaut werden. Wenn das Projektil durch
die Luftspule abgefeuert wird, dann ändern sich durch die
Projektilmasse die Schwing-Eigenschaften der Luftspule. Dadurch
kann eine Auswerteeinheit 18, die mit der Spulen ebenfalls
gekoppelt ist und die Induktivitäts-Änderungen
erfassen kann, sehr schnell und zuverlässig den Zeitpunkt
berechnen, wann der das Projektil die Waffe verlassen wird und der
Brennpunkt vor dem Projektil erzeugt werden muss. Eine Auswerteeinheit 18 kann
den Brennpunkt durch eine Geschwindigkeits-Parameter oder Wertvorgabe
so steuern, dass er unmittelbar vor dem Projektil vorwärts
bewegt. Selbstverständlich ist das Waffen-System bestens
für stationäre schwere Projektil-Waffen geeignet.
Kriegs-Schiffskanonen, Panzergeschütze, Hubschrauber- oder
Kampfflugzeuge-Kanonen können mit dem System ausgestattet
werden.
-
Sobald
das Projektil den Rohrausgang 16 erreicht hat und die Waffe
verlässt, wird der schon aufgebaute Strahl vor dem Projektil
vorlaufend fokussiert. Der Schatten, den das Projektil erzeugt,
ist nicht eine grosse Hindernis, weil der Strahl fast gar nicht oder
vielmehr nur teilweise die Peripherie des Projektils von hinten
trifft. Natürlich je weiter das Projektil sich bewegt,
desto störender wirkt sein Schatten, weil der Strahlkegel/Strahl-Konus 19 immer
länger gezogen wird und dadurch der Strahl immer mehr paralleler
wird. Um diesen Effekt zu reduzieren, es ist sehr hilfreich, wenn
der Strahl ringförmig abgegeben wird, aus einer Ringformation 20,
oder einem ringförmigen Spiegelchip (5)
das einen großen Durchmesser hat. Ein Durchmesser von ca.
10 cm des Ringes, der als Strahlenquelle gilt, kann mehrere hunderte
Meter einen Brennpunkt stets ca. 20 bis 150 cm vor dem Projektil
erzeugen. Die Projektilgeschwindigkeit ist hoch genug, um diese
Distanz (20 bis 150 cm) zu überqueren und die erhitzte
Luft in den vorgeheizten Zustand noch zu erreichen. Der Brennpunkt
entfernt sich natürlich weiter von dem Projektil, das ihn
stets zu erreichen versucht.
-
In
der 6 ist das Sensorsystem mit Lichtschranken-System 14 dargestellt
worden, das in der Lage ist, das Projektil, solange es in dem Abschussrohr
noch bewegt, zu erfassen. Ein Signal wird an dem Strahlablenk-System
angegeben, um eine Fokussierung des Lufterhitzungsstrahls 3 zu
erreichen. Das Sensorsystem arbeitet in volle Koordination mit dem
Strahl-Ablenkelement. Die Projektilgeschwindigkeit, nachdem es abgefeuert
wird und das Waffenrohr verlassen hat, kann nicht mehr zuverlässig
berechnet werden und wird vielmehr durch empirisches Wert festgelegt.
Das Strahlablenkelement, das den Strahl fokussiert und einen Brennpunkt
erzeugt, der annähernd mit der Projektilgeschwindigkeit
sich von der Waffe entfernt und der von dem Projektil dicht gefolgt
wird, wird von eine Steuerung gesteuert. Das Initialisierungssignal
gibt das Sensorsystem. Das alles ist heute mit den zu Verfügung
stehenden Mittel relativ einfach realisierbar. Die Mikroprozessoren
sind heute sehr schnell, sodass die Steuerung und die Berechnung
absolut keine Probleme darstellen. Auch die schnelle Bewegung des
Brennpunktes vor dem Projektil stellt keine Probleme. Es gibt heutzutage Spiegelchips 12,
die in der Lage sind mehrere Tausende Male pro Sekunde eine Schwenkung
von 10° schaffen. Eine Schwenkung von 2° würde
dabei völlig ausreichen, was durch die Verwendung von Piezoelementen,
die in der Lage sind mehrere Millionen male pro Sekunde die Mikrospiegel-Elemente
zu schwenken, deutlich über die notwendige Schwenkgeschwindigkeit
liegen würde. Mit diesen Elementen könnte der
Brennpunkt mehrere Millionen male pro Sekunde zwischen dem anvisierten
Ziel 21 und der Waffe 1 reisen, was um diese Ordnung
die Geschwindigkeit des Projektils übertrifft. Theoretisch
ist es möglich, dass der Brennpunkt mit Lichtgeschwindigkeit
von der Waffe bis zum Ziel reist. Höhere Geschwindigkeiten
sind nicht möglich, weil dann die Strahlen nicht mehr die
Schwenkung mitmachen würden und lediglich eine Art Strahlenmodulation
erzeugt würde.
-
Diese
Waffen-Systeme, die hier beschrieben worden sind, können
die Projektilgeschwindigkeit sogar für eine Weile relativ
konstant halten. Praktisch erzeugt der Brennpunkt unmittelbar vor
dem Projektil einen Luft-Unterdruck, der nahezu gleich oder sogar höher
als der Unterdruck hinter dem Projektil ist. Das Projektil wird
dadurch förmlich nach vorne angesaugt, wobei seine Geschwindigkeit
nicht geringer wird.
-
In
den 13 und 14 ist
eine interessante Variante dargestellt worden, wobei das Projektil
mit einem optischen Fenster ausgestattet ist, die entlang seiner
Längsachse verläuft. Das Fenster bewirkt dazu,
dass der Strahl das Projektil direkt hinten treffen kann. Sie dringt
in dem Projektil ein und wird fokussiert unmittelbar vor dem Projektil
austreten. Dabei wird der Brennpunkt stets vor dem Projektil erzeugt.
Der Luftionenkanal wird mit eine noch höheren Genauigkeit
erzeugt und aufrechterhalten.
-
Das
Projektil kann auch mit Lichtleiter ausgestattet werden, die den
Strahl von hinten nach vorne fokussieren (15). Die
Lichtleiter können sehr dünn sein und das Gewicht
des Projektils kaum beeinträchtigen. Eine Linse 28 an
der Spitze des Projektils kann die Strahlen nach vorne bündeln.
Ein Reflektor oder eine Reflektorschicht 30 wird die überschüssigen
Strahlen nach hinten bis zu Waffe, am besten verstreut, damit die
Waffensensoren auch wirklich getroffen werden, zurückreflektieren.
-
Dadurch,
dass nach dem das Projektil abgefeuert worden ist, die Waffe durch
den Rückstoss bewegt wird, kann der Strahl, der aus der
Waffen-System abgegeben wird, aus der Projektilbahn abweichen. Das
geschieht insbesondere bei leichteren Waffen, die tragbar sind.
Bei stationäre Waffen oder schwere Waffen, ist dieser Effekt
nur geringfügig. Sollte das vorkommen, kann man ein Strahl-Ablenkungs-Korrektur-System
einbauen, das den abgegebenen Strahl stets steuert und das Projektil
aktiv verfolgt. Ein System, dass das Projektil verfolgen kann, besteht
aus einem Reflektor (oder Reflektor-Schicht) 30 der hinten
am Projektil 9 angebracht wird, einem Sensor 31,
der einen zurückreflektierten Strahl 32 erfassen
kann, einem Linsen- oder Spiegel-System 33, dass den reflektierten
Strahl in einem Punkt 34 auf der Sensorfläche 35 fokussiert,
eine Steuerung 36, die die Position des fokussierten Punkts
auf dem Sensor berechnet und mit einem Soll-Brennpunkt 37 vergleicht,
wobei jede Positionsabweichung einen Strahlablenkung des abgegebenen
Strahls veranlasst, und das in die Richtung, die einen fokussierten Punkt
des zurückgeworfenen Strahls näher an dem Soll-Brennpunkt
bringt. Auf diese Weise ist es gewährleistet, dass der
abgegebene Strahl stets das Projektil verfolgt. Die Regelung erfolgt
automatisch und geschieht in der Echtzeit. Ein Ablenkelement 38 kann
unmittelbar nach dem Strahlaustritt (aus mit Strahlengeber) eingebaut
werden und den Strahlrichtung anhand des Sensors stets korrigieren
(16 und 17). Der
Soll-Brennpunkt dient zum Vergleich und ist entscheidend für
die Strahlablenkungs-Steuerung. Wenn der Brennpunkt 34 des
zurückgeworfenen Strahl z. B. rechts liegt, bedeutet dass,
dass die Projektilbahn gegenüber der Waffe nach links abgewichen
ist und eine dementsprechende Korrektur notwendig ist. Sobald der
Strahl von dem Lufterhitzungs-Strahler richtig abgelenkt wird, wird
der Brennpunkt korrekt vor dem Projektil erzeugt. Großartige
Korrekturen sind dabei nicht notwendig, weil das Projektil in der
Regel innerhalb von Bruchteilen von Sekunden (oder mehrere Sekunden bei
Langstrecken-Feuer) das Ziel erreicht.
-
- 1
- Projektilwaffe
- 2
- Lufterhitzungs-Strahler
- 3
- Strahl
- 4
- Lichtablenkungselement
- 5
- Spiegel-System
- 6
- Linsen
- 7
- Lichtleitern
- 8
- Luftionenkanal
- 9
- Projektil
- 10
- Kanal-Wände
- 11
- mittlere
Linie
- 12
- Mikrospiegelchips
- 13
- Brennpunkt
- 14
- Lichtschranke
- 15
- Elektromagnet-Spule/Luftspule
- 16
- Rohrausgang
- 17
- Schwingungs-Generator
- 18
- Auswerteeinheit
- 19
- Strahl-Konus/-Kegel
- 20
- Ringformation
- 21
- Ziel
- 22
- Strahl-Holhzylinder
- 23
- Spiegel-Ring
- 24
- Spiegel
- 25
- Steuerung
- 26
- Spiegelelement
im Mikrospiegelchip
- 27
- Strahlablenkelement
im Projektil
- 28
- Linse
an der Projektilspitze
- 29
- Lichtleiter
im Projektil
- 30
- Reflektorschicht/Reflektor
- 31
- Sensor
für Projektilverfolgung
- 32
- Zurückreflektierter
Strahl
- 33
- Linse
für Rückstrahl
- 34
- Fokuss-Punkt
des Rückstrahls
- 35
- Sensorfläche
- 36
- Steuerung
für Rückstrahlerfassung
- 37
- Soll-Brennpunkt
- 38
- Ablenkelement
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-