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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zünden eines Gefechtskopfs einer
Granate. Sie betrifft ferner ein Fahrzeug mit einer Einrichtung
zum Zünden
eines Gefechtskopfs einer Granate.
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Fahrzeuge,
insbesondere Panzer, Panzerwägen
oder dgl., werden z. T. mit Geschossen angegriffen, welche die Panzerung
durchbrechen können. Der
durch die Panzerung des Fahrzeugs gegebene passive Schutz ist also
nicht immer ausreichend. Um diesem Nachteil entgegenzuwirken, sind
in jüngerer Zeit
so genannte aktive Schutzsysteme entwickelt worden. Dabei wird ein
sich dem Fahrzeug näherndes
Geschoss beispielsweise mittels eines Radars erfasst. Zur Abwehr
des Geschosses wird dann eine Granate abgefeuert, welche das Geschoss
vor dem Auftreffen auf das Fahrzeug zerstören soll. Zu diesem Zweck ist
die Granate mit einem Annäherungszünder versehen,
welcher einen Gefechtskopf der Granate bei Detektion eines vorgegebenen
Mindestabstands zum Geschoss zündet.
In der Praxis hat es sich gezeigt, dass die damit erreichbare Genauigkeit bzw.
Ablieferungsgenauigkeit nicht immer ausreichend ist. Abgesehen davon
sind Granaten mit Annäherungszünder relativ
teuer.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu
beseitigen. Es soll insbesondere ein Verfahren zum Zünden eines
Gefechtskopfs einer Granate angegeben werden, welches eine verbesserte
Ablieferungsgenauigkeit aufweist. Nach einem weiteren Ziel der Erfindung
soll ein Fahrzeug angegeben werden, welches mit einer Einrichtung
zur Durchführung
des Verfahrens ausgestattet ist.
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Diese
Aufgabe wird beispielsweise durch die Merkmale der Ansprüche 1 und
8 gelöst.
Zweckmäßige Ausgestaltungen
der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis
7 und 9 bis 14.
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Beispielsweise
ist ein Verfahren zum Zünden eines
Gefechtskopfs einer Granate mit folgenden Schritten vorgesehen:
Erfassen
eines sich bewegenden Ziels,
Berechnen einer ersten Zündzeit und
Einstellen eines im Gefechtskopf vorgesehenen Zeitzünders auf die
erste Zündzeit,
Abfeuern
einer Granate in Richtung des Ziels und Aktivieren des Zeitzünders,
Messen
der Zeitspanne zwischen Aktivierung des Zeitzünders und Verlassen der Granate
eines Abschussrohres (T4-Zeit) sowie Bestimmen einer Startgeschwindigkeit
der Granate beim Verlassen des Abschussrohrs,
Berechnen einer
zweiten Zündzeit
unter Verwendung der gemessenen Zeitspanne sowie der bestimmten Startgeschwindigkeit,
und
Ersetzen der ersten Zündzeit
durch die zweite Zündzeit.
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Es
wird angemerkt, dass das Berechnen der ersten Zündzeit und das Einstellen des
im Gefechtskopf vorgesehenen Zeitzünders auf diese erste Zündzeit sowie
das Ersetzen der ersten Zündzeit durch
die zweite Zündzeit
für das
Funktionieren der vorliegenden Erfindung nicht zwingend erforderlich ist.
Das Einstellen des Zeitzünders
auf die zweite Zündzeit
(die dann die einzige Zündzeit
darstellt) ist für
den Erfolg ausreichend. In diesem Fall ist es von Vorteil, wenn
der Zeitzünder
erst nach dem Abfeuern der Granate (= Zünden der Treibladung der Granate) in
Richtung des Ziels erfolgt, vorzugsweise zu dem Zeitpunkt, in dem
die Granate oder der Gefechtskopf der Granate das Abschussrohr verlässt. Die
vorliegende Erfindung ist in der Lage, Abweichungen von der vorausberechneten
Norm für
den Startzeitpunkt und die Startgeschwindigkeit der Granate zu kompensieren.
Solche Abweichungen sind in einem pyrotechnischen System, wie es
die Treibladung der Granate darstellt, inhärent vorhanden, da die Abbrandparameter
einer Treibladung nicht exakt prognostizierbar sind. Für eine solche
Kompensierung von Abweichungen kommen beispielsweise folgende beiden
Möglichkeiten
in Betracht, welche keine abschließende Aufstellung darstellen
und welche einzeln oder kumulativ angewandt werden können.
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Im
Falle der Aktivierung des Zeitzünders
im Zeitpunkt des Abfeuerns der Granate (= Zünden der Treibladung der Granate)
in Richtung des Ziels stellt die Zeitspanne der T4-Zeit eine Verzögerung,
d. h. Verlängerung
der eigentlich benötigten,
vorausberechneten Zündzeitdauer
(= Zeitspanne vom Aktivieren des Zeitzünders bis zum Detonieren des
Gefechtskopfs) dar. Um nun aus der ersten Zündzeitdauer (Zeitspanne vom
Aktivieren des Zeitzünders bis
zur ersten Zündzeit)
die tatsächlich
benötigte Zündzeitdauer
zu erhalten, wird von der ersten Zündzeitdauer die Zeitspanne
der T4-Zeit abgezogen. Diese Differenz stellt dann die zweite Zündzeitdauer dar,
welche dem Zeitzünder
im Moment des Verlassens des Abschussrohres aufgeprägt wird.
Die zweite (oder einzige) Zündzeitdauer
ist die Zeitspanne vom Verlassen der Granate aus dem Abschussrohr bis
zum Detonieren des Gefechtskopfes.
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Die
Berechnung der Zündzeitdauer
hängt aber
auch von der tatsächlichen
Startgeschwindigkeit der Granate ab. Wenn die tatsächliche
Startgeschwindigkeit kleiner als die Norm-Startgeschwindigkeit ist,
kann die Zündzeitdauer
entsprechend verlängert
werden. Umgekehrt kann die Zündzeitdauer
entsprechend der Norm-Abweichung
verkürzt
werden, wenn die tatsächliche
Startgeschwindigkeit größer als
die Norm-Startgeschwindigkeit ist.
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Nach
dem vorgeschlagenen Verfahren wird zum Zünden des Gefechtskopfs ein
Zeitzünder
verwendet. Ein solcher Zeitzünder
ist im Vergleich zu dem nach dem Stand der Technik verwendeten Annäherungszünder einfach
und kostengünstig
herstellbar.
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Zum
Einstellen des Zeitzünders
auf eine erste Zündzeit
werden die beim Erfassen des Ziels gelieferten Daten ausgewertet.
Als erste Zündzeit
wird derjenige Zeitpunkt berechnet, an dem sich voraussichtlich
das Ziel und die darauf abgefeuerte Granate begegnen. Um nun eine
besonders hohe Ablieferungsgenauigkeit zu erreichen, ist erfindungsgemäß weiterhin
vorgesehen, dass beim Abfeuern der Granate die T4-Zeit gemessen
und die Startgeschwindigkeit der Granate beim Verlassen des Abschussrohrs
bestimmt wird. Mit Hilfe dieser beiden Parameter wird eine zweite
Zündzeit
berechnet. Die berechnete zweite Zündzeit ist exakter als die
erste Zündzeit,
da hier zur Berechnung zusätzlich
die gemessene T4-Zeit sowie die bestimmte Startgeschwindigkeit der
Granate verwendet werden. Die erste Zündzeit wird anschließend durch
die zweite Zündzeit
ersetzt. Damit kann die Ablieferungsgenauigkeit erheblich verbessert
werden. Mit dem vorgeschlagenen Verfahren ist es möglich, Fahrzeuge
hocheffektiv vor herannahenden Geschossen, beispielsweise Panzerfäusten und
dgl., zu schützen.
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Im
Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff ”Granate” eine Einheit
bezeichnet, welche aus einem Abschussrohr geschossen wird. Unter
der ”T4-Zeit” wird eine
Zeitspanne verstanden, die sich von der Aktivierung des Zeitzünders der
Granate bis zu deren Verlassen des Abschussrohrs erstreckt. Die
T4-Zeit ist also diejenige Zeitspanne, welche die Granate vom Zeitpunkt
der Aktivierung des Zeitzünders
bis zum Zeitpunkt des Erreichens eines am Abschussrohr vorgesehenen
vorgegebenen Wegpunkts benötigt.
Letzterer Zeitpunkt ist vorzugsweise derjenige Zeitpunkt, zu dem
der hintere Teil des Gefechtskopfes der Granate das vordere Ende des
Abschussrohres passiert. Spätestens
zu diesem Zeitpunkt fällt
die beschleunigende Wirkung der Treibladung der Granate weg. Dieser
Zeitpunkt ist der Abschusszeitpunkt oder Startzeitpunkt der Granate.
Zu diesem Startzeitpunkt können
sich noch andere Teile als der Gefechtskopf der Granate (z. B. Leitwerk
und mit diesem verbundene Sensoren) im Abschussrohr befinden. Unter
dem Begriff ”Startgeschwindigkeit” wird die
Geschwindigkeit der Granate beim Verlassen des Abschussrohrs verstanden.
Bei der Startgeschwindigkeit handelt es sich um die Geschwindigkeit
der Granate relativ zum Abschussrohr an einem bestimmten vorgegebenen
Wegpunkt des Abschussrohrs.
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Nach
einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das Ziel mittels einer Radareinrichtung,
vorzugsweise einer Dopplerradareinrichtung, und/oder einer IR-Einrichtung
erfasst. Infolgedessen kann die Annäherungsrichtung und/oder -geschwindigkeit
des Ziels mittels herkömmlicher
Algorithmen mit einem Steuerrechner berechnet werden. Auf der Grundlage
der dabei erzielten Ergebnisse wird sodann unter Verwendung einer
voreingestellten T4-Zeit sowie einer voreingestellten Startgeschwindigkeit
die erste Zündzeit
berechnet und der Zeitzünder
auf die erste Zündzeit
eingestellt.
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Sobald
das geschehen ist, wird eine im Zeitzünder enthaltene Uhr mit einem
vom Steuerrechner erzeugten Triggersignal eingeschaltet. Mit Erzeugung
des Triggersignals wird für
alle weiteren Berechnungen eine gemeinsame Zeitbasis zwischen der
Uhr und dem Steuerrechner geschaffen. Ausgehend von dieser gemeinsamen
Zeitbasis werden insbesondere die weiteren Zeitmessungen sowie die Berechnung
der zweiten Zündzeit
durchgeführt.
Das erhöht
die Genauigkeit des Verfahrens.
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Zum
Messen der T4-Zeit sowie zum Bestimmen der Startgeschwindigkeit
sind am Abschussrohr vorteilhafterweise mehrere in Axialrichtung
voneinander beabstandete Markierungen vorgesehen. Die Granate umfasst
zweckmäßigerweise
zumindest einen Sensor, mit dem bei Unterschreiten eines vorgegebenen
Abstands zur jeweiligen Markierung ein Signal erzeugt wird. Im Sinne
der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff ”Markierung” ein Abschnitt
verstanden, der mit einem Sensor physikalisch detektierbar ist und
in einem vorgegebenen Abstand vom einen Ende des Abschussrohrs angebracht
ist. Dabei sind die Markierungen und der Sensor so ausgestaltet,
dass ein Signal nur dann erzeugt wird, wenn der Sensor sich in unmittelbarer
Nähe der Markierung
befindet.
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Die
Markierungen sind vorzugsweise ferromagnetische Elemente. Solche
ferromagnetischen Elemente können
ringartig bezüglich
einer Achse des Abschussrohrs ausgestaltet sein. Beim Vorsehen derartiger
Markierungen ist das Abschussrohr aus einem nicht-ferromagnetischen
Material hergestellt. Zur Detektion der ferromagnetischen Elemente
kann als Sensor ein Hallsensor verwendet werden. Derartige Sensoren
sind nach dem Stand der Technik allgemein bekannt. Sie sind kostengünstig verfügbar.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden mit der
Uhr Zeitdifferenzen jeweils zwischen dem Zeitpunkt der Erzeugung
des Triggersignals und weiteren Zeitpunkten der Erzeugung der Sensorsignale
gemessen. Zur Bestimmung der Startgeschwindigkeit werden zumindest
zwei, vorzugsweise drei gemessene Zeitdifferenzen verwendet. Bei
der Verwendung von drei gemessenen Zeitdifferenzen kann außerdem geprüft werden,
ob sich die Granate mit konstanter Geschwindigkeit bewegt.
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Zum
Einstellen des Zeitzünders
sowie zur Übermittlung
der von der Uhr gemessenen Zeitdifferenzen bzw. -abschnitte sind
der Zeitzünder
und der Steuerrechner über
eine Datenübertragungsstrecke miteinander
verbunden. Die Datenübertragungsstrecke
kann kabellos oder auch aus einem Kabel gebildet sein. Insbesondere
die erste und die zweite Zündzeit
werden über
ein den Zeitzünder
mit dem Steuerrechner verbindendes Kabel übertragen. Die hier vorgeschlagene
kabelgebundene Übermittlung
ist besonders sicher und störunanfällig.
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Nach
weiterer Maßgabe
der Erfindung ist ein Fahrzeug vorgesehen mit
einer Erfassungseinrichtung
zur Erfassung eines sich bewegenden Ziels,
einer Granatwerfereinrichtung
mit einer Messeinrichtung zum Messen einer T4-Zeit sowie zumindest
eines weiteren Zeitwerts zur Bestimmung einer Startgeschwindigkeit
einer Granate beim Verlassen eines Abschussrohrs,
einem mit
der Erfassungseinrichtung und der Granatwerfereinrichtung verbundenen
Steuerrechner zum Berechnen einer ersten Zündzeit sowie einer zweiten Zündzeit in
Abhängigkeit
einer gemessenen T4-Zeit sowie einer bestimmten Startgeschwindigkeit,
und
einer Datenübertragungsstrecke
zur Übertragung
der ersten und zweiten Zündzeit
vom Steuerrechner an den Zeitzünder.
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Das
vorgeschlagene Fahrzeug, bei dem es sich vorzugsweise um ein mit
einer Panzerung versehenes Fahrzeug handelt, ist besonders wirkungsvoll gegen
darauf abgefeuerte Geschosse, beispielsweise Panzerfaust, Granate
oder dgl., geschützt.
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Wegen
der vorteilhaften Ausgestaltungen des Fahrzeugs wird auf die zum
Verfahren beschriebenen Merkmale verwiesen, die sinngemäß auch Ausgestaltungen
des Fahrzeugs bilden können.
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Nachfolgend
wird eine Ausgestaltung der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Übersicht über die wesentlichen
Komponenten eines aktiven Systems,
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2 eine
schematische Schnittansicht durch eine Granatwerfereinrichtung mit
Messeinrichtung und
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3 eine
Detailansicht zur Messeinrichtung gemäß 2.
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In 1 ist
eine Zielerfassungseinrichtung 1, beispielsweise ein Dopplerradar,
zur Auswertung der damit empfangenen Signale mit einem Steuerrechner 2 verbunden.
Der Steuerrechner 2 ist über eine Kabelverbindung 3 mit
einem Zeitzünder 4 eines
Gefechtskopfs einer Granate verbunden. Mit dem Bezugszeichen 5 ist
eine Messeinrichtung bezeichnet, mit der eine T4-Zeit sowie zumindest
ein weiterer Zeitwert zur Bestimmung einer Startgeschwindigkeit der
Granate messbar ist. Die Messeinrichtung 5 ist ebenfalls
mit dem Steuerrechner 2 verbunden. Ferner ist eine Abschussrohrstelleinrichtung 6 mit
dem Steuerrechner 2 verbunden.
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2 zeigt
eine schematische Querschnittsansicht durch eine allgemein mit dem
Bezugszeichen 11 bezeichnete Granatwerfereinrichtung. Die
Granatwerfereinrichtung 11 umfasst ein an beiden Enden
offenes Abschussrohr 7. Das Abschussrohr 7 ist
hier aus einem nicht-ferromagnetischen Material hergestellt. Das
Abschussrohr 7 weist an seiner Wand vier axial voneinander
beabstandete ferromagnetische Ringe 8a–8d auf. Mit dem Bezugszeichen 9 ist
eine Granate bezeichnet, welche mit einem Gefechtskopf 10 versehen
ist. Der Gefechtskopf 10 umfasst den Zeitzünder 4.
Ferner umfasst der Gefechtskopf 10 ein Interface (hier
nicht gezeigt), mit dem zumindest ein Hallsensor 12 verbunden
ist. Der Hallsensor 12 ist hier an einem Leitwerk 13 der
Granate 9 angebracht. Ein Rohrkörper 14 mit Durchbrüchen verbindet
das Leitwerk 13 mit dem Gefechtskopf 10. Eine
im Bereich des Rohrkörpers 14 vorgesehene
Treibladung ist hier nicht näher
dargestellt.
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3 zeigt
eine schematische Schnittansicht durch den Hallsensor 12 sowie
einen Abschnitt des Abschussrohrs 7. Der Hallsensor 12 umfasst
hier ein erstes Sensorelement 15a sowie ein zweites Sensorelement 15b,
welche mit einem als Halbleiter ausgeführten Auswertebauelement 16 verbunden
sind. Mit dem Bezugszeichen 17 ist ein Permanentmagnet bezeichnet.
Bei dem gezeigten Hallsensor 12 handelt es sich um einen
Differenzialsensor, bei welchem die Sensorelemente 15a und 15b zur
Differenzbildung verwendet werden.
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Die
Funktion der Vorrichtung ist Folgende:
Sobald von dem Dopplerradar 1 ein
sich näherndes Geschoss
erfasst wird, berechnet der Steuerrechner 2 dessen Geschwindigkeit
sowie dessen Flugbahn. Der Steuerrechner 2 berechnet ferner
einen frühestmöglichen
Begegnungszeitpunkt mit einer abzufeuernden Granate 9.
Daraus wird eine erste Zündzeit für den Gefechtskopf 10 der
Granate 9 ermittelt. Die erste Zündzeit wird über die
Kabelverbindung 3 an den Zeitzünder 4 übermittelt.
Mittels der Abschussrohrstelleinrichtung 6 wird das Abschussrohr 7 in
die Richtung des herannahenden Geschosses gestellt. Anschließend wird
die Granate 9 abgefeuert. Dabei wird im Wesentlichen gleichzeitig
mit dem Steuerrechner 2 ein Triggersignal an die Uhr des
Zeitzünders 4 übermittelt,
womit die Uhr 4 gestartet wird. Das Triggersignal dient
als gemeinsame Zeitbasis für
die weiteren Zeitmessungen und Berechnungen.
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Nach
dem Abfeuern der Granate 9 bewegt sich der Hallsensor 12 an
den ferromagnetischen Ringen 8a–8d vorbei. Jedesmal,
wenn der Hallsensor 12 einen ferromagnetischen Ring 8a, 8b, 8c oder 8d passiert,
wird ein Signal erzeugt. Ein erstes Signal beim Passieren des ersten
ferromagnetischen Rings 8a wird zweckmäßigerweise zur Kalibrierung
verwendet. Jeweils bei Erzeugung eines Signals wird ein Zählerstand
der Uhr erfasst. Die erfassten Zählerstände bzw.
Zeitdifferenzen beim Passieren der ferromagnetischen Ringe 8a–8d werden
an den Steuerrechner 2 übermittelt.
Aus zwei, vorzugsweise drei, gemessenen Zeitdifferenzen wird eine
Startgeschwindigkeit der Granate 9 berechnet. Als T4-Zeit wird
hier die Zeit beim Passieren des zweiten ferromagnetischen Rings 8b verwendet.
Der Steuerrechner 2 berechnet unter Verwendung der Startgeschwindigkeit
sowie der T4-Zeit, vorzugsweise außerdem unter Verwendung der
zwischenzeitlich aktualisierten Werte über das sich nähernde Geschoss, eine
zweite Zündzeit
für den
Gefechtskopf 10. Wegen der Berücksichtigung der Startgeschwindigkeit und
der T4-Zeit ist die zweite Zündzeit
exakter als die erste Zündzeit.
Die zweite Zündzeit
wird über
die Kabelverbindung 3 an den Zeitzünder 4 übermittelt.
Die programmierbare Uhr des Zeitzünders 4 wird auf die zweite
Zündzeit
eingestellt.
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Im
Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung erweist es sich als
vorteilhaft, wenn das Abschussrohr 7 an seinem hinteren
Ende offen oder nur mit einer bei/durch Abschuss der Granate 9 leicht aufbrechenden
Berstmembran verschlossen ist. Dadurch ist gewährleistet, dass die von der
Treibladung der Granate 9 nach hinten ausgestoßenen Treibgase keine
oder nur sehr geringe axiale Kräfte
auf das Abschussrohr 7 übertragen.
Dadurch bleibt das Abschussrohr 7 in Bezug auf die Umgebung
und in Bezug auf das abzuwehrende Geschoss (absolut) in Ruhe bzw.
unbewegt. Dies wiederum hat den Vorteil, dass es zu keiner zusätzlichen
Relativbewegung zwischen Abschussrohr 7 und Granate 9 (also
zu keiner über
die absolute Abschussbewegung der Granate 9 hinausgehenden
Bewegung) kommt, welche ansonsten die Messung der tatsächlichen,
absoluten Abgangsgeschwindigkeit der Granate 9 aus dem
Abschussrohr 7 verfälschen
könnte.
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Mit
dem vorgeschlagenen Verfahren kann eine besonders hohe Ablieferungsgenauigkeit
erreicht werden. Ein mit dem vorgeschlagenen aktiven System ausgestattetes
Fahrzeug kann wirkungsvoll gegen einen Beschuss mit Granaten, Panzerfäusten und
dgl. geschützt
werden.
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- 1
- Dopplerradar
- 2
- Steuerrechner
- 3
- Kabelverbindung
- 4
- Zeitzünder
- 5
- Messeinrichtung
- 6
- Abschussrohrstelleinrichtung
- 7
- Abschussrohr
- 8a,
8b, 8c, 8d
- Ferromagnetischer
Ring
- 9
- Granate
- 10
- Gefechtskopf
- 11
- Granatwerfereinrichtung
- 12
- Hallsensor
- 13
- Leitwerk
- 14
- Rohrkörper
- 15a,
15b
- Sensorelement
- 16
- Auswertebauelement
- 17
- Magnet