DE102010006530B4

DE102010006530B4 - Programmierbare Munition

Info

Publication number: DE102010006530B4
Application number: DE102010006530A
Authority: DE
Inventors: Henry Roger Frick
Original assignee: Rheinmetall Air Defence AG
Current assignee: Rheinmetall Air Defence AG
Priority date: 2010-02-01
Filing date: 2010-02-01
Publication date: 2013-12-19
Anticipated expiration: 2030-02-02
Also published as: CA2784931A1; US20140007759A1; WO2011092023A1; DK2531806T3; CN102667396B; KR20120139691A; ZA201205166B; CA2784931C; BR112012019016B1; DE102010006530A1; BR112012019016A2; RU2012137290A; CN102667396A; PL2531806T3; EP2531806B1; US8984999B2; EP2531806A1; UA108627C2; KR101647540B1; RU2535313C2

Abstract

Programmierbare Munition (1) mit zumindest einem Energiespeicher (5), einer Elektronik (6) und einer Zündung (7) sowie wenigstens einem Sensor (2) – zum Empfang eines Signals mit einer Frequenz (f2) für eine Energieübertragung, das an den Energiespeicher (5) geführt werden kann sowie – zum Empfang seines für die Programmierung gesendeten Signals mit einer Frequenz (f3) und Weiterleitung dieses Signals an die Elektronik (6) zur Programmierung, wobei – die Programmierung als auch die Energieübertragung beim Durchlauf des Projektils (1) durch ein Waffenrohr, eine Mündungsbremse oder dergleichen, welches als Hohlleiter unterhalb der Grenzfrequenz betrieben wird, erfolgt.

Description

Die Erfindung beschäftigt sich mit der Problematik der Programmierung eines Projektils während des Rohrdurchlaufs oder dergleichen. In Erweiterung ist vorgesehen, auch die Übertragung der Energie auf das Projektil beim Rohrdurchlauf etc. zu realisieren.
Für programmierbare Munitionen müssen dem Projektil Informationen bezüglich seiner Detonationszeit und/oder Flugweg mitgeteilt – diesem also aufprogrammiert – werden. Bei Systemen, bei denen die Detonationszeit aus der gemessenen Mündungsgeschwindigkeit V₀ berechnet wird, kann die Information erst an der Mündung und/oder im Flug weitergegeben werden. Erfolgt die Programmierung noch vor dem Austritt aus dem Waffenrohr, fliegt das Projektil in der Regel an einer Programmiereinheit mit der Mündungsgeschwindigkeit V₀ vorbei und ist damit in relativer Bewegung zur Programmiereinheit.
Eine bekannte Programmiereinheit wird mit der CH 691 143 A5 beschrieben. Mit Hilfe einer Sendespule werden die Informationen über eine Gegenspule im/am Projektil induktiv übertragen. Unabhängig des massiven Aufbaus der Programmiereinheit kann eine ungeschirmte Sendespule zur ungewollten Abstrahlung führen, da die Spule auch als Antenne wirkt. Das abgestrahlte Signal kann erfasst und aus diesem Rückschlüsse auf den Standort des Geschützes gezogen werden.
Aus der WO 2009/085064 A2 ist ein Verfahren bekannt, bei dem die Programmierung durch Nachsenden von Lichtstrahlen vorgenommen wird. Dazu weist das Geschoss umfangsseitig optische Sensoren auf.
Die nicht vor veröffentlichte DE 10 2009 024 508 A1 beschäftigt sich mit einem Verfahren zur Korrektur der Flugbahn einer endphasengelenkte Munition, speziell mit der Geschossprägung dieser Geschosse bzw. Munition im Mittelkaliberbereich. Hierbei wird vorgeschlagen, nach einem Feuerstoß (Dauerfeuer, schnelles Einzelfeuer) jedes einzelne Geschoss separat anzusprechen und dabei zusätzliche Informationen für das Einzelgeschoss für die Richtung des Erdmagnetfeldes zu übermitteln. Die Geschossprägung erfolgt auf dem Prinzip der Leitstrahllenkung von Geschossen. Jedes Geschoss liest dabei nur den für das Geschoss bestimmten Leitstrahl und kann anhand weiterer Informationen seine absolute Rolllage im Raum bestimmen, um so zur richtigen Auslösung des Korrekturimpulses zu gelangen.
Alternative Übertragungsmöglichkeiten, beispielsweise mittels Mikrowellensender, sind dem Fachmann unter anderem aus der EP 1 726 911 A1 bekannt.
Die Programmierung während des Fluges ist daher zwar technisch möglich, jedoch unterliegt auch diese einer einfachen Störung.
Für programmierbare Munition muss dem Projektil Energie für die darin integrierte Elektronik und für das Starten der Zündkette zur Verfügung gestellt werden. Dafür besitzen diverse Munitionen kleine Batterien, die die notwendige Energie liefern. Andere werden vor dem Abschuss programmiert und mit Energie versorgt. Wenn die Energiemenge dauerhaft, beispielsweise während der Lagerung oder dem Ladevorgang in der Waffe, zur Verfügung steht, kann es zu einer ungewollten Geschosszerlegung kommen bei Fehlfunktion der Elektronik. Daher ist der Einsatz einfacher Energiespeicher, wie die einer Batterie nicht immer geeignet.
Aus Sicherheitsgründen empfiehlt sich daher, die Energie dem Projektil erst in zeitlicher Nähe des Abschusses bereitzustellen, beispielsweise nach dem Zünden einer Treibladung und vor dem Verlassen des Mündungsaufganges eines Waffenrohres. Dadurch wird gewährleitstet, dass vor dem Abschuss die Munition sich nicht selbst zur Detonation bringen kann, da sie über keine Energie verfügt.
Die Batterie aus der DE 31 50 172 A1 wird erst aktiviert, nachdem das Geschütz das Ge- schützrohr verlassen hat, was unter anderem durch einen mechanischen Zeitschalter erfolgt. Auch die Batterie in der DE 199 41 301 C1 wird erst durch große Beschleunigungen beim Abfeuern aktiviert.
Nach DE 488 866 A wird ein Kondensator des Zünders in Schusslage über externe Kontakte aufgeladen. Ein Zündkondensator wird nach der Lehre der DE 10 2007 007 404 A1 schon nach Ende der Vorrohrsicherheit, d. h., ca. zwei Sekunden vor Laufzeitende aufgeladen. Der Zündkondensator nach DE 26 53 241 A1 wird Induktiv über Magnetspulen vor dem Abschuss aufgeladen.
Mit der US 4,144,815 A wird eine Art Energieübertragungseinrichtung beschrieben, bei der das Geschützrohr als Mikrowellenleiter dient, sodass vor dem Feuern die Energie und die Daten übertragen werden. Eine Empfangsantenne am Zünder nimmt das eingestrahlte Signal auf und führt es über einen Umschalter entweder an eine Gleichrichtereinrichtung oder an ein als De-Modulator wirkendes Filter, das aus dem ankommenden Signal die Daten ausfiltert. Die Gleichrichtereinrichtung dient hierbei dazu, aus dem ankommenden Signal eine Versorgungsspannung zu erzeugen, die dann gespeichert wird.
Bekannt sind auch Vorrichtungen, die die Energie aus der Bewegungsenergie des Projektils gewinnen. Dabei ist ein Mechanismus im Projektil eingebaut, welcher aus der Beschleunigung nach der Zündung der Treibladung die nötige Energie in elektromagnetische Energie umwandelt und dabei einen im Projektil befindlichen Speicher auflädt.
So beschreibt die CH 586 384 A5 ein Verfahren, bei dem durch die lineare Schussbeschleunigung ein Weicheisenring und ein ringförmiger Dauermagnet gegenüber einer Induktionsspule in Richtung der Geschossachse verschoben wird, wodurch in der Spule eine Spannung erzeugt wird, welche einen Kondensator lädt. Zur Sicherheit wird dann mit der CH 586 889 A5 diese Einheit mit einer Transportsicherung versehen, die erst durch die bzw. eine hohe Beschleunigung beim Schuss zerstört wird.
Nachteilig hierbei kann sein, dass die Beschleunigung des Projektils im Geschützrohr benutzt wird, da diese nicht exakt genau kontrolliert werden kann. Das bewirkt unterschiedliche Energieaufladungen, sodass dem Projektil zu viel oder gar zu wenig Energie mit auf den Weg mitgegeben wird. Zu wenig Energie hat dann den Nachteil, dass die Funktionsfähigkeit nicht gewährleistet wird. Ein weiterer Nachteil ist der komplexe und damit Platz einnehmende Umwandlungsmechanismus für die Umwandlung von mechanischer Energie in elektromagnetische Energie. Bei den hohen Umwelteinwirkungen (Stöße beim Abschuss, Querbeschleunigungen und Drall) auf das Geschoss während des Abschusses kann dieser Mechanismus zudem zerstört werden. Um dieses auszuschließen, sind konstruktive Maßnahmen notwendig, die die Munition nicht nur teuerer machen, sondern auch weiteren Platz im Projektil beanspruchen und dieses schwerer machen.
Generatoren im Geschosskopf schlagen die DE 25 18 266 A1 sowie die DE 103 41 713 B3 vor, Alternativen zu diesen sind die Nutzung von Piezokristallen, wie in der DE 77 02 073 U1 , DE 25 39 541 A1 oder DE 28 47 548 A1 vorgeschlagen und ausgeführt.
Die letztgenannten gehen dabei bereits den Weg, bekannte Energieumwandlungsmechanismen gegen ein Energieübertragungssystem zu ersetzen, welches seinerseits dem Projektil die notwendige Energie spätestens beim Mündungsdurchlauf aufprägt.
Die US 4,142,442 A offenbart einen digitalen Zünder in einem Geschoss, das eine Empfangsspule zum Empfang mehrerer getrennter Frequenzen, die gleichzeitig erzeugt werden und eine Bit-Position in einem binären Code repräsentiere. Die Anwesenheit eines Signals auf einer gegebenen Frequenz ergibt „1”, während die Abwesenheit „0” repräsentiert. Die binäre Information dient dazu, den Zähler für den Zünder zu aktivieren. Sie offenbart zudem eine programmierbare Munition, bei der ein Mischsignal aus zumindest neun einzelnen Frequenzen auf das Projektil übertragen wird und darin durch neun Filter ein Binärsignal für einen Zähler erzeugt wird.
Die DE 698 11 187 T2 beschreibt die Verwendung des Waffenrohrs als Wellenleiter, um ein Signal auf eine Empfangseinrichtung eines Projektils im Waffenrohr zu übertragen. Für die verwendbaren Frequenzbänder werden wesentliche zu berücksichtigende Einflussfaktoren genannt. Diese sind z. B. der Innendurchmesser des Waffenrohres, die Empfangsantenne und Übertragungsleitungen und als wesentliche Einschränkung die Öffnungsweite der Mündungsbremse. Dabei wird eine Wellenlänge gewählt, die kleiner oder gleich der zweifachen größten Abmessung der Öffnung ist, was zu einer Frequenz von oberhalb 2,5 GHz bzw. 10 GHz führt.
Die DE 197 56 357 B4 zeigt eine Form der Energieerzeugung im Projektil. Fest installierte Permanentmagnete um den Abschusskanal induzieren eine Spannung in das durch den Abschusskanal hindurch tretende Projektil. Die im Projektil Induzierte elektrische Energie wird aus der Bewegungsenergie des Geschosses selbst entnommen. Daher findet keine Energieübertragung vom Waffenrohr auf das Projektil statt.
Die US 4,648,796 A offenbart eine Form der Signalübertragung auf ein Projektil, speziell eine berührungslose Signalübertragung von einer einzelnen Übertragungsspule auf eine Empfängerspule im Projektil. Das Signal dient allein der Programmierung der Detonationszeit.
Mit der EP 0 769 673 B1 wird ein Verfahren zur Programmierung eines Zeitzünders eines Geschosses während des Abschusses des Geschosses angegeben. Von der Programmierung zeitlich getrennt ist die Versorgung des Geschosses mit Energie für die Stromversorgung des Geschosses; diese wird nach Anspruch 1 der E6 bereits vor dem Abschuss des Geschosses auf dieses übertragen. Die EP 0 300 255 A1 zeigt die Programmierung eines tempierbaren Projektils auf.
Aus der US 7,505,585 B1 ist ein Energiesystem einer Munition bekannt, das verschiedene Quellen der Energieerzeugung mit Energiespeicher zur Versorgung der Munition umfasst. Die Energie kann aus einer mechanischen, thermischen und elektromagnetischen Umgebung der Munition generiert werden. Alternativ sind auch konventionelle Quellen möglich.
Die US 4,495,851 A beschäftigt sich mit einer Einrichtung zum Einstellen und/oder Überwachen der Wirkungsweise eines Geschosszünders.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Projektil zu schaffen, das einfach aufgebaut eine optimale Programmierung und/oder eine optimale Energieübertragung ermöglicht.
Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. 4. Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen aufgezeigt.
Dabei geht die Erfindung von der Idee aus, die Programmierung sowie Energieübertragung induktiv und/oder kapazitiv vorzunehmen. Dazu befinden sich im Projektil ein Sensor, der das Programmiersignal empfängt, sowie ein mit diesem Sensor elektrisch verbundenen Prozessor, der die Programmierung durchführt und dadurch zu einem vorbestimmten Zeitpunkt die Zündung des Projektils initiiert. Ein elektrischer Speicher dient zur Stromversorgung der Elektronik des Prozessors. Dieser erhält seine Energie in der bevorzugten Ausführung beim Durchlauf durch ein Waffenrohr und/oder eine Mündungsbremse.
In der bevorzugten Ausführung wird das als Hohlleiter genutzte Waffenrohr, Mündungsbremse oder zusätzliche Teil zwischen Waffenrohr und Mündungsbremse sowie an der Mündungsbremse befestigbare Teil unterhalb der Grenzfrequenz betrieben. Ein derartiges Verfahren mit Vorrichtung ist zur Messung der Mündungsgeschwindigkeit eines Projektil oder dergleichen bereits aus der DE 10 2005 058 375 A1 bekannt. Diese schlägt vor, das Waffenrohr bzw. das Abschussrohr und/oder Teile der Mündungsbremse als Hohlleiter zu nutzen (als Hohlleiter gilt ein Rohr mit einer charakteristischen Querschnittsform, das eine sehr gut elektrisch leitende Wand besitzt. Technisch weit verbreitet sind vor allem Rechteck- und Rund-Hohlleiter), welches jedoch unter der Grenzfrequenz des betreffenden Hohlleiter-Mode betrieben wird. Die WO 2009/141055 A1 führt diese Idee weiter und kombiniert zwei Messmethoden der V₀ Messung miteinander.
Parallele Anmeldungen der Anmelderin zeigen ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Programmierung und Energieübertragung auf. Behandelt werden darin im Wesentlichen der Aufbau der waffenseitigen Einbindung der Baugruppen für eine Programmierung und/oder einer Energieübertragung. Auch die V₀ Messung erfolgt hierbei bevorzugt mit Hilfe eines Hohlleiters. Eine derartige Lösung kann in diesem Fall Grundlage für die waffenseitige Programmierung als auch Energieübertragung auf das Projektil sein.
Anhand eines Ausführungsbeispiele mit Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt in schematischer Darstellung:
1 eine programmierbare Munition in einer ersten Variante mit Bandpassfilter,
2 die programmierbare Munition aus 1 mit verbundenem Energiepfad,
3 die programmierbare Munition aus 2 mit verbundenem Programmierpfad,
4/5 Ablaufdiagramme der Programmierung bzw. des Energieübertrages der Munition.
1 bis 3 zeigen ein Projektil bzw. eine Munition 1 mit wenigstens einem Sensor 2 für den Empfang eines Programmiersignals mit der Frequenz f₃ und/oder einer Energieübertragungssignals mit der Frequenz f₂. Der Sensor kann beispielsweise eine Spule für eine Induktive und/oder eine Elektrode für eine kapazitive Signalübertragung sein. Mit 7 ist eine Zündung (elektrisch) gekennzeichnet, die mit einer Elektronik (Prozessor) 6 sowie einem Energiespeicher 5 elektrisch verschaltet ist. Das Signal mit der Frequenz f₂ speist den Speicher 5 mit Energie und das Signal mit der Frequenz f₃ programmiert die Elektronik 6 beispielsweise mit der Detonationszeit. Der Speicher 5 versorgt die Elektronik 6 und den Zünder 7 mit Strom.
In der bevorzugten Ausbildung kann die Energieübertragung auf das Signal der Programmierung abgestimmt werden. Dabei wird in 1 das Programmiersignal mit der Frequenz f₃ ≠ f₂ genutzt, sodass aus Gründen der Platzersparnis derselbe Sensor 2 für beide Vorgänge verwendet werden kann. In dieser bevorzugten Ausführung wird somit nur ein Sensor 2 die Programmierung als auch eine Energieübertragung zum Bereitstellen einer Energie für den Speicher 5 im Projektil 1 genutzt wird. Dies wird auch dadurch unterstützt, dass die Energieübertragung beim Durchlauf das Projektil 1 durch ein Waffenrohr, eine Mündungsbremse etc. und die Programmierung zeitlich nach diesem Energieübertrag stattfinden. Es ist selbstverständlich aber auch möglich zwei getrennte Sensoren zu verwenden und diese fest zu verschalten.
Nach dem bevorzugten Ausführungsbeispiel in 1 erfolgt der Energieeingang (Energieübertragung) beim Projektil 1 durch den Empfang einer Frequenz f₂ und die Programmierung durch den Empfang einer Frequenz f₃. Da für beide Frequenzen ein gemeinsamer Empfängersensor 2 verwendet wird, ist ein Bandpass 3, 4 eingebunden, der einerseits das Signal mit der Frequenz f₂ zum Speicher 5 durchlässt und andererseits das Signal mit der Frequenz f₃ zur Elektronik 6. Die beiden Bandpassfilter 3, 4 trennen somit die empfangenen Signale gemäß ihrer Frequenzen.
In der zweiten Ausführung nach 2 und 3 (Bedingung kann sein f₂ ≠ f₃ oder f₂ = f₃) ist anstelle der Bandpässe 3, 4 eine Steuerung 8 eingebunden, die ein Umschalten zu den einzelnen Pfaden – Energiepfad und Programmierpfad – über einen Schalter 9 oder dergleichen organisiert. 2 zeigt dabei das Verbinden mit dem Speicher 5 des Energiepfades und 3 das Verbinden des Sensors 2 mit der Elektronik 6 des Programmierpfades.
4 widerspiegelt den Programmierablauf bei der Bedingung f₂ ≠ f₃. 5 widerspiegelt den Programmierablauf bei der Bedingung f₂ = f₃. Nicht näher dargestellt ist der waffenseitige Aufbau für die Programmierung bzw. Energieübertragung (verwiesen wird hierzu auf die beiden parallelen Anmeldungen der Anmelderin).
Das Geschoss bzw. die Munition oder das Projektil 1 fliegt in den nicht näher dargestellten Hohlleiter ein. In einem ersten Schritt erfolgt die Energieübertragung auf das Projektil 1 innerhalb des Hohlleiters HL1. Dazu kommen entweder die Bandpassfilter 3, 4 oder nach dem Ausführungsbeispiel 2 und 3 die Steuerung 8 zum Einsatz. Anschließend erfolgt die Programmierung beispielsweise innerhalb des Hohlleiters HL2. Beide genannten Hohlleiter können auch durch ein und denselben Hohlleiter gebildet werden. Wenn mehrere Anordnungen von Holleitern vorhanden sind und diese nacheinander durchlaufen werden (entspricht N > 1:ja), wiederholt sich der Vorgang. Ansonsten tritt das Projektil 1 aus dem Hohlleiter aus.
Wird nur eine Frequenz (f₂ = f₃) für die Programmierung als auch die Energieübertragung verwendet, müssen die elektrischen Pfade im Projektil 1 wechselseitig geöffnet bzw. geschlossen werden. Dies erfolgt in der einfachsten Ausführung durch den Schalter 8 in der Munition. Auch hier können mehrere Hohlleiter vorhanden sein, die nacheinander durchlaufen werden (Pfad N > 1:ja), bevor das Projektil 1 die Hohlleiter verlässt.

Claims

Programmierbare Munition (1) mit zumindest einem Energiespeicher (5), einer Elektronik (6) und einer Zündung (7) sowie wenigstens einem Sensor (2) – zum Empfang eines Signals mit einer Frequenz (f₂) für eine Energieübertragung, das an den Energiespeicher (5) geführt werden kann sowie – zum Empfang seines für die Programmierung gesendeten Signals mit einer Frequenz (f₃) und Weiterleitung dieses Signals an die Elektronik (6) zur Programmierung, wobei – die Programmierung als auch die Energieübertragung beim Durchlauf des Projektils (1) durch ein Waffenrohr, eine Mündungsbremse oder dergleichen, welches als Hohlleiter unterhalb der Grenzfrequenz betrieben wird, erfolgt.
Munition nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Bandpassfilter (3, 4) eingebunden sind, wobei ein Bandpassfilter (3) das Signal mit der Frequenz (f₂) an den Speicher (5) durchlässt und der andere Bandpassfilter (4) das Signal mit der Frequenz (f₃) an die Elektronik (6) weiter gibt.
Munition nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung (8) mit Umschaltung (9) eingebunden ist, sodass das Signal mit der Frequenz (f₂) an den Speicher (5) und das Signal mit der Frequenz (f₃) an die Elektronik (6) geführt werden.
Verfahren zur Programmierung und/oder Energieübertragung einer Munition (1) mit zumindest einem Energiespeicher (5), einer Elektronik (6) und einer Zündung (7) sowie wenigstens einem Sensor (2), gekennzeichnet durch die Schritte: – Übertragen einer Energie auf das Projektil (1) durch Senden eines Signals mit der Frequenz (f₂) sowie – Programmieren des Projektils (1) durch Senden eines Signals mit der Frequenz (f₃), wobei – vom dem wenigstens einen Sensor (2) – das Signal mit der Frequenz (f₂) zum Speicher (5) sowie – das Signal mit der Frequenz (f₃) zur Elektronik (6) geführt werden, wobei – die Programmierung als auch die Energieübertragung beim Durchlauf des Projektils (1) durch ein Waffenrohr, eine Mündungsbremse oder dergleichen, welches als Hohlleiter unterhalb der Grenzfrequenz betrieben wird, erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchschalten mittels Filterung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchschalten durch eine gesteuerte Umschaltung erfolgt.