DE102013007229A1

DE102013007229A1 - Verfahren zum Betrieb eines Waffensystems

Info

Publication number: DE102013007229A1
Application number: DE102013007229.8A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang-Peter Berg; Wolfgang Scherge
Original assignee: Rheinmetall Waffe Munition GmbH
Current assignee: Rheinmetall Waffe Munition GmbH
Priority date: 2013-04-26
Filing date: 2013-04-26
Publication date: 2014-10-30
Also published as: HUE054343T2; DK2989408T3; EP2989408A1; WO2014173679A1; PL2989408T3; EP2989408B1; ES2869437T3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Waffensystems (2), welches sowohl eine Waffe (3) mit einem in der Seite und Höhe richtbaren Waffenrohr (5) und einem Feuerleitrechner (6) als auch, im geladenen Zustand der Waffe (3), eine von dem Feuerleitrechner (6) programmierbare Munition (7) umfasst, wobei die Munition (7) einen als Sprenggeschoss ausgebildeten Gefechtskopf (10) mit programmierbarem Zünder enthält, der entsprechend seiner Programmierung nach Abfeuerung der Munition (7) in einem, in Bezug auf ein sich bewegendes Ziel (8), räumlich vorgebbaren Luftsprengpunkt (12, 14) gezündet wird. Um zu erreichen, dass der optimale Luftsprengpunkt (14), und damit die Tempierzeit des Zünders der programmierbaren Munition (7), auch dann sehr genau ermittelt werden kann, wenn sich das Ziel (8) mit hoher Geschwindigkeit zu dem KPz-Waffensystem (2) hin- oder von diesem wegbewegt, schlägt die Erfindung vor, zur Ermittlung der Flugbahn (13) und des Zündzeitpunktes des Gefechtskopfes (10) auch die zur Waffe gerichtete Geschwindigkeitskomponente des Zieles zu berücksichtigen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Waffensystems, welches sowohl eine Waffe mit einem in der Seite und Höhe richtbaren Waffenrohr und einem Feuerleitrechner als auch, im geladenen Zustand der Waffe, eine von dem Feuerleitrechner programmierbare Munition umfasst. Dabei enthält die Munition einen als Sprenggeschoss ausgebildeten Gefechtskopf mit programmierbarem Zünder, der entsprechend seiner Programmierung, nach Abschuss der Munition in einem, in Bezug auf ein sich bewegendes Ziel, räumlich vorgebbaren Luftsprengpunkt gezündet wird. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Waffensystem zur Durchführung dieses Verfahrens. Dabei werden die Höhe und der Abstand des Luftsprengpunktes in Bezug auf das Ziel derart gewählt, dass die bei der Detonation des Gefechtskopfes erzeugten Splitter optimal auf das Ziel wirken.
Bei der Waffe des Waffensystems kann es sich beispielsweise um die Waffenanlage eines Kampfpanzers KPz und bei der Munition beispielsweise um die im Modus „Luftsprengpunkt” betriebene, unter der Bezeichnung DM 11 bei der Bundeswehr verwendete, programmierbare Sprengmunition handeln (vgl. z. B. den Artikel „Das Panzerdetail – Munition 120 mm Kanone von Rheinmetall" im Internet unter: http://www.kotsch88.de/m_120_mm.htm (aufgerufen am 19.03.2013)).
Bei Verfahren zum Betrieb bekannter KPz-Waffensysteme berechnet der Feuerleitrechner des Feuerleitsystems des jeweiligen Kampfpanzers üblicherweise aus der Richtung der Waffe in Bezug auf das Ziel, der Zielentfernung, den munitionsspezifischen ballistischen Daten (Schusstafel) der Treibladungstemperatur der Munition sowie der Mündungsgeschwindigkeit des Gefechtskopfes und der Verkantung des Kampfpanzers im Gelände, die Elevation und die seitliche Richtung des Waffenrohres sowie die Tempierzeit des Munitionszünders. Häufig wird auch der, auf den Gefechtskopf wirkende Querwind berücksichtigt. Anschließend bewirkt dann der Feuerleitrechner mittels entsprechender Stellantriebe ein Richten des Waffenrohres sowie eine Übertragung der Daten (Tempierzeit) auf den programmierbaren Zünder des Gefechtskopfes.
Bei Zielen, die sich mit hoher Geschwindigkeit auf die Waffe zu- oder von dieser wegbewegen, sind die bekannten Verfahren relativ ungenau, da die Zielgeschwindigkeit zur Berechnung der Flugzeit des Gefechtskopfes unberücksichtigt bleibt.
Aus der EP 1 452 825 B1 ist ein Verfahren zum Betrieb eines Waffensystems bekannt, bei dem zur Ermittlung eines Luftsprengpunktes der Feuerleitrechner zunächst die Elevation des Waffenrohres und der Zündzeitpunkt des Gefechtskopfes mittels einer berechneten Mündungsgeschwindigkeit des Gefechtskopfes der geladenen Munition bestimmt wird. Die Vorberechnung kann vor der Messung der tatsächlichen Mündungsgeschwindigkeit durchgeführt werden. Nach Abschuss der Munition wird dann die tatsächliche Mündungsgeschwindigkeit des entsprechenden Gefechtskopfes gemessen und die zu programmierende Tempierzeit des nächsten zu verschießenden Gefechtskopfes unter Berücksichtigung der gemessenen Mündungsgeschwindigkeit bestimmt.
In dieser Druckschrift wird auch erwähnt, dass bei sich schnell bewegenden Zielen, die Geschwindigkeit des jeweiligen Zieles zur Ermittlung der Flugdauer des Gefechtskopfes bis zum Erreichen des jeweiligen Luftsprengpunktes berücksichtigt werden sollte, doch lassen sich dieser Druckschrift keinerlei Angaben entnehmen, wie dieses realisiert werden könnte:
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art anzugeben, mit dem der optimale Luftsprengpunkt, und damit die Tempierzeit des programmierbaren Zünders, auch dann sehr genau ermittelt werden kann, wenn sich das Ziel mit hoher Geschwindigkeit zu dem KPz-Waffensystem hinbewegt oder sich von diesem entfernt. Die Erfindung soll ferner ein KPz spezifisches Waffensystem zur Durchführung des Verfahrens offenbaren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Waffensystems durch die Merkmale des Anspruchs 4 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.
Es soll ein Verfahren aufgezeigt werden, das angewendet werden kann bei Zielen mit hoher Geschwindigkeit, insbesondere bei Bewegungsanteilen der Bewegung des Ziels in Schussrichtung.
Die Erfindung beruht im Wesentlichen auf dem Gedanken, zur Ermittlung der Flugbahn und des Zündzeitpunktes des Gefechtskopfes zusätzlich zu den Messungen der Zielentfernung, der Schussrichtung, des Querwindes und der Bewegung der Waffe etc. auch die zur Waffe gerichtete Geschwindigkeitskomponente des Zieles (Längsgeschwindigkeit L_V in Blickrichtung) zu berücksichtigen. Hierzu werden mindestens zwei zeitlich aufeinander folgenden Entfernungsmessungen zwischen der Waffe und dem sich bewegenden Ziel durchgeführt und aus deren Differenz sowie aus dem zeitlichen Abstand zwischen den Entfernungsmessungen die Geschwindigkeit des Zieles bestimmt. Vor Schussabgabe werden dann durch den Feuerleitrechner unter Berücksichtigung des Zieles der aktuelle Abstand der Flugzeit sowie der gemessenen Geschwindigkeit des Zieles, die korrigierte Flugbahn und die Tempierzeit durch Extrapolation ermittelt und anschließend das Waffenrohr hinsichtlich seiner Elevation ausgerichtet sowie der Zünder hinsichtlich des genauen Zündzeitpunktes des Gefechtskopfes programmiert. Damit ergibt sich die extrapolierte Zielentfernung aus der Anfangsgeschwindigkeit (Entfernung aktuell) und der Zielbewegung, berechnet aus Flugzeit mal Ziellängsgeschwindigkeit. Die neue Entfernung ergibt sich somit aus der aktuellen Entfernung plus Flugzeit aktuell al Ziellängsgeschwindigkeit. Die neue Flugzeit wird aus der Schusstafel und der neuen Entfernung bestimmt. Mit der extrapolierten Zielentfernung wird die Flugbahn und Tempierzeit neu berechnet, die Tempierzeit bei bewegten (sich bewegenden) Zielen besser berechnet.
Eine kontinuierliche Entfernungsmessung ist nicht notwendig. D. h. während des Richtvorganges erfolgt die Entfernungsmessung.
Durch das Verfahren stellt sich eine Verbesserung der Treffgenauigkeit eines KPz bei schnell beweglichen Zielen ein, bedingt durch die Ermittlung der Ziellängsgeschwindigkeit, der Berücksichtigung der ermittelten Geschwindigkeit sowie bevorzugt der Berücksichtigung der Längswindgeschwindigkeit. Die Längswindkomponente kann z. B. von einer in der Umgebung vorhandenen oder aufbau baren Wetterstation abgefragt werden.
Eine weitere Erhöhung der Genauigkeit, die Tempierzeit des Gefechtskopfes zu ermitteln, kann dadurch erreicht werden, dass zusätzlich zur Geschwindigkeit des Zieles auch die Geschwindigkeitskomponente des Windes in Richtung der Verbindungsachse Waffe-Ziel gemessen und anschließend von dem Feuerleitrechner zur Berechnung der Elevation des Waffenrohres und des Zündzeitpunktes des Gefechtskopfes herangezogen wird.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem folgenden, anhand von zwei Figuren erläuterten Ausführungsbeispiel. Es zeigen:
1 ein Kampfpanzer, der ein sich schnell näherndes Ziel einmal mit herkömmlichem Verfahren und einmal gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren beschießt.
2 die schematische Ansicht eines Waffensystems, mit dem das erfindungsgemäße Verfahren realisierbar ist.
In 1 ist mit 1 ein Kampfpanzer bezeichnet, der ein Waffensystem 2 umfasst, welches in 2 als Blockschaltbild schematisch dargestellt ist.
Das Waffensystem 2 umfasst eine Waffe 3 mit einem mittels entsprechender Stellantriebe 4 höhenrichtbaren Waffenrohr 5 und einem Feuerleitrechner 6 mit Bediengerät 6'. Außerdem befindet sich in dem geladenen Zustand der Waffe 3, in dem Waffenrohr 5 eine mittels des Feuerleitrechners 6 programmierbare Munition 7.
Mit dem Waffensystem 2 soll in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel als Ziel 8 ein Landungsboot beschossen werden, welches sich hier beispielsweise im Wasser mit hoher Geschwindigkeit auf den beispielsweise an einem Strand befindlichen Kampfpanzer 1 zubewegt.
Mit 9 ist in 1 die erste Flugbahn des der Munition 7 zugeordneten Gefechtskopfes 10 bezeichnet, wie sie sich bei Anwendung eines herkömmlichen Verfahrens ergibt. Da die Geschwindigkeit des Zieles 8 in Richtung auf das Waffensystem 2 in diesem Fall unberücksichtigt bleibt, ergibt sich aus der kurz vor dem Abschuss mittels eines Laserentfernungsmessers 11 ermittelten ersten Zielentfernung L₀ und den in Bezug auf das Ziel 8 vorgegebenen Abständen eines optimalen Luftsprengpunktes, der in 1 mit 12 gekennzeichnete erste Luftsprengpunkt.
Aufgrund der schnellen Bewegung des Zieles 8 in Richtung auf das Waffensystem 2 befindet sich das Ziel 8 bei der Detonation des Gefechtskopfes 10 aber tatsächlich bereits in einer Entfernung L₁ vom Waffensystem 2, die so weit vor dem ersten Luftsprengpunkt 12 liegt, dass der Gefechtskopf 10 keine oder nur eine geringe Wirkung auf das Ziel 8 ausübt.
Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass auch die Geschwindigkeitskomponente des Zieles 8 in Richtung des Waffensystems 2 zur Ermittlung der Elevation des Waffenrohres 5 und der Tempierzeit der programmierbaren Munition 7 herangezogen wird, so dass sich statt der mit 9 bezeichneten ersten Flugbahn eine mit 13 bezeichnete (korrigierte) zweite Flugbahn des Gefechtskopfes 10 ergibt. Die zweite Flugbahn 13 und die Tempierzeit des Zünders des Gefechtskopfes 10 sind dabei derart gewählt, dass der optimale zweite Luftsprengpunkt 14 vor dem sich nähernden Ziel 8 und oberhalb dieses liegt.
Hierzu wird aus mindestens zwei aufeinander folgenden Entfernungsmessungen mit Hilfe des Laserentfernungsmessers 11 die Geschwindigkeit v_z des sich auf das Waffensystem 2 zubewegenden Zieles 8 bestimmt. Mit Hilfe dieser Geschwindigkeit kann dann der Feuerleitrechner 6 aus der anfänglichen Zielentfernung L₀ die (extrapolierte, tatsächliche) zweite Zielentfernung L₁ berechnen (näherungsweise gilt: L₁ = L₀ – v_z·Δt, wobei Δt der zeitliche Abstand der Zielabstandsmessungen ist).
Aus der Vorgabe der Position des optimalen Luftsprengpunktes 12, 14 in Bezug auf das Ziel 8 (X-Offset; H-Offset) ermittelt dann der Feuerleitrechner 6 die Elevation des Waffenrohres 5 und die Tempierzeit des Zünders der programmierbaren Munition und überträgt die entsprechenden Daten auf die Stellantriebe 4 und die Munition 7 vor deren Abfeuerung.
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Feuerleitrechner 6 auch die auf das Ziel 8 wirkende Windgeschwindigkeit bei der Berechnung der Daten für das Richten des Waffenrohres und der Tempierzeit berücksichtigt. Hierzu ist der Feuerleitrechner 6 mit einem Sensor 15 zur Ermittlung der zur Waffe 3 gerichteten Windgeschwindigkeitskomponente oder einer entsprechenden Eingabemöglichkeit für extern ermittelte Windgeschwindigkeiten verbunden (2).
Bezugszeichenliste

1: Kampfpanzer
2: Waffensystem
3: Waffe
4: Stellantrieb
5: Waffenrohr
6: Feuerleitrechner
6': Bediengerät
7: Munition
8: Ziel
9: (erste) Flugbahn
10: Gefechtskopf
11: Laserentfernungsmesser
12: (erster) Luftsprengpunkt
13: (zweite) Flugbahn
14: (zweiter) Luftsprengpunkt
15: Sensor
L₀: (erste) Zielentfernung
L₁: (zweite) Zielentfernung
v_z: Längsgeschwindigkeit

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

EP 1452825 B1 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Das Panzerdetail – Munition 120 mm Kanone von Rheinmetall” im Internet unter: http://www.kotsch88.de/m_120_mm.htm (aufgerufen am 19.03.2013) [0002]

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Waffensystems, welches sowohl eine Waffe (3) mit einem höhenrichtbaren Waffenrohr (5) und einem Feuerleitrechner (6) als auch, im geladenen Zustand der Waffe (3), eine von dem Feuerleitrechner (6) programmierbare Munition (7) umfasst, wobei die Munition (7) einen als Sprenggeschoss ausgebildeten Gefechtskopf (10) mit programmierbarem Zünder enthält, der entsprechend seiner Programmierung nach Abfeuerung der Munition (7) in einem, in Bezug auf ein sich bewegendes Ziel (8), räumlich vorgebbaren Luftsprengpunkt (12, 14) gezündet wird, mit den Merkmalen: a) zur Ermittlung der Flugbahn (13) und der Tempierzeit des Gefechtskopfes (10) wird zusätzlich zu den Messungen der Zielentfernung (L₀), der Schussrichtung, gegebenenfalls des Querwindes und der Bewegung der Waffe etc. auch die zur Waffe gerichtete Geschwindigkeitskomponente des Zieles (8) ermittelt; b) hierzu werden mindestens zwei zeitlich aufeinander folgenden Entfernungsmessungen zwischen der Waffe (3) und dem sich bewegenden Ziel (8) durchgeführt und aus deren Differenz sowie dem zeitlichen Abstand zwischen den Entfernungsmessungen die Geschwindigkeit des Zieles (8) bestimmt; c) durch den Feuerleitrechner (6) werden unter Berücksichtigung des Zieles (8) der aktuelle Abstand der Flugzeit sowie der gemessenen Geschwindigkeit des Zieles, die korrigierte Flugbahn und die Tempierzeit durch Extrapolation ermittelt, und anschließend das Waffenrohr (5) hinsichtlich seiner Elevation ausgerichtet sowie der Zünder des Gefechtskopfes (10) hinsichtlich der Tempierzeit programmiert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Geschwindigkeit des Zieles (8) auch die zur Waffe (3) gerichtete Windkomponente ermittelt und von dem Feuerleitrechner (6) zur Ermittlung der Flugbahn und des Zündzeitpunktes des Gefechtskopfes (10) herangezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der aktuelle Abstand zwischen der Waffe (3) und dem Ziel (8) unmittelbar vor Schussabgabe ermittelt wird.
Waffensystem zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Feuerleitrechner (6) mit einem Laserentfernungsmesser (11) verbunden ist, wobei der Feuerleitrechner (6) derart ausgelegt ist, dass er aus mindestens zwei zeitlich aufeinander folgenden Entfernungsmessungen die Geschwindigkeit des Zieles (8) ermittelt, und unter Berücksichtigung dieser Geschwindigkeit eine korrigierte Flugbahn (13) des Gefechtskopfes bestimmt, dass der Feuerleitrechner (6) dann entsprechende Signale zum Richten der Waffe (3) erzeugt und an entsprechende Stellantrieben (4) überträgt, und dass die von dem Feuerleitrechner (6) mittels der berechneten Flugbahn (13) und den vorgegebenen Offset- oder Vorhaltewerten des Luftsprengpunktes (14) in Bezug auf das Ziel (8) ermittelten Tempierzeit-Daten auf die programmierbare Munition (7) übertragen werden.
Waffensystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Feuerleitrechner (6) mit einem Sensor verbunden ist, der die zur Waffe (3) gerichteten Windgeschwindigkeitskomponenten misst, und dass der Feuerleitrechner (6) derart ausgelegt ist, dass die gemessenen Windgeschwindigkeitskomponenten bei der Ermittlung der Flugbahn (13) und der Tempierzeit des Zünders des Gefechtskopfes (10) berücksichtigt werden.