DE19635851C2 - Zielverfolgender Lenkflugkörper - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen zielverfolgenden Lenkflugkörper mit einem auf Zielstrahlung ansprechenden Sucher, der hinter einem für die Zielstrahlung durchlässigen Fenster angeordnet ist.

Die Erfindung ist von besonderer Bedeutung für Hochgeschwindigkeits-Flugkörper, die im hohen Überschall- Bereich bis Mach 6 operieren. Solche Hochgeschwindigkeits- Flugkörper werden gegen angreifende, schnell fliegende Ziele eingesetzt. Es ist wichtig, solche schnell fliegenden Ziele in möglichst großem Abstand vor dem zu schützenden Objekt abzufangen und zu zerstören, so daß sich die bei der Zerstörung des angreifenden Ziels auftretende Explosion nicht doch noch auf das von dem angreifenden Ziel angesteuerte, zu schützende Objekt auswirkt. Die Flugkörper zum Abfangen eines solchen angreifenden, schnell fliegenden Ziels müssen nach dem Erfassen des Ziels möglichst schnell zu dem noch in großer Entfernung von dem zu schützenden Objekt befindlichen, anfliegenden Ziel gelenkt werden. Hochgeschwindigkeits-Flugkörper werden daher auf eine mehrfache Überschall-Geschwindigkeit von z. B. etwa Mach 6 beschleunigt. Bei solchen Geschwindigkeiten wird der Flugkörper schon nach recht kurzer Flugzeit stark aufgeheizt.

Es sind Flugkörper bekannt, die ein Ziel mittels eines auf infrarote Zielstrahlung ansprechenden Suchers erfassen, wobei aus den Suchersignalen Lenksignale abgeleitet werden, die den Flugkörper in das Ziel führen. Der Sucher sitzt dabei hinter einem an der Spitze des Flugkörpers vorgesehenen Fenster, welches für die infrarote Zielstrahlung durchlässig ist. Als Material für dieses Fenster wird beispielsweise Saphir benutzt.

Bei Hochgeschwindigkeits-Flugkörpern der erwähnten Art treten dabei erhebliche Probleme auf. Einmal wird die mechanische Belastbarkeit des Fensters durch die hohen Temperaturen stark beeinträchtigt. Durch ungleichmäßige Temperaturverteilung treten starke mechanische Spannungen in dem Fenster auf. Gleichzeitig wird das Fenster durch die aerodynamischen Kräfte mechanisch belastet. Zum anderen wird die Funktion des auf infrarote Strahlung ansprechenden Suchers beeinträchtigt, wenn dieser das Gesichtsfeld durch ein sich schnell erwärmendes und damit selbst infrarote Strahlung emittierendes Fenster beobachten muß.

Es ist versucht worden, das Fenster zu kühlen. Bei einer Kühlung wird ein kontinuierlich strömender Film eines Kühlmittels vor das Fenster gelegt. Das Kühlmittel verdampft. Dabei entnimmt es seine Verdampfungswärme teils aus der Anströmung der oberflächennnahen Luftschicht, teils aus dem Material des Fensters.

Das bringt optische Probleme und Energieprobleme mit sich. Der Wärmeeintrag in den Flugkörper wächst mit dem Quadrat der Fluggeschwindigkeit an. Das erfordert für relativ lange Flugzeiten erhebliche Kühlenergie bzw. Mengen an Kühlmittel. Das entspricht einem proportionalen Anteil des Gesamtimpulses des Flugkörper-Antriebs. Dieser Anteil des Gesamtimpulses wird ja schließlich in der Frontpartie des Flugkörpers unvermeidbar in Wärme umgewandelt. Ein Kühlfilm mit großem Massedurchsatz vermindert aber die optische Qualität des Fensters durch Schlierenbildung. Dadurch wird eine genaue Zielvermessung erschwert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Flugkörper der eingangs genannten Art sicherzustellen, daß der Sucher seine Funktion auch bei den geschilderten ungünstigen Umgebungsbedingungen erfüllen kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß

• a) das Fenster durch eine Haube aus wärmebeständigem Material abgedeckt ist und
• b) die Haube bei Annäherung an das Ziel abtrennbar ist.

Durch die Haube wird das Fenster zunächst abgedeckt und damit vor Erwärmung und mechanischer Beanspruchung geschützt. Solange die Haube vor dem Fenster und dem Sucher sitzt, ist natürlich auch die Zielverfolgungs-Funktion des Suchers unterbunden. Wenn der Flugkörper ein weit entferntes Ziel ansteuern soll, dann ist das Ziel für den Sucher aber zunächst sowieso zu klein und nicht oder jedenfalls nicht deutlich erkennbar. Der Flugkörper muß sowieso erst einmal in die Nähe des Ziels gelangen, bevor die Zielverfolgungs-Funktion des Suchers sinnvoll arbeiten kann. Dann wird die Haube abgetrennt und in geeigneter Weise entfernt. Das Fenster ist dann nur für eine begrenzte Restflugzeit von wenigen Sekunden der durch die hohe Geschwindigkeit des Flugkörpers bedingten thermischen und mechanischen Belastung ausgesetzt.

Der Sucher kann auf infrarote Zielstrahlung ansprechen. Durch die Haube wird auch unter diesen Bedingungen die Funktion eines auf infrarote Zielstrahlung ansprechenden Suchers für eine zur Ansteuerung des Ziels ausreichende Zeit gewährleistet.

Wenn die Haube z. B. zerlegt und seitlich abgetrennt wird, dann könnte sie durch den hohen Staudruck mit den hinteren Partien des Flugkörpers kollidieren und diese beschädigen. Das kann in weiterer Ausbildung der Erfindung dadurch vermieden werden, daß das Verhältnis von Strömungswiderstand zu Masse für die abtrennbare Haube des Flugkörpers kleiner ist als für den Restflugkörper. Das Abtrennen der Haube erfolgt nach Beendigung des Eigenantriebs des Flugkörpers. Haube wie Restflugkörper fliegen nach dem Abtrennen durch ihre Trägheit weiter. Wenn nun das Verhältnis von Widerstand zu Masse bei der Haube geringer ist als das des Restflugkörpers, dann wird die Haube nach dem Abtrennen durch die aerodynamischen Kräfte weniger stark verzögert als der Restflugkörper. Gesehen von dem Restflugkörper aus fliegt die abgetrennte Haube nach vorn weg. Damit wir eine Beschädigung des Flugkörpers durch die wegfliegende Haube ausgeschlossen. Durch eine geringe Unsymmetrie etwa im hinteren Teil der Haube kann erreicht werden, daß die Haube nach einiger Zeit seitlich aus dem Suchergesichtsfeld wegdriftet, so daß sie die Zielverfolgungs-Funktion des Suchers schließlich nicht beeinträchtigt.

Vorteilhaft ist die abtrennbare Haube des Flugkörpers konisch.

Die abtrennbare Haube kann durch radial einwärts federnde Halteglieder an dem Restflugkörper gehaltert sein. Die Halteglieder können dann zum Abtrennen der Haube durch radial in der Haube angeordnete Entriegelungs-Zylinder radial nach außen und außer Eingriff mit dem Restflugkörper auslenkbar sein. Die Entriegelungs-Zylinder sind von einem bei Annäherung an das Ziel zündbaren Gasgenerator mit Druckgas beaufschlagbar. Durch gezielte Leckage des Druckgases können die Halteglieder nach der Trennung wieder in die Ruhelage zurückfedern.

Der Trennmechanismus kann aber auch in anderer Weise arbeiten, beispielsweise pyrotechnisch oder mit einer axial wirkenden Gasfeder.

Die abtrennbare Haube kann während einer Entwicklungsphase des Flugkörpers auf iher dem Sucher zugewandten Rückfläche einen Strahler aufweisen, der Strahlung von der Natur der Zielstrahlung aussendet. Damit kann in der kritischen Entwicklungsphase nachgewiesen werden, daß der Sucher nach dem Abtrennen der Haube noch funktioniert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt die Frontpartie eines Hochgeschwindigkeits- Flugkörpers mit einer abtrennbaren Haube.

Fig. 2 Fig. 2 zeigt die Frontpartie des Flugkörpers und die Haube kurz nach dem Abtrennen der Haube.

In Fig. 1 ist mit 10 die Struktur eines Hochgeschwindigkeits-Flugkörpers bezeichnet. Der Hochgeschwindigkeits-Flugkörper ist an seinem vorderen Ende von einem gewölbten Fenster 12 abgeschlossen. Hinter dem Fenster 12 sitzt ein auf infrarote Strahlung ansprechender Sucher 14. Der Sucher 14 ist in der Lage, ein Infrarot aussendendes Ziel zu erfassen. Aus den von dem Sucher 14 gelieferten Signalen werden Lenksignale abgeleitet, durch welche der Flugkörper auf das Ziel gelenkt wird. Sucher dieser Art sind in vielfältiger Form bekannt. Daher ist der Aufbau des Suchers 14 hier nicht im einzelnen beschrieben. Um das Fenster 12 herum ist auf der Außenseite der Struktur 10 eine v-förmige Umfangsnut 16 vorgesehen.

Das Fenster 12 ist relativ flach gewölbt und sitzt in einem kegelstumpfförmigen Teil der Struktur.

Vor dem Fenster 12 sitzt eine Haube 18. Die Haube 18 ist konisch, wobei der Konuswinkel der Haube 18 dem Konuswinkel des kegelstumpfförmigen Teils der Struktur 10 entspricht. Der vordere Teil der Haube ist weitgehend massiv und besteht aus einem schweren Metall. An der Basis der konischen Haube 18 ist ein Kragen 20 gebildet, der um das Fenster 12 herum an der Struktur 10 anliegt.

In der Mantelfläche der Haube 18 sind jeweils 90° gegeneinander winkelversetzt vier Längsnuten 22 gebildet. In jeder der Längsnuten 22 sitzt ein radial einwärts federndes Halteglied 24 in Form einer Blattfeder. Die Halteglieder 24 sind jeweils an dem der Kegelspitze zugewandten Ende der Längsnut 22 im Abstand vom Grund der Längsnut gehalten. An ihren freien Ende weisen die Halteglieder 24 einwärts gebogene verdickte Enden 26 auf. Die Enden 26 greifen in die v-förmige Umfangsnut 16 ein. Dadurch wird die Haube an der Struktur 10 gehalten.

Die Struktur 10 mit den rückwärtigen Teilen des Flugkörpers, dem Fenster 12 und dem Sucher 14 ohne die Haube 18 wird hier als "Restflugkörper" bezeichnet.

Die Haube 18 weist fluchtend mit den Längsnuten vier Entriegelungs-Zylinder 28 auf. Die Entriegelungs-Zylinder 28 weisen radiale Bohrungen 30 auf. In den radialen Bohrungen 30 sind Plungerkolben 32 geführt. Die Plungerkolben 32 liegen jeweils mit einer gewölbten Stirnfläche 34 an der Innenseite des zugehörigen Halteglieds 24 an. Die Bohrungen 30 stehen mit einer zentralen Kammer 36 in Verbindung. Die Kammer 36 ist mit einem Gasgenerator 38 verbunden. Wenn der Gasgenerator 38 gezündet wird, drückt das sich entwickelnde Gas die Plungerkolben 32 radial nach außen. Damit werden die Halteglieder 24 unter Überwindung ihrer Federkraft radial nach außen gedrückt. Die Verdickungen 26 werden aus der Umfangsnut 16 herausgehoben und lösen die Verbindung zwischen Haube 18 und Restflugkörper. Durch gezielte Leckage des Druckgases in der Kammer 36 wird erreicht, daß die Halteglieder nach der Trennung wieder in die Ruhelage zurückfedern.

Die Haube ist nun so ausgebildet, daß für die Haube 18 das Verhältnis von aerodynamischem Widerstand zu Masse kleiner ist als für den Restflugkörper. Zu diesem Zweck ist die Haube 18 als Kegel mit geringem aerodynamischen Widerstand ausgebildet. Das Fenster 12 ist dagegen relativ flach und bietet einen größeren aerodynamischen Widerstand. Die Haube 18 ist zu einem großen Teil massiv aus einem schweren Metall hergestellt. Der Restflugkörper enthält Leerräume, die allein schon für ein geringeres mittleres spezifisches Gewicht sorgen.

Beim Erkennen eines Ziels z. B. durch Radar, wird der Flugkörper mit der Haube 18 auf das Ziel eingewiesen und durch seinen Antrieb auf seine hohe Geschwindigkeit bis Mach 6 gebracht. Dabei wird der Flugkörper mit bekannten Methoden, z. B. Inertial- oder Kommandolenkung, dem Ziel entgegengeführt. Das Fenster 12 und der Sucher 14 sind in dieser Phase noch hinter der Haube 18 geschützt. Das Fenster wird daher weder extrem aufgeheizt noch extremen mechanischen Belastungen ausgesetzt. Der Sucher 14 "sieht" in dieser Phase natürlich noch nichts, da er durch die Haube 18 abgedeckt ist.

Nach Beendigung der Beschleunigungsphase und einer vorgegebenen Zeit wird die Trennung der Haube in der beschriebenen Weise eingeleitet. Das kann auch durch ein externes Signal geschehen.

Durch das kleinere Verhältnis von aerodynamischem Widerstand zu Masse wird die Haube 18 durch den aerodynamischen Widerstand weniger verzögert als der Restflugkörper. Die Haube 18 fliegt dem Restflugkörper voraus. Aus der Sicht des Restflugkörpers gesehen fliegt die Haube 18 nach vorn weg.

Das ist in Fig. 2 dargestellt.

Eine leichte Unsymmetrie im hinteren Teil der Haube 18 sorgt dafür, daß sich die Haube 18 schließlich seitlich aus dem Gesichtsfeld des Suchers 14 herausbewegt, so daß die Zielverfolgung durch den Sucher 14 nicht durch die Haube 18 beeinträchtigt wird.

Bei einem solchen Verfahren wird das Fenster 12 nur relativ kurze Zeit, für einige Sekunden, den extremen Belastungen des Überschallfluges ausgesetzt. Während dieser Zeit bleiben Fenster 12 und Sucher 14 funktionsfähig. Diese Zeit reicht aus, um den Hochgeschwindigkeits-Flugkörper mittels des Suchers 14 und der aus den Suchersignalen abgeleiteten Lenksignale in das Ziel zu lenken.

Bei der dargestellten Ausführung ist auf der dem Fenster 12 und dem Restflugkörper zugewandten Rückfläche der Haube 18 ein Strahler 40 angeordnet, der infrarote Strahlung aussendet. Dieser Strahler 40 wird von dem Sucher 14 "gesehen". Wenn die Haube 18 nach dem Abtrennen "nach vorn davonfliegt", dann beobachtet der Sucher 14 ein ihm bekanntes Objekt, das sich entfernt, d. h. kleiner wird, und sich schließlich seitlich aus dem Gesichtsfeld herausbewegt. Durch diese Bildinformation kann der Beweis erbracht werden, daß der Sucher nach der Beschleunigungsphase voll funktionsfähig war. Das ist für die Testphase, in der dem Sucher noch kein reales Ziel angeboten werden kann, und für die nachfolgenden Auffaßversuche eine wesentliche Hilfe.

Claims (8)

1. Zielverfolgender Lenkflugkörper mit einem auf Zielstrahlung ansprechenden Sucher (14), der hinter einem für die Zielstrahlung durchlässigen Fenster (12) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) das Fenster (12) durch eine Haube (18) aus wärmebeständigem Material abgedeckt ist und
• b) die Haube (18) bei Annäherung an das Ziel abtrennbar ist.

2. Zielverfolgender Lenkflugkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lenkflugkörper ein Hochgeschwindigkeits-Flugkörper ist der auf eine Geschwindigkeit von einem Mehrfachen der Schallgeschwindigkeit beschleunigt wird.

3. Zielverfolgender Lenkflugkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sucher (14) auf infrarote Zielstrahlung anspricht.

4. Zielverfolgender Lenkflugkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Strömungswiderstand zu Masse für die abtrennbare Haube (18) des Flugkörpers kleiner ist als für den Restflugkörper.

5. Zielverfolgender Lenkflugkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die abtrennbare Haube (18) des Flugkörpers konisch ist.

6. Zielverfolgender Lenkflugkörper nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die abtrennbare Haube (18) durch radial einwärts federnde Halteglieder (24) an dem Restflugkörper gehaltert ist,
• b) die Halteglieder (24) durch radial in der Haube (18) angeordnete Entriegelungs-Zylinder (28) radial nach außen und außer Eingriff mit dem Restflugkörper auslenkbar sind und
• c) die Entriegelungs-Zylinder (28) von einem bei Annäherung an das Ziel zündbaren Gasgenerator (38) mit Druckgas beaufschlagbar sind.

7. Zielverfolgender Lenkflugkörper nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die abtrennbare Haube (18) auf ihrer dem Sucher (14) zugewandten Rückfläche einen Strahler (40) enthält, der Strahlung von der Natur der Zielstrahlung aussendet.

8. Verfahren zum Führen eines mit einem infrarotempfindlichen Sucher hinter einem Fenster versehenen Hochgeschwindigkeits-Flugkörpers zu einem weit entfernten Ziel mit den Verfahrensschritten:

• a) Abdecken des Fensters (12) mittels einer Haube (18) aus wärmebeständigem Material, für welche das Verhältnis von aerodynamischem Widerstand zu Masse geringer ist als für den Restflugkörper,
• b) Lenken des Hochgeschwindigkeits-Flugkörpers in die Nähe des Ziels,
• c) Abtrennen der Haube (18), wodurch die Haube (18) sich nach vorn hin von dem Restflugkörper entfernt, und
• d) Lenken des Hochgeschwindigkeits-Flugkörpers in das Ziel während der Restflugzeit auf Grund von Lenksignalen, die von den Signalen des Suchers (14) abgeleitet sind.