DE3130930A1

DE3130930A1 - Verfahren zur fluglageregelung eines flugkoerpers und/oder aktivierung einer vom flugkoerper transportierten nutzlast und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3130930A1
Application number: DE19813130930
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. 4030 Ratingen Großwendt; Jens Dipl.-Phys. Dr. 4044 Kaarst Seidensticker
Original assignee: Rheinmetall GmbH
Current assignee: Rheinmetall Industrie AG
Priority date: 1981-08-05
Filing date: 1981-08-05
Publication date: 1983-02-24
Also published as: EP0071757A3; DE3279128D1; CA1180097A; EP0071757B1; US4557437A; EP0071757A2

Description

RHEINMETALL GMBH 'S" Düsseldorf, den 27.7.1981

Bs/Sch

Akte R 772

Verfahren zur Fluglageregelung eines Flugkörpers und/oder Aktivierung einer vom Flugkörper transportierten Nutzlast und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fluglageregelung eines Flugkörpers und/oder Aktivierung einer vom Flugkörper transportierten Nutzlast sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die sich durch besondere Einfachheit und Robustheit auszeichnen, so daß eine preiswerte Herstellung und hohe Betriebssicherheit ermöglicht werden können.

Die Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Unter Flugkörper im Sinne der vorliegenden Erfindung sollen alle im Bereich der Atmosphäre flugfähigen Körper verstanden werden, die zum Transport einer Nutzlast geeigne t sind.

Insbesondere zählen dazu mit einem eigenen Antrieb ausgestattete Flugkörper, aber auch Geschosse, die, von Rohrwaffen abgefeuert, sich ohne eigenen Antrieb auf einer ballistischen Bahn fortbewegen und Nutzlastträger, die '5 beispielsweise von Flugzeugen oder Raketen über einem Zielgebiet ausgestoßen werden.

Bei mit Hilfe eines eigenen Antriebs sich autonom fortbewegenden Flugkörpern soll die Erfindung während des Anflugs auf ein Zielgebiet die Einhaltung einer stabilen Flugbahn ermöglichen, wobei insbesondere an die Einhaltung einer vorbestimmbaren Höhe über Grund gedacht ist, um einerseits Hindernissen ausweichen zu können und andererseits Aufklärungsmitteln zu entgehen. Nach Erreichen des Zielgebiets soll die Erfindung die Aktivierung der vom Flugkörper transportierten Nutzlast zum optimalen Zeitpunkt ermöglichen.

Bei aus Rohrwaffen verschossenen Geschossen, die sich auf einer im wesentlichen ballistischen Bahn fortbewegen, soll die Erfindung . die Aktivierung der

Nutzlast im günstigsten Zeitpunkt bei Erreichen des Zielgebiets ermöglichen.

Ebenfalls bei von Flugzeugen oder Raketen ausgestoßenen Nutzlastträgern soll die Erfindung die Nutzlast zum optimalen Zeitpunkt bzw. im optimalen Abstand über einem Zielgebiet in Funktion setzen.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert.

Dabei zeigt:

Fig. I: die schematische Darstellung eines Flugkörpers, der sich in einem vorstimmten Abstand über der Erdoberfläche fortbewegt;

Fig. 1: die Seitenansicht eines weiteren Flugkörpers;

Fig. 3: eine Rückseitenansicht des in Fig. 2 dargestellten Flugkörpers;

Fig. 4: einen an einem Fallschirm niedergehenden Nutzlastträger;

Fig. 5: ein Blockschaltbild der Sende- und Empfangseinrichtung ·

In Fig. 1 ist schematisch ein Flugkörper 10 abgebildet, der über eigene·Antriebsmittel, beispielsweise ein Raketentriebwerk 17 verfügt, und der sich in einem vorbestimmten Abstand über der Erdoberfläche 14 in Richtung auf ein Zielgebiet fortbewegt. Um die Lage des Flugkörper 10 zu beeinflussen, wird vom Flugkörper 10, vorzugsweise in gebündelter Form, Energie abgestrahlt, wobei gemäß der Erfindung zweckmäßig Schallwellen, insbesondere Ultraschallwellen vorgesehen sind. Diese abgestrahlten Schallwellen sind in Fig. 1 schematisch dargestellt und mit Bezugsziffer 12 bezeichnet. Zumindest ein Teil der abgestrahlten Energie wird von der Umgebung des Flugkörpers 10 reflektiert.

Unter Umgebung soll dabei insbesondere die Erdoberfläche mit dort befindlichen Zielen oder auch ein im Flug befindliches Ziel verstanden werden. Zumindest ein Teil der von der Erdoberfläche 14 reflektierten Energie 13 wird vorzugsweise räumlich selektiv vom Flugkörper 10 empfangen. In Abhängigkeit von der empfangenen Energie werden dann Mittel 16 in Funktion gesetzt, die über Steuerflächen die Lage des Flugkörpers 10 auf seiner Flugbahn beeinflussen oder die die vom Flugkörper 10 transportierte Nutzlast 15 aktivieren. Die Lagebeeinflussung des Flugkörpers 10 betrifft insbesondere bei niedriger Flughöhe seinen Abstand zur Erdoberfläche 14 und den darauf angeordneten Hindernissen. Eine niedrige Flughöhe des Flugkörpers 10 ist erwünscht, um Erfassungsmitteln, wie beispielsweise einer gegnerischen Radarüberwachung zu entgehen. Die Einhaltung eines vorbestimmbaren Abstandes über Grund kann erfindungsgemäß auf einfache Weise erreicht werden. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verfügt der Flugkörper 10 über mindestens eine Sendeeinrichtung 11 zur Abstrahlung von Schallenergie in vorzugsweise gebündelter Form und mindestens eine Empfangseinrichtung 11^f zum vorzugsweise räumlich selektiven Empfang, der von der Sendeeinrichtung 11 abgestrahlten und an der Umgebung des Flugkörpers reflektierten Strahlung 13. Sendeeinrichtung 11 und Empfangseinrichtung 11' können baulich vereinigt.sein und im einfachsten Fall so ausgebildet sein, daß lediglich ein Element vorgesehen ist, welches in Doppelausnutzung einerseits Schallengie abstrahlt, also als Sender wirkt, und andererseits Schallenergie aufnimmt, also als Empfänger wirkt.

-/Λ

Zweckmäßig wird die Einrichtung dabei zwischen beiden Betriebsarten zeitmultiplexartig umgeschaltet. Sendeeinrichtungen und Empfangseinrichtungen für Schallwellen, insbesondere Ultraschallwellen sind an sich bekannt. Sie bestehen beispielsweise aus mit Kontakten versehenen keramischen Massen, die im Sendefalle mit einer Wechselspannung beaufschlagt werden und demzufolge zu machanischen Schwingungen im Schall- bzw. Ultraschallbereich angeregt werden. Im Empfangsfall wird das Element durch auftreffende Schallwellen in mechanische Schwingungen versetzt und liefert an den Elektroden eine dort abgreifbare Wechselspannung. Die gewünschte gebündelte Abstrahlung bzw. räumlich selektive Empfangscharakteristik der Sendeeinrichtung und Empfangseinrichtung kann in an sich be- kannter Weise durch die Gestalt des Sende- und Empfangselements oder durch zusätzliche, mit dem Sende- bzw. Empfangselement verbundene Reflektoren erzielt werden.

Zur Bestimmung der Höhe des Flugkörpers 10 über Grund ist lediglich mindestens eine Sende- und Empfangseinrichtung 11, bzw. 11' erforderlich.

Es ist ohne weiteres möglich, bei Anwendung des erfin— dungsgemäßen Verfahrens, mehrere Sende- und Empfangseinrichtungen vorzusehen, wie anhand der Fig. 2 und 3 erläutert wird. Der dort dargestellte Flugkörper 10 verfügt über eine Tragfläche 19, aia deren Ende je eine Empfangseinrichtung 11, 11' angeordnet ist. Durch Messung des Abstandes des jeweiligen Tragflächenendes in bezug auf die Erdoberfläche 14, kann die Rollbewegung um die Längsachse 20 des Flugkörpers 10 kontrolliert und beeinflußt werden.

Eine weitere an der Unterseite des Rumpfs des Flugkörpers 10 angeordnete Sende- und Empfangseinrichtung 11, II¹ ermöglicht Kontrolle und Beeinflussung der Nickbewegung um die Querachse 21 des Flugkörpers 10. Die vorerwähnte Achsenstabilisierung eröffnet die Möglichkeit einen zusätzlich noch erforderlichen Suchkopf zur Erfassung eines Zielgebietes stark vereinfacht auszubilden, da dieser nur noch die Seitenablage des Flugkörpers in bezug auf das Ziel vermessen und korrigieren muß.

Anhand von Fig. 4 wird ein weiterer Anwendungsfall der Erfindung erläutert. Hier ist schematisch ein scheibenförmig ausgebildeter Nutzlastträger 40 dargestellt, der von einem Luftfahrzeug, einem Flugzeug oder einer Rakete oder einem unbemannten Nutzlastträger über einem Zielgebiet ausgestoßen wird und dort, von einem Fallschirm 41 gebremst, niedergeht. Im vorliegenden Fall umfaßt der scheibenförmig ausgebildete Nutzlastträger 40 Wirkeinheiten in Form projektilbildender Ladungen 42, deren Wirkungsrichtung im wesentlichen parallel zur Erdoberfläche 14 verläuft. Im Bodenteil des Nutzlastträgers 40 ist eine Sende— und Empfangseinrichtung 11, 11' angeordnet, die Ultraschallimpulse aussendet und die an der Erdoberfläche 14 reflektierte Ultraschallimpulse empfängt. Nach Erreichen eines bestimmten optimalen Abstandes von der Erdoberfläche 14 wird über die Empfangseinrichtung 11' ein Wirkteilzünder 43 in Betrieb gesetzt, der das Abfeuern der projektilbildenden.Ladungen 42 einleitet. Der optimale Zündabstand von der Erdoberfläche wird zweckmäßig vorbestimmt und ist abhängig von der Höhe des erwarteten Ziels. Derartige Nutzlastträger eignen sich beispielsweise zur Bekämpfung von Panzeransammlungen.

Die erfindungsgemäß eingesetzten Sende- und Empfangsmittel für Ultraschall lassen sich besonders klein und robust aufbauen, so daß sie auch sehr hohen Beschleunigungswerten standhalten können, die beim Absetzen von Nutzlasten oder beim Abschuß von Geschossen aus Rohrwaffen auftreten. Zudem sind diese Sende- und Empfangsmittel preisgünstig herstellbar, was einer rationellen Serienfertigung zugute kommt.

Unter Bezug auf Fig. 5 wird anhand des dort dargestellten Blockschaltbildes der Funktionsablauf bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert. Eine zentrale Steuereinheit 50 koordiniert alle Zeitabläufe innerhalb der Sende-Empfangseinrichtung 11, 11'. Ein Ultraschallsender 110 wird von Impulsen eines Impulsgenerators 51 beaufschlagt und zur Abgabe von Ultraschallwellen angeregt.

Zweckmäßig werden die vom Impulsgeber abgegebenen Impulse durch einen Modulator 52 moduliert, um beispielsweise die Auswertung der nach Reflektion vom Ultraschallempfänger 111 empfangenen Schallwellen zu erleichtern.

Ultraschallsender 111 und .Ultraschallempfänger .111' können — wie bereits erwähnt - entweder baulich voneinander getrennt, baulich vereinigt, oder aber aus dem gleichen Element bestehen , wobei dann zum wechselweisen Betrieb als Sender bzw. Empfänger eine zeitmultiplexartige Ansteuerung notwendig ist. Die vom Ultraschallempfänger 111 abgegebenen elektrischen Signale werden zunächst in einem Demodulator 53 demoduliert und sodann einer weiteren Verarbeitung zugeführt. Diese umfaßt vorzugsweise die Ermittlung der Entfernung des Flugkörpers in bezug auf eine Referenzflache, die bei bekannter Ausbreitungsgeschwindigkeit der abgestrahlten und reflektierten Ultraschallwellen beispielsweise durch eine Laufzeitmessung 54 durchführbar ist.

Für bestimmte Anwendungsfälle, beispielsweise die Höhenmessung des Flugkörpers 10 über Grund 14, oder die Abstandsbestimmung bei einer Zündeinrichtung gem. Fig. 4,. wird über eine erste Zählereinrichtung 55 der optimale Abstandswert vorgegeben. Eine zweite Zählereinrichtung 56 ermittelt den aus der Laufzeitmessung der abgestrahlten und reflektierten Schallsignale erfaßtbaren Abstandswert. In einer Vergleichsschaltung 57 wird festgestellt, ob die beiden Zählerwerte übereinstimmen oder voneinander abweichen. Bei Verwendung als Abstandstnesser in einer Zündeinrichtung werden dann ggf. über eine Leistungsstufe 58 die Mittel 16 zur Aktivierung der Nutzlast 10 gemäß Ausführungsbeispiel in Fig. 1 oder des Wirlcteils gem. Ausfuhrungsbeispiel in Fig. 4 in Funktion gesetzt. Im Falle der Fluglageregelung werden dagegen bei Abweichen der Zählerstände über die Leistungstufe 58 über die Mittel 16, die Steuerflächen 18 und/oder nicht dargestellte Steuerdüsen von ggf. auch vorhandenen Korrekturtriebwerken solange in Funktion gesetzt, bis die Zählerstände wieder übereinstimmen und die vorgegebene Flugbahn eingehalten ist.

*

RHEINMETALL GMBH

^q:

Düsseldorf, den 27.7.81 Bs/Sch

Akte R 772

Bezugszeichenliste

10 Flugkörper

11, 11' Empfangs- und Sendeeinrichtung

12 abgestrahlte Schallwellen

13 reflektierte Schallwellen 5 14 Erdoberfläche

15 Nutzlast

16 Mittel zur Lenkung bzw. Aktivierung der Nutzlast

17 Raketentriebwerk

18 Steuerfläche 19 Tragfläche

20 Längsachse

40 Nutzlastträger

41 Fallschirm

42 projektilbiidende Ladung 15 43 Zünder

50 Steuereinheit

51 Impulsgeber

52 Modulator

53 Demodulator

20 54 Einrichtung zur Laufzeitmessung

55 erste Zähler einrichtung

56 zweite Zählereinrichtung

57 Vergleichsschaltung

58 Leistungsstufe

Claims

RHEINMETALL GMBH Düsseldorf, den 27.7.1981

Bs/Sch

Akte R 772

Patentansprüche

J. Verfahren zur Fluglageregelung eines Flugkörpers und/ oder Aktivierung einer vom Flugkörper transportierten Nutzlast, gekennzeichnet d\,urch folgende Merkmale:

a) vom Flugkörper (10) wird vorzugsweise in gebündelter Form Energie abgestrahlt;

b) zumindest ein Teil der abgestrahlten Energie wird von der Umgebung des Flugkörpers reflektiert;

c) ein Teil der reflektierten Energie wird vorzugsweise räumlich selektiv vom Flugkörper empfangen;

d) in Abhängigkeit von der empfangenen Energie werden Mittel (16) betätigt, die die Lage des Flugkörpers (10) und/oder die Funktion einer vom Flugkörper transportierten Nutzlast (15) beeinflussen.
2. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die abgestrahlte und reflektierte Energie in Form von Schallwellen, insbesondere Ultraschallwellen vorliegt.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch ge-kennzei c h η e t, daß die Schallwellen impulsweise abgestrahlt und moduliert werden.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet d u r ch mindestens eine Sendeeinrichtung (11) zur Abstrahlung von Schallenergie in vorzugsweise gebündelter Form, durch mindestens eine Empfangseinrichtung (H') zum vorzugsweise räumlich selektiven Empfang der von der Sendeeinrichtung (11) abgestrahlten und von der Umgebung des Flugkörpers

(10) reflektierten Strahlung und durch Mittel (16) zur Beeinflussung der Lenkung und/oder Aktivierung der Nutzlast (15) in Abhängigkeit von der empfangenen Strahlung.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeeinrichtung

(11) und Empfangseinrichtung (H') baulich vereinigt sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 und 5, d a durch gekennzeichnet, daß sowohl ein als Ultraschallsender als auch als Ultraschallempfänger verwendbares Element vorgesehen ist, welches vorzugsweise zextmultxplexartxg sowohl mit der Sende— einrichtung (11) als auch mit der Empfangseinrichtung (H¹) verbindbar ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Sendeeinrichtungen (11) und Empfangseinrichtung (II¹) vorgesehen ist, zur Mehrachsenstabilisierung eines Flugkörpers (10).
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine zentrale Steuereinheit (50) vorgesehen ist, die alle Zeitabläufe - innerhalb der Sendeeinrichtung (11) und Empfangseinrichtung (H') koordiniert, daß weiter ein Impulsgeber (51) vorgesehen ist, der ggf. über einen Modulator (52) den Ultraschallsender (11Ö) ansteuert, daß weiter ein Demolator (53) vorgesehen ist, dem die vom Ultraschallempfänger (111) empfangenen reflektierten Ultraschallsignale zugeführt werden, daß weiter eine Einrichtung zur Laufzeitmessung (54) des abgestrahlten und reflektierten Ul traschallsignals vorgesehen ist und daß weiter eine erste und eine zweite Zählereinrichtung (55, 56) vorgesehen sind, wobei die erste Zählereinrichtung (55) auf einen vorgebbaren Wert einstellbar ist und die zweite Zählereinrichtung (56) den über die Laufzeitmessung ermittelten Wert anzeigt und daß eine Vergleichsschaltung (57) vorgesehen ist, der die Inhalte beider Zählereinrichtungen (55, 56) zugeführt werden und die in Abhängigkeit von dem ermittelten Vergleich ggf. über eine Leistungsstufe (58) Mittel (16) zur Beeinflussung der Lenkung des Flugkörpers (10) und/oder zur Aktivierung der Nutzlast (15) des Flugkörpers (10) in Funktion setzt.

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9. Verwendung des Verfahrens und der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Auslösung des Zünders (43) bei einem projektilbildende Ladungen (42) tragenden Nutzlastkörper (40).