DE3300709A1

DE3300709A1 - Flugkoerper zum bekaempfen von luftzielen

Info

Publication number: DE3300709A1
Application number: DE19833300709
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dr. 8890 Aichach Schäff; Johann 8068 Pfaffenhofen Spies
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-01-11
Filing date: 1983-01-11
Publication date: 1984-07-12
Also published as: DE3300709C2

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Flugkörper zum Bekämpfen von Luftzielen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 .

Es ist bekannt, derartige Flugkörper mit einem aktiven, semiaktiven oder passiven optischen Zielsuchkapf auszurüsten, mit dem die Ablage des zu bekämpfenden Luftzieles von der Flugrichtung des Flugkörpers gemessen und in einer Auswerteschaltung in Steuersignale für Steuerorgane des Flugkörpers umgewandelt wird, mit denen der Flugkörper auf einen Kollisionskurs mit dem Luftziel geführt wird. Die Flugkörper selbst sind entweder selbstgetriebene Flugkörper, z.B. mit einem Feststofftriebwerk, oder nicht angetriebene ballistische Flugkörper, üblicherweise werden jedoch nur relativ aufwendige und daher teure selbstgetriebene Flugkörper mit einer Suchkopfsteuerung versehen. Bei nicht selbstgetriebenen Flugkörpern, z.B. Geschossen, begnügt man sich in der Regel mit einem optischen Annäherungszünder, wie er etwa aus der DE-AS 10 72 518 bekannt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen Flugkörper der infrage stehenden Art eine einfach und billig zu realisierende Suchkopfsteuerung anzugeben, mit der trotzdem eine hohe Trefferwahrscheinlichkeit erzielt wird.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des ersten Patentanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.

Gemäß diesen Merkmalen wird eine einfache Konstruktion des Empfängers in Form einer Zeile aus einer Vielzahl von Empfangszellen angegeben, wobei die geometrische Zuordnung zwischen Empfänger und Steuerorganen eine feste Zuordnung hat. Bei der zeitlichen Zuordnung von verarbeitetem Eingangssignal zu der Steuereinheit wird gegebenenfalls der Verlauf der vorausgegangenen Korrekturmanöver berücksichtigt. In Verbindung mit der Rotation des Flugkörpers kann dieser einfach auf einen Kollisionskurs mit dem Ziel gebracht

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werden.

Der Empfänger weist z.B. eine Zeile von ladungsgekoppelten Speicherzellen (CCD) auf, deren Empfangssignale in der Auswerteschaltung gespeichert und bei jeder Umdrehung des Flugkörpers mit den gespeicherten Signalen verglichen werden. Sollte hier eine Zielablage erfaßt werden, d.h. das Ziel auf anderen Speicherzellen abgebildet werden als bei vorherigen Umdrehungen des Flugkörpers, so werden die Steuer organe so betätigt, daß der Flugkörper wieder auf einen Kollisionskurs zurückgeführt wird. Als Steuerorgs.ne können z.B. schnellarbeitende Spoiler oder andere Störkörper verwendet werden, die über eine schnellschwingende Spule nach Art eines Lautsprechers betätigt werden.

Der Flugkörper kann je nach dem verwendeten Lenkgesetz z.B. auf einfache Weise in Art einer Proportionalnavigation auf Kollisionskurs mit dem Flugziel gebracht werden, wobei der Ablagewinkel zwischen Flugrichtung des Flugkörpers und Ziel jeweils konstant gehalten wird. Ebenso kann auch die zeitliche Aufeinanderfolge der dem Ziel zuzuordnenden EmpfangsSignaIe bei den Umdrehungen des Flugkörpers zur Berechnung der Steuersignale für das Steuerorgan heran gezogen werden .

Die Erfindung kann durch die einfache Konstruktion des Suchkopfes und der Steuerorgane auch bei kleinen Flugkörpern verwendet werden, so z.B. bei Flugabwehrgranaten. Die Trefferwahrscheinlichkeit wird durch die Erfindung wesentlich erhöht.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen in Verbindung mit der nachfolgenden Beschreibung hervor, in der ein Ausführungsbeispiel der Er-

findung anhand der Zeichnung näher erläutert ist. In der Zeichnung stellen dar:

Figur 1 eine teilweise geschnittene Teilansicht eines Flugkörpers mit einem optischen Suchkopf gemäß der Erfindung;

Figur 2 ein Blockschaltbild für eine Empfänger- und Auswerteschaltung des Flugkörpers gemäß Figur 1;

Figur 3 eine schematische Teilansicht eines Empfängers in vergrößertem Maßstab;

Figur 4 ein Diagramm der Ausgangssignale des Empfängers gemäß Figur 3;

Figur 5 eine schematische Darstellung des Zielanfluges von Flugkörpern gemäß der Erfindung aus unterschiedlichen Positionen in Richtung auf ein Flugziel.

In Figur 1 ist von einem nicht selbstgetriebenen Flugkörper 1 nur ein Teil des Buges dargestellt. Der Flugkörper rotiert in Richtung des Pfeiles P um seine Längsachse 2. Der Flugkörper hat z.B. die Ausmaße einer üblichen Flugabwehrgranate und rotiert mit einer annähernd konstanten Drehgeschwindigkeit bis zu 1000 Umdrehungen pro Minute.

Der Flugkörper trägt an seiner Spitze eine zentrische Sammeloptik 3, 'in deren Brennebene ein linienförmiger Empfänger 4 angeordnet ist. Der Empfänger 4 besteht aus einer Vielzahl linear aneinandergereihter Empfangszellen 5 aus ladungsgekoppelten Speichern (CCD); ein Teilausschnitt dieses linienförmigen Empfängers ist in Figur 3 dargestellt, in der vier Empfangszellen mit den Kennzahlen n,

n+1, n+2 und n+3 bezeichnet sind. Der linienförmige Empfänger erstreckt sich etwa von der Längsachse 2 des Flugkörpers in der Brennebene der Sammcloptik längs eines Radius des Flugkörpers nach außen, wobei die Längsausdehnung des Empfängers 4 den Suchwinkel oc des Suchkegels gegenüber der Flugkörperlängsachse 2 bestimmt.

Am Bug des Flugkörpers ist ferner ein parallel zur Flugrichtung angeordneter Steuerstift vorgesehen, der in Ruhestellung mit der Flugkörpermantelfläche abschließt, der jedoch mit Hilfe einer nur schematisch dargestellten■Spulenanordnung 7 in rascher Folge intermittierend in seiner Längsrichtung bewegt werden kann, so daß er bei Betätigung aus der Mantelfläche des Flugkörpers hinausragt und auf den Flugkörper durch die angreifenden Luftkräfte ein Steuermoment ausübt. Durch die Anbringung des Steuerstiftes am Bug des Flugkörpers sind auch bei kleinen Amplituden des Steuerstiftes die auf den Flugkörper ausgeübten Lenkmomente ausreichend, um den Flugkörper längs eines bestimmten Kurses zu führen.

Der Empfänger 4 und der Steuerstift 6 sind, wie in Figur dargestellt, über eine Auswerteschaltung 8 miteinander verbunden, in der die Signale der einzelnen Empfangszellen 5 des Empfängers 4 für die Zielerfassung und die Steuerung des Flugkörpers ausgewertet werden. Wie in dieser Figur 2 angedeutet, ist es möglich, mehrere derartiger linien förmiger Empfänger zu benutzen, so z.B. einen Empfänger 4a für den sichtbaren Bereich des Lichtes und einen Empfänger 4b für den Infrarot-Anteil. Beide Empfänger sind in gleicher Weise aufgebaut.

Wenn von dem Suchkopf ein Ziel 9 erfaßt wird, wie dieses schematisch in den Figuren 1 und 3 dargestellt ist, so wird bei jeder Umdrehung des Flugkörpers dieses Ziel -*v

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in diesem Falle ein Flugzeug, je nach dem Suchwinkel auf einer bestimmten Empfangszelle, z.B. in diesem Falle auf der Empfangszelle (n+2) abgebildet. Das Ausgangssignal des Empfängers 4 im Bereich der Empfangszellen (n) bis (n+3) ist in Figur 4 dargestellt, aus der hervorgeht, daß die Empfangszelle (n+2) ein hier schematisch angedeutetes Stufensignal liefert , während die benachbarten Empfangszellen keine Ausgangssignale liefern. Dieses Ausgangssignal des Empfängers wird in der Auswerteschaltung 8 abgespeichert und kann, da es eine Aussage über den Winkel zwischen Flugrichtung des Flugkörpers und Ziel gibt, zur Steuerung des Flugkörpers benutzt werden.

Die hier gewählte Darstellung ist auch für den Fall gültig, daß das Zielbild nicht nur eine Empfangszelle 5, sondern mehrere benachbarte Empfangszellen überdeckt. Auch in diesem Falle ist das Ausgangssignal eindeutig der Zielablage zuzuordnen.

In Figur 5 sind zur Erläuterung eines mit dem beschriebenen Suchkopf möglichen Lenkverfahrensmehrere Flugkörper 1a, 1b und 1c dargestellt, die sich im Anflug auf ein Flugzeug 9 befinden. Die Flugkörper 1a, 1b und 1c sind jeweils in zwei Positionen A und B dargestellt; das Flugzeug 9 ist ebenfalls in zwei Positionen C und D dargestellt, wobei das Flugzeug die Position C einnimmt, wenn die Flugkörper die Position A haben und sich in der Position B befindet, wenn die Flugkörper in der Position B befindlich sind.

Als Lenkverfahren wird für den dargestellten Fall die ProporLionalnavigation verwendet. Bewegen sich Flugkörper und Ziel jeweils geradlinig und mit gleichbleibenden Geschwindigkeiten, wobei jedoch die Geschwindigkeit des Flugkörpers größer sein muß als die des Flugzeuges, so kann ein Kollisionskurs dadurch bestimmt werden, daß der Ziel-

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winkel, d.h. der Winkel zwischen Flugrichtung des Flugkörpers und Verbindungslinxe zwischen Flugkörper und Ziel konstant gehalten wird. Voraussetzung für diese Proportional navigation ist, daß die geradlinigen Wege von Flugkörper und Ziel in einer Ebene liegen.

In Figur 5 ist für den mittleren Flugkörper 1b der Zielwinkel ^ 1 in der Position A gleich groß wie der Zielwinkel (P 2 in der Position B. Setzt der Flugkörper 1b seinen geradlinigen Flug fort, so wird es an dem Punkt T zur Kollision zwischen Flugkörper 1b und Flugzeug 9 kommen. Eine Steuerung des Flugkörpers ist in diesem Falle nicht notwendig.

Für den Flugkörper 1a ist der Zielwinkel ψ2 in der Position B kleiner als der Zielwinkel γ-Ί in der Position A. Wie oben erläutert, kann der Zielwinkel durch den optischen Suchkopf des Flugkörpers erfaßt werden. Entsprechend den Signalen der einzelnen Empfangszellen wird dann der Flugkörper 1a in der Zeichnung gesehen nach rechts gesteuert, um die Bedingung zu erhalten, daß der Zielwinkel γ-2 so verändert wird, daß er-einen Winkel Ύ* annimmt, welcher die Flugbahn des gesteuerten Flugkörpers auf Kollisionskurs

mit dem Ziel 9 bringt.
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Bei dem Flugkörper 1c in Position A ist der Zielwinkel T? 2 in der Position B größer als der Zielwinkel ^1 in der Position A. Dementsprechend wird der Flugkörper aufgrund der Signale des Suchkopfempfängers in der Figur nach links gesteuert, um einen Zielwinkel oy * herbeizuführen, welcher zur Kollision mit dem Ziel 9 führt.

Zur Steuerung des Flugkörpers wird der dem Empfänger stan.

zugeordnete Steuerstift entsprechend periodisch ausgefahren. 35

Der Zeitpunkt und die Häufigkeit der Betätigung des Steuerstiftes richtet sich nach den Empfangssignalen, die in der Auswerteschaltung 8 in Steuersignale für den Steuerstift umgewandelt werden.
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Durch die starre azimutale Zuordnung zwischen Sensorfenster und Lenkachse können Richtungskorrekturen in der durch die Bewegungsrichtung des Flugkörpers und die Sichtlinie aufgespannten Ebene ausgeführt und damit auch bei anfänglich windschiefem Verlauf der Bahnen von Flugziel und Flugkörper eine Flugrichtung des Flugkörpers herbeigeführt werden, die schließlich in einer Ebene mit der Bahn des Flugzieles liegt.

Selbstverständlich sind auch andere Lenkverfahren möglich.

So kann z.B. das angegebene Proportionalnavigations-Verfahren noch dahingehend verfeinert werden, daß nicht nur der Zielwinkel , sondern auch dessen zeitliche Änderung in bezug zu der Drehgeschwindigkeit des Flugkörpers gemessen wird. Auch wenn das Lenkverfahren gemäß Figur 5 nur in einer Ebene angegeben ist, so lassen sich auch dann, wenn die Wege von Flugkörper und Flugziel windschief sind, Steuersignale ableiten, die zu einem Treffer führen. Hierzu kann z.B. die zeitliche Aufeinanderfolge der Empfangssignale während der Umdrehungen des Flugkörpes herange- zogen werden. Wird die zeitliche Aufeinanderfolge z.B.

kürzer, so kann daraus z.B. ein Steuersignal "NACH OBEN" umgewandelt werden. Wird dementsprechend die zeitliche Aufeinanderfolge der Empfangssignale im Laufe der Umdrehungen größer, so führt dieses zu einem Steuersignal "NACH UNTEN".

) Der Flugkörper kann auf diese Weise schnell in eine Flugrichtung gebracht werden, die dann wieder in einer Ebene mit dem Weg des Flugzieles liegt.

Der beschriebene optische Suchkopf kann bei drallstabilisierten Projektilen in einfacher Weise realisiert werden.»

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Es genügt hierzu ein optischer Sensor mit einem schmalen azimutalen Fenster, welcher bei jeder Umdrehung des Flugkörpers den Zielwinkel bzw. dessen zeitliche Änderung feststellt und gleichzeitig einem azimutal starr zugeordneten Steuerorgan die entsprechenden Steuerkommandos erteilt.

Hierbei handelt es sich demnach um eine Flugkörper-autarke Zielnachsteuerung. Benötigt werden hierzu ausschließlich die Informationen über die azimutale bzw. seitliche Ziellage relativ zur Flugrichtung des Flugkörpers. Ein einziges Steuerorgan , das, auf den Flugkörper bezogen, in nur einer Querachse wirkt, ist für die Steuerung ausreichend. Informationen von außen werden nicht benötigt, Konstanz und Kenntnis der Werte von Flugkörpergeschwindigkeit und Drall des Flugkörpers sind für die Nachsteuerungsfunktion nicht erforderlich. Anstelle des beschriebenen Steuerstiftes können auch andere Steuerorgane verwendet werden, so z.B. Impulsladungen oder andere Störkörper, die nicht impulsförmig , sondern nach einer bestimmten, auf die Drehgeschwindigkeit des Flugkörpers bezogenen Funktion betätigt werden.

Auch wenn im vorhergehenden ein optischer Suchkopf mit einem passiven Empfänger beschrieben worden ist, so ist einzusehen, daß auch semiaktive bzw. aktive Suchköpfe verwendet werden können. Als aktive Elemente, die zur Zielbestrahlung dienen, können z.B. Laserdioden verwendet werden. Der Empfänger , dessen geometrische Zuordnung zu dem Steuerorgan und die Verarbeitung der Empfangssignale bleiben von der Ausführung des Suchkopfes jedoch unberührt.

Kurskorrekturen für den Flugkörper brauchen selbstverständlich nicht bei jeder Umdrehung des Flugkörpers zi erfolgen. In der Auswerteschaltung können z.B. die Empfangs' signale jeweils über mehrere Umdrehungen gespeichert oder summiert werden, um erst bei einer eine Schwelle übersteigenden Zielablage eine Kurskorrektur vorzunehmen.

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Claims

3300709 Haft · Berngruber · Czyhufka : Patentanwl 1 0895 Johann Spies, 8068 Pfaffenhofen Dr. Friedrich Schaff, 8890 Aichach Flugkörper zum Bekämpfen von Luftzielen Patentansprüche

1. Flugkörper zum Bekämpfen von Luftzielen, der einen optischen Suchkopf mit einer Suchkopfoptik und einem Empfänger, eine mit dem Suchkopfempfänger verbundene Auswerteschaltung für die Empfangssignale und von der Auswerteschaltung beaufschlagbare Steuerorgane aufweisen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a. der Flugkörper (1) bzw. der Suchkopfempfänger (4) mit den Steuerorganen (6) rotiert mit annähernd konstanter Drehgeschwindigkeit um die Flugkörper-Längsachse (2);

b. der Suchkopfempfänger (4) ist aus einer Vielzahl linear aneinandergereihter Empfangszellen (5, n, n+1, n+2, n+3) zusammengesetzt, so daß bei der Flugkörperdrehunq im Raum ein Suchbereich linienförmig abgetastet wird ;

c. alle Empfangszellen (5) sind mit der Auswerteschaltung

(6) verbunden, in der ein Vergleich der Empfangssignale aller Empfangszellen im Laufe der Umdrehungen des Flugkörpers (1) ausgeführt wird;

d. die Steuerorgane (6) weisen eine feste geometrische Zu Ordnung zu dem Empfänger (5) auf und werden in Abhängigkeit der Vergleichssignale intermittierend betätigt.

2. Flugkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger eine linienförmige Anordnung von ladungsgekoppelten strahlungserapfindlichen Speicherzellen (5) ist.

3. Flugkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche/ dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan ein impulsartig aus dem Flugkörper (1) ausfahrbarer Störkörper , insbesondere ein Steuerstift (6) ist.

4. Flugkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Störkörper (6) am Bug des Flugkörpers (1) angeordnet ist.

5. Flugkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammeloptik (3) des optischen Suchkopfes an der Flugkörperspitze angeordnet ist, daß die optische Achse der Sammeloptik (3) mit der Flugkörperlängsachse (2) zusammenfällt , und daß der linienförmige Empfänger (4) in einer die Flugkörperlängsachse (2) schneidenden Linie' innerhalb der Brennebene der Sammeloptik angeordnet ist.

6. Flugkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der linienförmige Empfänger (4) sich nur in einer Richtung von der Flugkörperlängsachse weg erstreckt.

7. Flugkörper nach einem der. vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Suchkopf (3, 4, 8) mehrere linienförmige Empfänger (4a, 4b) aufweist, die für verschiedene Spektralbereiche empfindlich sind.

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8. Flugkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Suchkopf (3, 4, 8) einen aktiven Zielsensor aufweist.

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