DE69422805T2

DE69422805T2 - Flugbahnumlenkungsvorrichtung und verfahren für einen gefechtskopf

Info

Publication number: DE69422805T2
Application number: DE69422805T
Authority: DE
Inventors: Jan Axinger; Anders Holm
Original assignee: BOFORS MISSILES KARLSKOGA AB
Current assignee: Saab AB
Priority date: 1993-03-30
Filing date: 1994-03-17
Publication date: 2000-08-17
Anticipated expiration: 2014-03-18
Also published as: CA2159343A1; NO309212B1; NO953881D0; EP0694156A1; NO953881L; DE69422805D1; JP3509101B2; SE9301039L; IL109072A; WO1994023266A1; EP0694156B1; JPH08508565A; US5619010A; SE9301039D0; SE508475C2; CA2159343C

Description

Flugbahnumlenkungsvorrichtung und Verfahren für einen Gefechtskopf

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Transformieren eines Gefechtskopfes aus einem ersten Zustand, in dem er einen Teil einer größeren Einheit oder Kapsel bildet, die auf einer aerodynamischen Flugbahn fliegt, wie zum Beispiel einen Marschflugkörper, in einen zweiten Zustand, in dem er seiner eigenen ballistischen Ausstoßflugbahn mit mehr oder weniger der gleichen Hauptrichtung, aber mit einer deutlich höheren maximalen Flughöhe, folgt. Diese Modifizierung des Flugweges kann wünschenswert sein, wenn es darum geht, aus einer Kapsel eine große Anzahl von Gefechtsköpfen zu verbreiten, so dass diese zusammen einen vorbestimmten Oberflächenbereich am Boden überdecken, da sie eine Änderung mit sich bringt, von Teil einer größerem Einheit gewesen zu sein, die einer aerodynamischen Flugbahn folgt, dahin, ihrer eigenen ballistischen Ausstoßflugbahn zu folgen. Die in diesem Zusammenhang relevanten Gefechtsköpfe könnten zum Beispiel Minen, bei Aufschlag detonierende sogenannte Gefechtsuntereinheiten vom Hohlladungstyp oder hochentwickeltere Konstruktionen, wie Gefechtseinheiten des allgemeinen Typs sein, die in der Europäischen Patentanmeldung Nr. 0 252 036 beschrieben sind. Dieser letztere Typ eines Gefechtskopfes ist mit seiner eigenen Zielsucheinrichtung versehen, die, während Gefechtsköpfe im verzögerten Fall in Richtung Erde fallen, die ebene Erde nach bekämpfungswürdigen Zielen abtastet, gegen die die Zielsucheinrichtung in einem solchen Fall die Wirkladung des Gefechtskopfes abfeuert. Normalerweise wird der Gefechtskopftyp tatsächlich in das Zielgebiet durch ein Artilleriegeschoß befördert, von dem er in einer Position ausgestoßen wird, die in Bezug auf das Ziel angepasst ist, wobei er aber in die Nähe des Zielgebietes auch durch eine Kapsel in Form eines Marschflugkörpers transportiert werden könnte, der mit seiner eigenen Zielsucheinrichtung versehen ist, die selbst bestimmt, wenn eine Anzahl von Gefechtsköpfen ausgestoßen werden soll, die anschließend in vorbestimmten Ausstoßflugbahnen über der angenommenen Position des Zieles verbreitet werden, um dort während der nach unten gerichteten Abschnitte jeder entsprechenden Ausstoßflugbahn die ebene Erde nach bekämpfungswürdigen Zielen abzutasten.
Ein Gefechtskopf, der von einer mit hoher Geschwindigkeit auf einer aerodynamischen Flugbahn fliegenden Kapsel abgetrennt wird, wird seinen eigenen Flugweg haben, der von der Fluggeschwindigkeit der Kapsel im Verhältnis zu der dem Gefechtskopf eigenen Ausstoßgeschwindigkeit und Ausstoßwinkel abhängig sein wird. Korrekt aufeinander angepaßt, können diese dem Gefechtskopf eine nach vorn gerichtete Ausstoßflugbahn mit einer gewünschten maximalen Höhe und Ausstoßlänge erteilen. Damit diese Ausstoßlänge nicht zu lang wird, kann es geeignet sein, das Feuer des Ausstoßvorganges schräg nach hinten zu erzeugen. Wenn sich die Kapsel mit hoher Geschwindigkeit (wie hier vorausgesetzt ist) bewegt, wird eine verhältnismäßig hohe Ausstoßgeschwindigkeit erforderlich sein, die Anforderungen an einen Raketenmotor mit sich bringt, dessen Größe im Verhältnis zum Gefechtskopf nicht unbedeutend ist. Es kann angenommen werden, dass die Kapsel, die somit am Anfang eine Vielzahl von Gefechtsköpfen enthalten muss, nicht so stabil hergestellt werden kann, dass ein Ausstoßsystem vom Typ eines Geschützes verwendbar sein könnte.
Da der Ausstoß- Raketenmotor im Verhältnis zum Gefechtskopf eine bestimmte Größe haben wird, muss er, sobald er nicht länger benötigt wird, d. h. sobald er ausgebrannt ist, vom Gefechtskopf entfernt werden. Andererseits wird er die Ausstoßflugbahn des Gefechtskopfes beeinflussen, was unerwünscht ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine äußerst einfache Lösung für dieses Problem auszuarbeiten.
Der Erfindung, die im übrigen in den angefügten Patentansprüchen insbesondere Anspruch 1, definiert ist, liegt somit das Konzept zugrunde, dass die Verbindung zwischen dem Gefechtskopf und dem Raketenmotor so ist, dass die aerodynamischen Kräfte und Trägheitskräfte, die auf diese Einheiten wirken, diese Verbindung aufbrechen, sobald der Raketenmotor ausgebrannt ist und nicht länger auf den Gefechtskopf in Flugrichtung wirkt. Dieses grundlegende Prinzip (welches in den begleitenden Zeichnungen veranschaulicht ist) kann somit aus einer losen Überlappungsverbindung in Form von konzentrischen Ringkanten mit relativ geringer Höhe bestehen, die ineinander angeordnet sind.
Raketen wurden seit der Erfindung des Treibpulvers für eine enorme Anzahl von unterschiedlichen Aufgaben verwendet, wobei tatsächlich die meisten von ihnen die Lieferung einer bestimmten Art einer Nutzlast längs einer vorgegebenen Flugbahn von einem Ort zum anderen umfassen. Als Beispiel einer solchen Rakete kann auf die US 3 698 320 A1 verwiesen werden, die eine Sicherheitsvorrichtung für Flugzeuge in Form einer Rakete betrifft, die mit einer Nutzlast in Form einer Leuchtbombenladung versehen ist, wobei beabsichtigt ist, diese Rakete vom Flugzeug abzufeuern, so dass sie einer Flugbahn vor diesem folgt, und die Leuchtbombenladung in einer vorbestimmten Distanz vor diesem zündet, um einen Bodenbereich vor diesem, z. B. für eine Notlandung, zu erleuchten. Die Rakete nach diesem Patent ist besonderes dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer ausziehbaren hinteren Hülse versehen ist, welche die Rakete bei ihrem Flug stabilisieren wird.
Es ist außerdem an sich bekannt, dass es sehr oft günstig ist, wenn die ausgebrannten Raketenmotore von der Nutzlast freigegeben werden können, sobald der Raketenmotor ausgebrannt ist. Der allgemeine Aufbau eines solchen, mit einem lösbaren Raketenmotor versehenen Luftflugkörpers ist in der Druckschrift US 4 903 605 A1 beschrieben.
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung jetzt mit besonderem Bezug auf die begleitenden Zeichnungen ausführlicher beschrieben. In den begleitenden Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein grundlegendes Konzept zur Verwendung von Gefechtsköpfen des hier in Erwägung gezogenen Typs;
Fig. 2 die den Abschußvorgang bestimmenden Zustandsgrößen;
Fig. 3 einen Gefechtskopf und seinen Raketenmotor teilweise im Querschnitt; und
Fig. 4 die gleichen Einzelheiten wie in Fig. 3, aber sobald die Abtrennung zwischen den Teilen begonnen hat.

BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Die in Fig. 1 veranschaulichte Kapsel 1 befindet sich auf ihrer Flugbahn in Richtung zum Ziel 2. Wenn die Zielsucheinrichtung der Kapsel das Ziel 2 erkannt hat, beginnt die Kapsel den kompletten Gefechtskopf 3 auszustoßen. Diese besteht aus den eigentlichen Gefechtsköpfen 4 und den Raketenmotoren 5. In der Abbildung sind die ballistischen Ausstoßflugbahnen 6 bis 9 für 4 Gefechtsköpfe deutlich gemacht, die aufeinanderfolgend ausgestoßen werden. Die Flugbahnen der Raketenmotore sind in entsprechender Art und Weise mit 6a bis 9a gekennzeichnet worden. Wenn der Ausstoß während des Fluges fortschreitend erzeugt wird, dann wird über der ebenen Erde ein länglicher umfassender Erfassungsbereich erreicht, wie aus der Abbildung deutlich wird. Ein seitlicher Erfassungsbereich wird dadurch realisiert, dass den Ausstoßrohren 10 der Kapsel etwas unterschiedliche, seitliche Richtungen gegeben werden. Die unterschiedlichen Zustandsgrößen, die die Ausstoßflugbahn der Kapsel bestimmen, sind in Fig. 2 angedeutet.
Der komplette Gefechtskopf 3, der in den Fig. 3 und 4 in größerem Maßstab dargestellt ist, besteht somit aus dem eigentlichen Gefechtskopf 4, dessen Einzelheiten hier ohne Bedeutung sind und deshalb nicht in Betracht gezogen werden, sowie dem Raketenmotor 5. Dieser letztere ist vom Hochleistungstyp aber mit sehr kurzer Brennzeit. Die Flugbahn, die in der Abbildung veranschaulicht ist, weist zum Beispiel sieben Auslaßdüsen 11 auf. Die Verbindung zwischen dem Gefechtskopf 4 und dem Raketenmotor 5 besteht, wie aus der Abbildung deutlich wird, lediglich aus einer niedrigen zylindrischen Außenkante 12 am Gefechtskopf 4, die eine entsprechende ringförmige Kante 13 am Rand des Raketenmotors 5, der dem Gefechtskopf zugewandt ist, umgibt und konzentrisch außerhalb desselben liegt. Solange diese Teile in der Kapsel angeordnet sind, werden sie durch das angepaßte Ausstoßrohr 10 zusammengehalten, während sie durch die Druckbeschleunigung, mit der der Motor auf den Gefechtskopf 4 wirkt, zusammengehalten werden, sobald der Raketenmotor 5 gestartet worden ist.
Wenn die Brennzeit des Raketenmotors beendet ist (was stattfindet, wenn der komplette Gefechtskopf sich einige wenige Meter oberhalb der Kapsel befindet), werden die aerodynamischen Kräfte diese Sektionen durch ihren Anstellwinkel gegenüber dem Gefechtskopf 4 beziehungsweise dem Raketenmotor 5 auseinander brechen, die anschließend ihren eigenen Flugbahnen folgen werden. Der Anstellwinkel der aerodynamischen Kräfte wird durch den Ausstoßwinkel α bestimmt, der seinerseits an die Fluggeschwindigkeit der Kapsel und die Ausstoßgeschwindigkeit des kompletten Gefechtskopfes 3 angepasst ist. Durch Anpassung dieser Variablen zueinander kann somit dem speziellen Gefechtskopf eine geeignete Ausstoßflugbahn in Richtung des durch die Zielsucheinrichtung der Kapsel 1 angezeigten Ziels 2 erteilt werden.
Die aerodynamischen Kräfte beeinflussen den Raketenmotor 5 beziehungseise den Gefechtskopf 4 derart, dass Augenblickskräfte beim Drehungsmittelpunkt in der Ebene der Abtrennung zwischen dem Raketenmotor und dem Gefechtskopf auftreten, so dass ein Abtrennungsvorgang gemäß Fig. 4 eingeleitet wird. Nach der Abtrennung werden der Raketenmotor beziehungsweise der Gefechtskopf jeweils ihre unterschiedlichen ballistischen Flugbahnen dadurch aufweisen, dass sie unterschiedliche Massen haben und unterschiedliche Widerstandskoeffizienten besitzen.
Um die Abtrennung dieser beiden zu beschleunigen, könnte eine elastische Packung oder dergleichen im Zwischenraum 14 zwischen dem Raketenmotor 5 und dem Gefechtskopf 4 vorgesehen werden.

Claims

1. Verfahren zum Tansformieren eines Gefechtskopfes (4) aus einem ersten Zustand, in dem er einen Teil einer auf einer aerodynamischen Flugbahn fliegenden Kapsel (1) bildet, in einen Zustand, in dem der Gefechtskopf (4) im Vergleich zur Flugrichtung der Kapsel (1) seiner eigenen, vorwärts gerichteten ballistischen Ausstoßbahn (6-9) folgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Gefechtskopf (4) aus der Kapsel (1) mittels eines Raketenmotors (5) in eine Richtung schräg nach hinten und oben in Bezug auf die Flugrichtung der Kapsel (1) ausgestoßen wird, wobei der Raketenmotor (5) mit dem Gefechtskopf (4) durch eine lose Überlappungsverbindung (12-13) verbunden und zu der Flugrichtung der Kapsel (1) und dem Ausstoßwinkel (α) des Gefechtskopfes (4), im Vergleich zu der Flugrichtung der Kapsel (1), so eingestellt ist, daß nachdem die auf den Gefechtskopf und den Raketenmotor wirkenden aerodynamischen Kräfte und Trägheitskräfte, sobald der Raketenmotor (5) ausgebrannt ist, die Verbindung zwischen diesen Teilen aufgebrochen haben, der Gefechtskopf (4) eine neue vorwärts gerichtete ballistische Flugbahn einnimmt, mit einer deutlich höheren maximalen Flughöhe als die Flughöhe der Kapsel (1).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausstoßrichtung des Gefechtskopfes (4) aus der Kapsel (1) nicht stärker nach hinten gerichtet ist, als daß die resultierende Geschwindigkeit zwischen der Fluggeschwindigkeit der Kapsel und der Ausstoßgeschwindigkeit des Raketenmotors (5) eine nach vorne gerichtete Flugbahntangente ergibt.

3. Vorrichtung, in Übereinstimmung mit dem Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, zum Transformieren eines Gefechtskopfes (4) aus einem ersten Zustand, indem er einen Teil einer auf einer aerodynamischen Flugbahn fliegenden Kapsel (1) bildet in einen zweiten Zustand, in dem der Gefechtskopf (4) seiner eigenen ballistische Ausstoßbahn (6-9) folgt mit mehr oder weniger der gleichen Richtung, aber in einer deutlich größeren Höhe über Grund, dadurch gekennzeichnet, daß sie teilweise ein in Flugrichtung der Kapsel gesehen schräg nach hinten angeordnetes Ausstoßrohr (10) und teilweise einen in dem Ausstoßrohr angeordneten Gefechtskopf (4) sowie teilweise einen Raketenmotor (5) umfaßt, der durch eine lose Überlappungsverbindung (12-13) lösbar mit dem Gefechtskopf verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine elastische Einlage in dem Ausstoßrohr komprimiert gehalten und, solange der Raketenmotor brennt, zwischen dem Motor (5) und dem Gefechtskopf (4) angeordnet ist, die nach dem Ausbrennen des Raketenmotors, wenn die Beschleunigung aufhört, einen zusätzlichen Impuls auf den Trennvorgang zwischen dem Raketenmotor und dem Gefechtskopf ausübt.