EP0071757B1

EP0071757B1 - Vorrichtung zur Fluglageregelung eines Flugkörpers

Info

Publication number: EP0071757B1
Application number: EP82105914A
Authority: EP
Inventors: Jens Dr. Dipl.-Phys. Seidensticker; Werner Dipl.-Ing. Grosswendt
Original assignee: Rheinmetall GmbH
Current assignee: Rheinmetall Industrie AG
Priority date: 1981-08-05
Filing date: 1982-07-02
Publication date: 1988-10-19
Also published as: DE3130930A1; EP0071757A3; EP0071757A2; US4557437A; DE3279128D1; CA1180097A

Description

Die Erfindung betrifft einen Flugkörper mit einer Tragfläche, die den Rumpf des Flugkörpers nach beiden Seiten überragt und mit Mitteln zur Fluglageregelung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1. Sendeeinrichtungen und Empfangseinrichtungen für Schallwellen, insbesondere Ultraschallwellen, sind an sich bekannt. Sie bestehen beispielsweise aus mit Kontakten versehenen keramischen Massen, die im Sendefall mit einer Wechselspannung beaufschlagt werden und demzufolge zu mechanischen Schwinungen 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 bekannter Weise durch die Gestalt der Sende/Empfangseinheit oder durch zusätzliche mit der Sende/Empfangseinheit verbundene Reflektoren erzielt werden.
Weiterhin ist aus der U.S.-Patentschrift 4,200,922 zur Bekämpfung von am Meeresgrund plazierten Minen ein selbstangetriebener Schwimmkörper bekannt, der mit Hilfe eines Echolots sowie mit Hilfe von auf die Ausgangssignale des Echolots ansprechenden Regelkreisen und Stellmitteln hinsichtlich seiner Schwimmlage derart geregelt wird, daß er einen in vorgegebener Höhe über eine Mine verlaufenden Kurs verfolgt. Zusätzlich werden die Ausgangssignale des Echolots dazu verwendet, den Zeitpunkt festzustellen, zu dem sich der Schwimmkörper genau über der Mine befindet und um in diesem Moment die in einer Sprengladung bestehende Nutzlast auszuklinken. Ein Hinweis auf die besondere Anordnung der Sende- und Empfangseinheit an der Tragfläche und am Rumpf eines Flugkörpers ist aus dem Stand der Technik nicht zu entnehmen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, bei einem Flugkkörper der eingangs genannten Art die Fluglageregelung unter Einsatz billiger Ultraschall-und Empfangseinrichtungen sowie auch den Suchkopf zu vereinfachen, wobei Robustheit der Konstruktion sowie Betriebssicherheit des Flugkörpers gewährleistet bleibt.
Die zur Lösung der gestellten Aufgabe wesentlichen Merkmale der Erfindung sind im Patentanspruch 1 genannt, die Unteransprüche definieren Ausführungsbeispiele der Erfindung.
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 entgegen. Nach Erreichen des Zielgebietes 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 Zielgebietes 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.
In der Zeichnung ist eine Ausführungsform des neuen Flugkörpers dargestellt. Es zeigen Fig. 1 und 2 eine Seitenansicht und Rückseitenansicht eines Flugkörpers und Fig. 3 ein Blockschaltbild der zugehörigen Sende- und Empfangseinrichtung. Der Flugkörper 10 nach Fig. 1 und 2 verfügt über eine Tragfläche 19, an deren Ende je eine Empfangseinrichtung 11, 11' angeordnet ist. Durch Messung des Abstandes des jeweiligen Tragflächenendes in Bezug auf die Erdoberfläche kann die Rollbewegung um die Längsachse 20 des Flugkörpers 10 kontrolliert und beeinflußt werden. Die weitere an der Unterseite des Rumpfes des Flugkörpers 10 angeordnete Sende- und Empfangseinrichtung 11, 11' ermöglicht Kontrolle und Beeinflussung der Nickbewegung um die Querachse 21 des Flugkörpers 10. Die vorerwähnte Achsenstabilisierung eröffnet die Möglichkeit, einen zusätzlich 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. Ein Teil der von der Erdoberfläche reflektierten Energie wird vorzugsweise räumlich selektiv vom Flugkörper 10 empfangen. In Abhängigkeit von der empfangenen Energie werden dann Mittel 16 in Funktion gesetzt, die über Steuerflächen 18 die Lage des Flugkörpers 10 auf seiner Flugbahn beeinflussen, oder die die vom Flugkörper 10 transportierte Nutzlast 15 aktivieren.
Sendeeinrichtung 11 und Empfangseinrichtung 11' können baulich vereinigt und im einfachsten Fall so ausgebildet sein, daß lediglich ein Element vorgesehen ist, welches in Doppelausnutzung einerseits Schallenergie abstrahlt, also als Sender wirkt, und andererseits Schallenergie aufnimmt, also als Empfänger wirkt. Dabei kann die Einrichtung zwischen beiden Betriebsarten zeitmultiplexartig umgeschaltet werden.
Der Funktionsablauf wird nachstehend anhand des Blockschaltbildes nach Fig. 3 erläutert.
Eine zentrale Steuereinheit 50 koordiniert alle Zeitabläufe innerhalb der Sende/Empfangseinheit 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 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 Entfernugn des Flugkörpers in Bezug auf eine Referenzfläche, die bei bekannter Ausbreitungsgeschwindigkeit der abgestrahlten und reflektierten Ultraschallwellen beispielsweise durch eine Laufzeitmessung 54 durchführbar ist. Für bestimmte Anwendungsfälle, beispielsweise die Höhemessung des Flugkörpers 10 über Grund oder die Abstandsbestimmung bei einer Zündeinrichtung, wird über einen ersten Zähler 55 der optimale Abstandswert vorgegeben. Ein zweiter Zähler 56 ermittelt den aus der Laufzeitmessung der abgestrahlten und reflektierten Schallsignale erfaßbaren Abstandswert. In einem Vergleicher 57 wird festgestellt, ob die beiden Zählerwerte übereinstimmen oder voneinander abweichen. Bei Verwendung als Abstandsmesser in einer Zündeinrichtung werden dann ggf. über eine Leistungsstufe 58 die Mittel 16 zur Aktivierung der Nutzlast 15 in Funktion gesetzt. Im Falle der Fluglageregelung werden dagegen bei Abweichen der Zählerstände über die Leistungsstufe 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.

Claims

1. Flugkörper (10) mit einer Tragfläche (19) und mit Mitteln zur Fluglageregelung, welche Ultraschallsende- und -empfangseinrichtungen (11, 11') zur Messung des Abstandes zwischen dem Flugkörper (10) und der Erdoberfläche sowie Steuereinrichtungen zur Beeinflussung der Fluglage durch Einstellung von Lageregelelementen (18), wie z. B. Steuerflächen oder Steuerdüsen, in Abhängigkeit von den Abstandsmessungen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Ultraschallsende- und -empfangseinrichtungen (11, 11') eine erste und eine zweite Sende/Empfangseinheit umfassen, von denen die eine im einen und die andere im anderen äußeren Endbereich der Tragflächenunterseite angeordnet ist, sowie eine dritte Sende/Empfangseinheit, die an der Unterseite des Rumpfes des Flugkörpers (10) angebracht ist,

b) die Sende/Empfangseinheiten jeweils einen Zähler (56) zur Messung der Ultraschall-Laufzeit von der betreffenden Einheit zur Erdoberfläche einen Zähler (55) zur Vorgabe eines ausgewählten Zählwertes, einen Vergleicher (57) zur Ermittlung einer Abweichung zwischen den Inhalten der beiden Zähler sowie eine dem Vergleicher nachgeschaltete Leistungsstufe (58) enthalten,

c) die Steuereinrichtungen über erste Mittel (16) verfügen, welche unter dem Einfluß der ihnen von der ersten und zweiten Sende/Empfangseinheit über die betreffenden Leistungsstufen (58) zugeführten Vergleicherausgangssignale eine Stabilisierung des Flugkörpers gegen Rollbewegungen um die Längsachse (20) bewirken, sowie über zweite Mittel (16), welche unter dem Einfluß der ihnen von der dritten Sende/Empfangseinheit über die zugehörige Leistungsstufe (58) zugeführten Vergleicherausgangssignale eine Stabilisierung des Flugkörpers gegen Nickbewegungen um die Querachse (21) bewirken,

d) ein Zielsuchkopf vorgesehen ist, der lediglich zum Vermessen und zur Korrektur der Seitenablage des Flugkörpers von einem Ziel ausgebildet ist.

2. Flugkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine der Sende/Empfangseinheiten (11, 11') zusätzlich Mittel (16) zur Aktivierung bzw. zur In-Funktions-Setzung, wie z. B. Zündung, einer Nutzlast (15) in Abhängigkeit von der empfangenen Strahlung betätigt werden.

3. Flugkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Sende/Empfangseinheit aus einem Element besteht, das wechselweise als Sender oder Empfänger betrieben wird, was durch eine zeitmultiplexe Ansteuerung erreicht wird.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Sende/Empfangseinheit jeweils eine zentrale Steuereinheit'(50) vorgesehen ist, die alle Zeitabläufe innerhalb der Sende/Empfangseinheit (11, 11') koordiniert, daß weiter ein Impulsgeber (51) vorgesehen ist, der über einen Modulator (52), der Ultraschallsender (110) der Sende/Empfangseinheit ansteuert, und daß weiter ein Demodulator (53) vorgesehen ist, dem die vom Ultraschallempfänger (111) der Sende/Empfangseinheit empfangenen reflektierten Ultraschallsignale zugeführt werden.